Ideenwettbewerb Pumpwerke Phase II

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1 Ideenwettbewerb Pumpwerke Phase II Nachtrag zur Studie Umbau Pumpwerk Gewerkenstrasse Wärmerückgewinnung aus Abwasser Aufgestellt: Im März 2004 B.I.B. Danjes GmbH DeTec GmbH Hermannstr. 3 Kupferbent Detmold Detmold Proj.-Nr.: Tel. +49(0)

2 Inhaltsverzeichnis 1. Beheizung des Pumpwerkes durch Wärmerückgewinnung aus Abwasser mittels einer Wärmepumpe Kostenannahme, Ölheizung und Wärmepumpe...5 Anhang: Schemaskizze und Arbeitsdiagramm 1

3 1. Beheizung des Pumpwerkes durch Wärmerückgewinnung aus Abwasser mittels einer Wärmepumpe Wärmepumpen werden schon seit längerem für die Beheizung und Warmwasseraufbereitung eingesetzt. Hierbei wird z.b. Erdwärme als Energiequelle verwendet. Bei einem Pumpwerk steht ein großer Wärmestrom im geförderten Abwasser zur Verfügung. Der Gedanke liegt also nahe, diese Energie für die Erwärmung des Pumpwerkgebäudes mittels einer Wärmepumpe zu nutzen. In Zusammenarbeit mit der Firma De Tec GmbH aus Detmold wurden hierfür Überlegungen angestellt, ob die im Abwasser enthaltene Wärme für die Heizung, insbesondere auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten verwendet werden kann. Mit der Wärmepumpentechnologie kann gegenüber einer konventionellen Heizung nicht nur eine Verminderung des Primärenergieverbrauches erreicht, sondern auch ein wertvoller und nachhaltiger Beitrag zum Umweltschutz geleistet werden. Die Beurteilung der Leistungsfähigkeit einer Wärmepumpe erfolgt anhand der Jahres-Arbeitszahl. Diese gibt an, wieviel Energieeinheiten von der Wärmepumpe beim Einsatz einer Energieeinheit freigesetzt werden können. Die derzeit auf dem Markt angebotenen Wärmepumpen arbeiten mit einer Jahres-Arbeitszahl im oberen Bereich zwischen 4 bis 5. So können bei einer Jahres-Arbeitszahl von 5 aus einer 1 kwh elektrischer Energie bis zu 5 kwh nutzbare Heizenergie gewonnen werden. Primärenergie [%] Datenquelle: Europäisches Testzentrum für Wohnungslüftungsgeräte, TZWL Jahres-Arbeitszahl 2

4 Das oben aufgeführte Diagramm zeigt exemplarisch das Einsparpotential an Primärenergie einer Wärmepumpe im Vergleich zur Erdgas-Brennwerttechnik. Einkalkuliert ist der Wirkungsgrad der Stromerzeugung von rd. 33%. Das Diagramm verdeutlicht, dass bei einer Jahres-Arbeitszahl von 5 rd. 40% am Primärenergie gegenüber einer konventionellen Beheizung mit der Erdgas- Brennwerttechnik eingespart werden können. Den allgemeinen ökologischen Nutzen, den die Wärmepumpentechnologie hinsichtlich CO 2 -Emissionen und Primärenergieverbrauch im Vergleich zur Nutzung von Öl und Gas zur Beheizung und Warmwassererzeugung bietet, wird im nachfolgenden Diagramm veranschaulicht. Vergleich verschiedener Heizsysteme (Heizung und Warmwasser) [%] CO 2 -Emmissionen Primärenergie Zentralheizung Öl Quelle: IWP Initiativkreis Wärmepumpe e.v. Gas-Brennw ert Elektro-Wärmepumpe Jahres-Arbeitszahl 4 Das System der Beheizung eines Pumpwerkes ist auf der beiliegenden Skizze dargestellt. Die in einem geschlossenen System zirkulierende ca. 4-5 C kalte Sole wird über einem im Pumpensumpf angeordneten Wärmetauscher auf ca C (Winterfall) erwärmt. Eine hierdurch bedingte signifikante Abkühlung des Abwassers wird nicht erwartet. In der Wärmepumpe wird der Sole die vorher aufgenommene Wärme wieder entzogen und an ein Arbeitsmedium übertragen. In der Wärmepumpe wird durch Druckerhöhung die Temperatur des Arbeitsmediums erhöht. Hierzu ist Antriebsenergie erforderlich, diese wird im System zu Wärmeenergie umgewandelt. Im Anschluss gibt das Arbeitsmedium die gewon- 3

