Post on 05-Jun-2018
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Rabtherm®2005
Wärmenutzung aus Abwasser
Abwasser, die ungenutzte EnergiequelleEine ökologisch sinnvolle Alternative zur Wärmeenergieversorgung in Städten und Agglomerationen.
Dipl.-Ing. Urs Studer
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
• IdeeZielsetzungWichtige Faktoren System
• Technik Leistungen
• KostenWirtschaftlichkeitRisiken
• Ökologie • Markt• Erfahrungen• Planungsablauf
Einsatzmöglichkeiten• Ausblick
Inhalt
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Vision: Abdeckung des Wärme-marktes erneuerbarer Energien zu 25-30%
Vision
RABTHERM steht für Rohabwasser-Wärmenutzung
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Patente
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Patente
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Patente
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Ziel-setzung
• Robustes, einfach zu installierendes, patentierbares System
• Lange Lebensdauer• Anwendbar in bestehenden
und neuen Kanälen• Wirtschaftlich und ökologisch
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
• Was verlangt der Energiemarkt?Wirtschaftliche Systeme
• Wie entwickeln sich andere Technologien?Solar, Wind, BHKW, Brennstoffzellen → Ergänzungen
• Einfluss der PolitikEnergiepreiszuschläge, Ökosteuern/ Fördermittel
• StrompreiseSinkend
• Öl-/ GaspreiseTendenz steigend
Trends
Rabtherm GmbH
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Trends• Energiepreiszuschläge
Teilweise realisiert• Fördermittel
30 – 70 %• Entwicklung der Abwassersysteme
Trennsysteme• Wie entwickelt sich der Wärmemarkt,
die Fernwärmeversorgung bei stetig abnehmendem Wärmebedarf?Regional > wenig ZukunftNahwärme > i. O.
Rabtherm GmbH
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Probleme / Hindernisse
Wichtige Faktoren • Wirtschaftlichkeit / Ökologie
• Beeinträchtigung der biologischen Reinigungsstufe in der ARA
• Einbauten im Abwasserkanal → Verschmutzung → Reinigung
• Lebensdauer→ Korrosion→ Erosion / Abrieb→ Kanalreinigung
Rabtherm GmbH
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Bild
SystemWasserkreis-
lauf
Rabtherm GmbH
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Jahresverlauf Luft- u.
Abwasser-Temperaturen
Rabtherm GmbH
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Funktionsprinzip des Wärmenutzungssystems Rabtherm®
Technik
Rabtherm GmbH
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Vorlauf / Rücklauf / Zwischenmedium
Wärmetauscher Halbschale
Abwasser
Abwasserkanal
Technik
Rabtherm GmbH
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Mittlere Abwassertemperatur übers Jahr 15°C• max. 20° in Wohngebieten• min. 10° in Wohngebieten
Erreichbare Vorlauftemperatur mit WP: 65°C max. 70°C
Wärmetauscherelemente• Wärmetauscher: Rostfr. St. 45.71• Elementlänge: 2 – 3 m• Min. wirtschaftliche Gesamtlänge: 20 m• Lebensdauer / -erwartung: 50 Jahre
Zwischenmediumsleitungen: Kunststoff PE + Steckmuffenverbindungen
Strenge Qualitätssicherungskriterien haben Einfluss auf:• Material / Verbindungstechnik / Schweisstechnik• Konstruktion• Herstellung (Dichtheit)• Montage, Einbau
Technik
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Kriterien Kriterien für einen optimalen Einsatz von Rabtherm-Systemen:
• Abwasserkanal min. ø (500) – 800 mm• Abwassermenge durchschnittlich min. 15 l/s• Wärmetauscherlängen min. 20- max. 200 m• Min. anzuschliessende Verbraucher: 100 kW• Abstand Kanal zum Verbraucher max. 200 m
(bebaut), 300 m (unbebaut)• Heizungs-Vorlauftemperatur (Nutzer) max.
