Gaswärmepumpen für die Industrie
Anforderungen aus dem EEWärmeG und der EnEV
Die Komplexität neuer Gebäude, verschärfte Gesetze und Verordnungen sowie die veränderten Anforderungen nach Kälte- und Wärmebedarf einer Halle stellen Planer und Bauherren heute vor große planerische Herausforderungen. Aus dem Privatsektor weiß man, dass Wärmepumpen in einem Gerät beide Anforderungsparameter, also Wärme und Kälte, abdecken können. Doch sind sie auch industrietauglich?
Dass sich der Wärmepumpenmarkt im Privatsektor so explosiv entwickelt hat, ist mehreren Gründen geschuldet. Zum einen sind es Gesetze und Verordnungen wie die EnEV oder das EEWärmeG, zum anderen nimmt der Wunsch nach Kühlung in den Sommermonaten stetig zu. Eine Studie der Europäischen Kommission zufolge wächst die klimatisierte Gebäudefläche bis zum Jahr 2020 voraussichtlich auf bis zu 400 Mio. m². Dies wäre eine Verachtfachung der klimatisierten Gebäudefläche seit 1990. Und ähnlich geht es der Industrie. Die gesetzlich definierten, sehr gut gedämmten Hallen kommen mittlerweile zwar mit einem Bruchteil an Heizleistung im Gegensatz zu älteren Gebäuden aus, ist die Wärme jedoch einmal im Raum, beispielsweise durch die Abwärme von Anlagen, ist sie von dort konventionell nur sehr schwer wieder herauszubekommen. Ein Grund, weshalb die Nachfrage nach Kühllösungen rapide zunimmt und den Wärmepumpen in der Industrie den Weg ebnet. Ihr unschlagbarer Mehrwert: Mit Wärmepumpen lässt sich in einem Gerät heizen, klimatisieren und kühlen und dies wesentlich effizienter als mit herkömmlichen Lösungen. Wärmepumpen sparen Primärenergie, da sie regenerative und „kostenlose“ Umweltenergie aus der Erde, aus der Luft oder dem Wasser nutzen.
Wirtschaftlichkeit
Für die Industrie kommen theoretisch die Gasmotorwärmepumpe, die Stromwärme- oder Gasabsorptionswärmepumpe in Frage. Der größte Praxisnutzen ist jedoch von der motorisch betriebenen Gaswärmepumpe zu erwarten, die speziell für industrielle Anforderungen beispielsweise von der Schwank GmbH angeboten wird. Durch die Nutzung der eigenen Motorabwärme für den Heiz- oder/und Kühlprozess punktet die Gasmotorwärmepumpe unter anderem mit einem äußerst geringen Primärenergiebedarf.
Elektrisch betriebene Wärmepumpen haben mitunter den Nachteil, dass zusätzlich hohe Kosten durch die Bereitstellung elektrischer Leistung anfallen können, zum Beispiel größere Trafo-Stationen, Zuleitung etc. Zudem ist die Primärenergie Strom teurer als Gas (siehe Schaubild Preisentwicklung).
Der Wärmepumpenprozess
Das Prinzip der Gaswärmepumpe ähnelt dem eines Kühlschranks. Nur das im Kaltdampfprozess anstelle des Elektromotors ein Gasmotor den Antrieb des Kältemittel-Verdichters (Kompressor) übernimmt. Im Kühlschrank wird dem Kühlgut mit Hilfe eines Kreisprozesses Wärme entzogen, die zusammen mit der Abwärme des Kältemittel-Verdichters an den Raum abgegeben wird. Bei Wärmepumpen läuft der gleiche Prozess ab: Nicht dem Kühlgut, sondern der Umwelt wird Wärme entzogen. Diese wird dann zusammen mit der Motorabwärme des Gasmotors (Kühlwasser und Abgas) über einen Wärmeübertrager an ein Heizsystem abgegeben. Im Kühlfall wird der Prozess umgekehrt. Die Reversibilität des Prozess macht aus der Wärmepumpe zur Erbringung einer Heizleistung eine Wärmepumpe zur Erbringung einer Kühlleistung. So werden nicht nur im Winter angenehme Temperaturen gewährleistet, sondern im Sommer das gesamte Gebäude, bei thermischen Prozessen oder bei der Lagerung von empfindlichen Gütern, gekühlt.
Gesetzliche Anforderungen
Wärmepumpen werden besonders vorteilhaft in der EnEV betrachtet und gelten im EEWärmeG als erneuerbare Energie.
Für alle neuen Gebäude, mit Einschränkungen für den Gebäudebestand, ist die Erfüllung der EnEV gesetzliche Pflicht. Sie setzt die gesetzlichen Vorgaben zur Begrenzung des Primärenergiebedarfs von Gebäuden und regelt die Anforderungen an den baulichen Wärmeschutz sowie die Effizienzkriterien der eingesetzten Anlagentechnik wie z.B. Lüftung, Beleuchtung, Warmwasserbereitung, Heizung und Klimageräte. Im EEWärmeG schreibt der Gesetzgeber die Nutzung von erneuerbaren Energien zur Wärme- (Heizung, Brauchwasser) und Kälteerzeugung in Gebäuden (überwiegend Neubau) vor. Der Anteil an erneuerbaren Energien soll mindestens 15 % (Biogas ebenfalls anrechenbar) betragen. Für die Installation einer Gaswärmepumpe müssen laut EEWärmeG folgende Anforderungen erfüllt werden:
Jahresarbeitszahl von mindestens 1,2
50 % des Wärmeenergiebedarfes müssen durch Geothermie und Umweltwärme (Solar, Wasser, Erdwärme etc.) abgedeckt werden
Die gesetzlichen Anforderungen aus dem EEWärmeG und der EnEV werden mit der Gasmotorwärmepumpe von Schwank übererfüllt.
Typische Anwendungen
Der Einsatz einer Gaswärmepumpe macht überall dort Sinn, wo Heiz- und Kühlbedarf gefordert wird, zum Beispiel zur Temperierung thermischer Prozesse, in Gießereien oder Öfen, bei der Lagerung von temperaturempfindlichen Gütern wie Lebensmittel, Lagerung von Gefahrstoffen oder pharmazeutischen Produkten aber auch wenn ein konstantes Temperaturniveau in Laboren, medizinischen Einrichtungen und Büroräumen gefordert wird.
