Projektstudie! zur!umsetzung!einer!abwasserwärmenutzungsanlage!am!standort!greenpark!stahnsdorf! !!!

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1 GREEN PARK Streletzki Gruppe :33 Home Unternehmen Wir über uns Daten und Fakten Pressemitteilungen Kontakt Hotels Übersicht Estrel Berlin Ellington Hotel Entertainment & Convention Übersicht Estrel Convention Center Stars in Concert Projektstudie Filmpark Babelsberg zurumsetzungeinerabwasserwärmenutzungsanlageamstandortgreenparkstahnsdorf Metropolis Halle Gewerbe Wohnen Streletzki Gruppe» Gewerbe» GREEN PARK Adresse Ruhlsdorfer Straße Stahnsdorf Ansprechpartner Uwe Pieperjohanns Berlin, > Derzeit freie Flächen Auftraggeber* BioenergieregionLudwigsfeldePlus Green PotsdamerStraße31 Park 14974Ludwigsfelde Der GREEN PARK ist ein Gewerbegebiet mit einem hohen Grünflächenanteil und altem Baumbestand. Auf dem 28 ha großen Grundstück haben sich in FrauFeldmann den sehr heterogenen Gebäudebeständen bereits über 80 Firmen angesiedelt, vorwiegend aus dem klein- und mittelständischen Bereich aus der Region und aus Berlin. Am Standort sind ebenfalls international agierende Unternehmen vertreten. Auftragnehmer* e.quaservicesgmbh Der GREEN PARK befindet sich in zentraler Lage in Stahnsdorf direkt in der Ruhlsdorfer Straße. Die Gemeinden Stahnsdorf und Kleinmachnow und die Stadt Teltow grenzen direkt an den südlichen Berliner Bezirk Steglitz-Zehlendorf. StralauerPlatz Berlin Bearbeiter:Dipl.IngJürgenLang Seite 1 von 2

2 InhaltProjektskizze 1. Aufgabenstellung Seite3 2. KlärwerkStahnsdorf Seite3 3. GrundlagenAbwasserwärmenutzung Seite4 4. Wärmeverbraucher Seite8 5. Wärmepumpen Seite8 6. GestaltungWärmepumpenanlage Seite10 7. WirtschaftlichkeitWärmepumpenanlage Seite11 8. Förderungen Seite11 9. Fazit Seite12 2

3 1 Aufgabenstellung Es ist geplant den StromW und Wärmebedarf des Gewerbegebietes Greenpark zukünftig im hohenmaßedurcheinenmixausregenerativenenergienzudecken.dabeisollenauchumw liegendeverbraucher(120weundselgros)mitversorgtwerden. DieAufgabedervorliegendenStudiebestehtdarin,MöglichkeitenzurNutzungvonEnergieW quellenimklärwerkstahnsdorffürdengreenparkzuuntersuchen.dasklärwerkstahnsdorf grenztunmittelbarandasgewerbegebietgreenparkan. DieNutzbarkeitweitereregenerativenEnergiequellenfürdenGreenparkuntersuchenandeW reingenieurbüros,diesistnichtaufgabedervorliegendenstudie.ebensoistdieabwägung der verschiedenen Energiequellen untereinander hinsichtlich ökologischer und wirtschaftliw chereffektenichtgegenstanddervorliegendenuntersuchung. Im Rahmen einer Studie/Vorplanung sollen zunächst Varianten technisch untersucht werw den.aufdiesergrundlagekönnendannentscheidungenzurplanungundausführunggetrofw fenwerden. 2 KlärwerkStahnsdorf ImKlärwerkStahnsdorfwirddasAbwasserausBerlinunddemUmlandaufbereitet.DieReiW nigungskapazitätbeträgtbeitrockenwetterca m 3 /d.damitistesdasviertgrößteder sechsklärwerkederberlinerwasserbetriebe. DieTechnologiebesteht(wieinKlärwerkenüblich)auseinermechanischenundeinerbioloW gischenabwasserreinigung.derabgeschiedeneklärschlammwirdinzweifaulkammernentw gast. Der Restschlamm wird entwässert und anschließend im Klärwerk Ruhleben und in KraftwerkenalsErsatzbrennstoffmitverbrannt. Das in den Faulkammern erzeugte Biogas wird über betriebsinterne BHKW in Strom und WärmeumgewandeltunddientauchzweiHeizkesselnalsBrennstoff.DerStromwirdintern für die Klärwerkstechnik verbraucht, insbesondere für die Beckenbelüftung. Die erzeugte Wärmeenergie dient für die Schlammerwärmung, Gebäudebeheizung und WarmwasserbeW reitungaufdemklärwerksgelände. EsistprinzipiellmöglichaufeinemKlärwerkfolgendeEnergiequellen anzuzapfen : - DieAbwärmedesungereinigtenRohWAbwasserimZulaufdesKlärwerkes - DieAbwärmedesAbwasserszwischendenBearbeitungsstufenaufdemKlärwerksgelände - DieAbwärmedesgereinigtenAbwassersimAblaufnachdemKlärwerk - ÜberschüssigesBiogas - ÜberschussanStromundWärmeenergienachdemBHKW ImRahmendieserStudiewurdendieseEnergiequellenaufeineEignungfürdenGreenpark untersucht. 3

