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Optimierung und Umsetzung des AOP-Verfahrens mit Ozon und Wasserstoffperoxid für eine kleine Einheit der Trinkwasseraufbereitung

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[Quelle: https://repositum.tuwien.ac.at]

Tetrachlorethen (auch: Perchlorethylen; in Folge PCE) gehört zur Gruppe der chlorierten Kohlenwasserstoffe (CKW). Es ist ein ausgezeichnetes Lösungsmittel, das schwer brennbar und kostengünstig ist. Ab den 1920er Jahren wurde es z.B. zur Entfettung in der Metallverarbeitung und in der chemischen Reinigung weltweit eingesetzt. In den 1980er Jahren wurde die kanzerogene Wirkung von PCE erkannt und ein gesetzlicher Parameterwert für Trinkwasser (10 Mikrogramm/L) festgelegt. Bis zu diesem Zeitpunkt wurde PCE (aus heutiger Sicht) unsachgemäß entsorgt, sodass es zur Kontamination von zahlreichen Grundwasserkörpern kam. Eines der davon betroffenen Gebiete ist die Mitterndorfer Senke, wo der Versuchsstandort Bad Fischau-Brunn liegt. In der vorliegenden Arbeit wurde die Entfernung von PCE aus Grundwasser durch erweiterte Oxidation (engl. Advanced Oxidation Process; in Folge: AOP) mit Ozon (O3) und Wasserstoffperoxyd (H2O2), untersucht. Die in diesem Bereich bereits vorhandenen Studien beschäftigen sich entweder mit Versuchsanlagen im Labormaßstab (L/h) oder mit sehr großen Aufbereitungsanlagen (größer 700 L/s). Erstmals wurde in dieser Arbeit die Umsetzung von AOP (O3/H2O2) für eine kleine, für den Dauerbetrieb ausgelegte Anlage untersucht. Folgende Ziele wurden bei den Untersuchungen verfolgt: Konzipierung, Errichtung und Betrieb einer kleinen AOP-Anlage (max. 70 cbm/h Durchfluss) zur Entfernung von PCE aus Grundwasser, die für den Dauerbetrieb geeignet ist. Anpassung und Optimierung des Prozesses an die Randbedingungen im Untersuchungsgebiet Bad Fischau-Brunn Entwicklung, Implementierung und Überprüfung eines neuartigen Steuerungskonzepts für die automatische Überwachung des Prozesses. Mit einer Oxidationsmitteldosierung von 1,5 mg O3/L und 0,75 mg H2O2/L wurden im vorliegenden Fall alle Grenzwerte der österreichischen Trinkwasserverordnung eingehalten. Ein neues Überwachungskonzept für den Aufbereitungsprozesses wurde entwickelt, um einen ordnungsgemäßen Betrieb der Aufbereitung sicher zu stellen und nicht spezialisiertem Personal die Betreuung der Anlage zu erleichtern. Neben der automatischen Regelung der O3- und H2O2- Dosierung, sieht das Konzept die Messung der Absorption nach Oxidationsmitteldosierung vor. Jeder Betriebseinstellung wird ein bestimmter Absorptionssollwert zugeordnet, der als Grundlage für die Betriebsüberwachung herangezogen wird. Über die Messung der Absorption wurden drei Stufen abgeleitet, die den jeweiligen Betriebszustand der Anlage charakterisieren: Stufe I: die Absorptionsmessung zeigt eine optimale Aufbereitung (Oxidationsmitteldosierung optimal) an; Stufe II: die Adsorptionsmessung zeigt an, dass die Ablaufwerte noch gesichert eingehalten werden, die Betriebsparameter jedoch nicht im optimalen Bereich liegen (z.B. geringe Über- / Unterdosierung der Oxidationsmittel); Stufe III: die Absorptionsmessung zeigt ein potentielles Risiko, dass der PCE-Parameterwert im Trinkwasser nicht eingehalten werden kann (signifikante Abweichung bei Oxidationsmitteldosierung) - dies führt zu einer automatische Abschaltung der Anlage. Insgesamt zeigten die Untersuchungen, dass durch ein intelligentes Überwachungskonzept auch auf einer kleinen AOP-Anlage eine gesicherte Trinkwasseraufbereitung bei vertretbarem Betreuungsaufwand und kostengünstig betrieben werden kann.

