Ultrafiltration als Element der Energieeffizienz in der Trinkwasserhygiene (Ultra-F)< zurück

Der sparsame und effiziente Umgang mit natürlichen Ressourcen ist Voraussetzung für eine nachhaltige Entwicklung unserer Gesellschaft. Von zentraler Bedeutung sind dabei die Reduktion von Treibhausgasemissionen sowie der Schutz von Wasserressourcen. Für das Erreichen der Klimaschutzziele im Gebäudesektor ist die Nutzung aller verfügbaren regenerativen Wärmequellen und der Ausbau von Wärmenetzen erforderlich.

Es bestehen nach heutigem Stand der anerkannten Regeln der Technik (a.a.R.d.T.) aus trinkwasserhygienischen Gründen – abgestellt auf Legionella spp. - die Anforderungen, in Großanlagen zur Trinkwassererwärmung am Austritt des Trinkwassererwärmers = 60 °C bereit zu stellen und das Zirkulationssystem bei mindestens = 55 °C (im Weiteren = 60 °C/55 °C) zu betreiben. Dieses Temperaturniveau erschwert den Einsatz von regenerativen Wärmeerzeugern und die Realisierung von niedrig temperierten Wärmenetzen.

Das BMWi-Verbundvorhabens Energieeffizienz und Hygiene in der Trinkwasserinstallation im Kontext des IEA-DHC Annex TS1 „Low Temperature District Heating for Future Energy Systems“ hat sich intensiv dem Problem der Absenkung der jetzigen Temperaturen um bis zu 15 Kelvin gewidmet (EE+HYG@TWI, 2014-2017, Schlussbericht in Erarbeitung). Die Ergebnisse zeigen, dass eine risikolose Absenkung von Trinkwarmwasser-Temperaturen unter die Schwellentemperaturen von = 55 °C/50 °C aus trinkwasser­hygienischer Sicht weder in Neubau- noch in Bestandsinstallationen empfohlen werden kann. Dies ist zwar ein erster 5-K-Schritt, beschränkt aber energetische, primärenergetische und CO2-emissionsseitige Beiträge zur Wärmewende 2030 sowie das Potential zur verstärkten Nutzung Erneuerbarer Energiequellen, die bei einer Absenkung auf 50 oder gar 45 °C erreichbar wären.

Zur Verdeutlichung vorgenannter Effekte seien hier exemplarisch die Ergebnisse aus der im EE+HYG@TWI-Projekt vom Fraunhofer Institut für Energiesysteme und Energiesystem­technik Kassel (IEE) durchgeführten Simulationsstudie dargestellt. Herausgearbeitet ist hier die Wirkung auf ein typisches Mehrfamilienhaus bei Absenkung von um 5 bzw. 10 K überlagert mit der Abhängigkeit vom Gebäudeenergiestandard sowie eine daraus abgeleitete Hochrechnung auf den Wohngebäudebestand Deutschlands.

Bei der Wertung dieser Ergebnisse ist zu berücksichtigen, dass derzeit nur etwa 1 % Neubaurate pro Jahr besteht, die im Projekt EE+HYG@TWI herausgearbeitete Absenkung um 5 K also nur für diesen Teil gilt. Mithin kann erst bei erfolgreichem Test der Ultrafiltration oder anderer im Projekt untersuchter technischer Optionen für den Gebäudebestand das Gesamtpotential einer Absenkung um bis zu 15 K erschlossen werden. In angenommener linearer Extrapolation lässt sich konstatieren, dass allein im Bilanzraum Gebäude Treibhausgasminderungspotential von bis zu 20 Mio. tCO2/a besteht. Dies bedeutet eine Senkung des heutigen CO2-Ausstoßes für die Trinkwassererwärmung um bis zu 22 %. Die Wirkungen auf die vorgelagerte Fern- und Nahwärmeversorgung für Quartierslösungen ist dabei noch unberücksichtigt. Fest steht jedoch, dass ohne signifikante Schritte in der Absenkung des Temperaturniveaus der zentralen Trinkwassererwärmung der Neubau von Niedertemperatur-Fernwärmenetze mittelfristig eingeschränkt und der Transformations­prozess bestehender Fernwärmesysteme begrenzt wird.