70°C
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Energie-System • Das RABTHERM® - System erzeugt pro
m2 Wärmetauscher ca. 3 - 7 kW nutzbare Wärme, umweltschonend mit zum grossen Teil erneuerbarer Energie
• Mit dem RABTHERM® - System wird eine entscheidende Verbesserung an Luftqualität erreicht, sowie eine massive Einsparung an Primärenergie
Rabtherm GmbH
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Wärme-tauscher
• Die Abwasserrinne wird aus bis zu 3 m langen Wärmetauscherelementen zusammengesetzt. Durch den Wärme-tauscher fliesst Wasser von und zur Wärmepumpe. Im Wärmetauscher wird das Wasser um ca. 4º C aufgeheizt.
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Wärme-tauscher
• Der Wärmetauscher ist im Abwasser-kanal einbetoniert und soll eine Lebens-dauer von mindestens 50 Jahren haben. Korrosion, Erosion/ Abrieb, Dichtheit, Kanalunterhalt und -reinigung sind einige Faktoren, die bei den strengen Qualitätssicherungskriterien entschei-denden Einfluss haben auf Material-wahl, Konstruktion, Herstellung (Schweissen) und Montage/ Einbau.Parallel zur Qualitätssicherung sind auch alle möglichen Schadenbehe-bungsszenarien nach dem Prinzip „Feststellen-Finden-Beheben“ aufgestellt worden.
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Wärme-tauscher
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Einbau-möglich-
keiten
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Kanalisa-tionsrohr
Rabtherm® Leverkusen
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Kanalisa-tionsrohr
Rabtherm® Leverkusen
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Kanalisa-tionsrohr
Rabtherm® Wülflingen
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Kanalisa-tionsrohr
Rabtherm® Wülflingen
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Rabtherm® Singen
Kanalisa-tionsrohr
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Kanalisa-tionsrohr
Rabtherm® Singen
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Kanalisa-tionsrohr
Pilotprojekt Wärmeverbund Wipkingen
Rabtherm GmbH
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Leistung Entzugsleistung abhängig von:• Wassermenge
• Wassergeschwindigkeit
• Gefälle im Kanal
• Verschmutzung (Sielhaut)
ca. 2-5 kW / m2 WT
Nutzbare Leistung nach WP 3-7 kW /m2 WT
entspricht ø ca. 1.8 - 8.4 kW/mWT
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Leistung • Aus 1m³ Abwasser (entspricht dem Inhalt von 5 Badewannen) gewinnt der Wärmetauscher ca. 2,3 kWh Energie
• Um 1 kWh zu erzeugen sind 420 l Abwasser nötig
• Um 100 Wohnungen zu beheizen benötigt man das Abwasser von ca. 250 bis 300 Wohnungen
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Leistungs-diagramm
Rabtherm® Wülflingen
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Leistungs-diagramm
Rabtherm® Leverkusen
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Gas / Öl 3430 MWh/a Kessel3990 kW
Nutzenergie Kessel3150 MWh/a
el. Antriebsenergie1500 MWh/a
Rabt
herm
WT
Ent
zung
slei
stun
g31
50 M
Wh/
a
847
k W
EWP1250 kWCOP 3,1
Nutzenergie WP4650 MWh/a
Verluste Kessel 274 MWh/a
Stro
m H
ilfsa
ntrie
be21
0 M
Wh/
a
Verluste Fernleitungen153 MWh/a
Verbraucher 7653 MWh/a
Um
wäl
zpum
pe30
kW
Energie-flußbild
Bsp.: Zürich-Wipkingen
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Abhängig in starkem Maß von denStromkosten, Fernwärmeleitungslängen
• ca. Fr. 500-750 / € 330-500 pro kW angeschlossene Nutzleistung
• das entspricht ca. Fr. 1800-2500 / € 1170-1620 pro angeschlossene Wohneinheit
