Eine thermische Abwassernutzung ist vor allem bei größeren Bauten in einem gewissen Umkreis einer Kläranlage oder eines Hauptsammlers sinnvoll. Grundsätzlich kann Wärme- und Kältenutzung des Abwassers vor oder nach der Kläranlage stattfinden. Wärmetauscher und Wärmepumpen sind bei dieser Nutzungsart unerlässlich. Die wohl bekannteste Abwassernutzung ist diejenige des Olympischen Dorfes in Beijing, China. Abwasserpumpen heizen und kühlen hier eine Wohnfläche von insgesamt 410.000 m2.
Neben Verkehrstunneln bilden auch Abwasserkanäle eine Möglichkeit zur Energiegewinnung. Abwasser besitzt ganzjährig eine Temperatur zwischen 8 °C und 20 °C (VBI, 2012) und stellt somit neben dem Untergrund eine zusätzliche Wärmequelle dar. Anlagen zur Abwasserwärmenutzung existieren bereits seit den 1980er Jahren (VBI, 2012) und sind vor allem in China weit verbreitet (Liu et al., 2014). In den letzten Jahren wird die Technik vermehrt auch in Europa eingesetzt oder ein Einsatz ist geplant (z. B. Schmid, 2008; Adam & Markiewicz, 2009; Kern, 2011).
Die erzielbare Wärmeenergie hängt im Wesentlichen von der Abwassermenge und der Abwassertemperatur ab. Somit besitzen reine Schmutzwasserleiter im Vergleich zu Kanälen im Mischsystem ein erhöhtes Wärmepotential, da hier eine Abkühlung des Abwassers durch eine Vermischung mit Regenwasser verhindert wird. Als Bemessungsgrundlage wird bei einer Mischkanalisation darüber hinaus der Trockenwasserzufluss verwendet. Der Wärmeentzug führt zu einer Abkühlung des Abwassers. Die mögliche Temperaturabsenkung des Abwassers ist dabei durch die Leistungsfähigkeit der biologischen Stufe der Kläranlage begrenzt und ist auf diese auszulegen (Kern, 2011). Wird das Abwasser direkt zur Wärmeerzeugung genutzt (offenes System) sind darüber hinaus die verwendeten Materialien an die Abwasserbeschaffenheit anzupassen.
Die Abwasserwärmenutzung kann auch mit geschlossenen Systemen erfolgen. Klassischerweise wird dabei das Absorbersystem in der Kanalsohle verlegt. Der große Vorteil bei dieser Variante besteht darin, dass auch eine Nachrüstung von Kanälen möglich ist. Beim Neubau können die Absorberrohre in die Kanalwand integriert werden. In diesem Fall ist sowohl ein Wärmeentzug aus dem Abwasser als auch aus dem angrenzenden Untergrund möglich (Kern, 2011; VBI, 2012). Ein Beispiel für diese Variante stellt das „PKS-THERMPIPE®“- System der Firma FRANK GmbH dar (Kern, 2011). Hier wird das Kanalrohr mit Wärmetauscherrohren umwickelt, sodass im Heizfall sowohl die Umgebungswärme als auch die Abwasserwärme genutzt werden kann. Ist die Wärmepumpe nicht in Betrieb, trägt die Temperatur des Abwassers zur Regeneration des Untergrunds bei. Durch die Umwicklung des Kanals wird darüber hinaus die Ringsteifigkeit des Systems erhöht (Kern, 2011).
Neben der Nutzung von Abwasserrohren können auch stillgelegte Rohrleitungen der Wasser- oder Gasversorgung direkt als Absorberrohre genutzt werden. Alleine in Deutschland sind ca. 75.000 km stillgelegte Leitungen im Untergrund vorhanden, wobei ein Großteil im städtischen Bereich zu finden ist (Solas, 2012). Das Energiepotential dieser Leitungen liegt bei ca. 25 W/m und ist damit vergleichbar mit dem vom Erdwärmekollektoren (Solas, 2012).
Kürten, S.: Zur thermischen Nutzung des Untergrunds mit flächigen thermo-aktiven Bauteilen, Dissertation, Fakultät für Bauingenieurwesen:
Aachen : Dissertation, Fakultät für Bauingenieurwesen, RWTH Aachen University, 2014.
Stober, Ingrid; Kurt Bucher (2020): Geothermie, Springer Spektrum, 3. Auflage. ISBN 978-3-662-60939-2 ISBN 978-3-662-60940-8 (eBook). https://doi.org/10.1007/978-3-662-60940-8.
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