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Wärmerückgewinnung aus Abwasser-Beispiele aus Berlin
re-water 2011, Braunschweig
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
Beispiele aus Berlin
Wärmerückgewinnung aus Abwasser
� Einführung
� Beispiel IKEA
� Weitere Beispiele
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
� Wärmeleck Kanal?
� Fazit
Einführung
� Weil es von den „Produzenten“ erwärmt wurde, hat Abwasser
ein höheres mittleres Temperaturniveau als seine Umgebung.
� Die Rückgewinnung dieses Wärmepotenzials ist umwelttechnisch
sinnvoll und kann bereits heute wirtschaftlich interessant sein.
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
� Abwasserdruckrohre (und Abwasserkanäle) können als
Niedertemperatur-Fernwärmenetz verstanden werden.
Einführung
� Mögliche Standorte der Wärmegewinnung (DWA M 114)
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
Rückgewinnung
im Gebäude
Rückgewinnung im
Entwässerungssystem
Rückgewinnung
in der Kläranlage
(gereinigtes Abwasser)
max. Temperatur
niedriger Volumenstrom
mittlere Temperatur
mittlerer Volumenstrom
niedrige Temperatur
max. Volumenstrom
Einführung
Das Berliner
Stadtgebiet ist
ca. 900 km² groß
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
Kanäle
4.309 km Abwasserkanäle1.921 km Mischkanäle3.253 km Regenkanäle
68 km Sonderkanäle
9.551 km insgesamtKlärwerke
(Zulauf in Tm³ pro Tag)
Druckleitungen
1.173 km
Einführung_ Abwasserentsorgung in Berlin
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
9.551 km insgesamt (Zulauf in Tm³ pro Tag)
Ruhleben 247Waßmannsdorf 200Schönerlinde 105Münchehofe 43Stahnsdorf 47Wansdorf 40
Insgesamt 682
Pumpwerke
13 Hauptpumpwerke52 Anschlusspumpwerke62 Überpumpwerke19 Regenpumpwerke
4 Sonderpumpwerke
150 insgesamt
Einführung_ Abwasserentsorgung in Berlin
� etwa 7 % des Berliner Schmutz- und Mischwasserkanalnetzes
sind größer DN 700, dies entspricht ca. 416 km
286 km 75 km 55 km
Durchmesser
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
3978 km
1236 km
600 km-250
251-400
401-700
701-1200
1201-1600
>1600
Durchmesser
Beispiel IKEA
Die Ausgangssituation 2009:
� Neubau geplant
� Druckrohrleitung DN 1000 (Stahl)
vorhanden
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
vorhanden
� Entfernung Druckrohr -
Heizzentrale ca. 150 m
Aber: Keine Referenzanlage vorhanden !
Beispiel IKEA
Die Idee:
� Integration eines Wärmetauschers in vorhandene Druckleitung
Anforderungen:
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
� keine hydraulische Beeinflussung des Abwasserstromes durch
Reduzierungen, Einbauten etc.
� keine signifikanten Druckverluste
� (möglichst) permanenter Durchfluss
� langfristig wartungsfreier Betrieb
Beispiel IKEA
WT-Lage Vorteile Nachteile
Hauptstrom • geringer Platzbedarf• je nach Baubedingungen
(Tiefe, Ortslage) kostengünstige Variante
• WT muss zum Netzbestand werden, sonst Abgrenzung schwierig
• ADL fällt während der Bauzeit
Die Varianten:
kostengünstige Variante • ADL fällt während der Bauzeit des WT aus
Bypass • kein Eingriff in ADL-System notwendig
• klare Eigentumsabgrenzung(WT-Druckrohr) möglich
• geringerer Platzbedarf im öffentlichen Straßenbereich
• Netztrennung (ggf. Rückbau) leichter möglich
• Investitionskosten sind höher (WT-Schleife und Schieber)
• hoher Platzbedarf• Verlegetiefe von > 1,5 m
notwendig, wegen Überdeckung Schieberglocke
