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Technik

Eine Anlage zur außerbetrieblichen Abwärmenutzung setzt sich im Wesentlichen zusammen aus:

  • Einer Abwärmeauskopplungsanlage
  • Einem Wärmetransport- und Verteilersystem einschließlich Übergabestation

Abwärmeauskopplungsanlage

Um die Abwärme aus dem Betrieb abführen zu können, muss diese zuvor aus dem technischen System, in dem sie entsteht, ausgekoppelt werden. Unabhängig vom technischen System werden bei Abwärmeauskopplungseinrichtungen in der Regel folgende Verfahren angewandt:

  • Abluft-Abwärmenutzung
  • Kühl-/Abwasser-Abwärmenutzung
  • Abgas-Abwärmenutzung

Wärmetransportsystem

Für den Wärmetransport stehen grundsätzliche zwei Systeme zur Verfügung:

  • Leitungsgebundener Wärmetransport (in der Regel Fernwärme- oder Nahwärmeleitungen)
  • Mobiles Wärmetransportsystem (LKW/Bahn-gestützt)

Häufigstes Wärmetransportsystem ist der leitungsgebundene Wärmetransport, der oberirdisch oder unterirdisch verlaufen kann. Die oberirdische Verlegung ist in der Regel kostengünstiger.

Weitere wichtige Komponenten sind:

Wärmetauscher/ Wärmeüberträger

Wärmetauscher kommen bei jedem Wärmeübertrag von einem Medium auf ein anderes zum Einsatz. Durch Wärmetauscher wird die Abwärme direkt oder indirekt (über ein Zwischenmedium) übertragen. Dabei entzieht der Wärmetauscher dem Abwärmestrom die Wärmeenergie, die dann zur Erwärmung eines eintretenden Stoffstroms genutzt wird. Voraussetzung hierfür ist, dass die Temperatur der (Ab-)Wärmequelle über der Eintrittstemperatur des zu erwärmenden Mediums (Wärmesenke) liegt. Der Umfang des Wärmeübertrags ist neben den Temperaturen von Wärmequelle und –senke auch vom Verhältnis der Volumenströme und den eingesetzten Medien abhängig.

Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe wird bei der Abwärmenutzung dann eingesetzt, wenn die Temperatur der angefallenen Abwärme zu gering ist und auf ein höheres Temperaturniveau angehoben werden muss. Für den Betrieb der Wärmepumpe wird zusätzliche elektrische Energie benötigt, deren Einsatz sich energetisch und wirtschaftlich meist lohnt. Wichtig ist: Je größer der zu überwindende Temperaturunterschied ist, desto - überproportional - mehr Energie braucht die Wärmepumpe.

Die Effizienz einer Wärmepumpe wird durch ihre Jahresarbeitszahl (JAZ) ausgedrückt. Diese beschreibt das Verhältnis von abgegebener Heizwärme zu der für den Betrieb der Pumpe eingesetzten (meist elektrischen) Energie.

Für eine gute Jahresarbeitszahl sollte die Temperatur-Spreizung zwischen Abwärmequelle und Wärmesenke möglichst gering sein.

Wärmespeicher

Wenn Wärmeangebot und Wärmebedarf zeitlich nicht deckungsgleich sind, ist oftmals ein Einsatz von Wärmespeichersystemen sinnvoll. Bei Wärmespeichern wird die Abwärme meist über einen Wärmetauscher auf ein Speichermedium übertragen (ausgenommen feste Speichermedien). Bei der Nutzung der gespeicherten Wärmeenergie wird diese vom Speichermedium über den Wärmetauscher wiederum abgegeben. Es sind grundsätzlich drei Systeme zu unterscheiden:

Wärmespeicherung als sensible (fühlbare) Wärme (häufigste Anwendung):

  • Das Speichermedium verändert durch Wärmezufuhr seine Temperatur
  • Beispiele: Wasser, Beton

Wärmespeicherung als latente Wärme:

  • Das Speichermedium verändert durch Wärmezufuhr seinen Aggregatzustand (meist "fest" zu "flüssig"), nicht aber die Temperatur
  • Beispiele: Salzhydrate, Paraffine

Wärmespeicherung als chemische Energie:

  • Speicherung von Wärme durch endotherme Reaktionen (Abgabe der Wärme durch exotherme Reaktionen)
  • Beispiel: Metallhydride

Links und Downloads

Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU):
Studie "Wärmenutzung bei kleinen landwirtschaftlichen Biogasanlagen"
C.A.R.M.E.N. e. V. (Centrales Agrar-Rohstoff- Marketing- und Entwicklungs-Netzwerk e. V.):
Broschüre "Trocknung von Energieholz und Getreide mit Biogas-Wärme"