Das Projekt "Einsatz von Waerme aus Abwasser und Klaergas aus einer Klaeranlage fuer die Fernwaermeversorgung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stadtwerke Waiblingen durchgeführt. Objective: Utilization of the heat potential of cleaned waste water and sewage gases from a sewage treatment plant by means of an absorption heat pump for the heating of several large buildings of the town of Waiblingen. General Information: The planned district heating of the town of Waiblingen consists of an absorption heat pump and 2 gas boilers, operating in a bivalent parallel connection. It has a total heating capacity of 9500 kW (2500 kW heat pump, 2 x 3500 kW boilers). For the supply of the users, a heating capacity of 6450 kW is necessary, the surplus capacity serves as reserve. The plant utilizes the heat potential of cleaned waste water and sewage gases from the town's sewage treatment plant to produce heating waste which is fed in to the network for the heating of 6 public buildings: town hall, covered market, indoor swimming pool, civic center, sewage plant, hospital. The absorption heat pump operates with NH3 a heat carrier and a NH2 - water solution as solvent. The heat source is the waste water from the sewage treatment plant which is cooled down from 9 degree C to 5 degree C in the heat pump evaporator. An automatic brush cleaning system keeps the evaporator free of dirt. The ejection boiler is fired with sewage gas and natural gas. Apart of the ejection boiler's exhaust gas, heat is recovered in a heat exchanger for the heating of the district heating water. In the whole heat pump system, the district heating water is heated from its return temperature of 40 degree C to a supply temperature of 65 degree C. The heat pump covers the base load of the district heating network, it supplies about 77 per cent of the total annual output of the district heating plant. In the case of consumption peaks at low outside temperatures, the boilers, using natural gas and sewage gas as fuel, are switched on. When using the boilers, the temperature of the supply water of the heating network can be raised to 110 degree C. A surplus of hot water produced by the heat pump is fed into an 80 m3 storage tank and can again be taken out in case of an increasing heat demand in the district heating circuit. The calculated energy saving of this heat pump - boiler plant amounts to 880 TOE/y, compared with a monovalent decentral gas boiler concept. The cost of the project amounts to DM 11,434,246. The construction phase of the project has started in 1983. The completion of the demonstration is expected for the end of 1984. Achievements: The Waiblingen plant has operated satisfactorily. Only the development of micro-organisms in the treated waste water on a few days in 1984. These micro-organisms brought about severe fouling of the automatic backwashing filter, which could only be removed by manual cleaning. It is, however, possible to avoid such upset conditions by careful monitoring and by applying adequate cleaning methods. As far as the energetic aspects are concerned, plant operation in practice shows positive and negative deviations from design and ...
Das Projekt "Entwicklung und Untersuchung eines neuartigen Systems zur Nutzung der im Abwasser enthaltenen Wärme zur Versorgung von Wärmepumpen (EXAIRGIE)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Aachen, Solar-Institut Jülich durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Konzepts, die Wärme der im Abwasserkanal enthaltenen Luft über eine Wärmepumpe zu Heizzwecken zu nutzen. Nach der Analyse des thermischen Angebots der Kanalluft und der Vermessung des Energieinhalts wird eine Geruchsfilter- und Gasanalyse durchgeführt. Hierbei wird das Explosionsrisiko der Kanal-Abluft erforscht. Anschließend wird ein Filter unter geruchstechnischen Gesichtspunkten entworfen. Zuletzt wird eine Pilotanlage in einem Einfamilienhaus installiert und über eineinhalb Jahre vermessen und optimiert. Es wird eine Alternative zur konventionellen Heizenergieversorgung geschaffen. Durch das erfolgreiche Umsetzen einer kostengünstigen Lösung wird der Absatz von Heizsystemen ohne Brennstoffverbrauch am Markt gesteigert. Die Entwicklung ergänzt das Spektrum des an der FH Aachen vorhandenen Know-how im Bereich Wärmeübertragung und Filtertechnologie. Die durch dieses Vorhaben optimierte Filtertechnologie soll nach Ende des Projektes von der Firma UGN Umwelttechnik GmbH am Markt vertrieben werden. Der optimierte Wärmeüberträger/Verdampfer soll nach Ende des Projektes von der Firma Wallstein Ingenieur GmbH am Markt vertrieben werden. Partner: Wallstein Ingenieur, UGN Umwelttechnik, B+W Gesellschaft für innovative Produkte mbH
