Potenzial und Konzepte zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser in Kombination mit Solarthermie und Wärmepumpe (WRGpot)

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

In Niedrigenergiehäusern ist der Anteil des Wärmebedarfs für die Warmwasserbereitung am Gesamtwärmebedarf relativ hoch und kann bei Passivhäusern sogar höher sein als der Heizwärmebedarf. Für das Erreichen des Warmwasserkomforts sind außerdem höhere Temperaturen erforderlich als dies für den Vorlauf z.B. einer Fußbodenheizung nötig ist. Dadurch steigt die Relevanz des Energiebedarfs für Warmwasser mit zunehmendem Dämmstandard von Gebäuden. Aus diesen Gründen wird auch die Nutzung der im Abwasser vorhandenen Wärme über eine Abwasser-Wärmerückgewinnungs(AWR)-Anlage mit sinkendem Heizwärmebedarf interessanter.

Im Projekt WRGpot wurde das Potential einer AWR insbesondere in Kombination mit einer thermischen Solaranlage und einer Wärmepumpe untersucht. Die Kopplung einer Wärmepumpe mit der AWR hat den Vorteil, dass jene Wärme, die auf einem direkt nicht nutzbaren Temperaturniveau anfällt, nutzbar gemacht werden kann. Ziel des Projekts war es, unterschiedliche Möglichkeiten zur Wärmerückgewinnung aus häuslichem Abwasser aufzuzeigen bzw. Systemkonzepte auf Basis einer Kombination von Solaranlage und Wärmepumpe zu untersuchen und zu bewerten.

Mittels einer Literaturrecherche wurden Informationen und bekannte Arbeiten über AWR-Systeme in Gebäuden und über kombinierte Wärmepumpen-Solarsysteme erhoben.

Im Rahmen von Feldmessungen in einem Einfamilien- und einem Mehrfamilienhaus wurden Abwassermengen und -temperaturen erfasst, um das Potential für eine AWR abschätzen zu können. Aus den Ergebnissen wurden zeitliche Profile von Abwasserdurchfluss und -temperatur abgeleitet, die dann in den durchgeführten Simulationsarbeiten verwendet wurden.

Im zweiten Projektteil wurden Wärmeversorgungskonzepte auf Basis von kombinierten Wärmepumpen-Solaranlagen mit AWR mit Hilfe von Simulationen in der Simulations-umgebung TRNSYS analysiert und bewertet. Dabei wurden insbesondere Systeme, die als Wärmequelle für die Wärmepumpe Solarwärme und Abwasser – ohne konventionelle Wärmequelle (Erdreich oder Außenluft) – verwenden, untersucht. Die durchgeführten Arbeiten zeigen, dass derartige Systeme bei Gebäuden mit einem sehr niedrigen Wärmebedarf eine gute energetische Performance erreichen können. Die Systemeffizienz ist dabei stark vom Klima des jeweiligen Standorts bzw. vor allem von der Solarstrahlung im Winter abhängig. Eine Wärmerückgewinnung aus dem Abwasser ist hier besonders interessant, weil das Warmwasser bei Niedrigenergiegebäuden einen relativ hohen Anteil am Gesamtwärmebedarf einnimmt und das Abwasser in den kalten Monaten des Jahres eine zusätzliche Wärmequelle für das System darstellt.

In weiterführenden Arbeiten sollte der Einsatz von nicht abgedeckten Kollektoren in den betrachteten Systemen untersucht werden, da über diese im Winter auch Umgebungsluft als Wärmequelle verwendet werden kann. Auch wissenschaftliche Arbeiten in Bezug auf das Verschmutzungsverhalten und die dadurch verursachte Leistungsminderung von Abwasserwärmetauschern sind anzustreben.

Projektleitung

Dipl.-Ing. (FH) Dr.techn. Andreas Heinz, Dipl.-Ing. Werner Lerch
Technische Universität Graz, Institut für Wärmetechnik

Projektpartner

Dipl.-Ing. (FH) Johann Breidler, Ing. Christian Fink, Ing. Waldemar Wagner
AEE INTEC

Technische Universität Graz, Institut für Wärmetechnik
Dr. Andreas Heinz
Inffeldgasse 25b
Tel.: +43 (316) 873 7313
E-Mail: andreas.heinz@tugraz.at