4 2.1 ÜberschussanBiogas,AbwärmeundStromvonBHKWaufderKA NachAussagenderBetreibergibtesderzeitkeinenÜberschussandengenanntenEnergiearW tenfüreineweitergabeandengreenpark.aberdieberlinerwasserbetriebedenkenaneine Erweiterung der Klärschlammfaulung auf dem Betriebsgelände. Diese Überlegungen sind abererstinca.5jahrenrelevant. GegenwärtigisteineNutzungdergenanntenEnergieartenfürdenGreenparknichtmöglich. Abbildung2 ÜbersichtAbleiter1und2KAStahnsdorfderBerlinerWasserbetriebe 3 GrundlagenAbwasserwärmenutzung(AWN) Mit Wärme aus häuslichen und gewerblichen Abwässern lassen sich in Verbindung mit WärmepumpenvomAngebotherca.5%allerGebäudeinDeutschlandbeheizen.DieseArt der Energierückgewinnung senkt nicht nur den Primärenergiebedarf und den CO 2 WAusstoß sondernträgtauchzurthermischenentlastungdergewässerbei. Daher rückt die Nutzung dieser Wärmequelle gegenwärtig immer mehr in den Fokus des öffentlicheninteresses. EsgibtschonzahlreicheWärmepumpenanlageninDeutschland,diedieseWärmequellenutW zen. Dabei werden Heizleistungen bis 1,5 MW erbracht, deren sichere Betriebsführung ist nachgewiesen. 4