Das Projekt "Abwasserwärme zur alternativen Beheizung von Gebäuden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ECO.S Energieconsulting Stodtmeister durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Mit der Wärme, die im Abwasser enthalten ist, könnten in Deutschland bis zu 10 Prozent aller Gebäude beheizt werden. Mit den im Laufe der letzten Jahre in der Schweiz entwickelten Technologien ist eine breite Erschließung dieses Potenzials möglich. Die Bedingungen für eine verbreitete Nutzung dieser innovativen Technologie sind in Deutschland günstig, da die technischen Voraussetzungen an Zehntausenden von Standorten gegeben sind, diese Technologie an der Schwelle der Wirtschaftlichkeit steht, und die Elektrizitätsversorgungsunternehmen (EVU) bereits Interesse an einem Contracting solcher Anlagen zeigen und damit das häufig vorhandene Problem der Investitionsfinanzierung lösen. In der Schweiz wird dies seit vielen Jahren erfolgreich umgesetzt. Inzwischen wurden rund 50 Abwasserwärmepumpen realisiert. Da in Deutschland keine grundsätzlich anderen technischer Voraussetzungen und Randbedingungen herrschen, werden entsprechende Umsetzungserfolge erwartet. Dazu müssen zunächst drei Probleme gelöst werden: Die Abwasserwärmenutzung muss bekannt gemacht, das Vertrauen der Bauherren in diese neue Technologie geschaffen und das notwendige Fachwissen verbreitet werden. Die Wärme aus dem Abwasser wird mittels Wärmepumpen zu Heizzwecken nutzbar gemacht. Da Abwasser im Winter günstige Temperaturen von 10-15 Grad Celsius aufweist, erreichen Wärmepumpen - im Gegensatz etwa zur Wärmequelle Luft - mit Abwasser sehr hohe Jahresarbeitszahlen von 4-5 (Messwerte Schweiz). Abwasser-Wärmepumpen können damit den Primärenergieverbrauch und CO2-Ausstoß der versorgten Gebäude halbieren. Zwecks Umsetzung werden Kommunen, potenzielle Bauherren und Ingenieure angesprochen, um diese innovative Technologie bei Behörden, Kommunen und Bauherren bekannt zu machen, Vertrauen/Akzeptanz mit Erfahrungsnachweis und Anschauungsbeispielen zu schaffen - und das Fachwissen bei entsprechenden Ingenieuren zu verbreiten. Fazit: Die ursprünglichen Ziele wurden weitgehend erreicht. Unsere Öffentlichkeitsarbeit hat dazu beigetragen, das Thema und die Technologie der Abwasserwärmenutzung in Deutschland bekannter zu machen. Inzwischen wurden wir sogar schon von Entwässerungsbetrieben angesprochen, ob nicht in Ihrem Kanalnetz geeignete Einsatzmöglichkeiten vorhanden sind. An mehreren Standorten, die Grobanalysen unterzogen wurden, soll die Realisierung weiterverfolgt werden. Allerdings gibt es dort teilweise noch Randbedingungen mit aufschiebender Wirkung, wie z.B. Abhängigkeit von der Finanzierung von Neubauprojekten. Bei der Umsetzung zeigt sich, dass ein konkurrenzfähiger Preis gegenüber Erdgas für den Betreiber in der Regel zwingende Voraussetzung ist. Die ersten Pilotanlagen werden daher eine Investitionsförderung benötigen. Bei weiterhin steigenden Gas- und Ölpreisen und Kostendegression bei den Abwasser-Wärmetauschern wird die Abwasserwärme auch ohne Förderung wirtschaftlich konkurrenzfähig sein.
Das Projekt "Abwärmenutzung aus Abwasser mittels externen Wärmeübertragern zur Beheizung einer Multifunktionshalle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stadt Aurich durchgeführt. Im östlichen Stadtgebiet von Aurich befindet sich ein großer Molkereibetrieb mit ca. 300 Mitarbeitern, die Rücker GmbH. Diese leitet das Abwasser ihrer Molkerei mittels einer Direktleitung zur Kläranlage Aurich-Haxtum. Diese Transportleitung wurde erneuert. Die Trasse der erneuerten Leitung quert den Ems-Jade-Kanal in relativer Nähe zur Auricher Innenstadt. Hier befinden sich verschiedene größere Gebäude, die als Wärmenutzer in Frage kommen. Das Abwasser hat eine Temperatur von 20-25 °C und eignet sich daher sehr gut als Wärmequelle für eine Nutzung mit Wärmepumpen. Das Abwasser der Molkerei stellt aufgrund des ganzjährig kontinuierlichen Anfalls und des hohen Temperaturniveaus eine hochinteressante Abwärmequelle dar. Durch die Erschließung mit einem kalten Fernwärmenetz können die Kosten für das Wärmeverteilnetz und auch die Wärmeverluste gegenüber einem klassischen Fernwärmenetz gesenkt werden. Auch hinsichtlich der Nutzbarmachung industrieller Abwärme für ein kommunales Wärmenetz hat das Projekt Pilotcharakter. In Deutschland wird derzeit nach unserer Kenntnis keine vergleichbare Anlage betrieben. Ein Wärmeabnehmer wird ein neu zu errichtendes Schwimmbad sein, für das ein detailliertes Energiekonzept erstellt werden sollte. Es sollte eine Optimierung der gebäudetechnischen Planung auf die Beheizung mit einer Wärmepumpe erfolgen. Insbesondere soll berücksichtigt werden, dass im Schwimmbadbetrieb verschiedene Wärmesenken auf niedrigem Temperaturniveau vorhanden sind. Mit dem vorgeschlagenen Vorhaben werden folgende Ziele verfolgt: o Mit der Nutzung der Wärmequelle Abwasser über ein kalten Fernwärmenetz wird technologisches Neuland betreten, - Es wird eine Pilotanlage geschaffen, die zur Bekanntmachung, Verbreitung und Vertrauensbildung in diese innovative Technologie beiträgt, - Es wird ein energieeffizienter Betrieb der Schwimmhalle ermöglicht, - Durch die Realisierung des Projektes durch die Stadt Aurich in Eigenregie wird ein innovatives Beispiel für mögliche Wege aufgezeigt, um das riesige Potenzial an regenerativer Energie in unserem Abwasser schnell und effizient zu nutzen und anderen Kommunen Mut zu machen, ähnliche Wege zu beschreiten. Molkereiabwasser ist ein problematischer Rohstoff für die Wärmerückgewinnung. Die Zusammensetzung kann sich im Laufe der Zeit, auch abhängig von der Produktion, immer wieder verändern. Das Projekt lieferte umfangreiche Erkenntnisse über verschiedene Wärmeübertrager und Filter. Mit diesen Erkenntnissen ist zukünftig ein kontinuierlicher, störungsfreier Betrieb möglich.