5 nene Wärmeenergie an das Heizungssystem ab. Hierdurch erhöht sich das im Heizungssystem zirkulierende Wasser von ca. 35 C auf ca. 40 C. Die Erwärmung des Gebäudes kann über Radiatoren, Konvektoren oder über ein Belüftungssystem erfolgen. Durch eine entsprechende Anlagenkonfiguration kann neben der Gebäudebeheizung auch eine Klimatisierung und Entfeuchtung gewährleistet werden. Die oben genannten Temperaturen dienen lediglich zur groben Orientierung. Besonderes Augenmerk ist hierbei auf die Auslegung des Wärmetauschers zu legen. Wärmetauscher sind derzeit auf dem Markt für die unterschiedlichsten Anwendungsfälle und in den verschiedensten Bauformen erhältlich. Sinnvollerweise sollten entsprechende Systeme durch Vorversuche überprüft werden. Vorzugsweise sollte ein System gewählt werden, welches nicht zu einem Hindernis für die im Abwasserstrom befindlichen Feststoffe wird. Nachfolgend sind die zu erwartenden Investitionen und Betriebskosten der Beheizung des Pumpwerkes mit einer Ölheizung und einer Wärmepumpe einander gegenübergestellt. Da das Heizungssystem für beide Systemvarianten benötigt wird, sind die hierfür erforderlichen Investitionen nicht berücksichtigt worden. Für die Gewinnung von Wärme aus Abwasserströmen liegen nur wenige praxistauglichen Erfahrungen vor. Dies gilt insbesondere für die Auslegung des Wärmetauschers im Pumpensumpf. Aus diesem Grund sind die angegebenen Werte des Kostenvergleiches als grobe Schätzungen anzusehen. Der durchgeführte Kostenvergleich weist für den Einsatz der Wärmepumpentechnologie ca. 10% höhere Investitionskosten auf. Jedoch ist insbesondere aufgrund der geringeren verbrauchsgebundenen Kosten gegenüber einer konventionellen Ölheizung mit einer Amortisation der Mehrinvestition innerhalb von zwei Jahren zu rechnen. Detmold, den B.I.B. Danjes GmbH 4

6 2. Kostenannahme, Ölheizung und Wärmepumpe Annahmen: Wärmebedarf des Gebäudes: 15,00 [KW] Vollnutzungsstunden 1705 [h] nach VDI 2067, WSchV 95 Nutzungsdauer 15 [a] Annuität 0,0963 Annuitätentabelle VDI 2067 Blatt 1, Tabbelle A8 für 5% Ölheizung Wärmepumpe 1. Anlagendaten: Sole-Wasser Energiepreis Heizung Ct/kWh 4 6,2 Energiepreis Regelung/Pumpen Ct/kWh 10,7 10,7 Grundpreis pro Jahr 60 Wirkungsgrad Wärmeerzeugung 0,90 1 Jahres-Arbeitszahl 4,5 Jahresanteil der Wärmepumpe 1 2. Investitionskosten Wärmeerzeugung 4.000, ,00 Elektro-Installation 200,00 400,00 Öltank-Lagerung 4.000,00 Schornstein 2.000,00 Wärmequellenanlage 5.000,00 Summe , , Bundes-/EVU-Förderung k.a. 3. Kapitalgebundene Kosten Kapitalkosten 982, ,82 Instandhaltung (2%) 204,00 228,00 Summe 1.186, ,82 4. Betriebsgebundenen Kosten Wartung 150 Schornsteinfeger 70 Summe Verbrauchsgebundene Kosten Jahres-Energiebedarf kwh Energieverbrauch Heizung kwh Jahreshilfsenergiebedarf kwh Energieverbrauch Heizungsanlage kwh Energiekosten Heizung 1.222,27 476,57 Jahresgesamtkosten der Anlage 2.628, ,39 5