Wie Wärmepumpen industrielle Prozesse revolutionieren
Innovation in der Fertigung durch eine ganzheitliche Betrachtung
In einer Zeit, in der Nachhaltigkeit und Energieeffizienz immer mehr an Bedeutung gewinnen, suchen Unternehmen kontinuierlich nach innovativen Lösungen, um ihren ökologischen Fußabdruck zu minimieren. Die Wärmepumpentechnologie kann in dem Zusammenhang einen entscheidenden Beitrag dazu leisten, die Dekarbonisierung von Gewerbegebäuden und Produktionsanlagen voranzutreiben.
Um die in Deutschland geltenden strengen Vorgaben bei den Klimazielen zu erreichen, müssen die Emissionen aus allen Gebäuden und Anlagen reduziert werden. Gebäude sind für fast 40 % aller globalen Emissionen verantwortlich, wobei Heizung und Kühlung 15 % ausmachen1. Für Unternehmen bedeutet das ein Umdenken bei der Energienutzung. Hier sprechen wir nicht mehr nur von Energieverbrauchern, sondern auch von den Energiequellen. Durch eine ganzheitliche Betrachtung von Kühlen und Heizen lässt sich heute viel erreichen. Das Denken in einzelnen, voneinander unabhängigen Silos ist nicht mehr zeitgemäß.
Eine Branche ist es wert, genauer betrachtet zu werden: die Industrie2, 3. Während für die Fertigungsprozesse sehr viel Energie aufgewendet werden muss, entsteht gleichzeitig eine große Menge an Abwärme, die wieder als Energiequelle genutzt werden kann.
Das Heizen über mit Strom betriebene Wärmepumpen ist daher ein wesentlicher Fortschritt, um den vielfach noch fossilen Brennstoffverbrauch insgesamt zu reduzieren. Die Technologie bietet vor allem dort eine saubere Alternative zu fossilen Brennstoffen, wo in Herstellungsprozessen nur niedrige bis mittlere Temperaturen erforderlich sind.
Darüber hinaus können moderne Klimasysteme das Energiepotenzial von Abwärme nutzen, die bislang vielfach noch über Rückkühler in die Umgebungsluft abgeführt wird. Bei Prozessen, bzw. in Gebäuden, in denen heute Kühlung und Heizung benötigt werden, gibt es die Möglichkeit, die Abwärme vor Ort zurückzugewinnen und direkt in das Heizsystem des Gebäudes einzuspeisen.
Wärmepumpen: Eine kluge langfristige Investition
Obwohl sich bei der Wärmepumpentechnologie aufgrund der Energieeffizienz und CO2-Reduktion zumeist kurze Amortisationszeiten erreichen lassen, bleibt die derzeitige Skepsis gegenüber den Wärmepumpen aufgrund des Kostenfaktors ein Hindernis bei der Dekarbonisierung von Gebäuden und Industriebetrieben. Dabei haben fast 75 % des bestehenden Gebäudebestands in der Europäischen Union eine schlechte Energieeffizienz, die mit intelligenten Heiz- und Kühllösungen erheblich verbessert werden kann4; zusätzlich bestehen durch die BAFA und KfW verschiedene Fördermöglichkeiten, durch die die Verbesserung der Energieeffizienz vielfach auch wirtschaftlich interessant wird.
Traditionell umfasst die Gesamtkostenbetrachtung (TCO) eines Klimasystems alle Kosten, die mit dem Heiz- und Kühlsystem verbunden sind. Diese berücksichtigt die Anschaffungskosten des Systems sowie die Betriebs- und Recyclingkosten oder den Wiederverkaufswert am Ende seines Lebenszyklus. Während der anfängliche Kaufpreis höher sein kann als bei einer konventionellen Anlage, führt ein modernes System über den gesamten Lebenszyklus hinweg in der Regel zu niedrigeren Gesamtkosten. Dies ist auch bei der Implementierung von Wärmepumpen in gewerblichen Gebäuden der Fall: Die Systeme können die Energieeffizienz maximieren und so langfristig positive Renditen garantieren.
In gewerblichen und industriellen Umgebungen sind Wärmemanagementsysteme drei- bis viermal effizienter als die traditionelle Art der Heizung und Kühlung: ein Kilowatt aufgewendete Energie erzeugt drei bis vier Kilowatt nutzbare Energie, und ist damit mehr als dreimal so effizient wie ein konventioneller Kessel. Als weiterer positiver Effekt ist noch festzuhalten, dass die Rückgewinnung von Abwärme die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduziert und so eine zuverlässige Wärme- und/oder Stromquelle für Verbraucher, Betreiber von Gewerbegebäuden und die breite Öffentlichkeit
darstellt.
