Heizen mit Abwasserwärme

Treiber ist vor allem das kommunale Wärmeplanungsgesetz aus dem vergangenen Jahr. Bis 2045 müssen Fern- und Nahwärmenetze klimaneutral sein. Bereits deutlich vorher, bis Mitte 2028 müssen alle 11.000 Kommunen in Deutschland eine Wärmplanung vorlegen. Noch kürzer der verbleibende Vorlauf für Großstädte über 100.000 Einwohner, hier endet die Frist am 30. Juni 2026. Die Nutzung der Abwasserwärme kann dazu ein unterstützender Baustein der klimaneutralen Wärmeversorgung werden. Bis zu 5 % des Gebäudewärmebedarfs in Deutschland könnten durch die Nutzung der Abwasserwärme gedeckt werden. Besonderer Vorteile: Abwasser fließt immer, die Wärmequelle ist preisstabil und krisensicher. Wichtig für die TGA: Abwasserwärmenutzung sollte frühzeitig im Planungsablauf berücksichtigt werden, sodass die notwendigen Maßnahmen realisierbar sind.

Erprobte Technik mit ­Betriebserfahrung

Abwasserwärmenutzung ist technisch kein Neuland. In Deutschland sind einzelne Projekte seit Jahrzenten in Betrieb, besonders die Schweiz setzt seit Jahren verstärkt auf die Abwasserwärmenutzung. Dem Abwasser wird die Wärme über Wärmeübertrager entzogen und mittels Wärmepumpen auf ein höheres Temperaturniveau gebracht, um es zum Heizen oder für die Trinkwassererwärmung einsetzen zu können. Die Wärmeübertragung, die Abkühlung des Wassers durch Wärmeentnahme, kann grundsätzlich an drei Orten erfolgen: direkt im Gebäude, in den großen Abschnitten der Kanalisation und im Ablauf der Kläranlagen.

Alle drei Varianten weisen Vor- und Nachteile auf. Bei der Entnahme direkt im Gebäude liegen Wärmequelle und Wärmenutzung nah beieinander, der Wärmeverlust durch Wärmetransport ist gering. Demgegenüber stehen aber relativ geringe Abwassermengen und zumindest bei kleineren Wohneinheiten ein fehlender kontinuierlicher Abwasserfluss. Dieser Nachteil besteht bei der Wärmeentnahme im Hauptsammler der Kanalisation nicht. Liegt ein Wärmenutzer relativ dicht am Hauptsammler, bietet sich der Einbau der Wärmeübertrager direkt im Kanal an. Vorteile sind hier gleichmäßige Abwassermengen mit einer relativ gleichbleibenden Durchschnittstemperatur. Selbst im Winter fällt die Abwassertemperatur im Hauptsammler i. d. R. nicht in den einstelligen Bereich. Nachteilig ist hingegen, dass das Abwasser in der Kanalisation nicht beliebig abgekühlt werden darf. In der Kläranlage bildet die Biologie eine wichtige Behandlungsstufe – Bakterien sorgen hier für die Reinigung des Abwassers. Sinkt die Temperatur des Abwassers zu weit hinab, reduziert sich die Reinigungsleistung der biologischen Stufe, die Kläranlage wird schwerer zu steuern. Bezogen auf den Zulauf der Kläranlage sollte das Abwasser durch Wärmeübertrager im Kanalnetz daher um nicht mehr als 0,5 K abgekühlt werden. Wichtig ist aber das „bezogen auf den Zulauf“. An einzelnen Entnahmepunkten darf die Abkühlung des Abwassers deutlich höher sein.

Bei der Entnahme der Wärme im Ablauf der Kläranlage besteht diese Problematik nicht, hier ist die Abkühlung des gereinigten Abwassers vor der Einleitung in die Gewässer sogar ökologisch vorteilhaft. Problematisch kann hier hingegen eine fehlende Nähe zu Fernwärmenutzern sein. Kläranlagen liegen in der Regel nicht im Stadtzentrum. Der Anschluss an Fern- oder Nahwärmenetze kann aber technisch und wirtschaftlich interessant sein. Wirtschaftlich gilt die Faustregel, dass 1 km Fernwärmeleitung pro 1 MW Wärmeabnahme sinnvoll ist.

