Wärme aus Abwasser. Randbedingungen, Wirtschaftlichkeit, Betriebsergebnisse. Technische Randbedingungen, Wirtschaftlichkeit, Betriebsergebnisse

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Hermann Lenz
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Wärme aus Abwasser Wärme aus Abwasser Randbedingungen, Wirtschaftlichkeit, Betriebsergebnisse Technische Randbedingungen, Wirtschaftlichkeit, Betriebsergebnisse

1 Wärme aus Abwasser Wärme aus Abwasser Randbedingungen, Wirtschaftlichkeit, Betriebsergebnisse Technische Randbedingungen, Wirtschaftlichkeit, Betriebsergebnisse Nutzung von Abwasserwärme Fachtagung Nutzung von Abwasserwärme Fachtagung, Stuttgart Umweltministerium, Stuttgart Dipl.-Ing. Claus Schmidt

2 Realisierte Energieprojekte mit Blockheizkraftwerk 222 Anlagen davon 3 Abwasserwärmenutzung mit Holzheizung 150 Anlagen

Grundsätzliches zum Wärmepumpenprozess Leistungszahl e oder COP (Coefficient Of Performance) = Wärmeabgabe am Kondensator Stromaufnahme des Verdichters COP hängt wesentlich von der Temperatur der

3 Grundsätzliches zum Wärmepumpenprozess Leistungszahl e oder COP (Coefficient Of Performance) = Wärmeabgabe am Kondensator Stromaufnahme des Verdichters COP hängt wesentlich von der Temperatur der Wärmequelle T Quelle und der Heiztemperatur T Heiz ab. Je höher T Quelle und je niedriger T Heiz desto höher ist der COP Die Angabe eines COP ist daher immer an die Angabe dieser beiden Temperaturen gebunden. Sole/Wasser-WP B0/W35: B0 = Temperatur Sole am Verdampfereintritt = 0 C W35 = Temperatur Heizwasser am Kondensatoraustritt = 35 C 3

Kombination Wärmepumpe mit anderen Wärmeerzeugern Vorlauftemperatur Wärmepumpe üblicherweise maximal: 55-60 C Höhere Vorlauftemperaturen durch Kombination mit

4 Kombination Wärmepumpe mit anderen Wärmeerzeugern Vorlauftemperatur Wärmepumpe üblicherweise maximal: C Höhere Vorlauftemperaturen durch Kombination mit anderen Wärmeerzeugern. Voraussetzung Rücklauftemperatur Heiznetz ist niedrig genug < 50 C C C C Wärmepumpe Blockheizkraftwerk und/oder Heizkessel

Prinzip Abwasserwärme mit Wärmepumpe und BHKW/Heizkessel Wärmeentzug aus Abwasser mit Wärmepumpe Einbindung Wärmepumpe in den Rücklauf Nahwärmenetz

5 Prinzip Abwasserwärme mit Wärmepumpe und BHKW/Heizkessel Wärmeentzug aus Abwasser mit Wärmepumpe Einbindung Wärmepumpe in den Rücklauf Nahwärmenetz Anhebung auf Sollwert der Vorlauftemperatur durch BHKW Strombedarf der Wärmepumpe wird vom BHKW gedeckt Effizienzsteigerung durch zusätzlich Brennwertnutzung

Nahwärmeversorgung aus Klärwerk Freiberg a. N. Klärwerk Wärmenetz Bestand Tennishalle u. Jumpinn Netzverluste Erweiterung red. Netzv. neue Hauptleitung Wärmeverbrauch gesamt 550.

