Was ist Aquathermie, EOW, TEO, TEA und TED

Aquathermie ist ein Sammelbegriff für die Gewinnung von thermischer Energie aus Oberflächenwasser (TEO), Abwasser (TEA) oder bei der Trinkwassergewinnung (TED). Sie wird auch als Energie aus Oberflächenwasser (EOW) bezeichnet. In diesem Fall hat das Wasser eine Temperatur zwischen 7 und 25 Grad, was auch als Wärmequelle mit sehr niedriger Temperatur (ZLT) bezeichnet wird. Man kann auch Kälte aus Oberflächenwasser oder Trinkwasser gewinnen, auch dies läuft unter dem Namen Aquathermie. Will man das heiße Wasser in den Wintermonaten nutzen, muss die Wärme in vielen Fällen auf eine höhere Temperatur gebracht werden, dies kann mit einer Wärmepumpe geschehen. Außerdem kann das Wasser zwischengespeichert werden, dies geschieht in einem Wärme- und Kältespeichersystem (WKO).

Thermische Energie aus Oberflächenwasser (TEO)

Bei der thermischen Energie aus Oberflächenwasser (TEO) wird dem Oberflächenwasser in den warmen Monaten (Sommer und teilweise Frühjahr und Herbst) Wärme entzogen. Dieses heiße Wasser wird in einer unterirdischen Wärme-Kälte-Kopplungsanlage (KWK) gespeichert. In der kalten Jahreszeit kann dieser WKO-Anlage heißes Wasser entnommen werden, und die Gebäude können mit einer Wärmepumpe beheizt werden. In einigen Fällen wird das Wasser direkt durch einen Wärmetauscher geleitet. Dieses heiße Wasser mit einer Temperatur von etwa 18 Grad ist viel wärmer als das Oberflächenwasser im Winter, so dass die Wärmepumpe viel sparsamer arbeitet. Umgekehrt kann das kalte Oberflächenwasser im Winter in der WKO-Anlage gespeichert werden, um es im Sommer wieder abzukühlen.

ist weniger saisonabhängig (Abwasser ist immer verfügbar und liefert konstante Niedertemperaturwärme. Die Temperaturen schwanken zwischen 12°C im Winter und 20°C im Sommer) und erfordert daher oft keine KWK-Anlage. Um jedoch die Wärmeversorgung zu Spitzenzeiten (im Winter) zu gewährleisten, ist es sinnvoll, im Sommer einen Puffer in Form einer KWK-Anlage vorzuhalten. Um Wärme aus Kanalrohren zu gewinnen, kann man interne Freifall-Kanalwärmetauscher (diese können in bestehende Kanalrohre in Schuppenabschnitten eingebaut werden) oder externe Freifall-Kanalwärmetauscher verwenden.

Thermische Energie aus der Trinkwassergewinnung (TED)

Aufgrund des Klimawandels unterliegt das Trinkwasser ebenso wie das Oberflächenwasser Temperaturschwankungen. Daher kann thermische Energie aus den Trinkwasserleitungen gewonnen werden. Dies kann an drei Stellen geschehen: dem Rohwasser (unbehandelt), das als Trinkwasser verwendet wird, dem Wasser im Boden oder an der Oberfläche und dem Reinwasser (behandeltes Wasser). Die Energie aus dem sauberen Wasser kann dort entnommen werden, wo sich die Wasserreserven befinden, oder aus dem Wasser, das durch die Leitungen zu den Haushalten und Unternehmen fließt. Der Hauptzweck besteht darin, dem Wasser Kälte zu entziehen, um z. B. Gebäude zu kühlen. Die durchschnittliche Temperatur des Trinkwassers beträgt 12°C. Indem das Trinkwasser durch einen Wärmetauscher gepumpt wird, findet ein Austausch von Wärme oder Kälte statt. Diese kann dann direkt in einem Gebäude genutzt oder in einem KWK-System (Wärme- und Kältespeicher) gespeichert werden.