Zum Teil werden die verschiedenen Varianten bereits kombiniert. Ein innovativer Ansatz ist, die Wärme im Kläranlagenablauf zu gewinnen und anschließend über die Kanalisation – hier wird ein zweiter ­Wasserkreislauf eingebaut – zurück zu den Wärmenutzern zu bringen. Dies können einzelne Gebäude, Stadtviertel oder auch Gewerbe- und Industriebetriebe sein, die dem Kanal dann dort die von der Kläranlage zurückgebrachte Wärme entnehmen und in das eigene Wärmenetz einspeisen.

Potenzial für Gebäudewärmebedarf

Jedes Jahr fließen in Deutschland knapp 5 Mrd. m³ Schmutzwasser durch die Kanalisationen zu den Kläranlagen. Die Temperatur des Abwassers beträgt i. d. R. 12 bis 20 °C. Aufgrund der zuvor angeführten Randbedingungen kann diese grundsätzlich vorhandene Wärme nicht vollständig für die Wärmeversorgung genutzt werden. Dennoch ist das nutzbare Potenzial immens. Das Land Nordrhein-Westfalen treibt die Nutzung dieses Potenzials derzeit besonders zielstrebig voran. Das Umweltministerium des Landes hat im Oktober2024 mit verschiedenen Verbänden, u. a. der DWA Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall, eine Grundsatzvereinbarung zum Ausbau der Abwasserwärmenutzung unterschrieben. NRW will bis 2030 mindestens 1 TWh Wärme aus Abwasser gewinnen. Bis 2045 sollen vier TWh Abwasserwärme für die Wärmeversorgung nutzbar gemacht werden. NRW bietet mit dem Ruhrgebiet und vielen Großstädten besonders gute Voraussetzungen für die Abwasserwärmenutzung. Große Abwassermengen treffen hier auf ebenso viele Wärmenutzer im direkten Umfeld. Gleiches gilt für Stadtstaaten wie Hamburg und Berlin. Und dies spiegelt sich auch in konkreten Projekten wider. So plant Berlin am Kraftwerksstandort Reuter West eine Abwasserwärmepumpenanlage im großindustriellen Maßstab sowie eine Gegendruck-Dampfturbine. Beide Technologien nutzten lokale Abwärmequellen für die zukünftige Berliner Wärmeversorgung. Die Großwärmepumpenanlage mit einer thermischen Leistung von 75 MW wird an die neue Reinigungsstufe des Klärwerks Ruhleben der Berliner Wasserbetriebe in Spandau angeschlossen. Nach Fertigstellung versorgt die Anlage 45.000 Wohneinheiten mit Wärme und spart jährlich 50.000 t CO₂ ein. Ähnlich die Dimensionen in Hamburg: HamburgWasser errichtet am Ablauf von Deutschlands größer Kläranlage im Hamburger Hafen ebenfalls eine Großwärmepumpe. 39.000 Haushalte werden in der Hansestadt zukünftig mit klimafreundlicher Fernwärme aus dem Abwasser versorgt. Es funktioniert aber auch eine Runde kleiner. So versorgt z. B. Köln ein Neubauquartier mit 216 Wohneinheiten mit Wärme aus Abwasser, in Dortmund Westholz wird bereits seit Jahren ein Seniorenwohnsitz mit 80 Pflegeplätzen mit der Abwasserwärme aus einem in der Nähe gelegenen großen Abwasserkanal versorgt. Und last but not least plant Kirchheim/Teck den Umbau eines Quartiers mit Abwasserwärmenutzung. Bundesweit beweise  n somit zahlreiche Projekte seit Jahren die Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit solcher Maßnahmen.