• Wärmetauscher: Fr. 1600-2200 / € 1050-1450 pro m WT inkl. Zwischenmediums-leitungen u. Einbau
Kosten
Rabtherm GmbH
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Rabtherm® Spezifische Kosten(neuer Kanal, nur Wärmeerzeugung)
KostenVariante mWT
kW WP2060
80240
120360
200 600
Min Max Min Max Min Max Min Max
Fr./ Wohneinheit 2‘330 3‘660 1‘800 2‘530 1‘730 2‘360 1‘730 2‘260
Wärmeangebot (Fr./ kW)
700 1‘100 540 760 520 710 520 680
Fr./m WT im Wärme-nutzungssystem
7‘000 10‘000 5‘370 6‘500 5‘160 6‘160 4‘720 4‘960
Rabtherm GmbH
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• Öl- und Gaspreise haben eher eine steigende Tendenz
• Energiepreiszuschläge
• rationellere Fertigung der Wärmetauscher
• Einbaumöglichkeiten in kleinere Kanäle
• steigende Abwassertemperatur (Trennsysteme)
• Kühlung im Sommer
• Verlangsamung bzw. Verhinderung des Biofilmaufbaus
• Öffentliches Interesse:Einhaltung von Zielsetzungen in Energie- u. Umweltpolitik
Wirtschaftlichkeit
Sie wird in Zukunft verbessert durch:
Wirtschaft-lichkeit
Ausblick
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Kriterien Veränderung Veränderung derWärmege-stehungskosten*
Strompreis - 20%- 50%
- 5.0 %- 13.0%
Ölpreis + 10% - 3.0%
Investitionskosten - 20% - 8.0 %
Leistungsziffer derWärmepumpe
3.1 auf 4.0 - 6.0%
Einfluss der Grund-
faktoren
Rabtherm GmbH
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Ökologie
Rabtherm GmbH
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CO2-Bilanz
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Risiken bei Abwasserwärmenutzung aus der öffentlichen Kanalisation
Rabtherm®
Risiken Risikofaktor Bemerkungen Massnahmen
Lebenserwartung WT
50 Jahre Gutachten SGK
Verschmutzung - abhängig von Wasserqualität u. Fliessgeschwindigk.
- Sielhaut 3-4 mm- Entfernung mit Hochdruckreinigung
Wissenschaftl. Untersuchungen Reinigung→ mtl. Reinigung =Erhöhung Betriebskostenberücksicht. bei Berechnung
Einbau - auf Sohle Betonrohr - Trockenwetterrinne- Integr. in Betonrohr
Prototypen vorhanden
Rabtherm GmbH
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Risiken bei Abwasserwärmenutzung aus der öffentlichen Kanalisation
Rabtherm®
Risikofaktor Bemerkungen MassnahmenKanalbetrieb(Unterhalt + Reinigung)
- 1-2 mal jährl./ evt. häufiger
- 1 Reinigung 200 m: ca. 800 CHF
Eingebaute Reinigung Kupferbänder
Leistung Berechnungen laufend den Messungen angepasst
Leistungszahl WP Garantie Hersteller 3.1-5.2
Berechnungen Patentierte geschützte Software
Kosten Offerten Prototypen
Senkung durch neue Materialien u. Verbindungen/ Anschlüsse. Integr. Betonrohr
Risiken
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Risiken bei Abwasserwärmenutzung aus der öffentlichen Kanalisation
Rabtherm®
Risikofaktor Bemerkungen MassnahmenWirtschaftlichkeit - in Normalfällen gegenüber
fossilen Energien immer möglich
- Jährl. Ertrag für Contractor bei Verkauf der Energie
- Wärme- Kälte- Fördermittel
Versorgungs-sicherheit
- Spitzenkessel bei Altbauten, Mitteltemperaturheizungen, Warmwassererzeugung
- Gefahrenherde- WP- Pumpen- Verschmutzung
nicht grösser als in konventioneller Anlage
Risiken
Rabtherm GmbH
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Fazit
Der Erfolg der Abwärmenutzung aus der öffentlichen Kanalisation basiert auf folgenden Eckpfeilern:
1. Wirtschaftlichkeit2. Finanzierung3. Öffentliches Interesse4. Ökologie
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Marktanalyse
Potential • CH > 1‘800 Anlagen• D > 18‘000 Anlagen
• StädteZürich (350‘000 Einwohner) 46, entsprechend