Vorteile und Nachhaltigkeit TEO

Es wird geschätzt, dass TEO (thermische Energie aus Oberflächenwasser) über 40 % des Wärmebedarfs und 54 % des Kältebedarfs decken kann. Ein zusätzlicher Vorteil der Gewinnung von Warmwasser aus Oberflächenwasser in den warmen Monaten ist, dass das Risiko von Blaualgen und Botulismus verringert wird. Das liegt daran, dass die durchschnittliche Wassertemperatur sinkt. Außerdem hat die Technologie kaum Auswirkungen auf die Raumplanung. Solarparks und Windturbinen nehmen viel mehr Platz in Anspruch. Die Menschen streben zunehmend nach erdgasfreien Stadtvierteln, und dies ist eine gute Alternative zu Erdgas, da es ein großes Potenzial für die nachhaltige Beheizung von Gebäuden hat, insbesondere in den Niederlanden, wo Wasser im Überfluss vorhanden ist. Bis 2030 wollen wir 80 % des Stroms aus erneuerbaren Quellen gewinnen. Die Gewinnung von Wärme aus einer Wasserquelle verursacht keine CO2-Emissionen. Nur die Wärmepumpe verbraucht Strom, und wenn dieser Strom aus nachhaltigen Quellen stammt, sind die CO2-Emissionen sehr gering, so dass die Aquathermie sehr nachhaltig ist.

Wann ist Aquathermie rentabel und machbar?

Gebäude in der Nähe der Wärmequelle und ausreichende Bebauungsdichte: Das Verlegen von Leitungen ist teuer, daher sollte die Entfernung von der Quelle zu den Gebäuden gering sein. Bei einem kleinen Projekt (z. B. einem Büro) sind dies höchstens einige hundert Meter, bei einem großen Projekt (mehr als 10.000 Häuser) höchstens mehrere Kilometer. Es muss die Möglichkeit bestehen, die Wärme zu speichern: Der Boden muss für ein BHKW geeignet sein. Wichtig ist auch, wie viel Wärme das Gebäude benötigt und wie gut es isoliert ist. Wenn die benötigte Wärme höher als 70 Grad sein muss, wird die Energieeffizienz zu gering; sie ist dann nicht mehr rentabel. In gut gedämmten Gebäuden kann eine Niedertemperaturheizung eingesetzt werden. Es ist gewöhnungsbedürftig, weil es länger dauert, einen Raum mit einer Niedertemperaturheizung zu heizen.

Es gibt Entwicklungen, bei denen die Anwendung der Aquathermie immer attraktiver wird. Die Wärmepumpen werden immer besser, und wenn in Zukunft die Speicherung von wärmerem Wasser im Boden erlaubt ist, wird sich auch die Effizienz verbessern.

Wann ist Aquathermie rentabel und machbar?

Gebäude in der Nähe der Wärmequelle und ausreichende Bebauungsdichte: Das Verlegen von Leitungen ist teuer, daher sollte die Entfernung von der Quelle zu den Gebäuden gering sein. Bei einem kleinen Projekt (z. B. einem Büro) sind dies höchstens einige hundert Meter, bei einem großen Projekt (mehr als 10.000 Häuser) höchstens mehrere Kilometer. Es muss die Möglichkeit bestehen, die Wärme zu speichern: Der Boden muss für ein BHKW geeignet sein. Wichtig ist auch, wie viel Wärme das Gebäude benötigt und wie gut es isoliert ist. Wenn die benötigte Wärme höher als 70 Grad sein muss, wird die Energieeffizienz zu gering; sie ist dann nicht mehr rentabel. In gut gedämmten Gebäuden kann eine Niedertemperaturheizung eingesetzt werden. Es ist gewöhnungsbedürftig, weil es länger dauert, einen Raum mit einer Niedertemperaturheizung zu heizen.

