Aquathermie


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Was ist das?

Aquathermie bezeichnet die Nutzung von Wärme und Kälte aus Oberflächenwasser, Abwasser oder Trinkwasser zum Heizen oder Kühlen von Gebäuden.

Formen der Aquathermie

  • Die verschiedenen Formen der Aquathermie sind thermische Energie aus Oberflächenwasser (TEO), aus Abwasser (TEA) oder aus Trinkwasser (TED):
  • Bei der Wärme aus Oberflächenwasser (TEO) wird dem Oberflächenwasser im Sommer über einen Wärmetauscher Wärme entzogen. Diese Wärme wird im Boden gespeichert und im Winter genutzt. Eine Wärmepumpe sorgt dafür, dass die Wärme mit einer ausreichend hohen Temperatur zum Heizen und zur Warmwasserbereitung an die Gebäude geliefert wird. In vielen Fällen kann die Winterkälte auch zur Kühlung im Sommer genutzt werden. Diese wird dann im Winter in der Erde gespeichert. Dieses System wird in den Niederlanden Warmte-Koude-Opslag (WKO) genannt und entspricht einem Aquiferspeicher. Die englische Bezeichnung lautet Aquifer Thermal Energy Storage (ATES). Für weitere Informationen, siehe Aquiferspeicher (WKO).
    Für Wärme aus Abwasser aus einer Kläranlage (TEA) oder aus Trinkwasser (TED) ist nicht immer ein Aquiferspeicher erforderlich.

Wärmenetz mit kollektiven oder individuellen Wärmepumpen

Sind mehrere Gebäude angeschlossen, wird ein Wärmenetz verwendet. Es kann gewählt werden, ob das Wasser mit einer Sammelwärmepumpe oder mit einer Einzelwärmepumpe auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird.

Eine Sammelwärmepumpe erwärmt das Wasser auf eine Temperatur, die für die Beheizung von Räumen und manchmal sogar für warmes Leitungswasser geeignet ist. Im Falle eines Niedertemperatur-Wärmenetzes (40 bis 50 °C) ist der Wirkungsgrad der Aquathermie hoch und die Wärmepumpe verbraucht relativ wenig Strom. Im Falle eines Mitteltemperatur-Wärmenetzes (70 °C) ist der Wirkungsgrad geringer und der Stromverbrauch steigt. Bei höheren Temperaturen ist die Energieeffizienz zu gering, und das Projekt ist nicht mehr wirtschaftlich. Bei hohen Bedarfsspitzen (bei strengem Frost) wird in der Regel durch eine andere Wärmequelle, z. B. einen Gas- oder Biomassekessel, nachgeheizt.

Es gibt auch Aquathermieprojekte, bei denen einzelne Wärmepumpen eingesetzt werden. Das Wasser fließt mit einer sehr niedrigen Temperatur (10 bis 20 °C) durch ein Quellennetz (Kaltes Nahwärmenetz) zu den Haushalten. Dies wird als ‚Quellennetz‘ oder ‚kaltes Netz‘ bezeichnet, weil das Wärmenetz die Temperatur der Wärmequelle und damit Kaltwasser-Temperaturen hat. Jedes Haus hat hier eine eigene Wärmepumpe, die das Wasser auf eine für die Raumheizung geeignete Temperatur erwärmt.

Maßgeschneidert

Ein Aquathermie-Projekt ist immer maßgeschneidert. Die Umsetzung hängt von der Art und dem Grad der Dämmung der Gebäude, dem Wärme- und ggf. Kältebedarf, der Wasserquelle(n) und möglichen anderen Wärmequellen sowie den Möglichkeiten der Wärmespeicherung ab. Für die niederländische Zielgruppe gibt es z.B. eine Entscheidungshilfe sowie den Bericht von STOWA zur Unterstützung der Überlegungen. Warming-Up bietet auch weitere Informationen auf Niederländisch über die verschiedenen Konfigurationen der Aquathermie.

<img class=“wp-image-4415″ style=“width: 25px;“ src=“https://taskforce.wiefm.eu/wp-content/uploads/2022/01/02_Icon_Wo_50px_weiss.png“ alt=““> Wo ist der Einsatz sinnvoll?

Wo ist der Einsatz sinnvoll?

Da die Verlegung von Leitungen im Boden teuer ist, sollte die Quelle der Aquathermie nicht zu weit von den Nutzern entfernt sein. Bei einem kleinen Projekt (z. B. einem Büro) sind dies maximal einige hundert Meter, bei einem großen Projekt (mehr als 10.000 Häuser) maximal einige Kilometer. Wenn ein Aquiferspeicher verwendet wird, muss der Boden dafür geeignet sein (siehe Aquiferspeicher (WKO)).

