Potenzial Abwärme

Jedes Gebäude, in dem Menschen leben und arbeiten, „produziert“ Wärme. Meist verpufft sie ungenutzt in Form von Abwasser oder verbrauchter Luft. Die Gebäudetechnik kann jedoch diese Potenziale energetisch und damit auch wirtschaftlich sinnvoll heben und nutzen – entweder im gleichen Gebäude oder an anderer Stelle. Voraussetzung jedoch ist ein guter Dämmstandard und die richtige Technik.

Ursprünglich sollte der neue Anbau des Finanzministeriums Hessen mit Geothermie-Wärmepumpen beheizt werden. Jedoch ist der Untergrund Wiesbadens mit reichlich Wasser durchzogen. Dennoch setzten die Planer auf die Technologie und bohrten. Das wenig überraschende Ergebnis: In nicht allzu großer Tiefe stießen sie auf einen artesischen Brunnen, der ihnen fast das ganze Bauland wegschwemmte. Mit reichlich Beton gelang es, diesen wieder zu verschließen. Doch Geothermie schied damit als Lösung aus.
Da der Neubau im Passivhausstandard errichtet werden musste – so will es eine Vorgabe der hessischen Landesregierung für öffentliche Bauten – war der Wärmebedarf nicht allzu groß. Fossile Energien kamen nicht infrage. Fündig wurden die Planer bei der Suche nach einer Alternative im schon bestehenden Altbau. Dieser produziert so viel Abwärme, dass damit der 22 Mio. Euro teure Neubau gleich mit geheizt werden konnte. Und der ist nicht klein: Auf vier Stockwerke verteilen sich 80 Büroräume, fünf Besprechungszimmer, ein Veranstaltungssaal für bis zu 300 Personen, eine Bibliothek sowie eine Garage mit 74 Stellplätzen – und das alles auf einer Nutzfläche von rund 2500 m².
Die Kühlung erfolgt durch Betonkernaktivierung in den Decken. In der gro­ßen Empfangshalle wurde eine Fußbodenheizung angebracht, die ebenso die Abwärme des Nachbargebäudes nutzt. Eine weitere Wärmequelle sind die großen Fensterfronten und die verglasten Decken in der Halle. Selbst im Winter lässt sich hier ein Wärmeertrag von 1000 W/m² Fensterfläche erzielen.

Kühlung sorgt für hohe Effizienz
Abwärme-Lösungen sind immer dann sinnvoll, wenn große Mengen genau temperierter Abwärme anfallen oder eine Kühlung erforderlich ist. Ein bekanntes Beispiel ist die Abluft aus Serverräumen. Diese kann in Bürogebäuden etagenweise oder zentral gesammelt und zu Heizzwecken weiter genutzt werden. Daraus hat das Dresdner CleanTech-Startup AoTerra eine serienreife Lösung entwickelt. Die Serverräume, und das ist der große Vorteil, werden gleich mit gekühlt.
In der Landwirtschaft sind ähnliche Nutzungen schon Realität, da sich die Ställe durch die Abwärme der Tiere stark aufheizen. Hier muss jedoch beachtet werden, dass die Luft meist mit Ammoniak kontaminiert ist. Deswegen müssen die hier verwendeten Abwärmeanlagen korrosionsbeständiger sein als in Wohn- oder Büroimmobilien.
Generell kommen drei Varianten infrage. Bei der ersten führt eine klassische Lüftungsanlage Abluft aus Küche oder Bad zum zentralen Lüftungsgerät. Von ihm führt die Zuluft in Schlafräume oder Wohnzimmer. Die zweite Variante nutzt den entstehenden Unterdruck in der Wohnung. Dieser lässt frische Luft über Außenwandventile nachströmen. Bei dieser Variante wird eine Verrohrung nach draußen für Fort- sowie für Zuluft benötigt. Beide Lösungen kommen vorrangig im Wohnungsbau zum Einsatz.
Schließlich gibt es noch die Kreuzgegenstrom-Wärmeübertrager-Variante. Diese nimmt der Abluft einen Großteil ihrer Energie ab und wärmt so die Zuluft vor. Sie kann je nach Wärmebedarf noch über die Oberfläche des Luft/Wasser-Wärmepumpenverdampfers strömen. Dort gibt sie Restwärme an den Kältekreislauf der Wärmepumpe ab. Diese Lösung kommt auch in Gewerbe und Industrie zum Einsatz. Reine Abluftwärmepumpen benötigen jedoch keinen Kreuzstrom-Wärme­übertrager.