ca. 12‘000 WohnungenWinterthur (110‘000 Einwohner) 27Thun (40‘000 Einwohner) 17Ulm (135‘000 Einwohner) 20Freiburg/Br. (180‘000 Einwohner) 20
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Marktanteil
Wärmemarkt erneuerbarer Energien:
Rabtherm®: 25 %
Wärmemarkt total:
Rabtherm®: 5 %
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In Betrieb stehen 7 Anlagen15 Anlagen sind in der Projekt- oder Bauphase
• Zürich CH (930 Wohnungen) Heizung+ Warmwasser
• Zwingen CH (31 EFH)• Binningen CH (300 Wohnungen)• Leverkusen D (Geschäftshaus)
Heizung + Kühlung• Singen D (Technologiezentrum)
Heizung + Kühlung• Wülflingen CH (400 Wohnungen)
Heizung + Warmwasser• Schaffhausen CH (Geschäftshaus)
Heizung + Kühlung
Referenz-anlagen
Rabtherm GmbH
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Nahwärme-verbund
Wipkingen
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Kanalisation Bauliche Daten- Rohrdurchmesser 1500 mm- Radius Trockenwasserrinne 300 mm- Gefälle 31 %o- Verschmutzungsfaktor 0.7- Wärmedurchgangskoeffizient- Unverschmutzt 2250 W/m2K- Verschmutzt 1580 W/m2K- Füllgrad 140 mmSchmutzwasser- Menge 105 l/s (Spitze 150 l/s, min. 30 l/s)- Geschwindigkeit 2.1 m/s- Temperatur 15°C (So. 17°C, max. 20°C/ Wi 13.9°C, min. 8°C)- Abkühlung 2.1 K (max. 4.0 K)Wärmetauscher- Elemente 67 x 3 m- Wärmetauscherfläche 0.785 m2/mZwischenmedium- Menge 51 l/s- Geschwindigkeit 2.2 m/s- Temperatur 4°C- Erwärmung 4 K- Druckverlust max. 280 kPa
Daten
Rabtherm GmbH
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Gesund-heitshaus
Leverkusen
Rabtherm GmbH
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Wärmepumpen-Zentrale
Gesund-heitshaus
Leverkusen
Rabtherm GmbH
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Überbauung Wässer-wiesen
Wülflingen
Rabtherm® Wülflingen
Rabtherm GmbH
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Schächte
Überbauung Wülflingen
Rabtherm GmbH
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SintecSingen
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Verwendungszweck • Wärmeversorgung • Energieversorgung • Kühlung - Wasser - Abwasser • Kühlsysteme
Anwendungen • Gebäude, Gebäudegruppen mit mind.
80 kW Wärmeleistungsbedarf • Industrien • Brauereien • Wäschereien • Fernwärmeversorgungen
Anwendung
Rabtherm GmbH
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Rabtherm® ist interessant für:
• Städte, Agglomerationsgebiete und öffentliche Dienste als Nutzer (und zur Erreichung der Ziele betreffend CO2-Schadstoffreduktion bzw. Primärenergie-einsparung)
• Elektrizitäts- und Gaswerke als Betreiber und Energielieferanten (Contractor)
• Vermieter und Mieter: Das fortschrittliche und ökologische Energiekonzept erhöht die Attraktivität der Wohnungen. Der Bauherr bezahlt beim Contracting nur für die bezogene Energie, d.h. er investiert kein Geld. Er benötigt keinen eigenen Unterhalts- und Servicedienst.
Nutzer
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Vertriebs-partner-
Management
* Ebenfalls Lizenzverträge mit der Rabtherm-Firma
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Pilotanlagen: Zürich-Wipkingen / Zwingen /Binningen / Leverkusen (D)• Wärmeleistungen: können erreicht werden• Verschmutzung: tritt in speziell belasteten Kanälen
schneller ein als erwartet. Der Einfluss wurde im Labor gemessen und ist in den Berechnungen berücksichtigt.→ Massnahmen:
Massnahmen zur Verhinderung bzw. Verzöge-rung der Bildung eines mikrobiologischen Filmes werden in Zusammenarbeit mit staatlichen Insti-tuten und Universitäten erarbeitet.