5 3.1 AWNausunbehandeltenRohabwasser Dem Klärwerk Stahnsdorf wird das Abwasser hauptsächlich über AbwasserW DruckrohrleitungenausBerlinunddemUmlandzugeführt.Zunennensindz.B.zweiDruckW rohrleitungenausstahlmitnenndurchmesserdn1000 WilmersdorfR1undR2. TechnologienzumWärmeentzugausAbwasserWDruckrohrleitungen(ADL)gibtesbereits. IndenletztenJahrenwurdenvone.quainZusammenarbeitmitdenBerlinerWasserbetrieW benverschiedenemöglichkeitenzurabwasserwärmenutzungausdruckrohrleitungenunterw sucht.sowurdenz.b.analysiert: - DieMöglichkeiteinStückderDruckleitungdurcheinenvorgefertigtenDoppelmantelwärmeW übertragerzuersetzen - ImBereichderDruckleitungeinneuesKernrohrimGanzeneinzuziehenundsomitdasvorW handenedruckrohrzummantelrohrumzugestalten - IndievorhandeneDruckrohrleitungvorgefertigteEinschübeausEdelstahlzumontieren,die nachderendmontagealsdoppelmantelwärmeübertragerarbeiten - denabwasserwärmeübertrageralsabsperrbare,externerohrschleifenachdemdoppelrohrw prinzipparallelzurvorhandenenadlzuverlegen.imkernrohrfließtdasabwasser,imringw spaltimgegenstromdaskaltwasser AlleininBerlingibtesbereitsdreirealisierteWärmepumpenanlagen,dienachdiesenPrinziW piendemabwasserwärmeentziehen. Bei dieser Art der Abwasserwärnenutzung gibt es allerdings eine wichtige Forderung des Klärwerksbetreiberszubeachten.DieAbwasserauskühlungdarfnichtdiebiologischeReiniW gungimklärwerknegativbeeinflussen,d.h.dertemperaturabfallimabwasserdarfsicham KlärwerksWZulaufnichtbemerkbarmachen. BeieinerAWNimStadtgebietistdieseGefahrnichtgegeben,dadurchdasgroßeKanalWund ADLWNetzimmereinthermischerAusgleichmitdemumliegendenErdreicheintritt. ImvorliegendenFallwäreeineAWNnurunmittelbarvordemKlärwerkbzw.aufdemKlärW werkmöglich.einenegativebeeinflussungderbiologischenreinigungsstufeistdahernicht auszuschließen. 3.2 AWNausdemAblaufwasser DasAbwasserfließtnachdemDurchlaufallerReinigungsstufenalssogenanntesAblaufwasW serbzw.vorflutindasnächstliegendefließendegewässer.diesevorfluthatnahezutrinkw wasserqualitätundbesitztbedingtdurchdiebiologischereinigungsstufeinetwadasgleiche TemperaturniveauwieimZulauf. EineNutzungdieserVorfluthatdenVorteil,dasskeinewesentlichenVerschmutzungsprobW lemebeimwärmeübergangzubeachtensind.außerdemisteinenegativebeeinflussungdes Klärwerksprozessesausgeschlossen.EinweitererVorteildieserNutzungliegtdarin,dassdieW ses Abwasser nicht mehr in den Kompetenzbereich der Abwasserbetriebe fällt, der bürow kratische Aufwandistentsprechendgeringer. 5

6 VomKlärwerkStahnsdorfführenfolgendezweiAbleiterdieVorflutweg: - einkanalineiformdn1500/ einkanalspannbetondn1000/1200 Diese Kanäle liegen unmittelbar nebeneinander ca. 150 m westlich der Grundstücksgrenze des Gewerbegebietes Grennpark (siehe auch Lageplan). Zahlreiche Schächte lassen einen ZugriffaufdieKanälezu. e.qua Services GmbH BV: AWN Greenpark Stahnsdorf Tab. 1: Ablaufmengen 2014 für KA Stahnsdorf (Quelle: Berliner Wasserbetriebe) Wärme-Entzugsleistung Heizleistung Mittelwert Minimum Mittelwert Minimum Auskühlung Mittelwert Minimum COP Mittelwert Minimum m3/d m3/d m3/h m3/h K kw kw - kw kw Januar Februar März April Mai Juni Durchschnitt Tabelle1 AblaufmengenderKAStahnsdorf FazitNutzungAbwasser Eswirdempfohlen,fürdieweitereBearbeitungnurnochdenmöglichenWärmeentzugaus demablaufwasserderkläranlagestahnsdorfzubeachten. 6