Es gibt Entwicklungen, bei denen die Anwendung der Aquathermie immer attraktiver wird. Die Wärmepumpen werden immer besser, und wenn in Zukunft die Speicherung von wärmerem Wasser im Boden erlaubt ist, wird sich auch die Effizienz verbessern.

Warum ist die Filtration in der Aquathermie wichtig, TEO

Die folgenden Komponenten sind für ein TEO-System erforderlich:
– Ein Einlasspunkt/Werk
– Ein (Vor-)Filter
– eine Pumpe
– Ein Feinfilter
– Ein Wärmetauscher
– Rohrleitung
– Wärmepumpe (falls das Wasser weiter erhitzt werden muss)
– Sonstige Zusatzeinrichtungen (Zähler, Armaturen)
– Eine ATES-Anlage (ist nicht immer erforderlich)

Die Filtration ist aus mehreren Gründen eine wichtige Komponente:
Wasserströme enthalten im Allgemeinen viele Verunreinigungen. Dies kann die verschiedenen Komponenten des TEO-Systems beeinträchtigen.
In einem TEO-System wird Wärme und Kälte entzogen. Dies geschieht mit Hilfe eines Wärmetauschers. Um diese Anlage zu schützen, muss das Wasser zunächst einen Filter passieren. In einigen Systemen ist eine Wärmepumpe erforderlich, um die Temperaturen etwas anzuheben. Die Wärmepumpen sind mit Filtersieben mit 60 Maschen ausgestattet. Es ist wichtig, dass die Flüssigkeit, die durch die Rohre fließt, so wenig Schmutz wie möglich enthält. Befindet sich viel Schmutz im Rohrsystem, der sich ansammelt und die Siebe verstopft, wird die Wärmepumpenreihe ausfallen. Wenn die Wärmepumpen ausfallen, kostet es sowohl Zeit als auch Geld, alles wieder zum Laufen zu bringen. Eine gründliche Spülung und Reinigung des Leitungssystems ist daher sehr wichtig.

In einem TEO-System können verschiedene Arten von Verunreinigungen im Wasser vorkommen. Es gibt relativ grobe Verunreinigungen wie Treibholz, Plastik, Müll und Fisch. Diese müssen zunächst mit einem Grobfilter gefiltert werden, bevor das Wasser mit der Pumpe von der Oberfläche abgesaugt wird. Außerdem gibt es Mikroorganismen, Pflanzen, Algen oder andere kleine Tiere oder Muschelsamen. Diese sind sehr schädlich für die Geräte und es kann zu biologischem Bewuchs (Biofouling) auf den Oberflächen der Rohre oder Geräte kommen. Unter Biofouling oder biologischem Bewuchs versteht man die Ansammlung von Mikroorganismen, Pflanzen, Algen oder Kleintieren an unerwünschten Stellen, z. B. auf Oberflächen wie Schiffs- und U-Boot-Rümpfen, Anlagen wie Wassereinlässen, Rohren und Gittern. Ein Hauptverursacher von Biofouling ist zum Beispiel die Guagga-Muschel. In Gebieten, in denen die Guagga-Muschel in hoher Dichte vorkommt, nimmt die Algenkonzentration ab und das Wasser wird klarer. Man könnte also meinen, dass dies eigentlich gut für das Zulaufwasser ist, da das Wasser klarer wird, aber die Wasserqualität verbessert sich nicht unbedingt. Dies ist ein weiterer Grund, warum die Filtration wichtig bleibt.

Außerdem haften Guagga-Muscheln an harten Oberflächen; sie haben ein großes Haftvermögen. Außerdem ist die Guagga-Muschel viel toleranter als andere Muscheln gegenüber extremen Bedingungen und reagiert weniger empfindlich auf Störungen des Lebensraums. Die Guagga-Muschel kann sehr gut mit niedrigen Temperaturen umgehen. Da sie sich so leicht festsetzt, ist sie für Anlagen und Rohre sehr schädlich. Um zu verhindern, dass die Muschel Rohre und Anlagen angreift, ist eine gute Bekämpfungsmethode

Was ist bei der Auswahl eines Filters für TEO zu beachten?

