Lösungen

Die Ingenieure von Rabtherm haben seit rund 20 Jahren ein modernes System der Abwasserwärmenutzung mit Wärmetauschern in den öffentlichen Abwasserkanälen entwickelt. Rabtherm steck viel Zeit und Geld in die Weiterentwicklung des Gesamtenergiesystems. Dank der Vielfalt an Konstruktionen und Einbaumöglichkeiten für alle spezifischen Projektbedürfnisse wie bestehende, neue Kanäle oder Druckrohre ist die Umsetzung fast überall möglich.

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 Integrale Wärmetauscher für Neueinbau

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 Einbau in bestehende Kanäle

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 Druckrohre

 

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Nebst dieser Vielfalt an Umsetzungsmöglichkeiten bietet Rabtherm heute drei entscheidende Neuentwicklungen:

  • Das Patent eines Anti-fouling-Systems verhindert die Bildung der Sielhaut (Biofilm). Dieses heute allgemein akzeptierte System ohne Beeinflussung des Klärprozesses bewirkt eine Erhöhung derWärmeleistung von über 30%.
  • Das neue mit Arcelor-Mittal entwickelte Material (Chromstahl) bringt eine um rund 80 Prozent verbesserte Wärmeleitfähigkeit.
  • Ein übergeordnetes Regelsystem für bivalente Anlagen mit Alternativenergien.

Diese patentierten oder zum Patent an gemeldeten Weiterentwicklungen erhöhen die Leistungsfähigkeit des Rabtherm- Systems bei einer Lebensdauer der Wärmetauscher von 50 Jahren und des Gesamtsystems von 25 Jahren um über 40 Prozent. Dank diesen neuen Innovationen beträgt die Kapitalrückflusszeit des gesamten Energiesystems (ROI) heute zwischen 2 und 6 Jahren!


Die Idee


Es ist ein Gebot der Zeit, dass wir Abwärme aus industriellen oder häuslichen Nutzungen wiederverwerten. Was passiert mit dem Abwasser? Aus den Augen, aus dem Sinn? Diese Ressourcen zu nutzen war der Einstieg in die Idee, in das Energiesystem RABTHERM.

Das Schmutzwasser hat beim Austritt aus den Häusern eine mittlere Temperatur von über 25°C, in der Kanalisation im Jahresdurchschnitt 15°C (Sommer 18-22°C, Winter 10-12°C). Das Schmutzwasser ist eine stetige, erneuerbare Energiequelle auf einem vergleichsweise hohen Temperaturniveau. Mit modernen Wärmepumpen erreicht man damit Nutztemperaturen von 65-70°C, genügend für die Warmwassererzeugung und für die Heizung bei Neubauten. Die im Abwasser aus Wohnbauten, Gewerbe und Industrie vorhandene Wärme soll nun also dezentral, lokal dort wo sie entsteht über einen Wärmetauscher im Abwasserkanal sowie mit Wärmepumpen wieder genutzt werden. Das Temperaturniveau ist höher als bei den meisten anderen natürlichen, regenerierbaren Energiequellen.

rab neurab bestDas System kann im Winter zur Erzeugung von Heizwasser und Gebrauchswarmwasser (ganzes Jahr) und im Sommer mit kleinen Zusatzaufwendungen zur Erzeugung von Kaltwasser für Klimaanlagen (6°/12°) angewendet werden.Die Idee ist nicht neu, doch wurde bis heute praktisch nur dem gereinigten Abwasser nach den Kläranlagen Wärme entzogen. Weil viele Kläranlagen aber am Rand oder ausserhalb der Siedlungsgebiete liegen, mit grossen Distanzen zu den Wärmeverbrauchern, ist diese Strategie unwirtschaftlich.


Die Entwicklung

Ziel der Entwicklungsanstrengungen war es, ein einfaches, robustes, kostengünstiges und dennoch langlebiges System zu entwickeln, welches sowohl in bestehenden als auch in neuen Kanälen eingesetzt werden kann. Kritische Erfolgsparameter, welche die Entwicklung massgeblich beeinflussten, waren das Erreichen einer überragenden Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit.

Zu den bisherigen Hindernissen der direkten Nutzung des ungereinigten Abwassers in der Kanalisation zählten:

  • eine eventuelle Beeinträchtigung der für eine Temperatur von 10-13°C ausgelegten biologischen Reinigungsstufe in der Abwasserreinigungsanlage (ARA)
  • Das Fehlen eines geeigneten Wärmetauschers mit sehr hohen Wärmeübergangskoeffizienten, der im Kanal eingebaut, zu keinen Verstopfungen führen kann.

