Definition Abwärme | Nutzung von Abwärme | Förderprogramme für Abwärmenutzung und -vermeidung

Abwärme – Definition und Beispiele für die Nutzung von Abwärme

Tritt bei Prozessen, zum Beispiel in technischen Anlagen, Wärme als Nebenprodukt auf, dann wird diese als Abwärme bezeichnet. Synonym verwendet wird der Begriff Abhitze, auf Englisch heißt Abwärme „waste heat“. Vor allem in der Industrie entsteht viel Abwärme durch laufende Motoren, Schmelzvorgänge, Drucklufterzeugung, Klimatisierung oder andere Prozesse. Ein großer Teil der industriellen Abwärme wird ungenutzt als heißes Wasser oder heiße Luft in die Umgebung geleitet. Für die Umwelt kann das unerwünschte Folgen haben, beispielsweise wenn das Kühlwasser aus einem Kraftwerk einen Fluss aufheizt und auf diese Weise Fauna und Flora beeinflusst. Stattdessen kann Abwärme aber auch nutzbar gemacht werden und sogar dazu beitragen, Energiekosten zu reduzieren.1

So lässt sich Abwärme nutzen

Sowohl in der Industrie als auch im Privathaushalt gibt es Möglichkeiten, Abwärme zu nutzen. Selbst bei sehr gut gedämmten Häusern geht durch die Belüftung Wärme verloren. Durch den Einsatz von Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung lässt sich diese Abwärme verwerten. In Passivhäusern werden die Räume mit der Abwärme von Elektrogeräten beheizt. Auch zur Erwärmung von Brauchwasser, zur Stromerzeugung und zur Kühlung kann Abwärme genutzt werden. Wie die als Nebenprodukt auftretende Wärme eingesetzt werden kann, ist von ihrer Temperatur abhängig. Für die Strom- und Kälteerzeugung sind relativ hohe Temperaturen von wenigstens 100 bis 120 °C nötig, da ansonsten der Wirkungsgrad zu niedrig ausfiele. Ab einer Temperatur von 90 °C kann Abwärme in großer Menge in Wärmenetze eingespeist werden.2

Abwärme für die außerbetriebliche Nutzung

Außerbetrieblich wird Abwärme vor allem zur Raumbeheizung und zur Heizungsunterstützung, zum Erwärmen von Brauchwasser und zum Erzeugen von Prozesswärme eingesetzt. Kälte- und Stromerzeugung ist meist ökonomisch nicht sinnvoll, da mit dem Transport der heißen Abwärme zum Bestimmungsort ein hoher Energieverlust einherginge. Für die außerbetriebliche Nutzung ist Wärme aus Abluft, Abwasser, Abgas oder Kühlwasser geeignet. Oft genutzte Abwärmequellen sind:

  • Verbrennungsmotor
  • Kühlanlage
  • Produktionsofen
  • Wärmekraftwerk
  • Müllverbrennungsanlage
  • Produktionsanlagen und -maschinen, z. B. Druckluftanlage
  • Kläranlage
  • Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)
  • Biogasanlage

Abwärme wird zum Beispiel in Wohnhäusern, Verwaltungsgebäuden, Kaufhäusern, Hotels, Schwimmbädern und Kurhäusern außerbetrieblich eingesetzt. Mit sogenannter Niedertemperaturwärme – Wärme, die eine Temperatur von weniger als 100 °C hat – werden Heizsysteme, Brauchwassererwärmungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen versorgt. Damit der Transport wirtschaftlich ist, sollte die Abwärme eine Vorlauftemperatur zwischen 70 und 90 °C aufweisen, ansonsten müsste sie gegebenenfalls mittels Wärmepumpen auf das erforderliche Wärmeniveau gebracht werden.3

Förderprogramme für Abwärmenutzung und -vermeidung

Neben der Nutzung ist auch die Vermeidung von Abwärme sinnvoll, um:

