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Grauwasserwärme zurückholen, Subventionen erhalten

Anforderungen und Beispielprojekt zur BAFA-Förderung für Wärmerückgewinnung aus Grauwasser-Recyclinganlagen

Grauwasserrecycling und Wärmerückgewinnung für 123 Personen im Passivenergie-Mietshaus am Arnimplatz in Berlin-Prenzlauer Berg mit 41 Wohn- und 4 Gewerbeeinheiten. Bild: König

Schema des mehrstufigen Reinigungsverfahrens für Grauwasser, seit April 2012 auf 9 m² im Heizraum des Gebäudes am Arnimplatz untergebracht. Den Mietern wird kein spezielles Nutzerverhalten abverlangt. Bild: Nolde & Partner

Mehrstufige Aufbereitungsanlage für Grauwasser im Berliner Mietshaus am Arnimplatz. Die biologische Reinigung erfolgt im Wirbelbettverfahren mit anschließender UV-Desinfektion. Bild: König

Diverse Wartungsarbeiten wurden automatisiert, der Energiebedarf mehrfach minimiert. Bild: König

Fernüberwachung und Online-Monitoring ermöglichen jederzeit die Kontrolle des Anlagenzustands sowie der Wasser- und Energie-Einsparung. Bild: Nolde & Partner

Die Wirtschaftlichkeit der Wärmerückgewinnung mit COP 40-60 wird in Kombination mit dem Grauwasserrecycling erzielt. Die dezentrale Anlage gewinnt ganzjährig dreimal so viel Primär­energie aus dem Grauwasser, wie für dessen Recycling erforderlich ist. Bild: Nolde & Partner

Die Anlagenperformance hat nach mehr als sechs Betriebsjahren nicht nachgelassen – die Erträge haben sich sogar erhöht. Grund hierfür ist ein leicht gestiegener Grauwasseranfall, mit dem die Aufbereitung ohne Probleme zurechtkommt. Bild: Nolde & Partner

Erwin Nolde (links) präsentiert Autor Klaus W. König die Ergebnisse seiner 2-jährigen Begleitforschung zum Projekt am Arnimplatz in Berlin. Der spezifische Platzbedarf als Standfläche für Grauwasserrecycling mit integrierter Wärmerückgewinnung beträgt dort ca. 0,07 m² pro angeschlossener Person – also nur wenig mehr als die Größe eines DIN-A4 Blattes. Bild: König

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Grauwasserrecyclinganlage mit vorgeschalteter Wärmerückgewinnung. Bei Investitionskosten in Höhe von 54 000 Euro und einer 1%igen Verzinsung hat sich der Prototyp unter Berücksichtigung der Wartungskosten bei Wasserkosten in Höhe von 4,28 Euro/m³ innerhalb von neun Jahren amortisiert. Anschließend wird eine Rendite von 7000 Euro/a erzielt, die sich mit steigenden Wasserkosten von Jahr zu Jahr erhöht. Bild: Nolde & Partner

 

Wasser sparen, Energie gewinnen und Zuschuss erhalten: Seit 1. März 2018 gewährt das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit über das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) Zuwendungen für Wärmerückgewinnung aus Grauwasser-Recyclinganlagen. Der folgende Artikel nennt den Hintergrund dieser Förderung, den Stand der Technik und übertragbare Erfahrungen eines Pilotprojektes in Berlin mit mehr als sechs Jahren störungsfreiem Betrieb.

Vorab die Begriffsdefinition von Grauwasser: Es stammt aus der Gebäudeinstallation und wird im Normalfall von Duschen, Badewannen und Waschtischen separat vom sonstigen Abwasser gesammelt. Es fällt je nach Anzahl der Bewohner und deren Wasserbedarf bei der Körperreinigung an. In besonderen Fällen wird auch der stärker belastete Abfluss von Waschmaschinen und Küchenspülen zur Grauwasserraufbereitung genutzt.
Die Reinigung geschieht in einem vollautomatischen, mehrstufigen und geschlossenen Recycling-Prozess, ohne chemische oder biologische Zusätze. Das so entstandene Betriebswasser darf in Deutschland zur Gartenbewässerung, Toilettenspülung oder für die Waschmaschine verwendet werden. Grauwasserertrag, enthaltene Wärmeenergie sowie Betriebswasserbedarf unterliegen nutzerbedingt und jahreszeitlich Schwankungen. Die Anlagenplanung sollte deshalb objektspezifisch von einem erfahrenen Fachplaner/Installateur durchgeführt werden.

