Heiße Luft: Grüner Trend im Klärwerk

Effizientes Heizen mit Abwärme

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10.05.2016 Wenn schon Geld in die Hand nehmen, dann richtig: Als in der Kläranlage Wertach die Erneuerung der 23 Jahre alten Ölheizung für das Betriebsgebäude ins Haus stand, ging es in der Gemeinde zunächst darum, vordergründig Ersatz zu schaffen.

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Entscheider-Facts für Anlagenbauer und Betreiber

  • Die Druckluft-Erzeuger von Kläranlagen liefern eine große Menge Abwärme, so dass sich energieeffiziente Technik besonders lohnt.
  • Die ansonsten als Verlustwärme anfallende Energie lässt sich mithilfe von Wärmeübertragern dem Wasserkreislauf der Heizung zuführen.
  • Besonders in kleinen Anlagen ist der Einsatz von Wärmeübertragern eine Alternative oder Ergänzung zum Biogas aus Faultürmen.

Parallel zu diesem Entscheidungsprozess wuchs jedoch die Idee, die Wärme der drei Drehkolben-Gebläse für die Raumheizung und das Warmwasser zu nutzen. „Das Bewusstsein entwickelte sich kontinuierlich“, blickt Klärwerksleiter Harald Gerbeth zurück. Die durch die Verdichtung der Luft physikalisch bedingte Abwärme fiel besonders in den warmen Sommermonaten auf, und deren ungenutztes Potenzial setzte sich daraufhin in den Köpfen der Mitarbeiter fest.

Die Gebläsetechnik nimmt in Kläranlagen sowohl eine funktionale Schlüsselrolle als auch den Löwenanteil der Betriebskosten ein: Damit die Mikroorganismen im Belebtbecken verlässlich organische Verbindungen im Abwasser abbauen können, benötigen sie ständigen Nachschub an Luftsauerstoff. Aufgrund des hohen Bedarfs lohnt sich gerade hier der Einsatz energieeffizienter Technik. Die Kläranlage in Wertach setzt dafür energetisch optimierte Gebläse aus der Reihe Delta Blower von Aerzen ein. Der Abwasserbetrieb investierte im Rahmen der Heizungsmodernisierung außerdem in eine Wärme-Rückgewinnungsanlage, um die bei der Luftverdichtung frei werdende Wärme effektiv nutzen zu können. Diese Kombination entwickelt sich aktuell zu einem vielversprechenden grünen Trend in der Abwasserbranche.
Erwähnenswert ist, dass Wertach zu den 15 prämierten Gemeinden in Bayern zählt, die als Pilotkommunen innerhalb des europäischen Projekts SEAP (Sustainable Energy Action Plan) besonders erfolgreich in ihrem Engagement gegen den Klimawandel sind. Das Umrüsten der Kläranlage ist eine Maßnahme aus dieser dreijährigen Projektphase. Das Ziel dabei: mit einem Platten-Wärmeübertrager der Gebläseluft die Wärme entziehen, um damit das Kesselwasser der Heizung zu speisen. Abwärme nutzen, statt primäre Energieträger weiterhin in einem Ölbrenner zu verheizen, war die Devise.

Delta von rund 40 Grad
Bei dem verwirklichten Systemaufbau strömt die Luft von den Drehkolben-Gebläsen mit 68 °C in den Luft-Wasser-Plattenwärmeübertrager und verlässt diesen wieder in Richtung Belebungsbecken mit weniger als 30 °C. „Wir ziehen damit ein Delta von rund 40 Grad heraus“, unterstreicht Harald Gerbeth. Das System arbeitet effektiv und einfach: Ist der Wärmebedarf der Betriebsgebäude im Sommer naturgemäß gering, lässt sich mit einem Handgriff eine mechanische Klappe in der Rohrleitung so stellen, dass die Luft aus den Gebläsen ohne Umweg in die Becken strömt. In der kalten Jahreszeit lässt sich der Volumenstrom dann komplett oder auch bedarfsgerecht anteilig über den Wärmeübertrager führen, bevor die Luft im Becken ankommt. Damit die Wärmerückgewinnung nicht zu Lasten der Betriebskosten der Gebläse geht, weil der Leistungsbedarf durch den steigenden Widerstand im Kanal steigt, sind im Platten-Wärmeübertrager strömungsoptimierte Profile eingebaut. Die Druckverluste betragen nur etwa 0,05 bar bei einem ∆p von etwa 0,5 bar. „Die Aufgabe der Delta Blower besteht ja darin, Luft zur Belebung der Becken zu liefern und nicht, Wärme zu erzeugen“, macht Gerbeth klar.
In der Kläranlage im Allgäu installiert sind insgesamt drei Drehkolben-Gebläse vom Typ GM 4 S mit einem Volumenstrom von 46 bis 342 m³/h und einer Anschlussleistung von jeweils 7,5 kW. Zusammengefasst zu einer kaskadierten Gruppe, decken zwei Maschinen mit fester Drehzahl die immer vorhandene Grundlast. Das dritte Gebläse arbeitet mit variabler Drehzahl, um den Volumenstrom energieeffizient an den gerade herrschenden Bedarf anzupassen.