Das hier skizzierte Verbundvorhaben schließt deshalb unmittelbar an die Ergebnisse des Forschungsvorhabens EE+HYG@TWI an. Die gezielte Abscheidung von Mikroorganismen und Nährstoffen scheint ein sinnvoller technischer Ansatz zur Realisierung dieser deutlich abgesenkten Temperaturen. Das Prinzip der Abscheidung mittels Ultrafiltrationsmembranen in modularer Bauform wird seit Jahrzehnten in Wasserwerken erfolgreich praktiziert. Ein Einsatz dieser Technologie in häuslichen Trinkwassernetzen erfolgte in der Vergangenheit aufgrund des vermuteten Risikos einer Gefährdung der Trinkwasser-Installation nicht (CONTRA-Position). Nach Angaben von Herstellern von UF-Anlagen geht von den neu entwickelten Systemen kein erhöhtes Risiko aus (PRO-Position). Genau diese Behauptung gilt es jedoch, unter den im hier skizzierten Projekt zu fixierenden Bedingungen und unter allumfassender Betrachtung der trinkwasserhygienischen und primärenergetischen sowie emissionsmindernden Aspekte, von einem interdisziplinär aufgestellten Forscherteam herstellerunabhängig zu verifizieren.

Untersuchungen der Zentralen Einrichtung Medizinaluntersuchungsamt und Hygiene am Universitätsklinikum Schleswig-Holstein (UKSH) gaben erste Hinweise, dass heutige Ultrafiltrationstechnologie grundsätzlich relevante Biomasse aus dem Trinkwasser entfernen kann und damit die Möglichkeit zu einer Absenkung des Temperaturniveaus in der nachgeschalteten Trinkwasserinstallation erlaubt. Die systematische wissenschaftliche Untersuchung dieses Zusammenhangs ist Ziel des skizzierten Projektes. Dies betrifft nicht nur die Wirkung der UF-Anlagen, sondern auch die Sicherstellung der Vermeidung der Rückkontamination der TWI und die Wirksamkeit des Rückspülens der Filter sowie die gefahrlose Abführung des Spülwassers.

Erst mit den Ergebnissen des skizzierten Vorhabens wird es möglich sein, die bislang vermuteten Risiken der CONTRA-Position und die Behauptungen der PRO-Position vertieft mit wissenschaftlichen Methoden zu prüfen und wissensbasierte Empfehlungen abzugeben.

Ziel des Vorhabens ist die ganzheitliche und systematische Untersuchung von Trinkwasser-Installationen im Labor, im Technikum sowie im Feldversuch mit dem Ziel des Nachweises der Wirksamkeit der Ultrafiltration hinsichtlich der Sicherung eines hygienisch einwandfreien Betriebes bei abgesenkten Trinkwarmwasser-Temperaturen sowie der primärenergetischen Wirkungen und der Effekte der CO2-Emissionsminderung.

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Burkhard Wricke
Wasserwerkstr. 2
01326 Dresden
Deutschland

Tel.: +49 (0)351 / 85211-0
Fax: +49 (0)351 / 85211-10
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Laufzeit

01.11.2018 - 30.06.2022

Förderung

BMWi

Verbundprojekt Nr. W 20-17-38

Projektpartner

GEWV - Institut für Energietechnik, Dresden (Prof.Dr.-Ing. C. Felsmann, Dr.-Ing. K. Rühling)

IMMH - Institut für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene (Dr.-med. C. Lück)

IHPH - Universität Bonn, Institut für Hygiene und Öffentliche Gesundheit (Prof.Dr.med. Th. Kistemann, Dr.rer.nat. C. Schreiber)

IWW - Rheinisch-Westfaelisches Institut für Wasserforscung gemeinnützige GmbH (Dr.rer.nat. G. Schaule, Dr.-Ing. A. Nahrstedt, Prof.Dr. S. Panglisch)

UKSH - Universitätsklinik Schleswig-Holstein, Campus Kiel (Prof.Dr.med. H. Fickenscher, Dr. M. Hippelein)