7 3.4 AWN nutzbarewärmemenge DietäglichenAbwassermengenwurdenvomKlärwerksbetreiberzurVerfügunggestellt.Die LeistungswertewurdenanalysiertundinTabelle1(sieheAnlage)zusammenfassenddargeW stellt. EsergebensichfolgendeWerte(Durchschnitt): Parameter Dimension Mittelwert Minimum Abwasseranfall m 3 /h Mögliche lung AuskühU K 2 2 EntzugsU Wärmeleistung COP kw W 4 4 Heizleistung mepumpe WärU kw Tabelle1 AbwasserwerteKAStahnsdorfBerlinerWasserbetriebe DienutzbarenAbwärmenausdemKlärwerksablaufsindvomPotentialherausreichend,um dasgesamtearealgreenparkmitheizwärmezuversorgen. DieAbwassertemperaturbewegtsichimDurchschnittjenachJahreszeitzwischen10 Cund 20 CundsomitimmerhöheralsvergleichsweiseGrundwasser.. 7

8 4 Wärmeverbraucher Eine Abwasserwärmenutzung(AWN) macht nur Sinn, wenn potentielle Abnehmer im NahW bereichvorhandensind. Im Gewerbegebiet Greenpark gibt es gegenwärtig ca. 9 Heizzentralen mit einem GasverW brauch von ca m 3 /a (Konzept Projekt und Machbarkeitsstudie EnergieBäketal eg vom ).dasentsprichteinergesamtwheizleistungvonca.2,3mw. Es ist zu diesem Zeitpunkt nicht möglich, den einzelnen Heizzentralen eine passende WärW mepumpenanlagemitawnzuzuordnen.dashängtimwesentlichenab: - vonderartundvombaulichenzustandderheizkessel - vonderartderheizwärmeabgabe,z.b.statischeheizflächen,lüftung,wwb - vomsanierungsbedarfderheizzentralen(neubau,rückbauodererweiterung) - vondermöglichkeitheizzentralenzueinemverbundmitnahwärmenetzzusammenzufasw sen Das$ nutzbare$ Potential$ der$ AWN$ ist$ mehr$ als$ ausreichend,$ um$ den$ Wärmebedarf$ des$greenparks$abzudecken. 5 Wärmepumpen WärmepumpengewinnenzunehmendanBedeutung,dasieinderLagesind,UmweltenerW gienundabwärmennutzbringendindieenergieversorgungeinzubringen. EsgibtprinzipielldreiWärmepumpenWBauarten: Kompressionswärmepumpen,AbsorptionswärmepumpenundAdsorptionswärmepumpen. * 5.1 KompressionsWWärmepumpe Das Kältemittel wird über eine mechanische Kompression verdichtet. Es kommen HubkolbenW,Schrauben,ScrollWundTurboverdichterzumEinsatz.InderRegelsindsie elektrischangetrieben,mansprichtvoneinerelektrischbetriebenenkompressionsw wärmepumpe. WirdderKompressorvoneinemVerbrennungsmotorangetrieben,kannnochzusätzW lich die Motorabwärme mit genutzt werden. Wird dabei Erdgas eingesetzt, spricht mandannvoneinergasbetriebenenkompressionswärmepumpe. 5.2 AbsorptionsWWärmepumpe DemGasWbzw.ElektromotorantriebstehtbeiderAbsorptionstechnikeinthermischer Antrieb, bestehend aus Austreiber, Absorber und einer Lösungspumpegegenüber. StattreinemKältemittelwerdenStoffgemische(z.B.Ammoniak/Wasser)eingesetzt. DieseTechnologienutztdenphysikalischenEffektderReaktionswärmebeiMischung zweierflüssigkeitenodergase.daslösungsmittelwirdimkältemittelwiederholtgew löst oder ausgetrieben. Die notwendige Energiezufuhr von außen erfolgt über eine GasflammeoderüberAbwärme. 8