Touristen steigern den Klärbedarf
Das Reagieren auf Lastwechsel gehört in Wertach zum Alltag, weil die Gemeinde vor den Toren des Oberjochs am Rand der Allgäuer Alpen liegt und entsprechend touristisch ausgerichtet ist. Je mehr Gäste der Ort zählt, desto mehr muss die Kläranlage leisten und desto höher ist der Bedarf der Mikroorganismen in den Belebungsbecken an frischer Luft. Aus diesem Grund haben es die Kläranlagenmitarbeiter besonders warm, wenn Wertach in der Hauptsaison viele Wintersportler oder Wandergäste zählt. Seit der Umrüstung der Heizung auf Wärmeübertrager-Technik dient darum ein kleiner elektrischer Heizkessel als Reserve – falls es außerhalb der Touristensaison kalt ist.
Die in Wertach installierte Technik ist insgesamt nahezu wartungsfrei. Der Aufbau mit nur zwei Pumpen, einer kleinen Steuerung, einem Pufferspeicher mit Fühlern sowie dem selbstreinigenden Platten-Wärmeübertrager ist so effektiv wie einfach konzipiert. Auch die Anbindung der in einem kleinen Gebäude direkt an den biologischen Becken installierten Drehkolben-Gebläse samt Wärmeübertrager verlief einfach. Damit die zurückgewonnene Wärme den Weg in das Betriebsgebäude findet, hob die Gemeinde lediglich einen 50 m langen Rohrgraben aus und versenkte darin eine isolierte Leitung samt Steuerkabel.
Die Verbindung zum erhalten gebliebenen Heizkörpernetz erfolgt über einen gebrauchten Pufferspeicher. Diesen erhielt die Gemeinde kostenneutral, weil er in der Grundschule Wertach nicht mehr benötigt wurde. Insgesamt beliefen sich die Kosten für diese Umbauarbeiten auf rund 13.400 Euro. Dahinter stehen jährliche Einsparungen beim Heizöl von durchschnittlich 1.850 l im Jahr – was rund 1.000 Euro und 5 t CO2 entspricht.

Wärmerückgewinnung gewinnt an Stellenwert
Das Beispiel Wertach zeigt, wie sich mit heute vorhandener Technik die Energieeffizienz auf einfache Weise und mit kurzen ROI-Zeiten in der Abwassertechnik steigern lässt. Harald Gerbeth sieht das größte Potenzial in der Kopplung von Drehkolben-Gebläse und Platten-Wärmeübertrager vor allem für kleinere Abwasserbetriebe. Diese verfügen in der Regel über keinen Faulturm und können deshalb auch kein Biogas zur Eigenversorgung nutzen. Damit gewinnt die Wärmerückgewinnung aus der Prozesstechnik heraus einen größeren Stellenwert.
Der Gebläse-Hersteller begleitet diesen Trend mit Engineeringsupport, damit Drehkolben-Gebläse und Wärmerückgewinnung perfekt aufeinander abgestimmt bleiben. Mittelfristig ist zudem erkennbar, dass in der Gebläsetechnik die Wärmerückgewinnung einen noch stärkeren Einfluss auf die Gestaltung von Gesamtlösungen haben wird. „Als wir vor der Entscheidung standen zu investieren, haben wir uns schon gefragt, wer solche Technik anbietet“, blickt Gerbeth zurück. „Es gab den Wunsch, die Beckenbelüftung mit einer schlüssigen Wärmerückgewinnung zu kombinieren. Wenn wir schon elektrische Energie in die Gebläse stecken, dann wollen wir sie auch möglichst effektiv nutzen.“

Ifat 2016 Halle A3 – 351/450

Weiteres zum Einsatz von Wärmeübertragern finden Sie auf unserem Portal, und hier gelangen Sie zum Hersteller.

Heftausgabe: Mai 2016

Über den Autor

Sebastian Meißler, Marketing, Aerzener Maschinenfabrik
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