6 Nahwärmeversorgung aus Klärwerk Freiberg a. N. Klärwerk Wärmenetz Bestand Tennishalle u. Jumpinn Netzverluste Erweiterung red. Netzv. neue Hauptleitung Wärmeverbrauch gesamt kwh/a kwh/a kwh/a kwh/a kwh/a kwh/a Heizzentrale WEG Stadion Umkleidegeb. Stadiongebäude Neubau Tennishalle Jumpinn Wasenhalle

7 Projektentwicklung Klärgas-BHKW 40 kwel / 80 kwth seit 1990 Abwasserwärmepumpe 100 kw 2004 Pelletheizung 300 kw 2006 Modernisierung/Erweiterung Wärmenetz 2015

8 Abwasserwärmetauscher im Belebungsbecken

9 Belebungsbecken

10 Rohrschlange als Abwasserwärmetauscher Werkstoff: Edelstahl Rohrdurchmesser: DN 80 Schlangendurchmesser: 2 m Anzahl der Windungen: 16 Höhe: 2 m Rohrlänge: 100 m

Nahwärmeversorgung Bretten Gymnasium Wohngebäude Gymnasium Sporthalle Gesamt 280.000 kwh/a 1.355.000 kwh/a 140.000 kwh/a 1.775.

11 Nahwärmeversorgung Bretten Gymnasium Wohngebäude Gymnasium Sporthalle Gesamt kwh/a kwh/a kwh/a kwh/a Sporthalle Wärmeleitungen Wärmenetz neu Bestand 700 Trm 200 Trm Regenüberlaufbecken mit Heizzentrale Wohngebäude energetisch saniert 11

12 Regenüberlaufbecken und Abwasserwärmetauscher Abwassermenge: Tagesmittel 34 l/s Tagesmini. 24 l/a Fläche Wärmetauscher 87 m² 12

13 Abwassertemperatur

14 Heizzentrale Bretten Abwasserwärmepumpe Erdgas-Blockheizkraftwerk Brennwertkessel 150 kw 50 kwel/200 kwth 300 kw

15 Aufstellungsplan Heizzentrale Bretten Wärmepumpe Puffer BHKW Kessel

16 Wärmenetz Schulzentrum Rücklauftemperaturen Schulzentrum Februar 2010 Optimierungsmaßnahmen Reduzierung der installierten Pumpenleistung / geregelte Pumpen Regler Schließen/Regeln von Überströmungen Reihenschaltung von Niedertemperaturverbrauchern 0 00:30 16:30 08:30 00:30 16:30 08:30 00:30 16:30 08:30 00:30 16:30 08:30 00:30 16:30 08:30 00:30 16:30 08:30 00:30 16:30 08:30 00:30 16:30 08:30 00:30 16:30 08:30 00:30 16:30 08:30 00:30 16:30 08:30 00:30 16:30 Wärmetauscher Optimieren der Regelung 16

17 Übergabestation TV-Halle Fußbodenheizung 40/35 C Regler Rücklauf Schulzentrum indirekte Wärmeübergabe Wärmetauscher Vorlauf Heizzentrale Rücklauf Gesamt 17

18 Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs Heizleistung [kw] Kessel Deckungsanteile BHKW 32 % Wärmepumpe 25 % Kessel 43 % Puffer Wärmepumpe BHKW Stunden

19 Investitionskosten Gebäude mit Erschließung ,-- Abwasserwärmetauscher ,-- Wärmepumpe, Blockheizkraftwerk, Heizungstechnik ,-- Wärmenetz und Übergabestationen ,-- Nebenkosten ,-- Netto-Gesamtkosten ,-- 19

20 Zeitlicher Ablauf Konzeption 2007/2008 Planung und Ausschreibung 2008 Realisierung/Inbetriebnahme

21 Betriebserfahrungen - Anlage ist seit 2009 in Betrieb. - Der Wärmetauscher erreichte nicht die ausgeschriebene Entzugsleistung. - Als Folge der zu geringen WT-Leistung schaltete die WP aus Frostschutzgründen häufiger und früher ab als ursprünglich konzipiert (kein Frostschutzmittel im Zwischenkreis) - Zwischenzeitlich erfolgte Austausch des Wärmetauschers durch Hersteller - Reihenschaltung Hoch- und Niedertemperaturverbraucher sowie Optimierungsmaßnahmen im Schulzentrum liefern Rücklauftemperaturen die zufriedenstellend sind. 21