Staatliche Förderung
Das am 1. März 2018 begonnene und vorerst auf drei Jahre begrenzte Programm bezuschusst Duschrinnen, Duschtassen und Duschrohre jeweils in Kombina­tion mit einem Wärmeübertrager sowie Anlagen zur Wärmerückgewinnung aus dem gesamten im Gebäude anfallenden Grauwasser, das einer Wärmerückgewinnung unterzogen wird – sofern ein zweites Leitungsnetz (Grauwassernetz) installiert wird, mit folgenden Fördersätzen:

  • Anzahl der Duschen im Gebäude ≤ 20: 550 Euro pro angeschlossener Dusche,
  • Anzahl der Duschen im Gebäude > 20: 500 Euro pro angeschlossener Dusche,
  • Maximal jedoch 30 % der förderfähigen Investitionskosten (Anschaffung und Installation).


Die Vorgeschichte zu diesem Förderprogramm ereignete sich in Berlin: Bereits seit 2011 beschäftigt sich dort das Büro „Nolde & Partner – Innovative Wasserkonzepte“ u. a. mit der Wärmerückgewinnung aus Abwasser. Dort wurde das erste Projekt „Wärme aus Grauwasser“ mithilfe der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) Ende 2012 erfolgreich abgeschlossen. Und auch heute noch wird das Objekt nahezu wartungsfrei betrieben. Die Dokumentation der Ergebnisse daraus hatten Nolde & Partner beim Ideen­wettbewerb „Das Gute kann jetzt in Serie gehen“ Anfang 2016 eingereicht. Gefragt waren Klimaschutztechnologien aller Art in dem vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) ausgelobten Wettbewerb. Die Jury bzw. das Gutachterteam des BMUB konnten von der Klimarelevanz der Wärmerückgewinnung aus Grauwasser überzeugt werden.

Nachhaltig durch störungsfreien Betrieb
Aufgrund der neuen Fördermaßnahme, in Kombination mit dem Grauwasserrecycling, lassen sich die Investitions- und Betriebskosten für ein Gebäude deutlich senken, was Architekten und Eigentümer interessieren wird. Und bei der Zertifizierung zum Nachhaltigen Bauen bringen sowohl Wärme- als auch Wasserrecycling wertvolle Punkte, zur Freude der Investoren und Gebäudebetreiber. Doch was sind die geeigneten Objekte, wer die typischen Auftraggeber? Grauwasserrecycling ist insbesondere dort lukrativ, wo viele Bewohner in mehrgeschossigen Gebäuden untergebracht sind; z. B. in Hotels, Wohnheimen und im mehrgeschossigen Wohnungsbau.
Erwin Nolde, geschäftsführender Gesellschafter bei Nolde & Partner, ist spezialisiert auf objektbezogene Anlagenkonzepte. Er realisiert diese in Zusammenarbeit mit Rudi Büttner, Inhaber der Lokus GmbH, der die Technik installiert. Beide bevorzugen für die Grauwasseraufbereitung das Wirbelbettverfahren, welches sowohl wenig Energie als auch wenig Wartung benötigt und sich seit mehr als 15 Jahren bei unterschiedlichen Objekten als sehr robust erwiesen hat – selbst dann, wenn seitens der Mieter versehentlich Wandfarbe und Desinfektionsmittel eingeleitet wurden.

Anlagensteuerung
Seit 2011 wenden Nolde und Büttner in der Abwasseraufbereitung das Prinzip „Internet of Things“ (IoT) an. Das heißt, dass sich die Anlagensteuerung selbst kontrolliert und Unregelmäßigkeiten per E-Mail oder SMS an den Betreiber meldet. Die vernetzten Geräte stellen über das Internet eine Schnittstelle zur Verfügung, über die sie sich von einem beliebigen Ort aus bedienen und steuern lassen. Dadurch, so Nolde, konnten die Recycling-Erträge deutlich erhöht und der Wartungsaufwand gesenkt werden. „Die Wärmerückgewinnung – die haben wir erst 2012 beim Neubau des Mehrfamilienhauses am Berliner Arnimplatz mit ins Programm genommen“, gesteht der Pionier. „Seither planen, bauen und betreiben wir klimapositives Grauwasserrecycling und tragen damit deutlich zur CO2-Reduktion bei“. Im Klartext: Das Verfahren des dezentralen Wasserrecyclings in Kombination mit Wärmerückgewinnung holt aus dem häuslichen Abwasser deutlich mehr Energie als zum Betrieb der Anlage benötigt wird. Es wirkt laut Nolde – ganz im Gegensatz zur bisherigen Betriebsweise der zentralen Wasserwirtschaft – durch diesen Energie-Überschuss und die damit verbundene CO2-Einsparung positiv auf das Klima.

