Brennstoff-Check (9): Heizen mit Abwasser – wie geht das?

Stöpsel raus – Wasser läuft. Ganz gleich, ob nach dem Baden aus der Wanne, Händewaschen aus dem Waschbecken oder Geschirrspülen aus dem Spülbecken, mit dem ablaufenden Warmwasser geht Wärme ungenutzt in die Kanalisation verloren. In Summe kommt da ganz schön was an Wärme zusammen, mit der es sich auch Heizen lässt! Wie das Heizen mit Abwasser geht, erklären wir in diesem Kapitel unseres Brennstoff-Checks.

So viel Wärme steckt in einer Badewanne voll Warmwasser

Der Badewannen-Blogger Stephan rechnet auf seinem Blog vor, was eine Badewanne voll Warmwasser kostet. Aus seinem Rechenbeispiel können wir schon viel über den Wärmegehalt einer Badewanne voll Warmwasser entnehmen. Stephan kommt für eine durchschnittliche Badewanne mit 120 bis 150 Litern Fassungsvermögen auf Wasserkosten von 0,48 bis 0,60 Euro. Zum Duschen brauche man demnach ein Drittel bis ein Viertel weniger Wasser.

Hinzu kommen die Heizkosten für das warme Badewasser. Stephan nimmt eine Warmwassertemperatur von 35 bis 38 Grad Celsius (°C) an. Werde das Warmwasser mit Gas erwärmt, läge der Verbrauch im Schnitt bei 50 Kilowattstunden pro Kubikmeter (kWh/m³) und etwa 0,06 Euro pro kWh. Bei mit Strom erwärmten Warmwasser verbrauche man 35 kWh/m³ und käme auf 0,18 Euro pro kWh. Das bedeute, dass eine Badewanne voll Warmwasser, das mit Gas erwärmt wurde, 0,40 Euro koste, während sie bei einer Stromheizung (Boiler, Durchlauferhitzer) rund 0,85 Euro koste.

Während Stephan als Nächstes die Kosten für Wasser und Heizung addiert, um auf die Kosten einer Badewanne voll Warmwasser zu kommen (mit Gas beheiztes Vollbad: 0,90 Euro, mit Strom beheiztes Vollbad: 1,30 Euro), schauen wir mal auf die Energiemenge, die in dem Warmwasser in der Badewanne steckt.

Wie viel Energie man braucht, um Wasser auf eine bestimmte Temperatur zu erwärmen, berechnet man nach der Formel:

Q = m mal c_W mal (T2 minus T1)

Wobei Q für die Wärmeenergie in Joule steht, m für die Wassermasse in Kilogramm und c_W für die spezifische Wärmekapazität von Wasser, die 4,19 Kilojoule pro Kilogramm mal Kelvin beträgt. T1 und T2 stehen für die Temperaturen bevor und nachdem das Wasser erwärmt wurde.

Wichtig: Wer sein Badewasser dezentral erwärme, mische kaltes mit warmem Wasser. Komme das kalte Wasser mit 10 ° C  aus der Leitung und das warme mit 60 ° C, dann ergebe sich nach dem hier auf dem Portal Bauredakteur.de vorgestellten Mischungskreuz aus 29 Anteilen Warmwasser und 21 Anteilen Kaltwasser eine Badewassertemperatur von 39 ° C, was bei einer 150 Liter fassenden Wanne mit 87 Litern Warmwasser und bei einer 120 Liter-Wanne mit 70 Litern Warmwasser machbar wäre.

Demnach steckten in einer 150 Liter fassenden Badewanne voll Warmwasser:

87 kg mal 4,19 kJ / (kg mal K) mal (60 ° C minus 10 ° C) = 18.227 kJ Wärme = 5,1 kWh

Und in einer 120 Liter fassenden Badewanne voll Warmwasser entsprechend:

70 kg mal 4,19 kJ / (kg mal K) mal (60 ° C minus 10 ° C) = 14.665 kJ Wärme = 4,1 kWh

Spannend ist, dass der Autor des Beitrags auch den Wirkungsgrad der Wärmeerzeuger mit dem Durchschnittswert 85 Prozent berücksichtigt, so dass er bei der 150-Liter-Wanne auf 6 kWh und bei der 120-Liter-Wanne auf 4,8 kWh kommt.

Für eine per strombetriebenen Durchlauferhitzer erwärmte Badewanne voll Warmwasser ergäben sich demnach und unter Berücksichtigung von dessen Wirkungsgrad (98 Prozent) 5,2 kWh (150-Liter-Wanne) beziehungsweise 4,2 kWh (120-Liter-Wanne).

So, damit hätten wir die Wärmemengen, die in der vollen Badewanne mit Warmwasser stecken, ermittelt.

Fragt man sich, wie viel von der Wärme strömt nach dem Ziehen des Stöpsels noch ungenutzt durch den Abfluss in die Kanalisation und was ließe sich damit stattdessen anderes anfangen.