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Anna-Elisabeth Wollstein-Lehmkuhl
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expert-verlag

 

 

Der Einsatz von erneuerbaren Energien im Wärmesektor gewinnt im Zuge der Energiewende zunehmend an Bedeutung. Jedoch erschwert die starke Volatilität nachhaltiger Energieträger eine versorgungssichere Wärmebereitstellung. Der Einsatz von saisonalen Wärmespeichern kann Schwankungen teilweise ausgleichen. Die Entkopplung von Wärmeerzeugung und Wärmeverbrauch ermöglicht eine dezentrale und nachhaltige Wärmeversorgung mit erneuerbaren Energien. Die Arbeit wählt einen interdisziplinären Ansatz zur Bewertung eines dezentralen solarthermisch betriebenen saisonalen Wärmespeichers zur Wärmeversorgung von Wohngebäuden. Die Einflüsse von ökonomischen, sozialen und ökologischen Parametern auf die Marktfähigkeit saisonaler Behälterwärmespeicher wurden untersucht.

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Bei der Erreichung der Energie- und Klimaziele der Bundesregierung kommt der Transformation der Energieversorgung des Wohngebäudesektors eine wichtige Rolle zu. Diese Arbeit untersucht das wirtschaftliche Potenzial der sektorgekoppelten Wärmeerzeugertechniken Mikro-KWK und Wärmepumpen zur Flexibilisierung der Elektrizitätsversorgung. Zu diesem Zweck werden zwei optimierende energiewirtschaftliche Analyseinstrumente entwickelt und angewendet: ein integriertes Energiesystemmodell zur Langfristplanung der Energieversorgung der Wohngebäude in Deutschland aus gesamtwirtschaftlicher Perspektive und ein Entscheidungsmodell zur Energieversorgung einzelner Wohngebäude unter gegebenen wirtschaftlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen aus einzelwirtschaftlicher Perspektive. Der kombinierte Einsatz dieser komplementären Analyseinstrumente zeigt in der Szenarioanalyse ein Spannungsverhältnis zwischen gesamtwirtschaftlich optimaler Systemplanung und Investitionsanreizen für Entscheider bei der Energieversorgung von Wohngebäuden auf. Dies verdeutlicht die Notwendigkeit zusätzlicher Maßnahmen zur Erreichung der energie- und klimapolitischen Ziele der Bundesregierung.

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Erik Merkel
Analyse und Bewertung des Elektrizitätssystems und des Wärmesystems der Wohngebäude in Deutschland
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2018, 434 S., graph. Darst. 21 cm, Softcover
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Die Arbeit befasst sich mit der Analyse und Bewertung des Elektrizitätssystem und des Wärmesystems der Wohngebäude in Deutschland bis zum Jahr 2050. Das Untersuchungsziel besteht neben einer Analyse der zeitlichen Veränderung der Teilenergiesysteme insbesondere darin, das Potenzial von Technologien an der Schnittstelle von Elektrizität und Wärme zu identifizieren sowie die Entwicklung vor dem Hintergrund der energie- und klimapolitischen Ziele im Wärmesystem der Wohngebäude zu bewerten. Der entwickelte Ansatz ermöglicht es erstmalig, neben einer Analyse der Entwicklung des Wärmesystems der Wohngebäude, die auf einer Vielzahl von Szenarien basiert, auch die Erreichung dessen energie- und klimapolitischen Ziele zu bewerten.

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Reinhard Jank, Reiner Kuklinski
Integrales Quartiers-Energiekonzept
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Mit dem Vorhaben wird ein beispielhaftes nachhaltiges Quartierskonzept für das Wohnquartier Karlsruhe-Rintheim entwickelt und mit dessen Umsetzung begonnen. Neben bestmöglicher Kosteneffizienz soll eine Minimierung des Primärenergieeinsatzes und der CO2-Emissionen erreicht werden. Das Quartier weist derzeit 36 Gebäude mit 1.243 Wohneinheiten auf. Die Gebäude sind zwischen 35 und 55 Jahren alt. Parallel zum Aufbau eines Nahwärmenetzes - gespeist aus KWK und Abwärme - sollen die Gebäude wirtschaftlich optimal modernisiert werden. Der nachfolgende Betrieb wird kontinuierlich überwacht und optimiert, wobei die Bewohner mit in die Energieeinsparbemühungen einbezogen werden. Im Rahmen des zu entwickelnden Quartiers-Nachhaltigkeitskonzepts werden auch der Stromverbrauch im Quartier, die Mobilität sowie Fragen der Zukunftssicherheit des Quartiers im Hinblick auf die demografische Entwicklung behandelt.