Praxisbericht Wärmerückgewinnung
Im Pilotprojekt am Arnimplatz ist der klimapositive Nachweis erstmals gelungen. Dort wird das warme Grauwasser aus Badewannen und Duschen mithilfe eines Siebes von störenden Stoffen befreit, bevor ihm die Wärme entzogen wird. Der Wärmeübertrager in Form eines Rohrbündels sitzt im ersten Behälter, von ­einer 20-W-Umwälzpumpe versorgt. Auf eine Wärmepumpe, die höhere Endtemperaturen hervorbringt, wurde vorerst noch bewusst verzichtet. Sieb, Wärme­übertrager und Behälter reinigen sich bei Bedarf automatisch. Die gewonnene, in den Warmwasser-Pufferspeicher übertragene Wärme wird an das Kaltwasser abgegeben, bevor es zur Warmwasserbereitung durch das Blockheizkraftwerk gelangt.
Das im Wärmerückgewinnungsbehälter abgekühlte Grauwasser wird nacheinander durch drei mit Schaumstoffwürfeln bestückte Wirbelbettreaktoren gepumpt, wo Bakterien die organische Schmutzfracht oxidativ und rein biologisch abbauen. Partikuläre Substanzen werden mechanisch ausgeschleust. Der letzte der drei Reaktoren klärt das Grauwasser auf einen Rest-BSB-Wert von unter 5 mg/l und eine Trübung von weniger als 2 NTU. Mit UV-Licht desinfiziert gelangt es als sogenanntes Betriebswasser in den Vorratsspeicher und wird von dort nach Bedarf über eine Druckerhöhungsanlage mit 5 bar zur Toilettenspülung an die 41 Wohn- und 4 Gewerbeeinheiten abgegeben. An keiner Stelle des Aufbereitungsprozesses werden Chemikalien in Form von Desinfektionsmitteln, Säuren oder Laugen etc. verwendet.
Pro Kubikmeter Betriebswasser, wel­ches ohne aufwendige Laboranalytik nicht vom Trinkwasser zu unterscheiden ist, benötigt die Anlage im Pilotprojekt am Arnimplatz für Wärmerückgewinnung, Wasseraufbereitung und Betriebswasserverteilung insgesamt 1,4 kWh elek­trischen Strom. Im Winter, wenn die Solarthermie bereits keine Erträge mehr erzeugt und das Trinkwasser besonders kalt angeliefert wird, wurden mit der Wärmerückgewinnung teilweise mehr als 15 kWh Wärme pro Kubikmeter Grauwasser gewonnen; im Sommer geht der Ertrag (ohne Wärmepumpe) auf ca. 10 kWh/m³ zurück.

Technische Regel
Eine allgemein anerkannte Regel der Technik gibt es für diesen Bereich bisher nicht. Derzeit werden in Abstimmung mit den europäischen Gremien einheitliche DIN-EN-Regelwerke erstellt, sowohl für die Regenwasser- als auch für die Grauwassernutzung. Dies geschieht im DIN-Ausschuss NA 119-05-08 AA „Wasserrecycling“. Eine europäische Norm, DIN EN 16941-1, ist für Regenwassernutzung seit Juni 2018 gültig. Teil 2 „Grauwassernutzung“ wird derzeit bearbeitet und soll im Jahr 2019 publiziert werden. Regenwasser und aufbereitetes Grauwasser eignen sich für dieselbe Verwendung. Beide Arten gelten als Betriebswasser, das keine Trinkwasserqualität hat.

Zusammenfassung
Wasser und Wärme haben einen engeren Zusammenhang, als bisher in der Haustechnik praktiziert. Das Nutzen von Betriebswasser, das aus Grauwasser gewonnen wird, und die Wärmerückgewinnung aus Grauwasser sind bereits erprobt und rentieren sich zunehmend. Seit 1. März 2018 gibt es dafür „obendrauf“ eine staatliche Belohnung in Form eines Zuschusses aus dem Klimaschutz-Förderprogramm. Damit ist die Grauwasseranlage zugleich eine Geldanlage: Jahr für Jahr wird ein Teil der Betriebskosten für Trink- und Abwasser sowie für Energie der Warmwasserbereitung gespart. Und einmalig gibt es den Zuschuss vom Staat als Bonus.
Die Amortisation für den Prototyp der Gesamtanlage (Grauwasserrecycling mit integrierter Wärmerückgewinnung, inkl. Einbau, Umsatzsteuer sowie und spezieller Messtechnik wie diverse Zähler, Temperaturfühler etc.) beläuft sich auf rund neun Jahre (bei einer 1%igen Verzinsung und unter Berücksichtigung der Wartungskosten bei Wasserkosten in Höhe von 4,28 Euro/m³). Die Investitionskosten haben 54 000 Euro betragen. Anschließend wird eine Rendite von 7000 Euro/a erzielt, die sich mit steigenden Wasserkosten von Jahr zu Jahr erhöht. Langlebige Anlagen mit niedrigen Wartungskosten tragen somit maßgeblich zur Umweltentlastung bei und erweisen sich zugleich auch als geeignete Geldanlage.