Je nachdem, wie lange ihr in der Wanne sitzen bleibt, geht währenddessen eine bestimmte Wärmemenge verloren, wobei sich das Wasser naturgemäß abkühlt.

Heizen mit Abwasser – was geht?

Wer sich mit dem Thema Heizen mit Abwasser beschäftigt, betrachtet das Abwasser als Ganzes, also als den Mix aus warmem und kaltem Wasser, den ihr Tag für Tag aus eurem Haushalt ablaufen lasst. Dazu zählt das Abwasser von Badewanne, Dusche oder Spülbecken ebenso wie das von Spülmaschine, Waschmaschine und Toilette. Selbst im Winter habe das immer noch Temperaturen zwischen 10 und 20 ° C.

Wie funktioniert das Heizen mit Abwasser?

Die Wärme lässt sich dem Abwasser prinzipiell an drei Punkten entziehen – im Fachjargon nennt man das Wärmerückgewinnung (WRG):

1. noch im Gebäude selbst (inhouse)
2. im Abwasserkanal
3. auf oder nach der Kläranlage

Wobei die Wärme in den ersten beiden Fällen aus dem Rohabwasser und im dritten Fall aus dem gereinigten Abwasser gewonnen wird.

Die WRG inhouse ist eine interne Wärmerückgewinnung aus dem eigenen Abwasser, für die es keine Vorschriften bezüglich des Wärmeentzugs gibt, heißt es in der Ausgabe 11/11 der EnEV im Bestand im Artikel „Heizen mit Abwasser“. Man brauche dafür eine größere Warmwassermenge, wie sie beispielsweise in Hallenbädern, Heimen, Hotels oder Wohnsiedlungen anfalle.

Die WRG aus dem Abwasser von Kanalnetz und Kläranlage sei dagegen ein Zusammenspiel mehrerer Partner (Abnehmer, Kommune und Stadtentwässerung) und brauche die Bewilligung vom Kanal- und Kläranlagenbetreiber.

Die Wärmerückgewinnung aus dem Abwasser aus dem Kanal erfolge demnach mit Hilfe von Wärmetauschern, die man

• entweder auf die Sohle des Kanals
• oder in separaten Schächten im sogenannten Bypass-System außerhalb des Kanals

installiere. Der Wärmetauscher leite die gewonnene Wärme anschließend zu einer Wärmepumpe, die die Temperatur auf das notwendige Niveau zur Beheizung anhebe. Radiatoren würden anschließend die Wärme innerhalb der Gebäude verteilen. Als Spitzen-Heizgerät käme daneben eine Erdöl-/ Erdgasheizung oder ein BHKW zum Einsatz, um die Versorgungssicherheit zu steigern.

Und wie schon in unserem Beitrag „Brennstoff-Check (8): Heizen mit Seewasser – wie geht das?“ ist es wieder die Schweiz, wo sich das Heizen mit Abwasser bislang bestens bewährt hat: Über 80 Anlagen mit dieser Technologie seien dort am Laufen, schreibt EnEV im Bestand. Die Anlagen hätten demnach eine hohe Lebensdauer und funktionierten teils schon seit mehr als 30 Jahren zuverlässig und sicher. Anders als Deutschland würde die Schweiz die Qualität der Wärmepumpentechnologie mit einer Kontrollstelle sichern und stetig verbessern. Dadurch habe sich die Wärmepumpe in der Schweiz stark verbreitet und komme inzwischen in neuen Einfamilienhäusern häufiger zum Einsatz als eine Erdölheizung. Das sei auch der Grund dafür, dass die Schweiz bei der Abwasserwärmenutzung und deren Technologien europaweit die Nase vorne habe.

Was bringt das Heizen mit Abwasser?

Der Deutsche Fachverband der Abwasserbranche, die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall, beziffere dem Bericht in der EnEV im Bestand zufolge in seinem Merkblatt DWA-M 114 „Energie aus Abwasser” das theoretisch nutzbare Potenzial der Abwasserwärmenutzung auf 10 Prozent aller Gebäude in Deutschland, die sich mit der verfügbaren Abwasserwärme beheiz ließen. Eine IKT-Studie für Nordrhein-Westfalen bestätige dieses Potential.

Hier berichtet SPon (Spiegel Online) über das Stuttgarter Neubauviertel “Neckarpark” mit 450 Haushalten sowie Läden, Gewerbebetrieben und öffentlichen Einrichtungen, die einen Großteil ihres Wärmebedarfs aus der Kloake unter der Stadt decken würden. Dazu installiere man in der Kanalisation auf einem Kilometer Länge Wärmetauscher. Die würden die Wärme aus dem 12 bis 15 °C warmen Abwasser („trübe Brühe“) auf einen separaten Wasserkreislauf übertragen, der mit einer strombetriebenen Wärmepumpe gekoppelt sei.