Für ein rentables Projekt sind mindestens 50 Wohnungen und eine Mindestbebauungsdichte von etwa 20 Wohnungen pro Hektar erforderlich. Für ein Niedertemperatur-Wärmenetz (ca. 40 °C) müssen die Häuser gut gedämmt sein, und es ist ein Niedertemperatur-Heizsystem erforderlich. Bei einem Mitteltemperatur-Wärmenetz (ca. 70 °C) sind die Anforderungen an die Dämmung geringer, und die bereits vorhandenen Heizkörper sind in der Regel ausreichend.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die folgenden Faktoren für die finanzielle und technische Durchführbarkeit der Aquathermie von Bedeutung sind:

  • In der Nähe der Wärmequelle
  • Die Möglichkeit der Wärmespeicherung
  • Ausreichende Bebauungsdichte
  • Die von den Gebäuden benötigte Wärmemenge und der Grad der Dämmung
<img class=“wp-image-4417″ style=“width: 25px;“ src=“https://taskforce.wiefm.eu/wp-content/uploads/2022/01/03_Icon_nachhaltig_50px_weiss.png“ alt=““> Wie nachhaltig ist es?

Wie nachhaltig ist es?

CO2-Reduzierung

Wenn Sie einer Wasserquelle Wärme entziehen, verursacht dies keine CO2-Emissionen. Die Wärmepumpe verbraucht jedoch Strom. Gegenwärtig stammt der Großteil dieser Elektrizität aus fossilen Quellen. Wenn der Großteil des Stroms wie politisch beschlossen aus nachhaltigen Quellen erzeugt wird, werden die CO2-Emissionen der Aquathermie sehr begrenzt sein.

Die Quellen der Aquathermie werden direkt oder indirekt von der Sonne und der Umwelt erwärmt und sind erneuerbar. Handelt es sich bei der Wärme um ein Nebenprodukt der Wasseraufbereitung, z. B. in einer Fabrik, so handelt es sich um Abwärme.

Andere wichtige Aspekte der Nachhaltigkeit

Die Abkühlung des Oberflächenwassers im Sommer kann sich positiv auf die Wasserqualität auswirken und zu weniger Algenblüten (Blaualgen) und Botulismus führen. Darüber hinaus kann kühleres Oberflächenwasser dazu beitragen, Hitzestress zu bekämpfen, insbesondere in städtischen Gebieten. Manchmal kommt es in stehenden Gewässern durch die Abkühlung zu einer Strömung, die sich ebenfalls positiv auf die Wasserqualität auswirkt.

Ob es weitere ökologische Folgen gibt, wird noch untersucht. Man geht davon aus, dass es in den meisten Fällen keine ökologischen Folgen für das Wassersystem geben wird. Wenn das abgeführte Wasser kälter ist als das einfließende, kann es örtlich zu ökologischen Auswirkungen kommen. Diese werden in die (niederländischen) Genehmigungs­anforderungen aufgenommen. Diese Anforderungen hängen Umfang des eingeleiteten Wassers ab. Die Anforderungen an die Temperatur bei der Einleitung in Oberflächengewässer werden derzeit noch ausgearbeitet. Ein erster Ansatz wird im STOWA-Bericht „kader voor vergunningverlening koudelozingen 1.0“ ausgearbeitet.

<img class=“wp-image-4419″ style=“width: 25px;“ src=“https://taskforce.wiefm.eu/wp-content/uploads/2022/01/04_Icon_Akteure_50px_weiss.png“ alt=““> Wer ist beteiligt?

Wer ist beteiligt?

Bauherr

Wenn es eine Versorgung über ein Wärmenetz gibt, bedeutet dies einen Anschluss an ein solches Netz für die Eigentümer/Bewohner. Das bedeutet, dass der Zentralheizungskessel durch ein Wärmeübertrager-System ersetzt wird. Bei einem Mitteltemperatur-Wärmenetz (ca. 70 °C) ist eine Basisdämmung ausreichend. Ist ein Niedertemperatur-Wärmenetz (40-50 °C) geplant, muss der Eigentümer ein separates System für die Brauchwasser-Erwärmung installieren. Er muss auch in das Wärmeabgabesystem investieren, zum Beispiel in Niedertemperaturheizkörper oder eine Fußbodenheizung. Der Anschluss an ein Wärmenetz mit sehr niedrigen Temperaturen (ca. 20 °C) erfordert ebenfalls Platz für eine einzelne Wärmepumpe. Der Anschluss an ein Wärmenetz bedeutet auch, dass Änderungen in der Wohnung vorgenommen werden müssen. Bei gemeinschaftlich verwalteten Häusern (z. B. Wohnungsbaugesellschaften) ist es am besten, diese zur gleichen Zeit wie größere Renovierungen zu planen.