  • Den Energieverbrauch zu senken
  • Schadstoffemissionen zu vermeiden
  • Prozesse zu optimieren
  • Daten über die Energieströme im Unternehmen zu gewinnen
  • Die lokale bzw. regionale Wertschöpfung zu erhöhen

Vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) werden deshalb Maßnahmen zur Abwärmenutzung und -vermeidung mit verschiedenen Programmen gefördert. Über die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) werden seit 2016 Kredite beziehungsweise Zuschüsse für die Modernisierung, Erweiterung und den Neubau von Anlagen zur besseren Abwärmenutzung im Rahmen des Energieeffizienzprogramms Abwärme vergeben. Vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) wird das Förderprogramm für hocheffiziente Querschnittstechnologien betreut, das investive Maßnahmen in Industrie und Gewerbe zur Erhöhung der Energieeffizienz unterstützt.

Eine Förderung von energieeffizienten und klimaschonenden Produktionsprozessen erfolgt über das Karlsruher Institut für Technologie, Unterstützung erfahren investive Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz in gewerblichen und industriellen Produktionsprozessen. Ziel der Förderprogramme ist, sowohl den Energieverbrauch und die damit verbundenen Kosten zu senken, um die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen zu erhöhen, als auch die Etablierung effizienter Technologien voranzubringen und die Treibhausgasemissionen zu senken.4

Nutzung von Abwärme in der Praxis

Während ein Großteil der Abwärme bisher noch ungenutzt bleibt, nehmen einige Unternehmen und Institutionen in Deutschland eine Vorreiterrolle ein. So das Leibniz-Rechenzentrum der Bayerischen Akademie der Wissenschaften in Garching bei München, in dem die Räume im Winter mit Hilfe der Abwärme der Hochleistungsrechner beheizt werden. In Gas-und-Dampf-Kombikraftwerken wird die Abwärme einer Gasturbine genutzt, um eine Dampfturbine zu betreiben. Selbst wenn die Abwärmetemperatur nicht hoch genug für den konventionellen Dampfturbinenbetrieb ist, kann das Prinzip mittels „Organic Rankine Cycle“ umgesetzt werden; bei dem Verfahren kommen organische Arbeitsmittel mit niedrigem Siedepunkt wie beispielsweise Methan zum Einsatz.5

Abwärme berechnen

Das Berechnen der Abwärme von Maschinen oder Geräten ist in einigen Fällen erforderlich, in anderen kann es dabei helfen, unerschlossene Potenziale zu erkennen. Notwendig ist die Ermittlung der Abwärme zum Beispiel in Datencentern, um die Kühlsysteme für die IT passend zu gestalten. Da Wärme eine Art Energie ist, kann sie in Joule, BTU, Tonnen oder Kalorien angegeben werden. Die Einheit für die Abwärmerate von Geräten ist Joule pro Sekunde beziehungsweise Watt. Bei der Ermittlung der Gesamtabwärme eines Systems müssen nicht nur IT-Geräte, Klimaanlage und andere Geräte berücksichtigt werden, sondern auch die Beleuchtung und das Personal. Die Abwärme von Letzteren wird mit Hilfe von Standardwerten geschätzt, die von Geräten wird über die angegebene Wattleistung berechnet. Beachtung finden sollten auch Umgebungswärme wie Sonneneinstrahlung und Wärmefluss durch Außenwände.6

Für die Berechnung des Abwärmepotenzials in Betrieben können sogenannte Abwärmerechner genutzt werden, die von verschiedenen Stellen online zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise vom Bayerischen Landesamt für Umwelt. Mit dem Rechner lassen sich Potenziale für unterschiedliche Abwärmequellen ermitteln, nämlich für Prozessabluft, Kühl- beziehungsweise Abwasser, Kälteanlagen, Abgase, Drucklufterzeugung und raumtechnische Anlagen. Darüber hinaus gibt der Abwärmerechner eine Einschätzung zur Wirtschaftlichkeit der Abwärmenutzung aus.7

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