• höherer Druckverlust
11Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
ADL = AbwasserdruckrohrleitungWT = WärmetauscherGOK = Geländeoberkante
Beispiel IKEA
Die Lösung:
� Doppelmantel-Rohrwärmetauscher als Bypass:
- Gesamtlänge: 204 m
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
- Gesamtlänge: 204 m
- Fließgeschwindigkeit: 1 m/s
- Volumenstrom: 500 – 1.400 m³/h
- Kernrohr: DN 700, ohne ZM-Auskleidung
- Mantelrohr: DN 800, ohne ZM-Auskleidung, mit PE-Ummantelung
- Druckverlust durch Wärmetauscher: 0,023 bar
Beispiel IKEA
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
Doppelmantelrohrwärmetauscher Schieber DN 700
Beispiel IKEA
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
Endstück Wärmetauscher Induktive Durchflussmengenmessung
Beispiel IKEA
� Dezember 2010: Eröffnung der 3. IKEA-Filiale in Berlin mit rund 43.000 m² BGF
� Heizleistung: ca. 70 % des Jahresbedarfs aus Abwasser
� Kühlleistung: 100 % des Jahresbedarfs aus Abwasser
� Installierte Gesamtleistung: 2.496 kW
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
� Installierte Gesamtleistung: 2.496 kW
- Wärmeleistung Elektrowärmepumpen: 1.476 kW
- Gasbrenner für Spitzenlast: 2 x 510 kW
� Kälteleistung Wärmepumpen: 1.137 kW
� Primärenergieeinsparung geplant: 37 %
� Senkung der CO2-Emissionen: bis zu 770 t/a
Beispiel IKEA
� Wärmespeicher:
- 1.250 m³, Sprinklerzentrale als Pendelspeicher
� Heizung:
- Fußbodenheizung, Betonkernaktivierung, Deckenstrahler
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
- Fußbodenheizung, Betonkernaktivierung, Deckenstrahler
� Lüftungsanlagen:
- Wärme- und Kälterückgewinnung
� Zusätzlich:
- Photovoltaik (4.000 m²/ 575 kWp)
Ökologisch und ökonomisch sinnvoll
� Umfangreiches Monitoring inkl. Optimierung der Gesamtanlage im ersten
Betriebsjahr, Betriebserfahrung 12/2010 bis 09/2011:
� Winterbetrieb:
- Abwassertemperatur: jederzeit > 13°C
Beispiel IKEA
- ∆T Wärmetauscher: deutlich < 2 K
- Leistungsbilanz der Wärmepumpe (COP): bis 7,5 (!)
- bislang kein Bedarf für Spitzenlastkessel
- laufende Optimierung der Anlage und der
Steuerung
- Förderstopps während Nachtstunden unproblematisch
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
� Umfangreiches Monitoring inkl. Optimierung der Gesamtanlage im ersten
Betriebsjahr, Betriebserfahrung 12/2010 bis 09/2011:
� Sommerbetrieb:
- Abwassertemperatur: jederzeit < 21°C
Beispiel IKEA
- ∆T Wärmetauscher: ca. 1 K
- kein Bedarf für Pendelspeicher
- kein Bedarf für Kühlung durch Lüftung, (Regelungs-
größe CO2-Konzentration)
- Förderstopps während Nachtstunden unproblematisch
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
Weitere Beispiele
Kanalwärme zur Beheizung von
Beckenwasser der Sport- und Lehr-
schwimmhalle Berlin-Schöneberg:
� Machbarkeitsstudie durch BerlinerWasserbetriebe
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
� Mischwasserkanal Profil Ei 1400/2100
� Anbindung an vorhandene Anlage
� Entfernung Kanal Nutzer ca. 150m (Parkplatzfläche)
� Begleitforschung zur Optimierung des Wärmetauschers im Kanal geplant
Weitere Beispiele
Schwimm- und Schulsporthalle Berlin-Schöneberg
� Wärmebedarf: 1.039 MWh / a
� Wärmeerzeuger aktuell: 2 Gasbrenner mit je 1.750 kW
� Wärmeangebot Kanal: >150 kW
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
� Temperaturdifferenz Abwasser: 2 K max.