Das Projekt "FHprofUnt 2013: Abwasser als Wärmequelle und Wärmesenke für gasbetriebene Wärmepumpen und Kältemaschinen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Düsseldorf, Arbeitsgruppe E2 Erneuerbare Energien und Energieeffizienz durchgeführt. Das Projekt befasst sich mit der energetischen Nutzung von kommunalen Abwasser als Wärmequelle für Gas-Wärmepumpen zur Beheizung von Gebäuden, als auch als Wärmesenke zur Kühlung von Gebäuden bei passiver freier Kühlung sowie bei aktiver Kühlung zur Aufnahme der Rückkühlwärme des als Kälteaggregat betriebenen Gerätes. Abwasser wird als Wärmequelle für Wärmepumpen selten genutzt, obwohl dies aufgrund vergleichsweiser hoher Jahresmitteltemperaturen von ca. 15 Grad C, geringer Erschließungskosten und (noch) nicht vorhandener Gebühren für seine wärmetechnische Nutzung energetisch und wirtschaftlich sehr interessant wäre. Die Nutzung von Abwasser als Wärmesenke zur passiven wie aktiven Kühlung von Gebäuden ist noch unüblicher und macht das Gesamtsystem aufgrund der wegfallenden Kosten und der Platzeinsparung für herkömmliche Rückkühler noch interessanter. Gleichfalls sind gasbetriebene Sorptionswärmepumpen im Leistungsbereich von 5 bis 50 kW relativ neu auf dem Markt. Sie sind primärenergetisch sehr effizient und benötigen im Vergleich zu elektrischen Kompressionswärmepumpen weniger als die Hälfte an Wärmequellenleistung, was sie auch für kleine Abwasserabflüsse attraktiv macht. Das inhaltliche Ziel des beantragten Projektes ist vor diesem Hintergrund: - das Finden sinnvoller Systemkonfigurationen zur hydraulischen Einbindung von Gas-Wärmepumpen /- Kältemaschinen in die Betriebsführung von Abwasserkanälen und die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden, die Auslegung der Systemkomponenten und die Konzeption der Regelung mittels zeitlich hoch auflösender Rechnersimulationen und DoE-unterstützter Parametervariationen (DoE = Design of Experiments bezeichnet man eine Methodik, mit der Parametervariationen bei einer Vielzahl an Einflussfaktoren sehr arbeitseffizient durchgeführt werden können) - die Auslotung von Potenzialen zu den Anwendungsmöglichkeiten der Technik im Versorgungsgebiet der beiden Projektpartner medl und Wupperverband, inklusive einer Analyse zu den Rückwirkungen einer verstärkten wärmetechnischen Nutzung von Abwässern auf die kommunale Abwasserwirtschaft und einer ganzheitlichen ökonomischen wie ökologischen Bewertung der Technik aus Kunden- und Versorgersicht - die Analyse und Bewertung der Betriebseigenschaften der in den Simulationen als sinnvoll erachteten Systemkonfigurationen in der Praxis, in zwei möglichen Vorgehensvarianten: - wenn die Potenzialanalyse lukrative Standorte ausweist und ein investitionsbereiter Kunde gefunden werden kann: Planung, Bau und Monitoring einer Pilotanlage - wenn dies nicht der Fall ist: Labor-Feldtests an einem innovativen HiL-Prüfstand an der Fachhochschule Düsseldorf (Mit HIL = Hardware-in-the-Loop bezeichnet man eine Prüfstandtechnik, bei der real vorhandene Komponenten eines Systems mit einer Echtzeit-Simulationen des restlichen Teils des Systems so gekoppelt werden, dass die vorhandene Hardware wie in einer realen Umgebung arbeitet)
Das Projekt "Wärmeversorgung der Überbauung Weltpoststrasse Bern, mit Eisspeicher-Wärmepumpe System unter Nutzung von Solar- und Abwasserwärme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Frank Energy GmbH durchgeführt. Im oberen Murifeld am Ortsrand von Bern, wird ein neues Stadtstück mit einem hohen Wohnanteil etabliert. Drei sechsgeschossige Gebäude sehen drei unterschiedliche Wohnsegmente vor: Kostengünstige Wohnungen, normale Mietwohnungen und Eigentumswohnungen. Das Projekt wird zu 100% regenerativ erstellt. Die Wärmebereistellung gründet auf solar regenerierte Eisspeicher. Hierbei wird mittels einer Wärmepumpe die Energie aus dem Wasser entnommen, wodurch das Wasser vereist. Mittels Absorberflächen auf dem Dach und einer zusätzlichen Abwasserwärmepumpe wird dieser Speicher auch im Winter immer wieder regeneriert. Die Abwasserwärmepumpe dient dabei auch zur Aushebelung des Performance Gap (Differenz zw. Theoretischem und tatsächlichem nutzerbedingten Energiebedarf). Diese Wärmeversorgungsstrategie ist 2000-Watt tauglich und eignet sich in hohem Masse im urbanen Raum, wo erneuerbare Energien vor Ort sowie Fernwärmenetze nicht oder nur beschränkt verfügbar sind.