Betreiber eines Wärmenetzes

Für die aquathermische Anlage, den Aquiferspeicher und das Wärmenetz wird ein Betreiber benötigt. Ein Betreiber wird prüfen, ob ein Aquathermieprojekt in Verbindung mit dem Wärmenetz wirtschaftlich rentabel ist. Dabei kann es sich um ein bestehendes Wärme­versorgungs­unternehmen, Stadtwerke, eine lokale Energiegenossenschaft oder eine andere neue Partei handeln. Es könnte auch die Gemeinde in Zusammenarbeit mit einer solchen Partei sein. Die Auslegung des Projekts hat einen großen Einfluss auf den Stromverbrauch der Wärmepumpe und damit auf die Betriebskosten. Es ist daher erforderlich, dass der Betreiber über ausreichende Fachkenntnisse verfügt, um das Konzept zu erstellen.

Kommune

Der Bau eines Wärmenetzes und der Aquathermieanlage erfordert Platz, sowohl über als auch unter der Erde. Außerdem ist ein Betreiber erforderlich. Die Kommune spielt dabei oft eine koordinierende Rolle. Sie unterstützt ggf. bei der Suche nach einem Betreiber oder bei der Ernennung eines solchen und kann auch andere Untergrund-Arbeiten berücksichtigen. Weitere Informationen über die Rolle der Gemeinden beim Aufbau eines Nahwärmenetzes und bei der kommunalen Wärmeplanung finden Sie z. B. im Leitfaden der Klimaschutz- und Energieagentur Niedersachsen

<img class=“wp-image-4421″ style=“width: 25px;“ src=“https://taskforce.wiefm.eu/wp-content/uploads/2022/01/05_Icon_Technik_50px_weiss.png“ alt=““> Stand der Technik

Stand der Technik

Aktuelle Anwendung

In den Niederlanden wurde im Frühjahr 2019 ein Green Deal Aquathermie geschlossen. Darin haben die Parteien untereinander Vereinbarungen über die Nutzung der Aquathermie in der baulichen Umgebung getroffen. Beim Netzwerk Aquathermie (das für die Umsetzung des Green Deal Aquathermie zuständig ist) sind etwa 65 realisierte Anwendungen von Aquathermie in Aussicht (Stand Januar 2020). Im Hinblick auf die Ziele des niederländischen Klimaabkommens muss die Technologie für die Verbreitung bereit gemacht werden. So gibt es beispielsweise noch wenige Aquathermieprojekte, die bestehende Häuser über ein Wärmenetz mit Wärme versorgen. Darüber hinaus gibt es in den Niederlanden bereits mindestens 2.000 WKO-Systeme. Das bedeutet, dass bereits viel Erfahrung mit einer wichtigen Komponente der Aquathermie vorliegt.

In Deutschland dagegen sind Aquiferspeicher-Systeme kaum verbreitet, wenn auch erste Versuche zu Aquiferspeicher in Deutschland in den 1970er und 1980er Jahren in Krefeld und Stattgart durchgeführt wurden. Es sind rund ein Dutzend Projekte bekannt.

Erwartete Entwicklungen

Die Leistung der Wärmepumpe kann noch verbessert werden. Auch die Wärmespeicherung bei höheren als den derzeit zulässigen Temperaturen im Erdreich kann die Effizienz erhöhen. Die Integration mit anderen Wärmequellen in größere Wärmenetze befindet sich in der Forschungsphase. Gleiches gilt für den großflächigen und kostengünstigen Aufbau der notwendigen Wärmenetze. Die Aquiferspeicher-Systeme können durch eine andere Form der Wärmespeicherung ersetzt werden.

In Zukunft könnten große Städte über fortschrittlichere Wärmenetze mit Einrichtungen zur Wärme- und Kältespeicherung verfügen. Sie werden durch mehrere Wärmequellen gespeist, darunter auch Aquathermie. In kleineren Zentren sind einfachere Wärmenetze denkbar, möglicherweise mit aquathermischer Energie als einziger Wärmequelle.

<img class=“wp-image-4423″ style=“width: 25px;“ src=“https://taskforce.wiefm.eu/wp-content/uploads/2022/01/06_Icon_Beispiel_50px_weiss.png“ alt=““> Beispiel-Projekte

Beispiel-Projekte