Diese Herausforderungen an die Entwicklung wurden technisch und wirtschaftlich gelöst. Das System RABTHERM wurde seit 1998 stetig weiterentwickelt und in vielen Anlagen weltweit erfolgreich eingesetzt.

Wichtige Meilensteine der Entwicklungsphase waren:

  • Untersuchung des Einflusses der Abwärmenutzung auf den Klärprozess in Zusammenarbeit mit der EAWAG, Schweiz.
  • Einbau von behandelten und unbehandelten Blechen in die Kanalisation zur Abklärung des Korrosions- und Erosionsverhaltens. Die jährliche Kontrolle und Messung der Blechstärken sowie des Langzeitverhaltens wurde in Zusammenarbeit mit der EMPA, Schweiz, und dem Schweizer Institut für Korrosionsschutz durchgeführt. Als Endergebnis dieser Entwicklungsphase wurde den RABTHERM-Wärmetauschern durch ein Gutachten eine minimale Lebensdauer von 50 Jahren bescheinigt.
  • Durchführung zahlreicher Machbarkeitsstudien und Entwicklung eines eigenen Berechnungsverfahrens für die Bestimmung von hydraulischen und thermischen Systemparameter für die praktische Systemimplementierung.
  • Nachweis der Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit durch zahlreiche Studien und wissenschaftliche Forschungsarbeiten.
  • Messungen an verschiedenen Prototypen und Pilotanlagen zur Verbesserung der hydraulischen Eigenschaften des Systems
  • Verbesserung der Verbindungstechnik der Wärmetauscher und deren Einbau in Abwasserkanäle
  • Optimierung der Wärmetauscherstruktur zur Verhinderung einer Biofilmbildung (Sielhaut) auf der Oberfläche des Wärmetauschers. Die patentierte Lösung verhindert erfolgreich die Verschlechterung des Wärmeübergangs während der Betriebsphase.

Anwendungen

Das Energiesystem RABTHERM wird vor allem bei Bauten mit hohem Heizwärme- und Kühlbedarf angewendet. Verglichen mit herkömmlichen Energieerzeugern, bietet das RABTHERM-System grosse Vorteile. 

Zielgruppen: Bauten mit hohem Heizwärme- und Kühlbedarf!

  • Verwaltungsgebäude, Schulen, Sportstätten, Schwimmbäder
  • Gewerbe- und Industriebauten, Einkaufszentren
  • Wohnsiedlungen


Kundennutzen: Verglichen mit herkömmlichen Energieerzeugern, bietet das RABTHERM-System folgende Vorteile:

  • Unabhängig von fossiler, ausländischer Energie
  • Jährliche Energiekosteneinsparung: 20-30 %
  • CO2: 30-85 % weniger
  • Feinstaub: keinen
  • Kapitalrückflusszeit Mehrinvestition: < 8 Jahre
  • Höhere Wärmepumpeneffizienz dank hohem Abwassertemperaturniveau


Referenzen:
Hier haben wir für Sie eine Liste von Referenzprojekten zusammengestellt. Die Liste aller pendenten Projekte erhalten Sie auf Anfrage. Gerne präsentieren wir Ihnen weitere Referenzen in einem persönlichen Gespräch.


Das Produkt

Bisher fliesst das warme Wasser aus Duschen, Waschmaschinen und Putzeimern ungenutzt durch die Kanalisation bis zum nächsten Klärwerk. Das RABTHERM-Prinzip ist einfach und effizient: Das lauwarme Abwasser wird durch den Wärmetauscher um 2.0 °C abgekühlt (maximal 0.5 °C über einen 24 Stundentag). Über eine so genannte kalte Fernleitung, in der das Wasser nur zehn bis 15 °C warm ist, wird diese Energie zu den angeschlossenen Gebäuden transportiert oder in Fernwärmesysteme eingespeist. Unterwegs geht keine Wärme verloren. Vor Ort, in den Heizzentralen der einzelnen Gebäude, wird die Energie mittels Wärmepumpen auf die für Beheizung und Warmwasserversorgung notwendige Temperatur von bis zu 65 °C gebracht.

Im Wärmetauscher wird dem Abwasser Wärme entzogen und über das Zwischenmedium der Wärmepumpe zugeführt. Das Zwischenmedium (reines Wasser) zwischen Wärmepumpe (Wärmeerzeugung) und Wärmetauscher (Wärmenutzung, Wärmeentzug) wird durch das Kunststoff-Rohr zum Wärmetauscher an den Beginn der Wärmenutzung geleitet. Vom Verteilrohr wird jeder der 1 bis 3 m langen Wärmetauscher einzeln angespeist. Das in den Wärmetauschern erwärmte Zwischenmedium wird danach im Sammelrohr ebenfalls wieder einzeln gesammelt und zur Wärmepumpe zurückgeleitet.

