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LOW valued energy sources UPgrading for buildings and industry uses

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Coole Wege zur Nutzung niedergradiger Energie aus Kanalisationswasser und Industrieabwässern

Lauwarme Abwässer aus der Industrie und etwas wärmere aus unterirdischen Kanalisationsnetzen sind ausgezeichnete Energiequellen für Raumheizung und -kühlung sowie zahllose industrielle Prozesse. Ein EU-finanziertes Projekt hat Technologien vorgestellt, mit denen die im Abwasser gespeicherte Wärme gewonnen werden kann.

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Heizung und Kühlung in Gebäuden und in der Industrie machen die Hälfte des Energieverbrauchs der EU aus. Gemäß den Eurostat-Zahlen von 2019 wird zu 75 % immer noch mit fossilen Brennstoffen geheizt und gekühlt. Das EU-finanzierte Projekt LOWUP, an dem 13 Partner aus 7 europäischen Ländern beteiligt sind, beschäftigte sich mit der Demonstration innovativer Technik zur Gewinnung und Wiederverwendung niedergradiger Energie. Abwärme ist eine noch eher unerschlossene Ressource. Sie könnte uns auf dem Weg zu einer deutlichen Verringerung des Primärenergieverbrauchs und der CO2-Emissionen einen Schritt nach vorn bringen.

Wertvolle Wärme aus der Kanalisation holen

So überraschend das auch erscheinen mag: Unter unseren Füßen verbirgt sich eine bislang praktisch unbemerkte Energiequelle: Haushaltsabwässer. Nach in Deutschland und der Schweiz durchgeführten Studien könnten 3 % aller Gebäude durch die Nutzung von Wärme aus Abwässern mit Wärme (oder Kälte) versorgt werden. „Kanalisationssysteme enthalten Abwässer mit Temperaturen zwischen 10 °C und 25 °C. Diese Temperatur gestattet einen wirtschaftlichen Betrieb von Wärmepumpen zum Heizen (oder Kühlen) von Gebäuden des tertiären Sektors wie zum Beispiel Krankenhäusern, Hotels, Schwimmbädern und Einkaufszentren“, erklärt Projektkoordinator Rafael Socorro. Verglichen mit anderen traditionellen Energiequellen für Wärmepumpen (Grundwasser, Erdwärme, Außenluft) ist das Abwasser aus der Siedlungsentwässerung die ideale Grundlage für die Wärmerückgewinnung, da es höhere Temperaturen aufweist. Die Herausforderung dabei besteht darin, einen Hochleistungswärmetauscher (der dem Kanalisationswasser Wärme entzieht) mit einer Wärmepumpe zu kombinieren. Die innovative Lösung von HEAT-LowUP beruht auf einem Hybrid-Wärmetauscher des Projektpartners Wasenco. Das System gewinnt etwa 20–30 % Wärme von dem in den Abfluss fließenden Abwasser zurück, um Wasser zu erhitzen, das in der Küche und für die Waschküche verwendet wird. Dank einer passiven Lösung verbraucht es dabei praktisch keinen Strom.

Wärmerückgewinnung aus Industrieabwässern

Die Projektpartner stellten außerdem HP-LowUP vor – eine Lösung, die Wärme aus lauwarmem Abwasser von Industrieprozessen zurückgewinnt. Schlüssel zum Erfolg war hier ein rotierender Wärmetauscher, der vom Projektpartner Pozzi Leopoldo Srl entwickelt wurde. „Dieser Wärmetauschertyp ist speziell dafür ausgelegt, ohne Effizienzeinbußen mit schmutzigen Abwässern zu arbeiten, die mechanische Partikel enthalten. Mittels konstanter Rotation der Austauschflächen (der Scheiben) kann er sich selbst sauber halten und erfordert wenig bis gar keine Wartung“, erläutert Socorro. „Normalerweise verstopfen oder verschmutzen Wärmetauscher bei der Verarbeitung verunreinigter Flüssigkeiten, was sich sehr nachteilig auf die Effizienz von Abwasser-Energierückgewinnungsanlagen auswirken kann. Im schlimmsten Fall können sie die Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers um den Faktor 2,5 verringern“, fügt Socorro hinzu. Neben der Entwicklung des neuen Wärmetauschers verbesserten die Forschenden auch die Steuerung des Expansionsventils, das nun über einen höheren Wärmetransferkoeffizienten verfügt. Sie führten auch ein neues Kontrollsystem ein, das genaueres Feedback über den Zustand der Wärmepumpe liefert. HP-LowUP wurde noch nicht in der Praxis erprobt, aber erste Ergebnisse aus einer Gerberei sind sehr vielversprechend für seine weitläufige Verwendung in industriellen Umgebungen. Ausflüsse mit einer niedrigen Temperatur (29 °C) konnten in nutzbares vorgeheiztes Wasser (40 °C) umgewandelt werden. „Der Großteil der von der Wärmerückgewinnungsanlage benötigten Wärmeenergie (etwa 500 kW) wird bereitgestellt, indem nur etwa 50 kW verbraucht werden (die aus den Hilfsinstrumenten und der Wärmepumpe stammen), was zu einem hervorragenden Gesamtleistungskoeffizienten führt. Wenn man davon ausgeht, dass das System 168 h/Woche und 48 Wochen/Jahr in Betrieb ist, kann es 3 792 MW/Jahr zurückgewinnen und 1 250 Tonnen CO2 pro Jahr einsparen“, bemerkt Socorro abschließend.

Schlüsselbegriffe

LOWUP, Abwasser, Wärmetauscher, Kanalisation, Wärmepumpe, heizen und kühlen, Abwärme, niedergradige Energie, Energieeffizienz, Energieeffizienz in der Industrie

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