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Richtig Brennholz machen
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Vom Baum zur Feuerstelle. Mit Tipps für umwelt- und nachbarfreundliches Feuern
5., überarb. Aufl.
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Sägen, Hacken, Spalten, Lagern, Trocknen, Verbrennen: In dem Ratgeber wird vom Fällen bis zum richtigen Feuern praxisnah beschrieben, welche Holzarten, Arbeitstechniken und Werkzeuge am besten geeignet sind, um den Brennstoff für das Holzfeuer zuhause kräfte- und zeitsparend selbst aufzubereiten.

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Forschungsberichte

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Kirsten Höttges, Michael Krause, Juan Rodriguez Santiago, Matthias Kersken, Thomas Haussmann, Stephan Schlitzberger
Erarbeitung von Bewertungsverfahren zur Berücksichtigung der Eigenschaften von PCM-Produkten im Rahmen der DIN V 18599 und DIN 4108 Teil 2. Abschlussbericht
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Für den Einsatz von Phasenwechselmaterialien (Phase Change Materials, PCM) werden heute in der Baupraxis bereits verschiedene Systeme umgesetzt. Die Einsatzbereiche umfassen dabei passive Systeme (Bauplatten) sowie aktive bzw. hybride Systeme (Kühldecken und -wände, Lüftungsanlagen und Speicher). Eine rechnerische Bewertung der energetischen Effekte von PCM sowie die Auswirkungen auf den thermischen Komfort kann mittels thermischen Simulationsrechnungen auf Stundenbasis erfolgen. Im Rahmen der rechtlich erforderlichen Nachweisverfahren finden thermische Simulationsrechnungen nur in Ausnahmefällen (EnEV) bzw. nicht als Regelverfahren (DIN 4108-2) Anwendung. Wünschenswert wäre die Möglichkeit, den Einsatz von PCM in die normativen Berechnungsverfahren zu implementieren, um so eine energetische Bewertung dieser Systeme auch im Rahmen der Nachweisführung - d.h. für eine weiter verbreitete Anwendung - zu ermöglichen. Dabei geht es vor allem darum, geeignete Schnittstellen und Algorithmen (Ansätze) zu identifizieren und zu verifizieren.

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Martin Kerner, Stefan Hindersin
Entwicklung und Testung der Anlagen- und Steuerungstechnik für eine speicherfreie Nutzung der Wärme aus einer Bioreaktorfassade in einem Wohnhaus. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3092
2018, 59 S., 14 Abb. u. 6 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im BIQ Das Algenhaus werden in einer Bioenergiefassade mit Sonnenlicht Mikroalgen und Wärme produziert. Allerdings war die Nutzung der Wärme aus der Fassade für die Versorgung des Gebäudes nicht optimal, da ein Großteil über lange Zeiträume im Erdreich zwischengespeichert werden musste. Um das System zu optimieren war es Ziel des vorliegenden Projektes, ein neues Energiekonzept zu entwickeln, mit dem die Speicherung der Wärme minimiert und die direkte Nutzung maximiert wird, ohne dass die Produktion an Mikroalgen gestört wird. Der Forschungsansatz bestand darin, für die am BIQ Das Algenhaus vorhandene Bioreaktorfassade eine Anlagen- und Steuerungstechnik zu entwickeln und umzusetzen, mit der die Wärme, die in der Bioreaktorfassade produziert wird, optimal zur Deckung des Bedarfs im Wohnhaus genutzt werden kann.

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Alexander Vogt, Christoph van Treeck
Optimierung von Abwasserwärmetauschern für den gebäudetechnischen Einsatz. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3055
2018, 102 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die zentrale Problematik bei der Wärmerückgewinnung aus Abwasser ist der gehemmte Wärmeübertrag. Grund dafür ist der Biofilm auf den Wärmeüberträgern, der sich im Abwasser bildet. Dieses Biofilmwachstum wurde bisher nur unzureichend untersucht und daher zum Gegenstand dieses Forschungsprojektes gemacht. Dazu wurde ein Versuchsstand konzipiert, der es ermöglicht das Biofilmwachstum auf Wärmeübertragern ausreichend genau zu ermitteln. Es wurden verlässliche Angaben über die Biofilmentwicklung auf Wärmeübertragern sowie die Höhe der Wärmeübertragsreduktion ermittelt. Außerdem wurden verschiedene Arten der Anströmung auf den Wärmeübertrager durchgeführt und dadurch eine Reduktion des Biofilms erreicht.

