Energieeffizientes Heizen und Kühlen mit Grundwasser – mit einer Wasseraufbereitungsanlage von FERMANOX®
Fast 90% vom Energiebedarf eines Haushalts werden für Wärme benötigt, nämlich Warmwasser und Heizung. Aber auch in Gewerbe und Industrie wird ein großer Teil der Primärenergie zum Heizen oder Kühlen von Gebäuden und Maschinen verwendet. Die großen Umweltbelastungen durch CO2-Ausstoß, aber auch steigende Preise bei fossilen Energieträgern unterstreichen die Bedeutung einer möglichst effizienten Nutzung von Energie. Daher gewinnen Wärmepumpen eine zunehmende Bedeutung bei Heizungs- und Klimaanlagen.
Grundwasser ist ein idealer Wärmeträger, weil er jahreszeitunabhängig mit einer fast konstanten Temperatur von ca. 10°C zur Verfügung steht. Wo dieses Temperaturniveau zum Kühlen von Gebäuden und Maschinen verwendet werden kann, stellt eine direkte Kühlung mit Grundwasser die effizienteste Methode dar.
Aber auch für Wärmepumpen, mit denen sich bei geringem Einsatz von Primärenergie (elektrischer Strom oder Gas) viel nutzbare Energie bei höheren Temperaturen bereitstellen lässt (z.B. bei 35°C für eine Fußbodenheizung), ist Grundwasser einer idealer Energieträger. Dabei wird das Grundwasser aus einem Brunnen gefördert, in der Wärmepumpe um 4 – 6°C abgekühlt und anschließend in ausreichender Entfernung über einen Schluckbrunnen wieder in den gleichen Grundwasserleiter zurückgeführt. Eine sogenannte Wasser-Wasser-Wärmepumpe kann beispielsweise mit einer Antriebsleistung von 1 kW und der dem Grundwasser entzogenen Energie insgesamt 5 kW Heizleistung bei 35°C zur Verfügung stellen, was einer Arbeitszahl von 5 entspricht.
Das spart nicht nur viel Primärenergie, sondern ist auch noch effizienter als die Verwendung von Außenluft (bei Luft-Wasser-Wärmepumpen) oder Erdsonden (bei Sole-Wasser-Wärmepumpen), denn deren Wärmeträger Luft bzw. Sole haben gerade in der Heizperiode im Winter deutlich niedrigere Temperaturen als Grundwasser.
In den 80er Jahren erlebte die Wasser-Wasser-Wärmepumpe in Deutschland einen Boom, weil die herausragende Energieeffizienz bei der Nutzung von Grundwasser als Wärmeträger erkannt wurde.
Leider ergaben sich in der Praxis aber häufig Probleme mit der Betriebssicherheit aufgrund der schlechten Rohwasserqualität. Im Grundwasser gelöstes Eisen und Mangan führen bei diesem System zu Ablagerungen (Verockerung, Verschlammung) vor allem in Wärmetauschern und Schluckbrunnen. Bei den Wärmetauschern bewirkt das einen schlechteren Wärmeübergang und höheren Strömungswiderstand und damit steigenden Energiebedarf. Die zunehmende Verockerung der Brunnen führt zu einer geringeren Förderleistung bei Förderbrunnen und vor allem zu einer geringeren Aufnahmekapazität und damit letzlichlich dem Überlaufen von Schluckbrunnen.
Die unterirdische Enteisenung und Entmanganung von Grundwasser (UEE) mit FERMANOX® aktiviert einen natürlichen Aufbereitungsprozess im Grundwasserleiter bereits vor der Förderung. Mit geringem Aufwand lassen sich dort bereits Eisen- und Mangankonzentrationen auf Trinkwasserniveau erzeugen. Dadurch werden effektiv auch alle Verockerungen in Brunnen, Pumpen und Rohrleitungen vermieden. Gleichzeitig ist das Verfahren besonders nachhaltig,
- weil kein Filtermaterial benötigt wird,
- kein Abwasser oder Abfall entstehen,
- der Energiebedarf besonders niedrig ist und
- die Lebensdauer der Bohrbrunnen erhöht wird.
Grundidee bei der unterirdischen Enteisenung und Entmanganung ist die Einleitung von mit Luftsauerstoff angereichertem Wasser in den Grundwasserleiter. Bereits geringe Mengen an Sauerstoff aktivieren dort einen wirkungsvollen Wasseraufbereitungsprozes, denn um den Brunnen entsteht ein Reaktionsraum mit erhöhtem Redoxpotenzial.
Die Stoffe, die aufgrund reduzierter Bedingungen im Grundwasserleiter gelöst wurden, werden durch Oxidation in den Festzustand zurückgeführt und im gleichen Grundwasserleiter lediglich an anderer Stelle dauerhaft wieder festgelegt. Dadurch wird eine effiziente Enteisenung und Entmanganung des Grundwassers erreicht und zusätzlich eine Nitrifikation des Ammoniums, eine Verringerung leicht oxidierbarer organischer Substanzen und eine Reduzierung von Arsen.
Eine kontinuierliche unterirdische Wasseraufbereitung beruht auf dem Betrieb von mindestens zwei Brunnen, die abwechselnd als Förder- oder Infiltrationsbrunnen arbeiten. Die Größe des Reaktionsraumes um jeden Brunnen wird bestimmt durch die Infiltrationsmenge und den Anteil an aktivem Porenvolumen im Grundwasserleiter. Sie bedarf für jeden Brunnen einer individuellen Auslegung, die vor allem auf Rohwasserqualität und erforderlicher Aufbereitungsleistung beruht.
Das FERMANOX®-Wasseraufbereitungsverfahren garantiert eisen-, mangan- und ammoiumfreies Wasser – direkt aus dem Brunnen. Das ideale Verfahren zum Heizen & Kühlen!
FERMANOX® verfügt als Pionier und Marktführer der Kompaktanlagen für unterirdische Wasseraufbereitung über das Know-how zur Auswertung der hydrogeologischen und wasser- chemischen Gegebenheiten vor Ort und der daraus resultierenden Auslegung der FERMANOX®-Wasseraufbereitungsanlage.
Die erste FERMANOX®-Anlage wurde 1983 in Betrieb genommen. Der Eisengehalt des ursprünglichen Rohwassers betrug 6,7 mg/l, das entspricht dem 33,5-fachen des Grenzwertes nach Trinkwasserverordnung. Die Anlage läuft bis heute störungsfrei, obschon der Bohrbrunnen inzwischen ca. 60 Jahre alt ist. Zwischenzeitlich wurden über 10.000 Anlagen in Betrieb genommen.
Ein entscheidender Schritt bei dem Neubau oder der Modernisierung eines Wasserwerks ist die verfahrenstechnische Planung der Wasseraufbereitung. Für die Verfahrensauswahl zwischen oberirdischer und unterirdischer Enteisenung und Entmanganung lohnt sich ein Vergleich beider Alternativen anhand von Effizienz und Wirtschaftlichkeit.
Vergleicht man eine unterirdische Enteisenung und Entmanganung mit einem offenen Kiesfilter ohne Zusatzstoffe (d.h. ohne Aufhärtung oder Zudosierung von Hilfsstoffen etc.), ergibt sich qualitativ folgendes Bild:
- Konzeptvergleich FERMANOX im Vergleich zum Kiesfilterverfahren
