Concrete Plant + Precast Technology Betonwerk ... - BFT International

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Panel 11
Waste water heat recovery in rigid pipelines
Existing technologies, new developments, practical results
Abwasserwärmenutzung in biegesteifen Rohrleitungen
Vorhandene Technologien, neue Entwicklungen, Praxisergebnisse
Autor
Dipl.-Ing. (FH) Hartmut Solas,
FITR – Forschungsinstitut
für Tief- und Rohrleitungsbau
Weimar
hartmut.solas@fi tr.de
Geb. 1955; 1978 Abschluss
zum Dipl.-Ing. (FH) für Tiefbau
an der Ingenieurschule Cottbus;
1979–1981 Kraftwerksbau;
1982–1991 versch. Positionen
im Bereich der stadttechnischen
Erschließung, dabei
tätig in Planung, Ausschreibung,
Bauüberwachung
und Bauleitung; 1992–2001
Geschäftsführung eines
Ingenieurbüros; seit 2002
Projektmanagement beim Forschungsinstitut
für Tief- und
Rohrleitungsbau Weimar e.V.
As a result of improving the insulation of windows and
heat insulation of entire buildings and their conformance
to the low-energy standard, buildings that have been upgraded
in terms of their energy effi ciency often show a
heat leak. The water used in the household is usually discharged
to the sewer at lukewarm temperatures. This
means that a signifi cant potential for the utilization of
waste heat is shifted to the sewer systems whereas the
amount of energy required to heat energy-effi cient buildings
is not higher than needed for water heating. Given
that approx. 5 to 6 billion m³ of waste water are generated
in Germany each year, the cooling of the waste water by
3 K could be used to generate a heat output amounting to
about 20 TWh per year. This would be equivalent to the
heating load of approx. 5% of all residential buildings in
Germany.
However, the utilization of waste water energy is not
only an energy generation problem but also includes issues
related to waste water technology, which requires the
involvement of the sewer system operator, the company
purchasing the heat and the installation contractors.
Waste water heat is recovered in the course of three
heat exchange processes. A liquid (water or glycol) circulates
in the heat exchangers and takes up the temperature
of the waste water when the latter fl ows around the heat
exchangers. Via delivery lines, the heated liquid is transported
to a heat pump. In this pump, a second heat exchange
process to another liquid takes place. This liquid
evaporates as a result of the heat supply and is compressed
while energy is supplied to the system, which leads to a
temperature increase to a level that can be utilized. In a
third heat exchange process, the heat is fed into the heating
circuit.
During the hot summer months, the inverse mode of
operation of waste water heat recovery systems can be
used for the air conditioning of rooms by dissipating thermal
energy into the sewer.
Heat exchanger units have been installed in sewer systems
for several years. These units mainly consist of stainless
steel. In terms of their applicability, these designs reveal
certain limitations in relation to required minimum
fl ow rates and nominal diameters (from DN 800), and they
are also quite expensive. Under the head responsibility of
FITR, a fl exible heat exchanger mat that can also be installed
in narrower pipe sections has been developed. This
solution makes it possible to expand the fi eld of application
to sewer sections with smaller nominal sizes whilst
incurring only approx. 30% of the material cost. In addition,
this heat exchanger mat can be retrofi tted in the
course of sewer repair and rehabilitation, which results in
another partial cost reduction. For a test pipeline in
Castrop-Rauxel, a continuous heat generation of approx.
15 kWh was demonstrated.
| Proceedings 54 th BetonTage
Mit der Verbesserung der Wärmedämmung, besser isolierten
Fenstern und der Gestaltung als Niedrigenergiehaus
zeigen energieoptimierte Gebäude oft ein Wärmeleck.
Das im Haushalt gebrauchte Wasser fl ießt i.d.R.
lauwarm in die Kanalisation. Damit wird ein erhebliches
Abwärmepotenzial dorthin verlagert, wobei energieeffi ziente
Gebäude für ihre Heizung nicht mehr Energie als
zur Warmwasseraufbereitung benötigen. Bei einem jährlichen
Schmutzwasseranfall von ca. 5 bis 6 Mrd. m³ in
Deutschland könnte bei Abkühlung des Abwassers von
3 K eine Wärmeleistung von ca. 20 TWh/a umgesetzt werden.
Dies entspräche der Heizlast von ca. 5 % aller Wohngebäude
in Deutschland.
Die Nutzung der Energie aus dem Abwasser ist allerdings
sowohl als energetisches als auch als abwassertechnisches
Problem zu betrachten, welches die Einbeziehung
des Kanalnetzbetreibers, des Wärmeabnehmers
und der Installationsfi rmen bedingt.
Die Gewinnung der Abwasserwärme erfolgt dabei in
drei Wärmetauschprozessen. In den Wärmetauschern
zirkuliert ein fl üssiges Medium (Wasser oder Glykol), das
die Temperatur des Abwassers annimmt, wenn dieses die
Wärmetauscher umströmt. Das erwärmte Medium wird
durch Transportleitungen einer Wärmepumpe zugeführt,
innerhalb derer ein zweiter Wärmetausch an ein darin befi
ndliches Medium stattfi ndet. Dieses Medium verdampft
infolge der Wärmezuführung und wird unter Zuführung
von Energie verdichtet, was eine Anhebung der Temperatur
auf ein nutzbares Niveau zur Folge hat. In einem dritten
Wärmetauschprozess erfolgt die Einspeisung der
Wärme in den Heizkreislauf.
In den warmen Sommermonaten gestattet der inverse
Betrieb von Abwasserwärmenutzungsanlagen die Klimatisierung
von Räumen durch die Abgabe von Wärmeenergie
in die Abwasserkanalisation.
Seit mehreren Jahren werden Wärmetauscheranlagen
in die Kanalisation eingebaut, wobei es sich vorrangig um
Edelstahllösungen handelt. Diese Lösungen zeigen in ihrer
Anwendbarkeit Grenzen in Bezug auf Mindestdurchfl
üsse und Nennweiten (ab DN 800) und sind kostenintensiv.
Mit der Entwicklung einer fl exiblen Wärmetauschermatte,
welche auch in kleinere Querschnitte
eingebaut werden kann, ist unter Federführung der FITR
eine Lösung entwickelt worden, die somit eine Verlagerung
in Netzbereiche mit kleineren Nennweiten gestattet
und bei ca. 30 % der Materialkosten liegt. Weiterhin ermöglicht
diese Wärmetauschermatte die Nachrüstung in
Verbindung mit der Sanierung von Kanälen, so dass es zu
einer weiteren anteiligen Kostenreduzierung kommt. Mit
einer Versuchsstrecke in Castrop-Rauxel konnte eine dauerhafte
Wärmeerzeugung von ca. 15 kWh nachgewiesen
werden.
BFT 02/2010