Der Wärmetauscher ist im Abwasserkanal einbetoniert und hat eine Nutzungsdauer von mindestens 50 Jahren. Korrosion, Erosion / Abrieb, Dichtheit, Kanalunterhalt und -reinigung sind einige Faktoren, die bei den strengen Qualitätssicherungskriterien entscheidenden Einfluss hatten auf Materialwahl, Konstruktion, Herstellung (Schweissen) und Montage / Einbau.

Parallel zur Qualitätssicherung sind auch alle möglichen Schadensbehebungsszenarien nach dem Prinzip „Feststellen-Finden-Beheben“ aufgestellt worden.


Die Technik

Die Wärmetauscher können sowohl bei Kanalneubauten als auch bei Sanierungen bestehender System installiert werden. Aus einem Kubikmeter Abwasser, das entspricht etwa fünf Badewannen, gewinnt der Wärmetauscher zwei bis drei Kilowattstunden Energie. Damit brennt eine Energiesparlampe 200 bis 300 Stunden lang. Auf diese Weise kann eine RABTHERM-Anlage den Heizölverbrauch um 60-70 % reduzieren. Selbst bei einem Rohrgefälle von unter einem Prozent oder in Staukanälen können die Anlagen eingesetzt werden.

Musterbild-WT-Schema

Kriterien für einen optimalen Einsatz von RABTHERM-Systemen:
  • Abwasserkanal min. Durchmesser (400) – 800 mm
  • Abwassermenge durchschnittlich min. 12 l/s
  • Wärmetauscherlängen min. 9 - max. 200 m
  • Min. anzuschliessende Verbraucher: 80 kW
  • Abstand Kanal zum Verbraucher max. 200 m (bebaut), 300 m (unbebaut)
  • Heizungs-Vorlauftemperatur (Nutzer) max. 70°C
  • Spezifische Wärmetauscherleistungen
  • Entzugsleistung abhängig von Wasser-menge, Wassergeschwindigkeit, Gefälle im Kanal, Verschmutzung ca. 2-6 kW/m2 Wärmetauscher
  • Nutzbare Leistung nach Wärmepumpe, ca. 2-5 kW/m2 pro Wärmetauscher.


Zusammenhang Abwassermenge-Wärmeentzug

  • Aus 1 m3 Abwasser (entsprechend dem Inhalt von 5 Badewannen) gewinnt der Wärmetauscher ca. 2-3 kWh Energie
  • Um 1 kWh Wärme zu erzeugen sind 420 Ltr. Abwasser nötig

 

Die Wertschöpfung

Die Technologie zu nutzen, macht vor allem in Städten ab 5'000 Einwohnern Sinn. Voraussetzung ist ein Kanalsystem, dessen Hauptstrang einen Durchmesser von 400 bis 800 mm hat. Staatliche Fördermittel werden den Anlagen zur Verfügung gestellt. Gerne beraten und unterstützen wir Sie in dieser Angelegenheit. Die Wärmetauscher, die in die Kanäle einbetoniert werden, sind so robust, dass sie rund 50 Jahre lang halten und nur minimale Wartungskosten produzieren. Die Investition in eine RABTHERM-Anlage macht sich bereits nach zwei bis acht Jahren bezahlt. Ein weiterer Vorteil: Wohnungen mit fortschrittlichem Energiekonzept lassen sich besser vermieten, weil immer mehr Menschen Wert auf ökologische Aspekte legen.

Was kostet das Energiesystem RABTHERM?


Anlagen (Wärmeentzug + Wärmeerzeugung)

  • Fr. 3200 pro angeschlossener Wohneinheit / € 2000
  • Fr. 3200 pro kW angeschlossener Nutzleistung / €2000

Wärmetauscher

  • Der Wärmetauscher als Element ohne Einbau kostet ca. 8-15% der Gesamtanlagekosten.

Betriebskosten

  • Die Einsparung der Betriebskosten variiert nach den vorhanden oder vorgesehenen Heizsystemen und kann bis zu 50 % der jährlichen Kosten betragen.
  • Das System RABTHERM wird in den meisten Ländern staatlich gefördert. Hierdruch können je nach Anlage Amortisationszeiten bis zu 2 Jahren erreicht werden.

 

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