Abwasserkanal der Stadt Aachen wird Wärmequelle für Wohnhäuser Der Wärmetauscher aus rostfreiem Chromstahl besteht aus 100 Einzelmodulen mit einer Gesamtlänge von über 60 Metern. Ob vom Duschen oder Wäschewaschen – im Abwasser steckt wertvolle Wärme. Dies nutzen die Wohnungsgesellschaft gewoge AG und die STAWAG Energie GmbH, eine Tochter der Aachener Stadtwerke: Mit Förderung des Umweltinnovationsprogramms rüsteten sie fünf Wohngebäude um und ersetzten die Gasetagenheizungen durch eine zentrale Wärme- und Warmwasserversorgung mittels Abwärme aus Abwasser und Abluft. Hierzu wurden vier dezentrale Abluftwärmepumpen installiert sowie zwei zentrale Abwasserwärmepumpen, die dem Hauptsammler des Abwasserkanals der Stadt Aachen Wärme entziehen und damit das Wasser für die Wohnblöcke erwärmen. Das Messprogramm zur Erfolgskontrolle ist nun abgeschlossen. Bis auf wenige Ausnahmen wurden die erforderlichen Temperaturen kontinuierlich in Sommer- wie in Wintermonaten erreicht. In Spitzenlastzeiten können zwei bereits vorhandene Niedertemperaturgaskessel unterstützend zugeschaltet werden. Aufgrund der Abwärmenutzung können jährlich Treibhausgase mit einer Klimawirkung von fast 200 Tonnen CO 2 eingespart werden. Die Projektergebnisse sind vor allem für Kommunen und Wohnungsbaugenossenschaften mit großen Wohneinheiten interessant. Allerdings müssen verschiedene Voraussetzungen erfüllt sein, die im Abschlussbericht zum Projekt näher beschrieben sind. Das Projekt wurde im Rahmen des Förderschwerpunkts „Energieeffiziente Abwasseranlagen“ des Umweltinnovationsprogramms ( UIP ) gefördert.
Die Liegenschaft Wiesental befindet sich im Aachener Stadtteil Nord. In Abbildung 1 ist die Lage der einzelnen Liegenschaften auf einem Luftbild dargestellt. 163 Wohneinheiten mit etwa 10.000 Quadratmeter Wohnfläche, welche in den 1970er Jahren errichtet wurden, sind auf fünf Wohnblöcke verteilt. Diese setzen sich zusammen aus vier Wohnblöcken mit Mieteinheiten (Block 1 - 4), einem Block für betreutes Wohnen (Block 5) sowie einer angrenzende Kindertagesstätte. Im Ausgangszustand sind die Wohnblöcke I-IV über Gaskessel versorgt worden, über die die Trinkwarmwasserbereitung erfolgte und die Heizungswärme geliefert wurde. Der Wärmebedarf zur Beheizung und Trinkwarmwasserbereitung aller Gebäude beträgt etwa 860.000 Kilowattstunden pro Jahr. Mit der Umsetzung dieses Vorhabens sollte der Primärenergiebedarf der Wohnhäuser um 65 Prozent gesenkt werden. Diese Zielsetzung soll so erfüllt werden, dass die Mieter keine Nachteile durch höhere Nebenkosten erfahren und keine Einbußen im Bereich des Komforts auftreten. Um die Primärenergie zu senken, wurde eine Abwasserwärmenutzungsanlage geplant, welche zur Bereitstellung von Wärme zur Gebäudebeheizung und zur dezentralen Trinkwarmwasserbereitung als Wärmequelle das Aachener Abwasser nutzt. Durch Thermalquellen, welche in das Abwassernetz einspeisen, ist fast immer von einer Soletemperatur von 15 °C auszugehen. Zwei Abwasserwärmepumpen speisen zwei Heizwasser-Pufferspeicher, welche in einer Heizzentrale untergebracht sind. Über einen Verteiler wird die Wärme in ein Nahwärmenetz transportiert. Das Nahwärmnetz verbindet die Heizzentrale mit den 5 Unterzentralen der Wohnhausblöcke. In vier der fünf Unterzentralen sind Abluftwärmepumpen installiert. Die Wärmequelle ist ein im Dachgeschoss befindlicher Sammelabluftkanal, welcher aus den Badezimmern der Wohnungen die Luft absaugt und über das Dach ausbläst. Eine Soleleitung verbindet einen Wärmetauscher im Sammelabluftkanal mit der im Untergeschoss stehenden Abluftwärmepumpe. In der Unterzentrale von Wohnblock V steht eine Gaskesselanlage, die zum einen den Wohnblock V versorgt, wenn eine Vorlauftemperatur von 55 °C durch die Wärmepumpenanlage unterschritten wird und zum anderen dazu dient, im Havariefall der Abwasserwärmpumpenanlage den Ausfall zu kompensieren. In den Unterzentralen sind Wärmetauscher installiert, welche die Schnittstelle zur der Kundenanlage darstellen. Durch den Ersatz der mit Erdgas befeuerten Etagenheizungen in den Wohnungen und dem Einsatz von klimaneutral erzeugtem Strom für die Bereitstellung von Wärme zur Gebäudebeheizung und zur Trinkwarmwasserbereitung wird eine jährliche Reduktion der CO 2 -Emissionen von 265 Tonnen erreicht (Substitution des Erdgases). Die Versorgung der Wohneinheiten mit Wärme und Warmwasser konnte sichergestellt werden. Dieses Vorhaben wurde im Förderschwerpunkt „Energieeffiziente Abwasseranlagen“ des Umweltinnovationsprogramms gefördert. Mit dem Förderschwerpunkt wurden innovative Projekte unterstützt, die energetische Ressourcen sowohl bei der Behandlung von Abwasser und Klärschlamm, als auch bei der Eigenenergieerzeugung erschließen. Branche: Energieversorgung Umweltbereich: Wasser / Abwasser Fördernehmer: STAWAG Energie GmbH Bundesland: Nordrhein-Westfalen Laufzeit: 2015 - 2017 Status: Abgeschlossen Förderschwerpunkt: Energieeffiziente Abwasseranlagen