Was Planer und Installateure beachten müssen
Die Installation ist zwar nicht übermäßig komplex. Dennoch müssen einige Standards schon in der Planungsphase beachtet werden. Bei einem Einsatz als Abluftwärmepumpe zur Wohnungslüftung sowie als Heizung und Brauchwasserbereitung ist die Anlage an dem nach DIN 1946-T6 notwendigen Volumenstromprotokoll auf den erforderlichen Volumenstrom einzustellen.   
Alle zu überbrückenden Strecken sollten möglichst kurz sein, also alle Elektro- und Lüftungskomponenten sowie die Siphonleitung zum Abführen des Kondenswassers. Die Fortluftleitung ist wegen der starken Abkühlung diffusionsdicht zu isolieren. Auch Abluftleitungen in kalten Bereichen sind entsprechend zu isolieren. Da sowohl Wärmepumpe als auch Lüfterventilatoren und Luftstrom jede Menge Geräusche erzeugen, sollten diese nicht neben Räumen aufgestellt werden, die der Ruhe dienen – wie etwa Wohn-, Schlaf- oder Kinderzimmer.
Fortluftöffnungen passen ideal aufs Dach oder an die Wand. Dabei sollte die Hauptwindseite, hierzulande Westen oder Nordwesten, gemieden werden. Die Öffnungen sollten zudem nicht auf die Fens­ter von Nachbargrundstücken gerichtet sein. Der Öffnungs-Querschnitt richtet sich ebenfalls nach den Volumenströmen. Im Wohnungsbau gibt es keine besonderen Ansprüche an die Materialien, da die Abluft hier weitgehend korrosionsfrei ist. Sonderlösungen könnten eventuell Filter nötig machen.

Abwasser als Wärmequelle
Möglich ist aber nicht nur die Verwendung von warmer Abluft, sondern auch von normalem Wasser oder Abwasser. Ein bekanntes Beispiel für Letzteres ist IKEA in Berlin-Lichtenberg. Schon seit 2011 wird hier die Wärme des Abwasserkanals angezapft. „Im Winter wird mithilfe von Wärmepumpen dem Abwasser in der Kanalisation Wärme entzogen und für die Gebäudeheizung auf rund 35 °C erhitzt,“ erklärt Manfred Fricke von Großwärmepumpenbauer Ochsner. Im Sommer hingegen werde zur Kühlung die Wärme des Einrichtungshauses wiederum ins Abwasser geleitet.
Dafür verlegte IKEA unterirdisch eine 200 m lange Abwasserdruckleitung, die an das kommunale Abwassernetz angeschlossen wurde. Durch sie strömt eine Abwassermenge von 500 000 bis 1,4 Mio. l/h. Insgesamt investierte IKEA rund 70 Mio. Euro. Die technischen Innovationen, darunter die drei Großwärmepumpen, bringen eine Einsparung von ca. 1270 t CO2. Eine Besonderheit muss bei der Abwärmegewinnung in Kanalisationen beachtet werden: Die Wärmeübertrager, die sich im Abwasser befinden, müssen grundsätzlich aus korrosionsbeständigem Material gefertigt sein.
Das Familien- und Sportzentrum in Friedrichshain setzt ebenfalls auf Wärme aus Abwasser. Hier ist der Wärme­übertrager im Gegensatz zu den meis­ten anderen Abwasseranlagen jedoch nicht direkt in den Kanal eingebaut. Er befindet sich zusammen mit der Heizzentrale in einem Container. Bevor das aus dem Kanal hochgepumpte Abwasser den Wärmeübertrager erreicht, wird es durch ein Sieb geleitet und von Ablagerungen befreit.
In den wärmeren Monaten liefert die Wärmepumpe die Grundlast von 60 kW für Heizung und Warmwasser. Im Winter haben beide Gebäude zusammen bei einer Außentemperatur von -14 °C einen Gesamtwärmebedarf von 230 kW. Zur Deckung der Spitzenlast können dann ebenfalls bivalent zwei Gasthermen hinzugeschaltet werden. 

Autor: Frank Urbansky

Gefördert durch dena und KfW
Ginge es nach der Deutschen Energie Agentur (dena), müssten diese Beispiele keine Einzelfälle bleiben. 10 Leuchtturmprojekte will die Agentur fördern:

• Energieberatung zur Erstellung eines Abwärmekonzeptes: 60 % der förderfähigen Beratungskosten.
• Maximal 3000 Euro Zuwendung bei einer nachgewiesenen Endenergieeinsparung von 25 %.
• 30 % der zuwendungsfähigen Kosten für kleine und mittlere Unternehmen.
• 20 % der zuwendungsfähigen Kosten für sonstige und große Unternehmen.

Darüber hinaus existiert schon ein konkretes Förderprogramm der Abwärmevermeidung und -nutzung in gewerblichen Unternehmen durch die KfW. Gefördert werden dabei innerbetriebliche Vermeidung und Nutzung von Abwärme durch Umstellung von Produktionsverfahren auf energieeffiziente Technologien, Dämmung von Anlagen, Rohrleitungen und Armaturen, Verstromung von Abwärme sowie die außerbetriebliche Nutzung wie Auskopplung der Abwärme in Wärmenetze oder zu Nutzern in der Nachbarschaft. Die Förderung besteht aus einem Kredit mit maximal 25 Mio. Euro je Vorhaben, für den es folgende Tilgungszuschüsse gibt:

• Bis zu 30 % für innerbetriebliche Abwärmenutzung.
• Bis zu 40 % für außerbetriebliche Abwärmenutzung.
• Bis zu 10 % zusätzlicher Bonus für KMUs.