Literatur:
fbr-Hinweisblatt H 202. Hinweise zur Auslegung von Anlagen zur Behandlung und Nutzung von Grauwasser und Grauwasserteilströmen. Hrsg.: Fachvereinigung Betriebs- und Regenwassernutzung e.V. (fbr), Darmstadt, Oktober 2017
König, K. W.: Grauwassernutzung – ökologisch notwendig, ökonomisch sinnvoll, Fachbuch, 1. Auflage, 130 Seiten, Verlag: iWater Wassertechnik, Troisdorf, 2013
Nolde, E.: Das Gute kann jetzt in Serie gehen! Grauwasserrecycling und Wärmerückgewinnung, in fbr-wasserspiegel 2/18. Hrsg.: Fachvereinigung Betriebs- und Regenwassernutzung e.V. (fbr), Darmstadt, 2018
Nolde, E.: Getrennte Erfassung von Grauwasser. Ein Weg zu mehr Ressourceneffizienz in der Siedlungswasserwirtschaft, in fbr-wasserspiegel 1/17, Hrsg.: Fachvereinigung Betriebs- und
Regenwassernutzung e.V. (fbr), Darmstadt, 2017

Autor: Klaus W. König, Überlingen

 

 

Berechnungsbeispiel staatliche Förderung
In einem Mehrfamilienwohnhaus mit 40 Wohneinheiten und 40 Duschen soll eine Wärmerückgewinnung für das im gesamten Gebäude anfallende Grauwasser installiert werden. Zusätzlich ist ein zweites Leitungsnetz (Grauwassernetz) erforderlich. Zur Berechnung:
Die Investition (Anschaffungs- und Installationskosten) beträgt 90 000 Euro. Damit liegt der max. Förderbetrag bei 90 000 Euro x 0,3 = 27 000 Euro.
Förderbetrag nach Anzahl: 40 Duschen à 500 Euro = 20 000 Euro.
Der Förderbetrag nach der Anzahl ist kleiner als der max. Förderbetrag. Die tatsächliche Fördersumme ist somit 20 000 Euro.

Quelle: bit.ly/2CE78eL

 

 

Projektdaten des Wasserkonzept Pilotprojekt am Arnimplatz, Berlin
Adresse: Schivelbeiner/Ecke Schönfließer Str., 10439 Berlin-Prenzlauer Berg
Fertigstellung Recyclinganlage: April 2012
Wärmerückgewinnung pro Jahr: 12 000 kWh
Wasserkonzept und Planung: Ingenieurbüro Nolde & Partner, Berlin
Anlagenbau: Lokus GmbH, Berlin
Monitoring und Wartung: Ingenieurbüro Nolde & Partner, Berlin
Architektur: Heinhaus Architekten, Berlin
Bauherr: Dr. Paul Grunow, Berlin
Förderung: Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)

 

 

 

Übertragbare Erfahrungen vom Pilotprojekt am Arnimplatz, Berlin

  • Das separat gesammelte Grauwasser dient nach Aufbereitung als Betriebswasser für die Toilettenspülung für 41 Wohn- und 4 Gewerbeeinheiten – und hilft den Nutzern so, zusätzlich zum Wärmegewinn, etwa ein Drittel der Trink- und Abwassergebühren zu sparen.
  • Durch ein 100 bis 200 mm dickes Abwasserrohr geht in der Regel mehr Wärme verloren, als durch die gesamte Außenhülle des Passivhauses.
  • Wärmerückgewinnung schafft Platz für mehr Wohnraum, denn der Platzbedarf für das zweite Leitungsnetz und die Wärmerückgewinnung ist deutlich geringer, als für die Außendämmung – bei gleicher Wärmebilanz.
  • Mit je einem ca. 400-l-fassenden Behälter für die Wärmerückgewinnung und einem für den Pufferspeicher wird ganzjährig gleich vielEnergie gewonnen, wie mit einem33 m² gro­ßen Solarthermie-Flachkollektor. Der für den gesamten Anlagenbetrieb erforderliche Strom kann im Jahresmittel über 17 m² Photovoltaik bereitgestellt werden.
  • Die höchsten Wärmeerträge fallen erfreulicherweise in den Wintermonaten an, in denen das Trinkwasser besonders kalt ist und die Sonne wenig scheint.
  • Unter Verwendung einer geeigneten Wärmepumpe soll zukünftig nahezu der gesamte Wärmebedarf für die Warmwasserbereitung aus der Grauwasserwärme entnommen werden. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass die noch bestehenden Zirkulationsverluste minimiert werden. 


Quelle: Nolde & Partner

 

 

 

 

 

 


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