Umweltwärme und Wärmepumpen Abwärme Solarthermie Photovoltaisch-Thermische (PVT) Module Oberflächennahe Geothermie Eisspeicher Biomasse Biogas / Bio-Methan Die neuen Generationen von Wärmenetzen ermöglichen es, Wärme aus der Umgebung für die Versorgung von Gebäuden nutzbar zu machen, die für konventionelle Wärmenetze der älteren Generationen nicht erschlossen werden konnte. Schlüsseltechnologie, um diese Wärmequellen zu nutzen, ist die Wärmepumpe. Das grundlegende Funktionsprinzip einer Wärmepumpe ähnelt einem Kühlschrank, nur, dass der thermodynamische Kreisprozess in die umgekehrte Richtung läuft. Während im Kühlschrank die Wärme aus dem Inneren abgeführt und an die Umgebung übertragen wird, entzieht die Wärmepumpe einer Wärmequelle Energie und hebt diese, angetrieben meist durch Elektrizität, auf ein höheres Temperaturniveau, sodass sie zum Heizen genutzt werden kann. Die Wärmepumpe besteht aus einem geschlossenen Kreislauf, in dem ein Kältemittel zirkuliert und einen thermodynamischen Kreisprozess durchläuft. Die wesentlichen Komponenten einer Wärmepumpe sind Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Drosselventil. Der Verdampfer ist ein Wärmeübertrager, in dem die Wärme der externen Wärmequelle an das Kältemittel in der Wärmepumpe übergeht, wodurch dieses verdampft. Durch den Verdichter wird der Druck des nun gasförmigen Kältemittels erhöht. Dadurch kommt es auch zu einer Erhöhung der Temperatur des Kältemittels. Diese muss oberhalb der zu erreichenden Heiztemperatur liegen, damit es im Kondensator, einem weiteren Wärmeübertrager, zur Abgabe der Wärme an das Heizwasser kommt. Durch die Wärmeabgabe kondensiert das Kältemittel im Kondensator und liegt wieder flüssig vor. Der Kondensator wird daher auch oft als Verflüssiger bezeichnet. Das Drosselventil reduziert den Druck des Kältemittels, wodurch die Temperatur weiter abfällt und der Kreisprozess mit Wiedereintritt in den Verdampfer von vorn beginnen kann. Zu den möglichen Wärmequellen zählen unter anderem Außenluft, Oberflächengewässer und Grundwasser sowie die oberen Schichten des Erdreichs (oberflächennahe Geothermie). Entsprechend kommen folgende Wärmepumpen-Typen zum Einsatz: Luft-Wasser-WP; Außenluft oder Abluft einer technischen Anlage Sole-Wasser-WP; Erdkollektoren und -sonden, PVT, Eisspeicher, etc Wasser-Wasser-WP; Grundwasser, Flusswasser, Abwasser, Kühlwasser Weiterführende Informationen Umweltbundesamt Bundesverband Wärmepumpe zur grundlegenden Funktionsweise von Wärmepumpen Bundesverband Wärmepumpe zur Rolle von Wärmepumpen in Nah- und Fernwärmenetzen Abwärme ist Wärme, die als Nebenprodukt in einem Prozess entsteht, dessen Hauptziel die Erzeugung eines Produktes, die Erbringung einer Dienstleistung oder eine Energieumwandlung ist, und ungenutzt an die Umwelt abgeführt werden müsste . Kann die Abwärme nicht durch eine Optimierung der Prozesse, bei denen sie entsteht, vermieden werden, wird sie als unvermeidbare Abwärme bezeichnet. Aus Effizienzgründen sollte eine hierarchisierte Verwendung mit Abwärme angestrebt werden: 1. Verfahrensoptimierung/ Vermeidung, 2. prozess- bzw. anlageninterne Nutzung, 3. betriebsinterne Nutzung, 4. außerbetriebliche Nutzung. Je nach Temperaturniveau der Abwärme lässt sie sich für unterschiedliche Zwecke nutzen. Abwärme kann bei ausreichend hohen Temperaturen direkt in Fern- und Nahwärmenetze eingespeist werden oder über Wärmepumpen auf das benötigte Temperaturniveau angehoben werden. Bei niedrigen Temperaturen ist die Nutzung in LowEx- oder teilweise auch kalten Nahwärmenetzen möglich. Unvermeidbare und damit extern nutzbare Abwärme fällt typischerweise in Industrieprozessen an. Aber auch die Abwärme von Kälteanlagen, die beispielsweise zur Kühlung von Rechenzentren oder großer Büro- und anderer Nichtwohngebäude genutzt werden, lässt sich sinnvoll in Wärmenetzen nutzen. Abwasserwärme ist eine weitere übliche Abwärmequelle in urbanen Gebieten, die ganzjährig eine Temperatur zwischen etwa 12 °C und 20 °C aufweist. Sie eignet sich daher besonders für die Nutzung als Wärmequelle für Wärmepumpen oder in kalten Netzen. Eine Herausforderung bei der Nutzung von unvermeidbarer Abwärme können Schwankungen im Wärmeangebot sein. So fällt Abwärme von Kälteanlagen zur Büroklimatisierung hauptsächlich im Sommer an und auch Abwärme aus Industrieprozessen kann z.B. bedingt durch Produktionszyklen volatil sein. Hier ist in der Detailplanung des Nahwärmenetzes darauf zu achten, dass ein unregelmäßiges Abwärmeangebot durch entsprechende Speicher oder andere, regenerative Quellen ausgeglichen werden kann. Weiterführende Informationen Informationen rund um Abwasserwärme der Berliner Wasserbetriebe Analyse zum Abwärmepotenzial der Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt Die Einstrahlung der Sonne kann zur direkten Erwärmung eines Wärmeträgermediums genutzt werden. Diese Umwandlung von Sonnenenergie in thermische Energie über Kollektoren wird Solarthermie genannt. Dabei kommen hauptsächlich Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren zum Einsatz. Bei Flachkollektoren sind Kupferrohre in eine verglaste Absorberebene eingelassen. Vakuumröhrenkollektoren zeichnen sich durch einzelne, parallele und vakuumierte Glasröhren aus, in denen das Heizrohr mit Absorber verläuft. In den Kollektoren strömt in der Regel ein Wasser-Glykol-Gemisch, auch Sole, Solarflüssigkeit oder Wärmeträgerflüssigkeit genannt. Das beigemischte Glykol dient als Frostschutz, um bei geringer Einstrahlung und Außentemperatur ein Einfrieren im Winter zu verhindern. Mit Vakuumröhrenkollektoren können höhere Temperaturen und damit höhere Erträge pro Kollektorfläche erzielt werden. Besondere Bauformen besitzen auch Parabolspiegel, die das Sonnenlicht stärker auf die Absorber konzentrieren. Auch Systeme, die Wasser statt Sole führen, werden eingesetzt. Der Vorteil besteht in der höheren Wärmekapazität von Wasser gegenüber Sole, wodurch höhere Erträge und Temperaturen erzielt werden können. In wasserführenden Systemen findet im Winter bei fehlender Einstrahlung in regelmäßigen Abständen eine Zwangsumwälzung des Wassers statt, wodurch ein Einfrieren des Wärmeträgermediums in den Rohren vermieden wird. Mit einem Jahresertrag pro benötigte Grundfläche von 150 kWhth/(m²*a), ist die durchschnittliche Flächeneffizienz von ST-Anlagen beispielsweise um den Faktor 30 höher als die von Biomasseheizwerken bei der Verwendung von Holz aus Kurzumtriebsplantagen. In den letzten Jahren werden Solarthermie-Projekte zur Einspeisung in großstädtische Wärmenetze verstärkt umgesetzt. Bei der Einbindung von Solarthermischen Anlagen in Wärmenetze bietet sich sowohl die zentrale als auch die dezentrale Variante an. Zentrale Systeme speisen am Standort des Hauptwärmeerzeugers oft in einen vorhandenen Wärmespeicher ein. Dazu wird die Wärme von der Anlage über ein separates Rohrsystem zu der Heizzentrale geführt. Zu beachten: Im Sommer kann eine solarthermische Anlage die Deckung der gesamten Wärmelast übernehmen und je nach Auslegung auch einen Wärmespeicher füllen. Im Winter wird in der Regel ein weiterer Wärmeerzeuger eingesetzt, da Leistung und Wärmemenge aus der Solaranlage oft nicht ausreichen. Die Solarthermie kann in Wärmenetzen in Konkurrenz zu Grundlastquellen oder -Erzeugern stehen, z.B. Abwärme, Biomasse oder Blockheizkraftwerk (BHKW) und so den Bedarf an nötigem Wärmespeichervolumen erhöhen Eine Nutzung als Wärmequelle in kalten Netzen gestaltet sich schwierig, da die Sommertemperaturen zu hoch sind Weiterführende Informationen Solarthermie Wärmenetze PVT-Kollektoren sind ein Spezialfall der Sonnenenergienutzung. Sie kombinieren Photovoltaikzellen und solarthermische Kollektoren, um so Wärme und Strom in einem Modul zu erzeugen. Die verfügbare Dachfläche wird so optimal ausgenutzt. Die Kollektoren bestehen aus einem PV-Modul und einem rückseitig montiertem Wärmeübertrager. Dadurch, dass zeitgleich zur Stromerzeugung Wärme abgeführt wird, entsteht ein Kühleffekt, der zu einem höheren Stromertrag führt, da die Effizienz von PV-Modulen temperaturabhängig ist. PVT-Module gibt es in mehreren Varianten, die sich vor allem durch das Temperaturniveau der erzeugten Wärme unterscheiden. Für die Erzeugung hoher Temperaturen wird der Wärmeübertrager vollständig mit Wärmedämmung eingehaust. Dadurch geht jedoch der stromertragssteigernde Kühleffekt an den PV-Zellen verloren, sodass diese Module vor allem zur Erzeugung von Prozesswärme eingesetzt werden. Als Wärmequelle für Wärmepumpen in Nahwärmenetzen eignen sich daher vor allem ungedämmte sogenannte unabgedeckte PVT-Kollektoren, bei denen die Rohre des Wärmeübertragers mit zusätzlichen Leitblechen für einen Wärmeübergang aus der Luft optimiert sind. Diese liefern ganzjährig Energie, die beispielsweise direkt in ein kaltes Nahwärmenetz eingespeist werden kann. Weiterführende Informationen Informationen zu PVT-Modulen und Wärmepumpen im Rahmen des Forschungsprojektes integraTE Verwendung von PVT-Modulen im degewo Zukunftshaus In den oberen Erdschichten folgt die Bodentemperatur der Außenlufttemperatur. Mit zunehmender Tiefe steigt die Temperatur an und ist ab ca. 15 m unter Gelände Oberkante nahezu konstant. Die Wärme aus dem Erdreich kann über verschiedene horizontale und vertikale Erdwärmeübertrager oder auch Grundwasserbrunnen gewonnen und als Wärmequelle für Wärmepumpen genutzt werden. Horizontale Erdwärmeübertrager werden Erdkollektoren genannt. Es handelt sich hierbei um Rohrregister, üblicherweise aus Kunststoff, die horizontal oder schräg, spiral-, schrauben- oder