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Denn die Rückgewinnung von Wärme aus Abwasser mithilfe von Abwasserwärmepumpen und -wärmetauschern ist eine der effizientesten und nachhaltigsten Methoden, um den urbanen Wärmebedarf zu decken und die Dekarbonisierung im Gebäudesektor voranzutreiben. In Deutschland schlummert in den Abwasserströmen ein bislang weitgehend ungenutztes Potenzial: Laut aktuellen Studien könnten bis zu 15 Prozent des gesamten Wärmebedarfs im Gebäudesektor durch die Nutzung von Abwasserwärme gedeckt werden. Dies entspricht der Heizenergie für mehrere Millionen Haushalte und stellt insbesondere für dicht besiedelte Städte eine praktikable Alternative zu klassischen erneuerbaren Energiequellen wie Solarthermie oder Geothermie dar.

 Die Kernvorteile der Energierückgewinnung aus Abwasser sind:

• Geringe Temperaturschwankungen: Abwasser bietet ganzjährig stabile Entzugsbedingungen, was die Effizienz (Jahresarbeitszahl) der Wärmepumpe erhöht.
• Dezentrale Versorgung: Direkte Integration in Quartierslösungen oder Nahwärmenetze reduziert Transportverluste.
• Synergien mit Bestandsinfrastruktur: Wärmetauscher lassen sich in bestehende Kanäle integrieren, ohne den Abfluss zu beeinträchtigen.

Wo steht die deutsche Politik?

Nordrhein-Westfalen (NRW) nimmt bei der Rückgewinnung von Wärme aus dem Abwasser eine Vorreiterrolle ein. Im Oktober 2024 hat das Land ein ambitioniertes Ausbauziel für die Nutzung von Abwasserwärme formuliert. Dies umfasst sowohl die Installation neuer Systeme als auch die Standardisierung der technischen und planerischen Prozesse. Das Ziel besteht darin, bis 2030 mindestens 1 Terawattstunde (TWh) Wärme pro Jahr aus Abwasser zu gewinnen und bis 2045 auf vier TWh pro Jahr zu steigern. Dies entspricht dem Wärmebedarf von rund 200.000 Haushalten. Aktuell werden in NRW Leitlinien und Regelwerke erarbeitet, die die standardisierte Erfassung, Planung und Umsetzung von Abwasserwärmetauschern im Kanal ermöglichen sollen – ein entscheidender Schritt, um die Technologie flächendeckend und wirtschaftlich attraktiv zu machen.

Auch auf Bundesebene hat man die Bedeutung der Abwasserwärmerückgewinnung erkannt: Die Integration dieser Technologie ist fester Bestandteil des neuen Koalitionsvertrags (KOAV 2025) und wird künftig in Förderprogrammen und gesetzlichen Vorgaben eine zentrale Rolle einnehmen.

Anwendungsfälle für Abwasserwärmepumpen: Von der Quartiersplanung bis zur Industrie

Abwasserwärmepumpen und Wärmetauscher im Kanal werden überall dort eingesetzt, wo kontinuierlich größere Mengen an Abwasser mit einem erhöhten Temperaturniveau anfallen und gleichzeitig ein relevanter Wärmebedarf besteht. Typische Anwendungsfälle sind:

• Quartiersplanung: Bei der Entwicklung neuer Wohn- und Gewerbequartiere kann die Abwasserwärme als zentrale Quelle für die Wärmeversorgung dienen. Durch die Integration in die frühe Planungsphase lassen sich Synergien mit Nahwärmenetzen und anderen regenerativen Quellen optimal nutzen.
• Nah- und Fernwärmenetze: Abwasserwärmetauscher werden zunehmend als Einspeisepunkte in bestehende oder neue Wärmenetze integriert. Sie bieten eine konstante und gut prognostizierbare Grundlast, die durch Spitzenlastkessel ergänzt werden kann.
• Sanierung von Bestandsgebäuden: Gerade in dicht bebauten Innenstädten, in deren der Platz für oberflächennahe Geothermie oder Solarthermie fehlt, ist die Nutzung von Abwasserwärme eine attraktive Option. Die Nachrüstung von Wärmetauschern im Kanal ist technisch machbar und wirtschaftlich interessant.
• Gewerbe und Industrie: Betriebe mit hohem Warmwasserverbrauch (zum Beispiel Hotels, Krankenhäuser, Schwimmbäder oder Betriebe der Lebensmittelindustrie) profitieren besonders von der direkten Nutzung der Abwasserwärme, da sie oft über eigene Kanäle und hohe Volumenströme verfügen.

Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit und Effizienz des Gesamtsystems sind die Auswahl des optimalen Standorts und die Integration in bestehende Infrastrukturen.

Welche kritischen Erfolgsfaktoren gibt es bei der Dimensionierung von Wärmepumpen mit Abwasserwärmetauscher?