Bei der TEO (thermische Energie aus Oberflächenwasser) wird Wasser aus einem nahe gelegenen Graben, Kanal, Fluss, Teich oder See entnommen. Zunächst muss der Feinfilter vor grober Verschmutzung und vor Pumpenverschleiß geschützt werden. Zu diesem Zweck wird ein Vorfilter eingesetzt, für den es mehrere Möglichkeiten gibt. Je nach Situation wird eine Auswahl getroffen: Wie groß ist die Wassertiefe, gibt es Wasserstandsschwankungen, ist der Ort leicht zugänglich usw.

Der erste Schritt besteht darin, einen Ansaugfilter für die Pumpe zu installieren. Dazu wird in der Regel ein Ansaugkorb in das Wasser bis zu 250 m3/Std. gestellt. Wenn weniger Wartung erforderlich ist, wird ein selbstreinigender Ansaugfilter gewählt. Die selbstreinigenden Ansaugfilter von Dutch Filtration haben einen Filtrationsgrad von 200 Mikron und mehr. Der Druckverlust ist minimal, und die Ansauggeschwindigkeit ist sehr niedrig bei einer sehr großen offenen Oberfläche. Das Unterwasserleben wird so wenig wie möglich beeinträchtigt.
Die Reinigung erfolgt über eine Druckerhöhungspumpe, die 5-7 bar Wasser in den Filter spritzt. Wenn das Sieb verstopft ist, wird Druckluft mit hoher Geschwindigkeit eingeblasen, um das Sieb zu reinigen.

Die Platzierung des Vorfilters ist entscheidend für den Betrieb des Systems. Wenn er zu nahe am Ufer in flachem Wasser platziert wird, verstopft der Filter schnell durch Verschmutzung. Außerdem darf er keine Gefahr darstellen, weshalb er von etwas umgeben sein sollte; manchmal sollte der Ansaugschacht sogar hinter der Kaimauer platziert werden. Außerdem sollte die Ansauggeschwindigkeit ungefähr der Fließgeschwindigkeit des Wassers entsprechen.

Was ist bei der Auswahl eines Filters für TEO zu beachten?

Bei der TEO (thermische Energie aus Oberflächenwasser) wird Wasser aus einem nahe gelegenen Graben, Kanal, Fluss, Teich oder See entnommen. Zunächst muss der Feinfilter vor grober Verschmutzung und vor Pumpenverschleiß geschützt werden. Zu diesem Zweck wird ein Vorfilter eingesetzt, für den es mehrere Möglichkeiten gibt. Je nach Situation wird eine Auswahl getroffen: Wie groß ist die Wassertiefe, gibt es Wasserstandsschwankungen, ist der Ort leicht zugänglich usw.

Der erste Schritt besteht darin, einen Ansaugfilter für die Pumpe zu installieren. Dazu wird in der Regel ein Ansaugkorb in das Wasser bis zu 250 m3/Std. gestellt. Wenn weniger Wartung erforderlich ist, wird ein selbstreinigender Ansaugfilter gewählt. Die selbstreinigenden Ansaugfilter von Dutch Filtration haben einen Filtrationsgrad von 200 Mikron und mehr. Der Druckverlust ist minimal, und die Ansauggeschwindigkeit ist sehr niedrig bei einer sehr großen offenen Oberfläche. Das Unterwasserleben wird so wenig wie möglich beeinträchtigt.
Die Reinigung erfolgt über eine Druckerhöhungspumpe, die 5-7 bar Wasser in den Filter spritzt. Wenn das Sieb verstopft ist, wird Druckluft mit hoher Geschwindigkeit eingeblasen, um das Sieb zu reinigen.