9 5.3 AdsorptionsWWärmepumpe Das Funktionsprinzip basiert auf einem festen Lösungsmittel, dem Adsorbens, an demdaskältemitteladwoderdesorbiertwird.beiderdesorptionwirdwärmezugew führtundbeideradsorptionentnommen.dadasadsorbensnichtineinemkreislauf umgewälztwerdenkann,läuftderprozessnurdiskontinuierlichab,indemzwischen AdWundDesorptionzyklischgewechseltwird AlleTechnologienwurdeninderVergangenheitspeziellfürdieKältetechnikentwickelt.DaW beihatsichganzklardieelektrischbetriebenekompressionswärmepumpedurchgesetzt.sie erzeugtbeigleicherabwärmedenhöchstenkälteleistungsanteil. AdsorptionswärmepumpenspieleninderpraktischenAnwendungkaumeineRolle. Ist nur die Bereitstellung von Heizenergie von Interesse, ist auch die GasW Absorptionswärmepumpe eine wirtschaftliche Alternative. Soll auch die kalte Seite der Wärmepumpe zur sommerlichen Kühlung genutzt werden, gewinnt wieder die elektrisch betriebenekompressionswärmepumpedieoberhand. * * 5.4 Wärmequellen/Wärmesenken JenachArtderWärmequelle(Wärmeaufnahme)undWärmesenke(Verbrauchsseite)spricht manvon: - LuftW/Luftwärmepumpen - LuftW/Wasserwärmepumpen - WasserW/Wasserwärmepumpen - SoleW/Wasserwärmepumpen - WasserW/Luftwärmepumpen 5.5 Betriebsarten WärmepumpenkönneninunterschiedlichenBetriebsartenarbeiten. Monovalente*Betriebsart* Die gesamte Heizlast wird durch die Wärmepumpe gedeckt. Es gibt keinen zusätzlichen Wärmeerzeuger. * * Bivalente*Betriebsart* DieWärmepumpedecktdieGrundlast,dieSpitzenlastübernimmteinkonventionellerWärW meerzeuger.fährtnachzuschaltendeskonventionellenwärmeerzeugersdiewärmepumpe weiter, spricht man von bivalentwparalleler Betriebsart. Geht die Wärmepumpe nach ErreiW chendesbivalenzpunktesaußerbetrieb,isteseinebivalentwalternativefahrweise. 9

10 5.6 Wirtschaftlichkeit DieEffizienzdesWärmepumpenbetriebeswirdmitderLeistungszahl(COP,G.U.E.)undmit derjahresarbeitszahl(jaz)bewertet. DieLeistungszahlCOP(engl.CoefficientofPerformance)bezeichnetdasVerhältnisausnutzW barer Heizenergie und elektrischer Stromaufnahme bei elektrisch betriebenen KompressiW onswärmepumpen.dercopwirduntergenaudefiniertenbedingungenaufdemprüfstand ermittelt. Dieses Leistungsverhältnis lässt einen wirtschaftlichen Vergleich zwischen verw schiedenenwärmepumpenzu. Basis bildet die DIN EN 14511, die die Wärmequellenart und Wärmeträgertemperatur vorw gibt. DabeiwerdendieBuchstabenA(Air,engl.fürLuft),B(Brine,engl.fürSole)undW(Water, engl. für Wasser) für verschiedene Kombinationen genutzt, z.b. B0/W35, W10/W45 oder A7/W35etc. Bei GasWAbsorptionswärmepumpen beschreibt der energetische GasWWirkungsgrad G.U.E. (engl.gasutilizationefficiency)dasverhältniszwischenheizleistungundgasverbrauch. WährenddieLeistungszahlennurmomentaneVerhältnissewiderspiegelnerfasstdieJahresW arbeitszahl (JAZ) die gesamte Nutzwärme, die die Wärmepumpe über ein Jahr abgibt, im VerhältniszurjährlichaufgenommenenHilfsenergie(StromoderGas). FüreinewirtschaftlicheBewertungdesWärmepumpenbetriebesistnurdieJAZvonBedeuW tung. Laut dem ErneuerbareWEnergienWWärmegesetz EEWärmeG des Bundes werden elektrisch angetriebene Wärmepumpen nur als Form der erneuerbaren Energieerzeugung anerkannt, wenn mindestens folgende Werte für die Jahresarbeitszahl bei Neubauten erw reicht werden: LuftWWasserWWärmepumpe: 3,5 SoleWWasser oder WasserWWasserW WärmeW pumpe:4,0.gaswabsorptionswärmepumpenmüsseneinejazvonmind.1,2erreichen. 6 GestaltungWärmepumpenanlage FürdietechnischeGestaltungderWärmepumpenanlagekönnenandieserStellenurallgeW meinehinweisegegebenwerden.einegenauebeschreibungisterstnacheinerobjektkonw kretenanalysederheizzentralenunterbeachtungderanderenregenerativenenergiequelw lenmöglich. AusdemAblaufkanalwirdmittelseinerSchmutzwasserpumpedasAblaufwasserbedarfsgeW recht über einen Kaltwasserleiter der Wärmepumpenanlage zugeführt. Dafür können die vorhandenen Schächte im Ablaufkanal genutzt werden. Nach durchströmen der WärmeW pumpenanlagewirddasablaufwasserüberdienachfolgendenschächtewiederindenkanal zurückgeführt. 10