Die Auslegung eines Systems zur Abwasserwärmerückgewinnung erfordert eine sorgfältige Analyse und Planung. Zu den wichtigsten Erfolgsfaktoren zählen:

• Abwassermenge und Temperaturprofil: Die nutzbare Wärmemenge hängt direkt von den verfügbaren Volumenströmen und den Temperaturverläufen im Kanal ab. Diese Parameter müssen über längere Zeiträume gemessen oder realistisch abgeschätzt werden, um saisonale Schwankungen und Spitzenlasten zu berücksichtigen.
• Hydraulische und thermische Einbindung: Die Einbindung des Wärmetauschers in das Kanalsystem darf den Abfluss nicht beeinträchtigen und muss den Selbstreinigungseffekt des Kanals erhalten. Gleichzeitig muss die Wärmeentnahme so erfolgen, dass das Temperaturniveau für die Wärmepumpe ausreichend hoch bleibt.
• Systemintegration: Für die Betriebssicherheit und Effizienz ist die Abstimmung zwischen Wärmetauscher, Wärmepumpe, Pufferspeicher und dem angeschlossenen Heizsystem entscheidend. Fehler in der Dimensionierung können zu einer unzureichenden Wärmebereitstellung oder zu einem erhöhten Energieverbrauch führen.
• Regelung und Monitoring: Eine intelligente Regelung, die auf die aktuellen Abwasserdaten und den Wärmebedarf reagiert, maximiert die Energieausbeute und schützt das System vor Überlastung oder Vereisung.
• Wirtschaftlichkeit: Die Investitions- und Betriebskosten müssen im Verhältnis zur erwarteten Energieeinsparung stehen. Förderprogramme und gesetzliche Rahmenbedingungen können die Amortisationszeit deutlich verkürzen. Die Kombination einer Abwasserwärmepumpe mit PV-Anlagen zur Stromversorgung der Wärmepumpe erhöht die Wirtschaftlichkeit.

Nur durch eine systematische Analyse und Optimierung all dieser Faktoren kann das volle Potenzial der Abwasserwärmenutzung ausgeschöpft werden.

Welchen Mehrwert bietet die Auslegung von Abwasserwärmetauschern und Abwasserwärmepumpen mithilfe einer Planungssoftware wie Polysun?

Die effiziente Integration dieser Systeme erfordert eine präzise Auslegung, bei der hydraulische, thermische und wirtschaftliche Aspekte berücksichtigt werden müssen. Diese Komplexität erfordert präzise Werkzeuge, die alle relevanten Einflussgrößen abbilden können.

Mit der modernen Auslegungs- und Planungssoftware Polysun können Systeme zur Rückgewinnung von Energie aus Abwasser erstmals europaweit geplant werden. Dadurch erhalten die Ingenieure Planungssicherheit und die Effizienz ist garantiert. Die öffentliche Hand hat eine verlässliche Entscheidungsgrundlage für Förderungen.

Der Einsatz der Simulationssoftware Polysun bietet Ingenieuren und Planern einen entscheidenden Mehrwert:

• Realitätsnahe Abbildung der Systemdynamik: Polysun ermöglicht die detaillierte Simulation von Abwasserwärmetauschern unter Berücksichtigung von Temperaturprofilen, Volumenströmen und unterschiedlichen Betriebszuständen.
• Vergleich verschiedener Auslegungsvarianten: Verschiedene Systemkonfigurationen können schnell und transparent miteinander verglichen werden, um die optimale Lösung für den jeweiligen Standort zu finden.
• Integration in komplexe Energiesysteme: Die Software erlaubt die Einbindung von Abwasserwärmetauschern in größere Energieverbünde,beispielsweise in Kombination mit Wärmepumpen, Solaranlagen oder Speichern.
• Transparente Dokumentation und Nachweisführung: Die Simulationsergebnisse dienen als belastbare Grundlage für Förderanträge, Wirtschaftlichkeitsberechnungen und die Kommunikation mit Behörden und Investoren.
• Reduktion von Planungsrisiken: Durch die frühzeitige Identifikation von Schwachstellen und Optimierungspotenzialen werden Fehlinvestitionen vermieden und die Betriebssicherheit erhöht.

Die folgenden Werkzeuge erleichtern die Arbeit des Planers:

1. Standardvorlagen für typische Anwendungsfälle:

• Vorkonfigurierte Systeme für Quartierslösungen, Fernwärme und industrielle Anlagen.
• Integration von Wärmepumpen, anderen Erzeugern wie Geothermie, Pufferspeichern und PV-Anlagen in einem Modell.

2. Detaillierte Modellierung von Abwasser-Wärmetauscher:

• Simulation von Temperaturprofilen und Volumenströmen im Kanal.
• Analyse der Wärmerückgewinnung unter Berücksichtigung saisonaler Schwankungen.

3. Einhaltung von Normen:

• Anpassung an VDI 4650 (Deutschland) und SIA 384/6 (Schweiz) für geothermische Komponenten.
• Wirtschaftlichkeitsberechnungen inkl. Förderbedingungen.

4. Fehlervermeidung durch Szenario-Tests:

• Vergleich verschiedener Wärmetauscher-Parameter.
• Optimierung der Regelstrategien für Teil- und Volllastbetrieb.

Beispiel: Die Polysun-Standardvorlage für Hybrid-Wärmepumpen (Wärmepumpe + konventionelle Energieerzeugung) ermöglicht die schnelle Integration von Abwasserwärmetauschern in bestehende Heizkonzepte.

Weitere Informationen zur technischen Umsetzung und zur Nutzung von Polysun für die Planung von Abwasserwärmepumpensystemen finden Sie hier:

• Abwasserwärmetauscher und Wärmepumpen dimensionieren in Polysun
• Zusammenfassung des Webinars zur Rückgewinnung der Wärme aus Abwasser

Fazit

Abwasserwärmepumpensysteme sind ein unverzichtbarer Baustein für eine klimaneutrale Wärmeversorgung – insbesondere in Ballungsräumen. Mit Tools wie Polysun gelingt es Ingenieuren, die komplexe Interaktion von Wärmetauscher, Wärmepumpe und Gebäudelast präzise abzubilden und so wirtschaftliche und technisch robuste Systeme zu realisieren. Die Standardvorlagen und Normenanpassungen der Software reduzieren Planungsrisiken und beschleunigen die Umsetzung von der Machbarkeitsstudie bis zur Inbetriebnahme.