Energie/Thermische Abwassernutzung

Erfahrungen aus dem Forschungsprojekt IWAES

Übliche Anlagen zur thermischen Abwassernutzung werden in der Kanalsohle eingebaut und benötigen hohe Abwasserströme, um einen effektiven Wärmeentzug garantieren zu können. Bei dem hier vorgestellten Hybridkanal sind die Absorberleitungen an der äußeren Oberfläche des Abwasserkanals angebracht, sodass sowohl dem Abwasser als auch dem umgebenden Untergrund thermische Energie entzogen wird und die Höhe des Abwasserstroms nur einen untergeordneten Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Absorbers besitzt.

Im Verbundvorhaben »IWAES« wurde untersucht, inwiefern die thermische Energieversorgung eines Stadtquartiers mithilfe des Hybridkanals gelingen kann, welcher im Verbund sowohl als Wärmesenke als auch als Wärmequelle agiert. Hierzu wurden Reallabore umgesetzt, an denen das Konzept erprobt und zur erfolgreichen Validierung der Numerik verwendet wird.

Im städtebaulichen Kontext wurde das Konzept auf Quartierstrukturen übertragen und an beispielhaften Quartieren konzeptionell untersucht. Die in diesem Zusammenhang gewonnenen Erkenntnisse fließen in einen Handlungsleitfaden ein [3].

Die hier vorgestellten Ergebnisse und Erkenntnisse wurden im Rahmen des Forschungsprojektes »IWAES« erarbeitet. IWAES ist das Akronym des Verbundvorhabens »Integrative Betrachtung einer nachhaltigen Wärmebewirtschaftung von Stadtquartieren im Stadtentwicklungsprozess«. Das Forschungsprojekt wurde im Rahmen von RES:Z Ressourceneffiziente Stadtquartiere für die Zukunft vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt gefördert.

Technische Herangehensweise

Zentraler Bestandteil des Forschungsprojekts ist der sogenannte Hybridkanal – ein Abwasserkanal, an dessen äußerer Oberfläche ein Absorber zur gleichzeitigen Nutzung von Abwasser- und Erdreichwärme helikal angebracht ist (siehe Abb. 1). Der große Vorteil dieses Systems besteht darin, dass sowohl dem Abwasser als auch dem umgebenden Erdreich grundlastfähige thermische Energie entzogen werden kann. Zudem fungiert das Erdreich als thermischer Puffer, wodurch der Wärmeentzug zeitlich vom tatsächlichen Wärmeangebot, also dem Abwasserstrom, entkoppelt werden kann.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass beim Hybridkanal keine Mindestdurchmesser der Leitungen berücksichtigt werden müssen – anders als bei herkömmlichen Absorbersystemen, die in der Kanalsohle installiert werden und dadurch den abflusswirksamen Querschnitt verringern. Da der Großteil der Abwasserleitungen relativ geringe Durchmesser aufweist und bisher nicht thermisch genutzt werden konnte, eröffnet der Hybridkanal neue Möglichkeiten: Ein großer Teil des Kanalnetzes – sowohl zentral als auch dezentral – kann nun zur Wärmenutzung herangezogen werden.

Trotz dieser Vorteile findet der Hybridkanal bislang noch keine flächendeckende Anwendung. Im Folgenden werden daher Methoden vorgestellt, mit denen eine breite Umsetzung realisiert werden kann.

Dabei stellten sich Fragen zur thermischen Leistungsfähigkeit, zur Integration in die städtebauliche Planung sowie zur Einbindung in ein thermisches Verbundnetz. Die zunächst theoretisch entwickelten Herangehensweisen wurden anschließend praktisch erprobt, sodass Hemmnisse identifiziert und Überwindungsstrategien entwickelt werden konnten.

Ferner wurde der Frage nachgegangen, wie der Hybridkanal möglichst breit in die Umsetzung kommen kann. Das Forschungsprojekt integriert folglich ergänzende technische und städtebauliche Aspekte sowie die Praxiserprobung. In technischer Hinsicht wurde der Ansatz verfolgt, dass insbesondere eine rasche energetische Vorbemessung mittels einfacher Bemessungshilfen die Bereitschaft zur Umsetzung des Hybridkanalkonzepts steigern wird.

Zur Entwicklung dieser Bemessungshilfen konnte auf ein bestehendes numerisches Simulationsmodell aus der ersten Förderphase zurückgegriffen werden. Damit dieses Modell als Grundlage einer Bemessungshilfe verwendet werden kann, muss dieses anhand realer Messungen validiert werden. Hierfür wurden zwei Technika entwickelt und messtechnisch ausgestattet. Das erste Technikum stellt einen real verbauten Hybridkanal dar, welcher als Druckstollen eines Wasserkraftwerks dient, der das Wasser eines Quelltopfes in einen Fluss ableitet.

Den ganzen Beitrag können Sie in der September-Ausgabe der Bauen+ lesen.

Diesen Beitrag finden Sie auch zum Download im Heftarchiv.

Weitere Artikel aus dem Bereich Energie

• König, Klaus W.: Holzpelletheizung für reduzierte Heizkosten und Emissionen (Bauen+ 4/2025)
• Bockelmann, Franziska; Ehlers, Valeria; Becker, Martin; Plesser, Stefan: Technisches Monitoring – Theorie und Praxis (Bauen+ 3/2025)
• Pilz, Achim: Nachhaltiges Energiekonzept der Freien Waldorfschule Uhlandshöhe (Bauen+ 2/2025)