Der Artikel kompakt zusammengefasst
Avacon
- Die öffentliche Trinkwasserversorgung ist eine attraktive Wärmequelle für Wärmepumpen. Das Temperaturniveau bietet im kälteren Teil der Heizperiode günstigere Bedingungen als die Außenluft und die dem Trinkwasser entzogene Wärme wird auf dem Weg zu Verbraucher wieder „nachgefüllt“.
- Im Wasserwerk Lüneburg untersucht ein Pilotprojekt die Potenziale, die Chancen und die Anforderungen an Hygiene und Versorgungssicherheit.
- Die für das Pilotprojekt modifizierte Luft/Wasser-Wärmepumpe erreicht über einen zweistufigen Kältekreis und zusätzliche Konzepte zur Effizienzsteigerung hohe Vorlauftemperaturen mit hohem Gütegrad bei niedriger Quellentemperatur.
Eine im Juli 2026 in Betrieb genommene Pilotanlage soll Wärme für die Eigenversorgung eines Wasserwerks bereitstellen. Die Wärmequelle ist das Trinkwasser.
Während die Nutzung von Trinkwasser als Wärmequelle für Wärmepumpen in anderen Ländern wie der Schweiz und Dänemark bereits seit Jahren erfolgreich betrieben wird, gibt es in Deutschland bislang nur wenige Praxiserfahrungen. Vor diesem Hintergrund hat die Avacon Wasser GmbH am Wasserwerk Lüneburg ein Pilotprojekt mit einer Hochtemperatur Wärmepumpe des italienischen Herstellers Teon gestartet, um die technische Machbarkeit, die hygienische Sicherheit und die Potenziale dieser Technologie für die kommunale Wärmeplanung unter realen Bedingungen zu untersuchen.
Pilotanlage am Wasserwerk Lüneburg
Am Standort Lüneburg werden jährlich mehr als 5 Mio. m3 Trinkwasser für die öffentliche Versorgung aufbereitet. Die im Juli 2026 in Betrieb genommene Pilotanlage soll Wärme für die Eigenversorgung des Wasserwerks bereitstellen: Für die Gebäudeheizung, die Trinkwassererwärmung und technische Prozesse.
Die Wärmegewinnung erfolgt über einen Bypass an einer Trinkwassertransportleitung. Ein Teilstrom des Wassers wird durch einen Sicherheits-Wärmeübertrager geleitet, der die Wärme an einen separaten Zwischenkreislauf überträgt. Anschließend hebt eine Wärmepumpe das Temperaturniveau für die Nutzung im Wasserwerk an. Das quellenseitig leicht abgekühlte Trinkwasser wird danach wieder in die Transportleitung zurückgeführt. Die Temperaturabsenkung beträgt maximal 4 bis 7 °C. Bis das Wasser beim Verbraucher ankommt, gleichen sich diese Temperaturunterschiede im Netz weitgehend über die „Erdwärme“ wieder aus.
Avacon
Konzept für Nahwärmeversorgung
Da das Projekt als Praxisnachweis für eine Technologie dienen soll, die bislang kaum unter deutschen Rahmenbedingungen untersucht wurde, legte Avacon bei der Auswahl der genutzten Wärmepumpe besonderen Wert auf
- hohe Vorlauftemperaturen (> 80 °C),
- besondere Energieeffizienz (SCOP),
- Einsatz natürlicher Kältemittel und
- Einbindung in zentrale Leittechnik.
Für eine zukünftige Nutzung des Konzepts bei der Dekarbonisierung bestehender Nahwärmenetze spielt die Möglichkeit, auch höhere Netztemperaturen mit geringem Energieaufwand zu erreichen, eine wesentliche Rolle. Für die Trinkwassererwärmung sowie die Versorgung von nicht sanierten Gebäuden und gewerblichen Verbrauchern sind in bestehenden Netzen am Einspeisepunkt oft Vorlauftemperaturen von 75 °C bzw. über 80 °C erforderlich. Dabei ist für die Wirtschaftlichkeit der Netze entscheidend, ganzjährig besonders hohe COP-Werte zu erreichen – nicht zuletzt, um auch die Voraussetzungen für eine Förderung über die BEW (Bundesförderung effiziente Wärmenetze; administriert vom BAFA) zu erfüllen.