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Werner Lang, Thomas Auer, Karl Martin Heissler, Jakob Metz, Isabell Nemeth
Potenziale von Niedrigtemperaturnetzen zur Steigerung des Anteils erneuerbarer Energien in Quartieren. Niedrigtemperaturnetze in Quartieren. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3059
2018, 97 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Heutige Nahwärmenetze arbeiten auf einem Temperaturniveau, das deutlich über dem der Umgebung liegt. Folge der Temperaturdifferenz zur Umgebung sind Verteil- sowie Exergieverluste und eine erschwerte Einbindung von erneuerbaren Energiequellen. Niedrigtemperaturnetze sind ein innovativer Ansatz um die Einbindung erneuerbarer Energien zu erleichtern. In städtischen Quartieren können durch eine thermische Vernetzung auf niedrigem Temperaturniveau erneuerbare Energiequellen sowie Umgebungs- und Restwärmepotenziale genutzt werden, die bisher nicht erschließbar waren. Niedrigtemperaturnetze bieten darüber hinaus große Potenziale durch die Minimierung der Netzverluste zur Umgebung und durch die räumliche und zeitliche Verschiebung der Wärme innerhalb des Quartieres.

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Marten F. Brunk, Christopher Seybold
Dezentrale Abwasserwärmerückgewinnung zur Steigerung der Energieeffizienz von Gebäuden. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2934
2015, 74 S., 43 Abb. u. 8 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Forschungsarbeiten knüpfen an das im Frühjahr 2012 abgeschlossene, ebenfalls mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung geförderten Forschungsvorhaben "Dezentrale Wärmerückgewinnung aus häuslichem Abwasser" (SF-10.08.18.7-10.4) an. Ziele des aktuellen Vorhabens sind die Fortführung der messtechnischen Potentialanalyse an vier Gebäuden des Vorprojektes, die Erweiterung der messtechnischen Potentialanalyse durch Aufnahme von zwei Mehrfamilienhäusern in die Analyse, die Erstellung von repräsentativen, wochentagsabhängigen Ganglinien der Energiequelle Abwasser auf Grundlage von Langzeitmessungen und der Untersuchung der maßgebenden Einflussgrößen auf das Energiepotential sowie die Konzeption, Simulation und Bewertung von dezentralen Abwasserwärmepumpensystemen. Als Ergebnis der Potentialanalyse ist ein täglicher Pro-Kopf-Wasserverbrauch bei der Wohnnutzung von 113 - 128 Litern pro Person und Werktag sowie ein täglicher Pro-Zimmer- bzw. Pro-Bett-Wasserverbrauch von 157 - 197 Litern pro Zimmer und Tag (Hotel) und von 182 - 327 Litern pro Bett und Tag (Krankenhaus) festzustellen. Die mittleren täglichen Abwassertemperaturen von 21 bis 26 Grad Celsius zeigen das im Vergleich zu regenerativen Energiequellen hohe Temperaturniveau der Wärmequelle Abwasser. Ein mögliches Anlagenkonzept zur Nutzung der Abwasserwärme stellt die Trinkwassererwärmung mittels bivalentem Speicher-Trinkwassererwärmer dar, welcher sowohl durch eine Abwasserwärmepumpe als auch durch einen konventionellen, zweiten Erzeuger (bspw. Gaskessel) gespeist wird. Die Ergebnisse der Simulation dieses Anlagenkonzeptes für die vier betrachteten Wohngebäude zeigen - auf Basis der getroffenen Annahmen - bei einer mittleren Biofilmschichtdicke von 1 mm am abwasserseitigen Wärmeüberträger und einer Teilerwärmungstemperatur durch die Abwasserwärmepumpe von 45 Grad Celsius Jahresarbeitszahlen von 4,6 bis 5,5, was einer Energiekostenersparnis von 18,8 bis 22,6 Euro pro Person und Jahr sowie einer Redukti

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Zeitschriftenartikel

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Schlott, Siegfried; Schoatt, André
Bewertung der Bodenbeschaffenheit in Verbindung mit oberflächennaher Erdwärmenutzung
Der Sachverständige, 2021

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Vorländer, Jochen
Wie viel Klimaschutz bringt H2-ready? Wasserstoff im Erdgasnetz (kostenlos)
SBZ Sanitär. Heizung. Klima., 2021

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Lau, Markus
Grünes Flüssiggas spielt tragende Rolle bei der Energiewende auf dem Land. DBI-Studie (kostenlos)
Moderne Gebäudetechnik, 2021

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Nicht nur für den Neubau. Feldtest Wärmepumpen im Bestand (kostenlos)
SBZ Sanitär. Heizung. Klima., 2020

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Miller, John A.
Impuls für Konjunktur und Klima - Wärmewende jetzt ermöglichen!
bbr Leitungsbau, Brunnenbau, Geothermie, 2020

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