Projektbericht: Grundwasserwärmepumpe nutzt (auch) Abwärme

(24.1.2008) Im Fertigungsprozess produzierender Gewerbe entsteht häufig viel Abwärme, die ungenutzt bleibt. Dies ist verschenkte Energie. Durch moderne Wärmepumpentechnologie lässt sich diese jedoch sinnvoll "wiederverwerten". Für Wirtschaftsunternehmen ein Wettbewerbsvorteil.

In der Firma Breisacher Werkzeug- und Formenbau aus Bahlingen am Kaiserstuhl (siehe Google-Maps) werden seit 1985 mit CNC-Maschinen Formen für Alu-, Zink- und Magnesiumdruckguss hergestellt - auf 1500 Quadratmetern Produktions- und Geschäftsräumen.

Da fast alle Maschinen eine integrierte Kühlung besitzen, entsteht eine große Menge an Abwärme. Diese trägt nicht nur zur Erwärmung der Räume bei. Es ist zudem auch "ein unsinniger Energieverlust", so der Firmeninhaber Werner Breisacher. "Wir verbrauchen monatlich rund 30.000 Kilowattstunden Energie, dabei fällt eine große Menge an Wärme an." So wurde nach einer wirtschaftlichen Lösung zur Nutzung von Abwärme gesucht. Und zum Einsatz kommt jetzt eine Wasser/Wasser-Wärmepumpe.

Ergiebige Wärmequelle

Die Voraussetzungen hätten nicht besser sein können. Das Gebiet um den Oberrheingraben gehört zu den größten Grundwasservorkommen Europas. Bereits in einer Tiefe von zwölf Metern steht dort ausreichend Wasser zur Verfügung, das selbst an sehr kalten Wintertagen ab einer Tiefe von acht Metern konstante Temperaturen zwischen sieben und zwölf Grad aufweist. Nach einer Wärmebedarfsermittlung, die anhand der Verbrauchswerte der alten Gasheizung mit 130 kW erstellt wurde, entschied sich Werner Breisacher für die TTW 44 Set von Tecalor mit einer Heizleistung von 43,4 kW. Dafür wurden zwei Geräte in Kaskade geschaltet (Bild rechts).

Das Grundwasser wird zunächst dem Förderbrunnen entnommen. Mit Hilfe der Grundwasser-Wärmepumpe (nicht zu verwechseln mit einer Erdwärmepumpe mit Erdwärmesonde!) wird es um vier Grad abgekühlt; die entzogene Energie dient im Winter als Heizquelle. Das abgekühlte Wasser wird dann mittels Schluckbrunnen dem Grundwasser wieder zugeführt. Wichtig ist hierbei ein Mindestabstand zwischen beiden Brunnen von 15 Metern, um Vermischungen zu vermeiden. Zudem sollte der Schluckbrunnen in Fließrichtung hinter den Entnahmebrunnen gesetzt werden.

Da auch im Sommer das Grundwasser nicht über 12 Grad warm wird, kann es zusätzlich über einen Wärmetauscher zur passiven Kühlung genutzt werden, die ebenso wie die Wärme über Strahlungsplatten abgegeben wird (im Bild unten unter der Decke). Um einen ausreichenden Kühleffekt zu erzielen, mussten die Platten um 166 auf über 300 m² erweitert werden. "Dank dieser Lösung haben wir heute ein angenehmes Raumklima", erklärt Werner Breisacher. Zwei Pufferspeicher á 1000 Liter nehmen überschüssige Energie auf.

Als besonderer Kostenvorteil erwies sich die Möglichkeit, die Abwärme vom Produktionsprozess zu nutzen. So kann diese zum einen über Plattenwärmetauscher der Wärmepumpe zugeführt werden, was eine niedrigere Dimensionierung und damit auch Kosteneinsparung ermöglichte. Zum anderen unterstützt der Abtransport der Wärme das Bemühen um eine konstante Raumtemperatur.

Genaue Prüfung

Die Entscheidung für eine Wasser/Wasser-Wärmepumpe bedarf der genauen Planung. Vor der Installation ist zunächst eine Genehmigung der Unteren Wasserbehörde einzuholen. Zudem muss das Grundwasser vor allem auf den Mangan- und Eisengehalt geprüft werden. Bei nicht ausreichender Qualität kann es sonst zu einer Verockerung*) der Wärmequellenanlage kommen. Ebenso zu beachten ist, dass Brunnensysteme mit Tiefen von über 20 Metern nicht mehr effizient sind. Ebenso wichtig für den wirtschaftlichen Betrieb sind niedrige Vorlauftemperaturen von 40 bis 45 Grad, die sich im konkreten Fall dank der Strahlungsplatten problemlos realisieren ließen.

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*)	Verockerung: Ablagerung von Eisen- und Manganoxiden