� Heizleistung der geplanten Gasabsorptions WP: 4 x 42 kW
� Primärenergieaufnahme Gasabsorptions WP: 4 x 25 kW
� geplante Inbetriebnahme: April 2012
� Gesamtinvestitionskosten (geplant): ca. 450.000 €
Förderung durch UEPII und EFRE-Mittel
Weitere Beispiele
Neubau Betriebsgebäude und Fahrzeughalle
� System:
- Druckrohrwärmetauscher DN 300/350
- Wärmepumpen und Gaskesselanlage
� Wärmeleistung WP / Gaskessel 26 / 48 kW
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
� Wärmeleistung WP / Gaskessel 26 / 48 kW
� Wärmetauscher „begehbar“ im Pump-
werksgebäude aufgestellt
� Primärenergieeinsparung: ca. 28 %
� Senkung CO2-Emission: ca. 30 %
Förderung durch Investitionsbank des Landes Brandenburg
Wärmeleck Kanal?
mechanische Energie
44%sonstige
Beleuchtung2%
Endenergieverbrauch nach Anwendungsbereichen in Deutschland 2007
44%
Privat19%
Industrie7%
Warmwasser5%
sonstige Prozesswärme
23%
Raumwärme 26%
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
Quelle: BMWI, Stand 12/2008
� Raumwärme: 74 % entfallen auf
private Haushalte
� Warmwasser: 65 % entfallen auf
private Haushalte
� 22,5 % des Gesamtwärmebedarfs
in Deutschland entfallen auf
private Haushalte
Wärmeleck Kanal?
Heizung76%
Endenergieverbrauch im Musterhaushalt
Warmwasser12%
Kühlen / Waschen
6%
Kochen4%
Licht2%
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
Quelle: DWA
Endenergiebedarf im Musterhaushalt:
� ca. 85 % der Haushaltsenergie
geht als Wärme über die
thermische Hülle verloren
� ca. 15 % geht in die Warmwasser-
bereitung und somit über den
Kanal verloren
Fazit
� In der Praxis liegen Wärmebedarf und Angebot meist weit auseinander
� Ganzheitliche Projektbetrachtung notwendig
� Genaue Kenntnis über langfristigen Wärmebedarf und Wärmeangebot
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
� Positiv auf die Gesamtwirtschaftlichkeit wirken
- hohe Betriebsstundenzahl (z.B. Heizung und Kühlung kombiniert)
- niedrige Vorlauftemperaturen (z.B. Flächenheizung, mehrstufige
Erwärmung)
- kurze Leitungswege
- optimierter Anlagenbetrieb
Fazit
� Deutliche Senkung des Primärenergiebedarfs ist möglich und damit
- Senkung der CO2-Emission
- Senkung der Betriebskosten
� „Projektvorlaufzeit“ ist nötig und muss bei der Planung berücksichtigt
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
� „Projektvorlaufzeit“ ist nötig und muss bei der Planung berücksichtigt
werden
� Potenzialstudie für Abwasserdruckrohr- und Kanalwärmeangebot für
definierte Einzugsgebiete ist sinnvoll
� In Berlin werden derzeit weitere mögliche Projekte geprüft
Ansprechpartner
Berlinwasser Regional
Alexander Schitkowsky
Alexander Schitkowsky, 21./22. November 2011
Neue Jüdenstraße 1
10179 Berlin
Tel.: 030/ 747 57 158
Fax: 030/ 747 57 169
Email: [email protected]
Einführung� Vor- und Nachteile der verschiedenen Orte für Wärmegewinnung
Ort der Wärmegewinnung
im Gebäude
Vorteile Nachteile
• relativ hohe Abwassertem-peraturen
• sehr kurzer Wärmetrans-portweg
• Betreiber = Wärmeverbrau-cher
• netzunabhängiger Betrieb • kein Einfluss durch Nieder-
schlagswasser
• geringer Abfluss mit tages-zeitlich großen
• Schwankungen • störende Abwasserinhalts-
stoffe • dezentrale Anlagen mit
hohem Betriebsaufwand
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im Entwässerungssystem
auf bzw. nach der Kläranlage
schlagswasser • größere Abwassermengen • kurze bis mittlere Wär-
metransportwege • Überwachung und Betriebs-
sicherheit
• Abhängigkeit von Netzbe-treiber
• Einbauten bedingen Über-wachung
• Einfluss auf Reinigung • kein Einfluss auf Abwasser-
reinigung • große/relativ konstante Ab-
wassermenge und damit größtes Wärmeangebot
• Abwasser ist gereinigt • Abkühlung des Abwassers
zu Gunsten des Gewässers
• wenn keine Abnehmer in der Nähe sind, langer Wär-metransportweg
• Abhängigkeit vom Kläranla-genbetreiber