Die Platzierung des Vorfilters ist entscheidend für den Betrieb des Systems. Wenn er zu nahe am Ufer in flachem Wasser platziert wird, verstopft der Filter schnell durch Verschmutzung. Außerdem darf er keine Gefahr darstellen, weshalb er von etwas umgeben sein sollte; manchmal sollte der Ansaugschacht sogar hinter der Kaimauer platziert werden. Außerdem sollte die Ansauggeschwindigkeit ungefähr der Fließgeschwindigkeit des Wassers entsprechen.

Auswahl einer Pumpe
Auch bei der Pumpe haben wir mehrere Möglichkeiten:
Selbstansaugende Pumpe (25-50-100-250 m3/Std.)
Umwälzpumpe (25-50-100-250 m3/Std.)
Eine selbstansaugende Pumpe kann mitgerissene Luft oder andere Gase aus der Saugleitung entfernen. Eine Standard-Umwälzpumpe kann dies nicht leisten. Im Vergleich zu einer Umwälzpumpe ist der Wirkungsgrad einer selbstansaugenden Pumpe etwas geringer, und die Pumpe muss außerdem näher am Oberflächenwasser platziert werden.

Der Feinfilter
Für einen Feinfilter gibt es verschiedene Möglichkeiten der Selbstreinigung. Dabei müssen insbesondere der verfügbare Platz und die Verschmutzung des Oberflächenwassers berücksichtigt werden. Je nach Art der Verschmutzung im Wasser muss die Maschenweite des Filters gewählt werden (typischerweise 20 – 500 Mikrometer).
Unser Angebot an Feinfiltern umfasst:

Um u.a. die Verschmutzung durch Guagga-Muscheln zu verhindern, empfehlen wir eine Filterung mit 40 Mikron. Ein großer Vorteil der Scheibenfilter von Dutch Filtration ist, dass es sich um ein breites Sortiment mit vielen Optionen im Mikronbereich handelt. Man kann bereits ab 10 Mikron filtern, gefolgt von 20, 40, 55, 70, 100, 130, 200 und 400 Mikron.

Ein weiterer Vorteil von Scheibenfiltern ist, dass die Anlage aus mehreren identischen, miteinander verbundenen Batterien/Skids bestehen kann. Dies hat viele Vorteile in Bezug auf Wartung, Technik und mögliche Erweiterungen oder Phasen.

Es wurden bereits mehrere Tests mit TEO-Anlagen durchgeführt, und es hat sich gezeigt, dass die am besten geeignete Lösung aus einem selbstreinigenden Einlasssieb (erhältlich bei Dutch Filtration als TIS Self-cleaning intake screen) in Kombination mit einem Discfilter 40 micron (erhältlich bei Dutch Filtration als Amiad Discfilter) besteht.

Natürlich müssen immer verschiedene Faktoren berücksichtigt werden. Dutch Filtration berät Sie gerne bei der Zusammenstellung der Filterung Ihres Aquathermiesystems. Wir entwerfen und produzieren Filter, können aber auch Ihre Pumpe liefern.

Glossar der Begriffe:

EOW = Energie aus Oberflächenwasser
TEO = Thermal Energy from Surface Water (Thermische Energie aus Oberflächenwasser)
TEA = Thermische Energie aus Abwasser
TED = Thermische Energie aus Trinkwasser
CHP = Thermische Energiespeicherung
Riotherm = Thermische Energie aus Klärwasser

Quellen:

Aquathermie in de praktijk: eerste conclusies en inzichten: Netwerk Aquathermie in samenwerking met Deltares 30 januari 2020

Zeeuws energieakkoord: dossier aquathermie https://www.zeeuwsenergieakkoord.nl/bibliotheek/aquathermie 

Expertise Centrum Warmte : Aquathermie https://www.expertisecentrumwarmte.nl/themas/technische+oplossingen/techniekfactsheets+energiebronnen/aquathermie+nieuw/default.aspx

Warming Up: Aquathermie configuraties https://www.warmingup.info/documenten/aquathermie-configuraties.pdf