Projekt
Das 2020 fertiggestellte „Environ“ im Innovationsquartier Rheine ist ein viergeschossiges Bürogebäude. Die Büroflächen verfügen über aktive Be- und Entlüftung, Strom wird zu 100 Prozent aus Grünstromverträgen und eigenen Photovoltaikanlagen bezogen. Geheizt beziehungsweise gekühlt werden die Räume mittels modernster Abwasser- und Erdwärmenutzung. Für die Abwasserwärmenutzung wurde ein 47 m langer Wärmetauscher in den Abwasserkanal unter dem Gebäude eingebaut, den Abwasser aus dem Stadtteil Dorenkamp speist. Der maßgefertigte Wärmetauscher besteht aus rund 50 ein bis zwei m langen doppelschaligen Druckbehältern aus Edelstahl, die von einem kühlen Wasser-Glykol-Gemisch als Trägermedium durchströmt werden. Als Ganzes sind die Module über eine Vor- und eine Rücklaufleitung mit der Wärmepumpe im Gebäude verbunden. Konkret schickt die Wärmepumpe das kühle Trägermedium in die Module des Wärmetauschers, über den im Anschluss das Abwasser fließt. Das Trägermedium bewegt sich von der einen auf die andere Seite durch die Module und nimmt dabei die Wärme, die Energie des Abwassers auf. Das erwärmte Trägermedium wird zurück zur Wärmepumpe geführt. Diese schraubt die nutzbare Energieleistung hoch und heizt Gebäude. Der so entstehende Kreislaufprozess wird im Sommer zur Klimatisierung mittels einer reversiblen Wärmepumpe umgekehrt. Das Gebäude wird dann über den Abwasserstrom gekühlt.
- 65% Erneuerbare Energien
- Neubau
- Nichtwohngebäude
- Wärmepumpe
Bautafel:
PROJEKTART
Neubau Bürogebäude, 4 Stockwerke
JAHR
Installiert 2019
LÄNGE WÄRMETAUSCHERANLAGE
47 m
ABWASSERTEMPERATUR (MIN)
9,5 °C (Winter/Heizfall), 20 °C (Sommer/Kühlfall)
ABWASSERMENGE
30 l/s
THERMISCHE LEISTUNG WÄRMETAUSCHER (HEIZEN/KÜHLEN)
105 kW Heizen, -113 kW Kühlen
HEIZ-/KÜHLLEISTUNG (INKL. WÄRMEPUMPE)
140 kW Heizen, -85 kW Kühlen
VORLAUF-TEMPERATUR WÄRMETAUSCHER (HEIZEN/KÜHLEN)
2,5 °C Heizen
26,5 °C Kühlen
RÜCKLAUF-TEMPERATUR WÄRMETAUSCHER (HEIZEN/KÜHLEN)
6,5 °C Heizen
24,0 °C Kühlen
MEDIUM PRIMÄRKREIS
Wasser-Glykol-Gemisch, Glykol-Anteil: 20 %
BIVALENTES SYSTEM
Kombination Abwässerwärme und Geothermie
QUELLE STROM FÜR WÄRMEPUMPE
Mix Ökostrom und eigene PV-Anlage
Herausforderungen
Grundlage der Technologie ist die Erkenntnis, dass in unserem Abwasser ein enormes Energiepotenzial steckt. Abwasser ist ständig und in großer Menge verfügbar und ist nach EU-Definition auch eine erneuerbare Energiequelle. Doch wie erschließt man diese überaus umweltfreundliche und obendrein noch kostenlose Energiequelle? Und welche Materialien sind robust genug, um gegen Abwasser, Lochfraß und Korrosion zu bestehen? Die Lösung ist ein an jede Kanalsituation anpassbarer doppelschaliger Wärmetauscher aus Edelstahl, dessen Module rund 50 Jahre im Kanal liegen können, ohne größeren Verschleiß zu zeigen, wobei die tatsächliche Betriebsdauer letztlich von der nachgeschalteten Systemtechnik abhängt. Der Wärmetauscher ist mit einer Vorlauf- und einer Rücklaufleitung in Form von ungedämmten Rohren aus Polyethylen in einer Tiefe zwischen 0,8 und 1,2 m mit der Wärmepumpe im Gebäude verbunden.
Die Initiative zur Nutzung des Abwassers für Heizung und Kühlung des „Environ“ kam vom Bauherrn, der Tacke Familienholding GmbH & Co. KG, die Stadtwerke Rheine zeigten sich begeistert und ließen im Abwasserkanal mit der Genehmigung der Technischen Betriebe Rheine (TBR) den Wärmetauscher installieren. Wichtig war, dass er sich als bivalentes System in das Heizsystem des Gebäudes einbinden ließ. Über ihn wird etwa die Hälfte des Bedarfs gedeckt, der Rest wird durch Geothermie gewonnen.
Ziele & Erfolge
Ziel war es zu verhindern, dass mit dem Abwasser Unmengen an kostenloser Energie ungenutzt dahinfließt. Als wirtschaftlich besonders interessant erwies sich dabei die Tatsache, dass Energiequelle und Energiebedarf räumlich zusammenfallen – es bestehen somit kurze Wege. Da die Wärmegewinnung aus Abwasser eine Rückgewinnung und keine Neuerzeugung ist, erfordert sie deutlich weniger zusätzlichen Energieaufwand – und damit weniger Emissionen. Weil die Wärmepumpe des „Environ“ mit einem Mix aus Ökostrom und Strom aus der eigenen PV-Anlage betrieben wird, fallen im Betrieb keine CO2-Emissionen an. Somit ist das Heizen und Kühlen mit Abwasser im Kanal klimaneutral. Die Abwasser-Wärmetauscher-Anlage des „Environ“-Bürogebäudes Rheine kann mit einer Leistung von 105 kW heizen und im Sommer mit 113 kW kühlen.
Lessons learned
Für den Erfolg und die Effizienz der Technologie wichtig waren die Rahmenbedingungen: Der nächste öffentliche Kanal verläuft direkt unter dem Gebäude, von daher wurden nur kurze Anschlussleitungen benötigt. Der Kanal verfügt über eine ausreichende Größe (Haubenprofil 1.680/2.100 mm) und führt 30 l/s Abwasser – ab 10 l/s lohnt es, den Einsatz der Wärmetauscher-Anlage zu prüfen. Je mehr Abwasser fließt, desto höher und günstiger ist die gewonnene Energie. Das Glykol im Trägermedium funktioniert wie ein Frostschutzmittel. Von Vorteil ist, dass der Wärmetauscher problemlos und jederzeit erweiterbar oder auch demontierbar ist. Somit hat sich auch in Rheine die Nutzung des Abwassers im Kanal zum klimafreundlichen Heizen und Kühlen als wichtiger Baustein der Energiewende erwiesen.
In Europa sind inzwischen mehr als 120 solcher Anlagen in Betrieb. Grundsätzlich ergibt sich daraus für Kommunen, Energieversorger und Stadtentwickler ein enormes Potenzial, zumal der Wärmetauscher ein internes, passives System ist, das keinen zusätzlichen Platz bedarf, maßgeschneidert sowohl in neue als auch – im Rahmen einer Nachrüstung ohne großen Aufwand – in bestehende Kanäle eingebaut werden kann und nur geringen Wartungsaufwand benötigt.
