Wie Industrie und Gewerbe von der Wärmepumpentechnik profitieren

Wärmepumpen erleben aktuell einen regelrechten Boom – zumindest was die Nutzung in Privathaushalten betrifft. Bei Gewerbeobjekten und der Industrie sieht es leider noch immer anders aus. Raumwärme, Warmwasser und auch die Klimatisierung spielen jedoch gerade für die gewerbliche Gebäudenutzung eine zentrale Rolle. Das liegt auch an diversen technischen Prozessen, die von gewissen Temperaturen abhängig sind. Die Wärmepumpentechnologie kann eine Lösung bieten, die selbst komplexen Anforderungen gerecht wird. Da bei Produktionsprozessen zusätzlich warme Abluft oder Abwasser entstehen, können Wärmepumpen sogar besonders effizient arbeiten.

Viel ungenutztes Potenzial

Wärmepumpen kommen bei privaten Neubauten bereits häufig zum Einsatz und laut aktueller Studien ist selbst die Nutzung im Altbau unter gewissen Umständen sinnvoll. Besonders die Energiepreisexplosion im Verlauf des Jahres 2022 hat dazu geführt, dass sich immer mehr Besitzer von Ein- und Mehrfamilienhausbesitzer nach alternativen Heizsystemen wie eine Wärmepumpe umgesehen haben. Dementsprechend hoch ist die Nachfrage und für den Boom ist keine Trendumkehr in Sicht.

In der Industrie und im Gewerbe ist dieses Umdenken leider noch nicht angekommen und viel Potenzial bleibt nach wie vor ungenutzt. Das liegt laut einigen Experten auch an einer mangelnden Auseinandersetzung mit der Thematik. Vielen Entscheidern fehlen positive Beispiele, die zeigen, wie effizient das Beheizen von Gewerbeobjekten mit der Wärmepumpe sein kann. Bei einem System, welches die Besonderheiten der Bedingungen vor Ort berücksichtigt, ist nämlich ein hoher energetischer Wirkungsgrad möglich.

Wärmepumpen als verfahrenstechnische Lösung

Entscheidend für den Einsatz einer Wärmepumpe im gewerblichen oder industriellen Kontext ist der Kühl- und Heizbedarf, der viel höher ist als es bei einem Ein- oder Zweifamilienhaus der Fall wäre. Daher sind kosteneffiziente Wärmepumpenlösungen nötig, die nach dem Prinzip einer verfahrenstechnischen Anlage aufgebaut sind. Damit ist gemeint, dass es sich um speziell konzipierte Systeme handelt, die für einen konkreten Einsatzort entworfen werden.

Eine häufig genutzte Variante ist die Kaskade, bei der Wärmepumpen in Reihe geschaltet sind, sodass sich die Leistung variabel und bedarfsgerecht decken lässt. Einzelne Pumpen können in einer Kaskade hinzu oder abgeschaltet werden. Bei den Wärmepumpen handelt es sich in der Regel um sogenannte Großwärmepumpen, die nicht nur die ohnehin vorhandenen Wärmequellen, sondern auch zusätzliche Abwärme nutzen und die Wärme in Nah- und sogar Fernnetze einspeisen.

 
Verschieden Arten von Großwärmepumpen

Durch die Nutzung zusätzlicher Wärmequellen sind verfahrenstechnisch angepasste Wärmepumpensysteme überaus flexibel. Kleine standardisierte Lösungen greifen auf die prinzipiell überall vorhandenen Quellen zurück, während Großwärmepumpen außerdem Wärme aus Gewerbe- und Industrieprozessen nutzen. Dabei sind unterschiedliche Kombinationen und Varianten denkbar. Typische Wärmequellen sind:

• Erdwärme
• Grundwasser oder Quellwasser
• Industrieprozesse
• Abwasser
• Solarthermie

Großwärmepumpen, die primär auf die Umweltwärmenutzung setzen, eignen sich besonders für eine stetige und effiziente Erwärmung von Räumen, Wasser oder für die Gebäudekühlung. Der Bedarf an höheren Temperaturen jenseits der 80 Grad Celsius kann jedoch weniger gut gedeckt werden, weshalb sie für die Bereitstellung von sog. Prozesswärme nicht die Ideallösung sind. In solchen Fällen bietet sich eine Großwärmepumpe mit hoher Quellentemperatur an. Hier wird bevorzugt die Abwärme aus Industrieprozessen, die beispielsweise bei der Produktion entstehen, verwendet.

Eine Prozesswärme von bis zu 100 Grad Celsius ist für solche Anlagen kein Problem. Von hohen Quellentemperaturen wird gesprochen, wenn die Abwärme mindestens 30 Grad Celsius beträgt. Liegt die Quellentemperatur deutlich unter diesem Wert, dann muss eine mehrstufige Wärmepumpe eingesetzt werden. Dabei dient das erreichte Temperaturniveau der ersten Stufe als Quelle für die zweite Stufe. Der energetische Aufwand ist höher, doch auch hier sind Endtemperaturen von bis zu 100 Grad Celsius möglich. Natürlich ist oft auch die Kühlung gewünscht, da Wärmepumpen in ihrer Funktionsweise so konzipiert sind, dass sie beispielsweise einem Raum auch Wärme entziehen können.

Eine Alternative zur elektrisch betriebenen Großwärmepumpe ist das thermisch betriebene Wärmepumpensystem. Thermische Großwärmepumpen speisen sich aus großen Abwärmemengen. Bei diesem Verfahren befindet sich lediglich eine Umwälzpumpe im direkten elektrischen Betrieb. Ein direkter Vergleich der Effizienz ist jedoch nur schwer möglich, da die entstehenden Vorteile oder Nachteile stark von den verfügbaren Wärmequellen abhängen.

Fachgerechte Planung und Umsetzung sind wichtig

Da für die Konzeption einer Wärmepumpenanlage in Industriegebäuden oder gewerblich genutzten Objekten viele Faktoren eine Rolle spielen können, bedarf es einer ausgiebigen Planung. Dem geht eine erste Analyse durch einen qualifizierten Planer oder den Anlageproduzenten voraus. Viele bevorzugen jedoch unabhängige Planer, da diese den Vorteil bestimmter Anlagenkomponenten unvoreingenommen bewerten können. Besonders zentral sind bei Großwärmepumpen, die in Kaskaden geschaltet sind, auch die Steuerungskonzepte. Noch komplexerer wird es, wenn die Pumpen sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen dienen sollen, da einzelne Großwärmepumpen innerhalb einer Kaskade umkehrbar sein müssen.

Viele Wärmepumpen sind förderfähig

Private Haushalte profitieren bei der Anschaffung einer Wärmepumpe bereits von verschiedenen Förderprogrammen. Auch große Anlagen für die Industrie sind für die Förderung qualifiziert. Bei Wärmepumpen mit bis zu 100 kW bietet sich ein direkter Zuschuss aus dem Marktanreizprogramm (MAP) an. Ausschlaggebend sind die Rahmenbedingungen der Innovationsförderung, weshalb separate Anträge für einzelne Wärmepumpen notwendig sind. Für Großanlagen sind Förderprogramme der KfW zuständig. So können Betriebe und Unternehmen bei der Anschaffung von einem Zuschuss zur Tilgung von bis zu 10.000 Euro profitieren.