schneckenförmig in den oberen fünf Metern des Untergrundes verlegt werden. Bei der häufigsten Nutzung der Erdwärme werden Erdsonden – meist Doppel-U-Rohrleitungen in vertikalen Tiefenbohrungen bis 100 m verwendet. Ab Tiefen über 100 m gilt Bergbaurecht, womit komplexere Genehmigungsverfahren verbunden sind, die eine Nutzung in kleinen, dezentralen Netzen in der Regel ausschließen. Perspektivisch wird durch das 4. Bürokratieentlastungsgesetz voraussichtlich die oberflächennahe Geothermie bis 400 m nicht mehr unter das Bergrecht fallen. Es können mehrere Sonden zu einer Anlage vereint werden. Hierbei ist durch einen ausreichenden Abstand der Sonden untereinander eine gegenseitige Beeinflussung auszuschließen. Auch zu benachbarten Grundstücken muss ein entsprechender Abstand gewahrt bleiben. In Erdwärmeübertragern wird ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, Sole genannt, verwendet, da die Temperatur der Sole auch unter 0 °C fallen kann. Aufgrund des Einsatz Wassergefährdender Stoffe und weil der Eingriff in den Wärmehaushalt nach geltendem Recht eine Gewässernutzung darstellt, ist für Erdwärmesonden im Allgemeinen und Erdwärmekollektoren, die weniger als 1 m über dem höchsten Grundwasserstand verlegt werden, in Berlin eine wasserbehördliche Erlaubnis erforderlich. Als Alternative zu Erdsondenanlagen kommen bei größeren Anlagen auch Grundwasserbrunnen in Frage, bei denen über zwei Bohrungen die im Grundwasser enthaltene Wärme genutzt wird. Dabei dient eine Bohrung der Entnahme und eine weitere der Rückspeisung des entnommenen Wassers. Die Eignung des örtlichen Grundwasserleiters für eine Wärmeanwendung muss im konkreten Einzelfall geprüft werden. Für eng bebaute Gebiete eignet sich auch ein Koaxialsystem in Form eines Grundwasserzirkulationsbrunnens, welcher aus nur einer Bohrung besteht. Weiterführende Informationen Informationen und Anforderungen zur Erdwärmenutzung in Berlin Energieatlas mit geothermischen Potenzialen Informationen zur oberflächennahen Geothermie Beim Phasenübergang von flüssig zu fest gibt Wasser bei konstantem Temperaturniveau Energie in Form von Wärme ab. Diese Wärme, die allein bei der Aggregatzustandsänderung transportiert wird, wird als latente Wärme bezeichnet. Bezogen auf die Masse von 1 kg handelt es sich um die Erstarrungsenthalpie eines Stoffes, die bei Wasser in etwa der Energiemenge entspricht, die auch benötigt wird, um dasselbe 1 kg Wasser von 0 °C auf 80 °C zu erwärmen. Zu- oder abgeführte Wärme, die eine Temperaturveränderung bewirkt, wird als sensible Wärme bezeichnet. In Eisspeichern wird eine Wassermenge, z.B. in einer unterirdischen Betonzisterne durch Wärmeentzug vereist. Dazu strömt ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, Sole genannt, mit geringerer Temperatur als dem Gefrierpunkt von Wasser durch Rohrspiralen im Speicher. Durch den Temperaturgradienten kommt es zum Wärmetransport zwischen dem erstarrenden Wasser in der Betonzisterne und der Sole in den Rohrspiralen. Die latente Wärme aus dem Phasenübergang des Wassers wird an die Sole übertragen, welche sich dadurch erwärmt. Die erwärmte Sole dient wiederum einer Wärmepumpe als Wärmequelle. Am Verdampfer der Wärmepumpe gibt die Sole die Wärme wieder ab und kann anschließend erneut Wärme aus dem Eisspeicher aufnehmen. Durch Kombination mit Solarkollektoren kann die Effizienz der Anlage erhöht werden, wenn die damit gewonnene thermische Energie zur Regeneration des Eisspeichers genutzt wird. Weiterführende Informationen Informationen zu Eisspeichern Funktion und Kosten von Eisspeichern im Überblick Bei der Wärmebereitstellung durch Biomasse kommen in der Regel Anlagen zum Einsatz, in denen holzartige Biomasse verfeuert wird. Hierfür gibt es verschiedene Brennstoffe, die sich in Qualität und Kosten z.T. deutlich unterscheiden. Holzpellets sind kleine hochstandardisierte Presslinge mit einer Länge von 2-5 cm, die in unter anderem aus Resten der Holzverarbeitung gepresst werden. Ihr Einsatz in Pelletkessel ist hoch automatisiert und damit nur wenig störanfällig. Dennoch sind jährlich kleinere Arbeiten durch z.B. Ascheaustragung o.