22 Schlossgymnasium Kirchheim unter Teck Walter-Jacob-Halle Schlossgymnasium Hausmeisterwohnung Heizzentrale 22

23 Bestehende Heizanlage Kessel Heizzentrale Baujahr Kessel Leistung 500 kw kw Heizstrom Heizstrom 23

24 Stromverbrauch und Stromkosten Heizstrom Stromverbrauch 2011 Heizstromkosten kwh/a ,-- /a Allgemeinstrom Stromverbrauch 2011 Strombezugskosten kwh/a ,-- /a

25 Abwasserkanal Mindestabfluss Trockenwetter 16 l/s; 8,8 C Abfluss Trockenwetter bei Mindesttemperatur 27 l/s; 8,3 C Mittlerer Trockenwetterabfluss während der Heizperiode 55 l/s; 10,7 C DN 700 DN 500

26 Konzeption der Abwasserwärmenutzung

27 Abwasserwärmetauscher und Zwischenkreis (Sole)

Einbau Abwasserwärmetauscher Aus arbeitsschutzrechtlichen Gründen konnte Wärmetauscher nicht direkt eingebaut werden (min. DN 800 erforderlich).

28 Einbau Abwasserwärmetauscher Aus arbeitsschutzrechtlichen Gründen konnte Wärmetauscher nicht direkt eingebaut werden (min. DN 800 erforderlich). Wärmetauscher wird er von einer Seite aus eingeschoben und nach der Plazierung über Manschetten fixiert, die mittels Roboter aufgespannt werden.

29 Heizzentrale nach Umbau Pufferspeicher Kessel Blockheizkraftwerk Wärmepumpe

30 Energiebilanz Heizlast [kw] Kessel = 10 % WP = 25 % BHKW = 65 % Stunden

31 Brutto-Investitionskosten Blockheizkraftwerk Wärmepumpe Gasheizung Erdgasanschluss Summe Fördermittel Summe

32 Vergleich betriebsgebundener Kosten /a /a Betriebskosten Allgemeinstrom /a /a Unterschied /a Heizstrom /a /a /a Betriebskosten Allgemeinstrom /a Erdgas Bei Investitionskosten von ,-- Kapitalrückflusszeit: ,-- : ,-- = 5,3 Jahre

33 Umweltbilanz

34 Zusammenfassung Abwasserwärmeprojekte sind komplex, technisch anspruchsvoll und bedürfen einer guten konzeptionellen Vorarbeit sowie einer sorgfältigen Planung und Bauausführung. Mehrere Beteiligte mit unterschiedlichen Interessen und Anforderungen - Zweckverband / Entwässerungsamt (Einfluss von Kanaleinbauten, Eigentumsfragen, Kosten) - Kläranlage (Einfluss auf Betrieb und Biologie der Kläranlage) - Kommune/Stadtwerk (Standort- und Betreiberfragen) - Wärmekunden mit unterschiedlicher Abnahme- und Verbraucherstruktur. Abwasserseite - Entfernung zu Kanal, Kanalquerschnitt, Gefälle - Abflussmenge, Abwassertemperatur Heizungstechnik - Heizsystem, Auslegungstemperaturen, Temperaturspreizung - hohe RL-Temperaturen verschlechtern den COP und verringern den Wärmedeckungsanteil WP - Bei Bestandsgebäuden meistens Maßnahmen zur Senkung der RL-Temperaturen notwendig Konzeption und Auslegung - Im Bestand meistens bivalente Konzeptionen (wegen hohen Heizlasten und Temperaturanforderungen) - Kombination von Wärmepumpe und Blockheizkraftwerk (Kraft-Wärme-Kopplung) kann sinnvoll sein. - Verbraucher mit unterschiedlichen Temperaturanforderungen sollten in Reihe geschaltet werden. - Deckungsanteile und COP sollten die Anforderungen der Wärmegesetze (EWärmeG; EEWärmeG) erfüllen. Einflussgrößen Wirtschaftlichkeit - Energiepreisen (Strom, Erdgas, Heizöl) - Fördermitteln (z.b. KlimaschutzPlus-Programm fördert BHKW, Wärmepumpen, Wärmenetze) - gesetzlichen Rahmenbedingungen (Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz KWKG, Wärme-Gesetze) 34

35 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit IBS Ingenieurbüro Schuler GmbH Flößerstr Bietigheim-Bissingen Tel

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