11 JenachkonstruktiverBeschaffenheitderVerdampferanlageistdurchEinbaueinesPlattenW wärmeübertragers eine hydraulische Trennung der Wasserströme vor der Wärmepumpe erforderlich.dasabwassergiltalssauerstoffbelastet.esgibtaberwärmepumpen,beidenen aufdiesehydraulischetrennungverzichtetwerdenkann. Wärmepumpen können aus wirtschaftlichen Gründen Heizungsvorlauftemperaturen bis 55 Cerreichen.DamitergebensichentsprechendeSchaltungsvariantenfürdiehydraulische EinbindungindievorhandeneHausanlage. WärmepumpenkönnenauchzursommerlichenKühlunggenutztwerden.Dassetztnatürlich einenkühlbedarfindenobjektenvoraus.durchdieableitungderabwärmeindenablaufw kanal werden temperaturbedingt bessere wirtschaftliche Effekte erreicht, als bei Ableitung derabwärmenmittelskühltürmenüberdach. 7 WirtschaftlichkeitWärmepumpenanlage Auchhierkönnennurfolgende,allgemeineHinweisebzw.ErfahrungenweitergegebenwerW den: - FürWärmepumpenanlagenkönnenLaufzeitenvon20Jahrenangesetztwerden - InzahlreichenAnlagenwurdenAmortisationenvon10W12Jahrenerreicht - DieAmortisationverbessertsichdeutlich,wenneinesommerlicheKühlungmiteingerechnet werdenkann - DieEnergietarifebestimmendieWirtschaftlichkeitwesentlich 8 Förderung Es besteht prinzipiell die Möglichkeit einer objektkonkreten Förderung oder Finanzierung derbaumaßnahme.inderanlagewerdenzweivariantendargestellt.essindkleinebeiträge, diediewirtschaftlichkeitderanlagenicht aufdenkopf stellen. 11

12 9 Fazit Die örtliche Lage des AblaufwasserWKanales des Klärwerkes Stahnsdorf bietet gute VorausW setzungen, um die noch vorhandene Abwärme mittels Wärmepumpen im Gewerbegebiet Greenpark sehr effizient zu nutzen. Das vorhandene Energiepotential überschreitet den möglichenbedarfbeiweitem. Wärmepumpenanlagen mit Abwasserwärmenutzung stellen sich wirtschaftlich und ökolow gischbesserdar,alserdsondenanlagenoderluftwärmepumpen. EinebedarfsgerechteAuslegungderWärmepumpenanlagesetztallerdingseineobjektkonW krete,exakteanalysedervorhandenenheizzentralenincl.hausanlagenunterbeachtungder anderenregenerativenenergiequellenvoraus. Berlin,den e.quaservicesgmbh AndreasKoschorreck WGeschäftsführungW 12

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