Interessant als Wärmequelle: Ein neuer Horizont für die Nutzung von Abwasser? Foto: Pixabay
Was ist Abwasserwärme-Rückgewinnung?
Der Begriff Wärmerückgewinnung wird meist nur mit Lüftungsanlagen in Verbindung gebracht. Weniger bekannt ist, dass man auch die Wärme aus dem häuslichen Abwasser zurückgewinnen kann, um sie später im Gebäude für Anwendungen wie Warmwasser oder Heizungswärme wiederzuverwenden. Wie das funktioniert, verrät der folgende Artikel.
Das Trinkwasser, das wir im Haushalt etwa zum Abwaschen oder Duschen verwenden, enthält oft viel thermische Energie, die aber in den meisten Fällen ungenutzt in die Kanalisation abfließt. Dieses Abwasser – auch Grauwasser genannt – hat anfangs immerhin eine Temperatur von durchschnittlich mehr als 25 °C. Auf dem Weg zur Kläranlage sinkt dieser Wert in der Kanalisation nach und nach, trotzdem hat man es auch hier noch mit Wassertemperaturen von 15 °C im Jahresdurchschnitt zu tun.
Wärmepotenzial im Abwasser
Das Ziel der so genannten Abwasserwärmerückgewinnung (AWRG) ist es, dem Abwasser einen Teil dieser Wärme zu entziehen, um sie an anderer Stelle wieder nutzbar zu machen. Wohlgemerkt: Es geht hier um die Nutzung der Wärme, nicht um die Nutzung des Abwassers selbst. Denn natürlich kommt niemand auf die Idee, verschmutztes Abwasser direkt in eine Heizungsanlage fließen zu lassen oder es dem Frischwasser aus dem Wasserhahn zwecks Aufwärmung „beizumischen“. Stattdessen geht es darum, nur die Wärme aus dem Abwasser „herauszuziehen“ und diese dann zum Beispiel auf den Heizungskreislauf (mit sauberem Wasser!) zu übertragen.
Natürlich sind 15 °C Abwassertemperatur – und selbst 25 °C – viel zu wenig, um damit Heizungskörper ausreichend zu erwärmen. Hinzu kommt, dass man aus technischen Gründen immer nur einen Bruchteil der vorhandenen thermischen Energie tatsächlich für andere Nutzungen gewinnen kann. Allerdings sind auch Wärmequellen von geringer Temperatur ausreichend, um eine Wärmepumpe effektiv zu betreiben. Mit einer solchen Anlage lassen sich nämlich niedrige Ausgangstemperaturen auf Nutzungstemperaturen von 65 bis 70 °C anheben. Das genügt zum Heizen. Deswegen wird die AWRG meist in Kombination mit einer Wärmepumpe realisiert.
Wann lohnt sich das?
Industrielle Abwässer sind oft wesentlich heißer als solche in Wohngebäuden. In diesem Bereich hat die AWRG also ein besonders hohes Potenzial. Aber auch die niedrigeren Temperaturen im Wohnbereich könnte man wie gesagt mithilfe einer Wärmepumpe sinnvoll nutzen. Für die Beantwortung der Frage, ob sich die Investition in eine Abwassernutzungsanlage mit Wärmerückgewinnung überhaupt lohnt, sind allerdings nicht nur die Wassertemperaturen, sondern auch die verfügbaren Wassermengen entscheidend. Viele Anlagen lassen sich nämlich nur effektiv nutzen, wenn möglichst permanent – ohne größere Unterbrechungen – Abwasser anfällt.
Derartige Anlagen lassen sich also für den Einsatz in Einfamilienhäusern oder in kleineren Mehrfamilienhäusern gar nicht rentabel verwenden, oft lohnen sie sich erst, wenn mindestens 30 Wohneinheiten an das System angeschlossen werden. Dass sich die AWRG nicht für Einfamilienhäuser eignet, schien lange Zeit auch der Tenor der Fachleute in Deutschland zu sein. Mittlerweile wird aber vielerorts auch mit kleineren, dezentralen Anlagen zur Abwasserwärmerückgewinnung in Einfamilienhäusern experimentiert.
Methoden zur Wärmerückgewinnung
Um zu verstehen, wie AWRG funktioniert, müssen wir zwei grundsätzliche Fragen klären: Auf welche Weise wird dem Abwasser Wärme entzogen, und wo geschieht dies? Beginnen wir mit dem Ort des Geschehens. Man kann die Wärme direkt im Gebäude – oder in dessen unmittelbarer Nähe – aus dem Abwasser ziehen, man kann es aber auch erst in der Kanalisation oder sogar erst dann tun, wenn das Wasser die Kläranlage durchlaufen hat. Für das „Abschöpfen“ in Gebäudenähe spricht die dort noch höhere Temperatur, für das Kanalrohr beziehungsweise die Kläranlage dagegen die weitaus höhere Wassermenge. In der Praxis überwiegt bislang das Argument der verfügbaren Wassermenge. AWRG wird bisher meist innerhalb der Kanalisation angewandt.