- Materialwahl / Beschichtungen- Reinigungsvorrichtungen
→ Verteuerung zwischen 0.4% - 3% der Betriebskosten→ Heutige BerechnungVerschmutzungsfaktor 0.4
- Kupferbänder zwischen den Wärmetauscher-elementen
• Kälte / Wärme Fernwärme
TechnischeErfahrung
Rabtherm GmbH
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Checkliste Rabtherm® für Einzelstandorte
Kriterium Ist - Wert Sollwert
Kanal ø .............. m > 0.8 m
Geplant Neubau oder Sanierung des Kanals? ..........................................................
Zeitpunkt? ...........................................................
Mit oder ohne Trockenwetterrine? .......................
Länge des Kanals? .............. m
Gefälle des Kanals? .............. %o
m*
im KanalTrockenwetterabfluss Tagesmittel: ............... l/s > 60 l/s (Rating A)
> 15 l/s (Minimum)Tagesspitze: .............. l/s
Tagestief: .............. l/s
Abwassertemperatur: .............. °C > 8 °C
Einleitung von Industrieabwässern? ..........................................................................
Einzugsgebiet Abwasser .............. Einwohner > 5'000 Einwohner
Wärmebedarf .............. MWh / a
Heizleistung .............. kW
Aufteilung: Heizung: .............. Warmwasser: .............. Lüftung: .............
Wärmeverbund (Neubau / Bestehend/Art)?................................................................
Wärmeversorgung (Neubau / Bestehend/Art)? ..........................................................
Wärmeverbund:Zahl der Anschließer .............. ≤ 5
Wärmeverbund:Distanz zu Kanal .............. m < 100 m
Wärmeverbund:geforderte Vorlauftemperaturbeim Verbraucher .............. °C < 65 °C
Checkliste
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Frageliste für Projekte
- Organisation der Stadt (Gas/ Abwasser/ Fernwärme/ Strom)- Organisation von Gasversorgung und Fernwärme- Fernwärmegebiete → Fernwärmeplan- Gasversorgungsgebiete → Gasversorgungsplan- Kanalisationsdaten (Geometrie, Durchmesser, Gefälle)
→ Kanalisationsplan- Abwassermengen (Trockenwetterabflüsse aus GEP resp. GKP)
→ Entwässerungsplan- Heizkesselleistung oder Wärmedichten sowie Energieverbrauch
dieser Standorte → Heizkessellisten (> 150/ 200-300kW) resp. Wärmekataster
- Typ des Heizungsstandortes (z.B. Wohnhaus/ Büro/ Einkaufszentrum/ Industrie)
- Neubau/ resp. Entwicklungssiedlungsgebiete- ARA: Auslegungstemperatur, Gesamtabwassermenge- Katasterpläne- Stromtarife, Gastarife- Zinssätze und Abschreibungsdauer- Allfällig vorhandene Energiepläne, Nutzungspläne- Gesuche für finanzielle Beiträge (Staat/ Kt.)- Contractinganbieter vorhanden?
Frageliste
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Frageliste für Studien
Frageliste- Zustand der Kanalisation → Kanalvideo- Sanierungsdatum der Kanalisation- Sanierungsdatum, Zustand, Disposition der Heizzentrale- Sanierungsdatum der Kanalisation- Kostenrechnung d.h. Investitions- und Betriebs-
kostenrechnung bestehender Heizzentralen, Nahwärmeverbunde etc.
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Stadt Winterthur
Wärmerückgewinnung aus Rohabwasser mit Rabtherm®
Standortabklärung Stadt Winterthur
8.12.1999
Machbar-keitsstudien
(Bsp.)
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Machbar-keitsstudien
(Bsp.)
Freiburg/ Br.
Kanalwärmenutzungskonzept Güterbahnareal Nord
Freiburg
Juli 2003
Rabtherm GmbH
Rabtherm AGRabtherm GmbH
Vision
Rabtherm
Rabtherm GmbH
Rabtherm AG
Motto
Lorbeeren von heute sind die Grünabfuhr von
morgen