Projekt 25059/01

Wärmerückgewinnung aus Abwasser

Projektdurchführung

Zweckverband Wasserversorgung und Abwasserbeseitigung Grevesmühlen
Karl-Marx-Str. 7 - 9
23936 Grevesmühlen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Erdgas als fossiler Brennstoff wird aufgrund der begrenzten Mengen künftig noch kostbarer und teurer. Abwasser ist eine regenerative Energiequelle. Seine Energie zu nutzen, senkt Primärenergieverbrauch sowie C02-Emissionen und verringert die Abhängigkeit von Energieimporten. Ziel des Projektes ist es daher, den bisher genutzten fossilen Energieträger durch kostengünstig und praktikabel nutzbare Abwärme aus Abwasser zu ersetzen und so zu einer Verbesserung der C02-Bilanz beizutragen.
Das Projekt soll Praxiserfahrungen der Wärmenutzung aus Abwasser, das in Druckrohrleitungen transportiert wird und Erfahrungen für den Einsatz spezieller Wärmetauscher in gewerblichem Abwasser liefern. Reinigungszyklen und Stabilität der Wärmeübertragung sollen dabei ebenso wie die verbesserten Arbeitszahlen unter Betriebsbedingungen ermittelt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Verwaltungsgebäude des Zweckverbandes wurde vor der Realisierung dieses Projektes mit zwei Erdgaskesseln beheizt. Unmittelbar vor dem Verwaltungsgebäude des Zweckverbandes verläuft eine Abwasserdruckleitung NW 400 vom Gewerbegebiet Upahl zur Kläranlage Grevesmühlen. Die Abwassertemperatur liegt im Winter bei mindestens 23°C im Sommer bei 29°C. Das gewerbliche Abwasser enthält nur geringe Fäkalienbestandteile, ca. 10%. Das Wärmeniveau setzt den Einsatz von Wärmepumpen voraus. Damit kann im eng bebauten Stadtgebiet, in dem keine Flächenkollektoren oder Tiefensonden als Wärmequelle ausgeführt werden können, Abwasser als Wärmequelle für die Wärmepumpe genutzt werden. Es wurde die Wärmeaufnahme über einen Wärmetauscher in der Abwasserrohrleitung und auch an der Rohrwandung überprüft. Beide Varianten sind auf Grund der erforderlichen am oder im Rohr unterzubringenden Flächen aus Kostengründen nicht vertretbar. Ein externer Rohrbündelwärmetauscher dagegen ist technisch und ökonomisch vertretbar. Die Investitionskosten für die Erschließung der Wärmequelle liegen im vorliegenden Fall bei ca. 20% der Kosten, die für die Installation von Erdwärmesonden entstehen würden. Der Wärmetauscher ist in einem Kubus von 1.5 x 1.5 x 1 m unterzubringen und lässt sich gut reinigen. Das Abwasser wird über einen Zerkleinerer dem Wärmetauscher zugeführt. Die Erprobung soll Aussagen zu erforderlichen Reinigungsintervallen und Stabilität der Wärmeleistung erbringen.
Die Wärmeverteilung im Gebäude erfolgt zu 80% durch Plattenheizkörper. Auslegungstemperatur: 70° C/55°C. die restlichen 20% werden durch eine Fußbodenheizung abgedeckt.
Damit sind für eine Wärmepumpenanlage im Auslegungsfall relativ hohe Vorlauftemperaturen erforderlich. Die gewählte Wärmepumpe leistet maximal 55°C. Um den Wirkungsgrad im optimalen Bereich zu halten, ist ein bivalenter Betrieb umgesetzt worden. Die in einem geringen Zeitfenster erforderlichen max. Vorlauftemperaturen werden durch die vorhandene Kesselanlage abgedeckt. Die Leistungszahl (COP-Wert) und vor allem die Jahresarbeitszahl der Abwasserwärmepumpe liegen wie geplant über 4.0.


Ergebnisse und Diskussion

Die ursprünglichen Ziele wurden erreicht.
Die Wärmerückgewinnungsanlage wurde wie geplant im Gebäude des Zweckverbandes Grevesmühlen installiert. Das Konzept der Wärmerückgewinnung aus dem Molkereiabwasser funktioniert.
Die Abwasserdruckleitung wurde mit Anbohrschellen und über erdverlegte PE-Leitungen mit der Wärmepumpe im Gebäude verbunden.
Zur Wärmepumpe gehört ein Direktverdampfer. Dieser ist mit Reinigungsanschlüssen versehen.
Es wurden zeitweise sehr gute Wochenarbeitszahlen von bis zu 4.6 erreicht. Die Arbeitszahl über den gesamten Auswertezeitraum beträgt 4.1 und ist damit als gut zu bewerten. Die Verringerung der Wochenarbeitszahlen zum Ende des Auswertezeitraums deutet auf eine Verschmutzung des Verdampfers hin. Der Verdampfer sollte daher kurzfristig gereinigt werden.
Eine Optimierung des Reinigungsintervalls ist für die kommende Heizperiode vorgesehen.
Eine Optimierung der Heizkreistemperaturen ist in Form von hydraulischem Abgleich des Heiznetzes, Anpassung der Heizkurven für die verschiedenen Heizkreise sowie durch Vergrößerung der Heizflächen in zwei Räumen bereits erfolgt.
Mit den bereits erreichten Arbeitszahlen von deutlich über 4.0 wird eine Einsparung von Primärenergie und eine Senkung der C02-Emissionen über das prognostizierte Maß hinaus erreicht.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Eine Veröffentlichung über dieses Projekt in der Fachpresse ist in Vorbereitung.
Darüber hinaus können wir feststellen, dass die sehr positiven Betriebserfahrungen ECO.S dazu ermutigt haben, eine ähnliche Anlage, die als Wärmequelle Sickerwasser einer Mülldeponie nutzt, auf den Weg zu bringen. Diese Anlage wird voraussichtlich noch in diesem Jahr realisiert. Eine Studie für einen weiteren Standort läuft.
Schließlich werden die positiven Erfahrungen sowohl vom Zweckverband als auch von ECO.S auf zahlreichen Veranstaltungen im Rahmen von Vorträgen verbreitet, unter anderem bei DWA, BEW, e. qua, OTTI. etc.


Fazit

Die Rückgewinnung von Wärme aus Molkereiabwasser ist eine effiziente Möglichkeit zur Wärmeerzeugung mit einer Wärmepumpe. Bei regelmäßiger Reinigung des Verdampfers und weiterer Optimierung können voraussichtlich in der Übergangszeit Wochenarbeitszahlen von über 5.0 und als Jahresarbeitszahl ein Wert von über 4.3 erreicht werden. Grundsätzlich kann die hier erprobte Technik auch für andere Industrieabwässer mit geringem Fäkalienanteil verwendet werden.