Und wie entzieht man dem Abwasser die Wärme? Dies geschieht in der Regel mithilfe von Wärmetauschern, die es in unterschiedlichsten Bauweisen gibt. Für Kanalrohre gibt es Rinnenwärmetauscher, die entweder bereits im Kanalrohr fest integriert sind oder auch nachträglich eingebaut werden können. Dabei handelt es sich zum Beispiel um Stahlplatten am Boden des Abwasserkanals, die sich durch die thermische Energie im Wasser erwärmen. Es gibt auch außen liegende Wärmetauscher, etwa so genannte Doppelmantel-Rohrwärmetauscher. Bei diesen wird die Wärme von einem zweiten Rohrmantel aus Metall gespeichert, der sich von außen rund um das wasserführende Rohr anschmiegt.
Auch AWRG-Systeme, die direkt am Gebäude installiert werden, arbeiten mit Wärmetauschern. Diese können sich beispielsweise in einem zentralen Schacht außerhalb der Gebäudehülle befinden, in dem das Grauwasser aus dem Haus zwischengespeichert wird, bevor es in die Kanalisation abfließt. Bei anderen Gebäudesystemen kombiniert man einen Wärmetauscher für Bade- und Duschabwasser mit einer Grauwasser-Recyclinganlage. Dem Abwasser wird also zunächst Wärme entzogen, bevor es dezentral gereinigt und dann zum Beispiel als Spülwasser für die Toilette wiederverwendet werden kann.
Vom Speicher zur Wärmepumpe
Die Wärme aus dem Abwasser wird also von Wärmetauschern aufgenommen. Von dort muss sie nun noch zur Wärmepumpe weitergeleitet werden, in der die Temperatur so weit angehoben wird, dass sie zum Heizen oder für die Warmwasseraufbereitung ausreicht. Die Übertragung erfolgt in der Regel über mit Wasser gefüllte Kunststoffrohre. Das Frischwasser in den Rohren nimmt die Wärme vom Wärmetauscher auf und gibt sie später im Wärmepumpen-Kreislauf wieder ab. Die in der Wärmepumpe erzeugte thermische Energie wird anschließend meist in großen Frischwasserbehältern zwischengespeichert, von wo sie je nach Bedarf für Heiz- oder Warmwasserzwecke abgezweigt werden kann.
Integration des Fettabscheiders
Fettabscheider und Abwasserwärmerückgewinnung in einem: Das System Liputherm mit Wärmepumpe (ganz rechts) und Wärmetauscher (links daneben). Foto: ACO Passavant
Ein interessanter neuer Lösungsansatz zur Abwasserwärmerückgewinnung ist die Kombination des Wärmetauschers mit einem Fettabscheider. Das gilt zumindest für Bereiche, in denen solche Anlagen vorgeschrieben sind. Also für gewerbliche Verursacher von Abwasser, etwa in Großküchen. Für solche Bereiche hat der Hersteller ACO Haustechnik 2016 das neue Abwasserwärme-Rückgewinnungssystem Liputherm auf den Markt gebracht.
Bei dem System (siehe Grafik) durchläuft das vom Küchenbetrieb generierte warme Abwasser zunächst den Fettabscheider, bevor ihm im Wärmetauscher Wärme entzogen wird, die dann zur Wärmepumpe weitergeleitet wird. Das abgekühlte Abwasser fließt zurück zum Fettabscheider und gelangt von dort in die Kanalisation. Der Clou von Liputherm: Zur Vermeidung von Ablagerungen im Innenraum des Wärmetauschers wird dieser in regelmäßigen Abständen von einer Reinigungseinheit automatisch gesäubert. AWRG-Anlagen können nämlich dauerhaft nur effektiv funktionieren, wenn sich auf den Wärmetauscher-Oberflächen kein Biofilm aus den Inhaltstoffen des Abwassers bildet (Fette, Öle, Speisereste).
Über den Autor
Roland Grimm ist seit Februar 2013 freier Journalist mit Sitz in Essen und schreibt regelmäßig Fachwissen-Artikel für
BaustoffWissen. Zuvor war er rund sechs Jahre Fachredakteur beim Branchenmagazin
BaustoffMarkt und außerdem verantwortlicher Redakteur sowie ab 2010 Chefredakteur der Fachzeitschrift
baustoffpraxis.
Kontakt:
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