Avacon
Hocheffiziente Hochtemperatur-Wärmepumpe
Die ausgewählte Hochtemperatur Wärmepumpe T70-DC A von Teon erreicht eine thermischen Leistung von ca. 60 kW und soll jährlich etwa 400.000 kWh Nutzwärme bereitstellen. Die Maschine ist ursprünglich für den Einsatz als Luft/Wasser-Wärmepumpe konzipiert. Anstelle eines Trockenkühlers, der normalerweise die Energie aus der Außenluft gewinnt, kommt bei dieser Anwendung auf der Wärmequellenseite jedoch ein Plattenwärmeübertrager im Zwischenkreis zum Einsatz.
Die Wärmepumpe aus der Baureihe „Professional/Double Stage“ verfügt über zwei interne Kältekreisläufe mit Propan (R290) und Iso-Butan (R600a). Diese sind über einen zusätzlichen Wärmeübertrager verbunden, der in einem Kreis als Kondensator und im anderen Kreis als Verdampfer wirkt. Da R600a ist bei höheren Vorlauftemperaturen sehr effizient ist und R290 auch bei niedriger Temperatur der Wärmequelle immer noch mit hoher Effizienz arbeitet, kann die Maschine die geforderten Wassertemperaturen von über 80 °C auch bei den niedrigen Trinkwassertemperaturen mit besonders hohem COP erzeugen.
Anders als herkömmlichen Wärmepumpen wird zudem eine weitere Unterkühlung des Kältemittels für eine zusätzliche Effizienzsteigerung genutzt. Mit der patentierten und als Marke registrierten „Teon Water Blaze“-Technologie wird die Zustandsänderung in zwei Schritten entkoppelt – in einer isobaren Stufe in einem speziellen Rekuperator und einer isothermen Stufe in einem Drosselventil. Über einen zusätzlichen Wärmeübertrager wird diese Energie genutzt, um das Gas vor der Verdichtung vorzuwärmen. Deshalb arbeitet die Wärmepumpen bei den geforderten hohen Temperaturen besonders effizient, denn je höher die Kondensationstemperatur ist, desto mehr Energie kann zurückgewonnen und der Wirkungsgrad um 20 bis 30 % gesteigert werden.
Teon
Begleitende Messungen
Das Projekt wird gemeinsam mit der swb Services GmbH, der Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften und dem IWW Institut für Wasserforschung umgesetzt. Die wissenschaftliche Begleitung wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Ziel ist es, belastbare Erkenntnisse zur technischen, wirtschaftlichen und hygienischen Bewertung der Technologie zu gewinnen und deren Übertragbarkeit auf weitere Standorte zu untersuchen.
Um auch alle Betriebsdaten des thermischen Prozesses überwachen zu können, wurde die Wärmepumpe mit allen notwendigen Mess- und Regelkomponenten und einem „Connectivity Kit“ ausgestattet. So konnte die Maschine, die bereits ab Werk Smart-Grid-ready ist, über Modbus an die zentrale Leittechnik von Avacon angeschlossen werden, von wo aus die Überwachung des Betriebs und die Protokollierung aller technischen Parameter möglich ist.
Wolf+Weiskopf
Baustein für die Wärmewende
Die Bedeutung des Vorhabens reicht über den Standort Lüneburg hinaus. Für eine mögliche spätere Großanlage wurde bereits ein Potenzial von rund 25 GWh Nutzwärme pro Jahr ermittelt. Dies entspräche etwa einem Viertel des heutigen Wärmebedarfs der zentralen Wärmesysteme der Hansestadt Lüneburg. Ein wesentlicher Vorteil des Ansatzes liegt dabei auch in der Nutzung vorhandener Infrastruktur. Zusätzliche Flächen, Tiefbohrungen oder umfangreiche Baumaßnahmen sind nicht erforderlich.
Gleichzeitig soll das Pilotprojekt Erkenntnisse für die Weiterentwicklung regulatorischer Rahmenbedingungen liefern. Es untersucht, wie Wärme aus Trinkwasser unter Einhaltung höchster Anforderungen an Hygiene und Versorgungssicherheit genutzt werden kann. Damit leistet das Vorhaben einen wichtigen Beitrag zur Verbindung von Wasser- und Energiewende und zeigt, welches Potenzial in bestehenden Infrastrukturen für eine klimaneutrale Wärmeversorgung steckt. ■
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Der Artikel gehört zur TGA+E-Themenseite mit Referenzprojekten
Alexandra Lechner