ä. erforderlich. Zudem ist eine entsprechende Lagerhaltung in einem sogenannten Bunker inkl. Fördersystem erforderlich. Der Einsatz von Holzhackschnitzeln ist etwas arbeitsaufwändiger, da sowohl Brennstoff als auch das Gesamtsystem zur Wärmeversorgung weniger automatisierbar ist. Die Beschaffung des etwa bis zu 10 cm großen, mechanisch zerkleinerten Holzpartikel ist deutlich günstiger und sie können zudem auch in außenliegenden, überdachten Lagerbereichen oder Wirtschaftsgebäuden gelagert werden. Jedoch bestehen größere Anforderungen an die Einbringtechnik und den Betrieb einer Feuerungsanlage. Durch den gröberen Brennstoff, unterschiedliche Brennstoffqualitäten und Ascheaustrag, kann es gegenüber einem Pelletkessel zu häufigerem Arbeitsaufwand kommen, sodass regelmäßige Präsenzzeiten zur Betreuung erforderlich sind. Des Weiteren kann zur Verteilung des Brennstoffes auch schweres Arbeitsgerät vor Ort erforderlich werden. Neben einer reinen Verbrennung der Holzbrennstoffe kann in einem Vergaser auch Holzgas aus der Biomasse gewonnen werden, um diese anschließend in einem speziellen BHKW in Wärme und Strom umzuwandeln. Holz als Brennstoff ist ein vergleichsweise günstiger und preisstabiler Brennstoff, der jedoch einen gewissen Arbeitsaufwand mit sich bringt. Hierbei sind auch die gegenüber der Verbrennung von gasförmigen Energieträgern erhöhten Staubanteile im Abgas zu beachten, welche im urbanen Bereich stärkere Anforderungen an die Abgasreinigung und Ascheentsorgung mit sich bringen. Auch ist bei der Verwendung von nicht lokal verfügbarer Biomasse ein umfangreicher Logistikaufwand zu betreiben, was zu mehr Verkehr auf den Straßen und einer zusätzlichen Belastung durch Emissionen führt. Ebenso ist bei der Abwägung, ob die Wärme für ein Nahwärmenetz mit Holz erzeugt werden soll, zu berücksichtigen, dass Holz nur bedingt als „klimaneutral“ bezeichnet werden kann. Die Verbrennung setzt neben Feinstaub auch Treibhausgase wie CO 2 und Methan frei. Die Annahme, dass die Wärmeerzeugung mit Holz klimaneutral ist, setzt eine nachhaltige Waldbewirtschaftung voraus, bei der mindestens genauso viel Kohlenstoff durch das Wachstum neuer Bäume gebunden wird, wie durch die Verbrennung von Holz freigesetzt wird. Wird Holz aus nicht nachhaltiger Waldbewirtschaftung (beispielsweise der Abholzung von Urwäldern) für die Wärmeerzeugung verwendet, dann fällt die Bilanz der Umweltauswirkungen negativ aus. Eine stärkere Reduktion von Treibhausgasen kann zudem erreicht werden, wenn das Holz für langlebige Produkte (beispielsweise als Bauholz) verwendet wird, da der Kohlenstoff dann dem natürlichen Kreislauf auf längere Zeit entzogen wird und nicht als CO 2 in die Atmosphäre gelangt. Empfehlenswert für die Wärmeerzeugung ist daher vor allem Restholz aus Produktionsprozessen, das nicht für andere Nutzungen geeignet ist, sowie Altholz, das am Ende der Nutzungskaskade angekommen ist. Die Qualität von Holzbrennstoffen lässt sich verschiedenen Normen in Güteklassen einteilen. Hierfür dient bspw. die DIN EN ISO 17225 oder das DINplus-Zertifizierungsprogramm, um Vergleichbarkeiten zu ermöglichen und eine entsprechende Brennstoffqualität sicherzustellen. Des Weiteren sollten Nachweise über die Herkunft der Biomasse bei den Lieferanten angefragt werden, um möglichst regionale Produkte zu nutzen. Die Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt hat zu den Potenzialen von Biomasse in Berlin eine Untersuchung durchführen lassen, deren Ergebnisse hier einzusehen sind: Biomasse . Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie beim Bundesumweltministerium: BMUV: Klimaauswirkungen von Heizen mit Holz sowie beim Umweltbundesamt: Heizen mit Holz . Weiterführende Informationen Hackschnitzel: Qualität und Normen FNR – Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Für die Wärmeerzeugung aus Biogas existieren regionale unterschiedliche Möglichkeiten. Im ländlichen Raum kann häufig direkt Biogas aus Gärprozessen aus der Landwirtschaft verwendet werden. Abfallstoffe wie z.B. Gülle können dafür genutzt werden, wie auch eigens dafür angebaute Energiepflanzen. Die Verwendung von Anbaubiomasse zur Produktion von Biogas steht jedoch in starker Kritik und kann ebenso wie die Produktion von flüssigen Energieträgern auf die Formel ‚Tank oder Teller‘ reduziert werden. Daher wurde mit den letzten Novellen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) die Nutzung von Anbaubiomasse zu Biogasproduktion immer weiter eingeschränkt (Stichwort ‚Maisdeckel‘). Biogas kann vor Ort genutzt und in Wärme und Strom umgewandelt und verbraucht bzw. über ein kleines Nahwärmenetz verteilt werden. Für eine Einspeisung in das Erdgasnetz ist eine Methan-Aufbereitung des Gases erforderlich. In Berlin besteht die Möglichkeit, ein Biogas- bzw. Biomethanprodukt eines beliebigen Lieferanten aus dem öffentlichen Gasnetz zu beziehen. Dieses Biomethan ist in der Regel aufbereitetes Biogas, z.B. aus Reststoffen oder Kläranlagen, welches in das Netz an einem anderen Verknüpfungspunkt eingespeist wird. Vor Ort zur (Strom- und) Wärmeerzeugung wird dann bilanzielles Biomethan eingesetzt – ähnlich dem Bezug von Ökostrom aus dem öffentlichen Versorgungsnetz. Der tatsächliche Anteil von Biomethan im Erdgasnetz entsprach im Jahr 2022 lediglich etwa 1 %. Bei dem Kauf gibt es entsprechende Nachweiszertifikate (z.B. “Grünes Gas Label” – Label der Umweltverbände oder TÜV) der Anbieter. Die Umsetzung in Wärme (und Strom) erfolgt dann klassisch über Verbrennungstechnologien wie Gaskessel oder BHKW.