Neue Produkte revolutionieren die Industrie
Wie können nun konkrete Lösungen aussehen, mit denen die Kunden auf ihrem Weg zur Dekarbonisierung unterstützt werden?
Dazu lohnt ein Blick auf die Produktentwicklung bei Trane. Hier werden die Technologien für Wärme-, Kälte- und Lüftungsanwendungen sowie die Regelungstechnik stetig weiterentwickelt. Die „Trane City“ Hochtemperatur-Wärmepumpe ist in der Lage, Heißwasser bis zu 110 °C zu liefern und eignet sich für ein Vielzahl industrieller Anwendungen wie z. B. in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der Pharmazeutik und Chemie, der Fertigungsbranche bis hin zu Fernwärmeversorgung.
Beispiel aus der Praxis
Für eine bessere Vorstellung von den Herausforderungen von Industrieunternehmen betrachten wir ein Beispiel eines Kunden aus der Teigwarenindustrie.
Der Nudelhersteller Saint Jean beschäftigt über 450 Mitarbeiter in fünf Produktionsstätten in Frankreich. Das traditionsreiche Unternehmen stand vor der Herausforderung, eine temporäre 150-kW-Kühlleistung zu finden, um im Sommer den zusätzlichen Kältebedarf in einer ihrer Produktionsstätten zu decken. Was als typisches Projekt für Leihkälte begann, entwickelte sich zu einem neuen Ansatz für die industrielle
Beheizung.
Die Lösung: ein kombiniertes Heiz- und Kühlsystem
Während der Bedarfsanalyse vor Ort erkannte das Team von Trane, dass eine ganzheitliche Betrachtung der Kühl- und Heizsysteme dem Kunden einen größeren Nutzen bringen würde. Anstatt nur eine zusätzliche Kältemaschine für die Sommermonate zu vermieten, schlugen die Fachexperten eine innovative Wärmepumpenlösung vor. Diese sollte nicht nur die zusätzlich benötigte Kühlleistung erbringen, sondern auch das bestehende, mit fossilen Brennstoffen betriebene 300-kW-Heizsystem
ersetzen.
Nach einer detaillierten Analyse des Wärmebedarfs installierte das Team zwei „Trane City RTSF“ Wasser/Wasser-Wärmepumpen. Diese wurden mit den vorhandenen Kältemaschinen des Werks verbunden, um die Abwärme, die normalerweise während des Kühlprozesses an die Atmosphäre abgegeben wird, zu nutzen. Diese Lösung ermöglichte es Saint Jean, den Energieverbrauch und die damit verbundenen Kosten erheblich zu senken.
Im Ergebnis zeigt sich: Während des viermonatigen Mietbetriebs konnten die Kosten für die Wärmeerzeugung dank der Abschaltung des Gaskessels und des Einsatzes der Wärmepumpen um etwa 68 % gesenkt werden. Dies führte nicht nur zu erheblichen Kosteneinsparungen, sondern auch zu einer Reduzierung der CO2-Bilanz der Anlage und somit zu einem nachhaltigeren Betrieb.
Die erfolgreiche Implementierung der Wärmepumpenlösung bei Saint Jean ist ein gutes Beispiel dafür, dass innovative Technologien nicht nur zur Verbesserung der Energieeffizienz und Kostensenkung beitragen können, sondern auch einen wichtigen Schritt in Richtung Nachhaltigkeit darstellen.
Q&A zur Wärmepumpentechnologie
Welche Potenziale stecken in der Wärmepumpentechnologie zur Revolutionierung der Heiz- und Kühlsysteme in deutschen Gewerbegebäuden?
Zeitgemäße Wärmepumpentechnologien arbeiten auf Systemebene – sie kombinieren Heiz- und Kühlsysteme zu einem vollelektrischen thermischen Managementsystem. Wenn Kühlgeräte gleichzeitig heizen und kühlen, sind die zusätzlichen Kosten für Unternehmen und die Industrie besser handhabbar. Werden diese Systeme mit ↓
erneuerbarer Energie betrieben, stellen sie eine kohlenstoffarme und emissionsfreie Lösung für Gebäude dar. Dies kann auch zur Erreichung der Dekarbonisierungsziele von Unternehmen beitragen.
Welches sind die Features der neuesten Generation von Trane Hochtemperatur-Wärmepumpen?
Die RTSF-Serie deckt einen breiten Leistungsbereich ab, der für verschiedene industrielle Anwendungen geeignet ist. Die Wärmepumpe kann hohe Vorlauftemperaturen bis 110 °C erreichen. Weitere Vorteile neben hohen COP-Werten sind:
· Das Kältemittel R1234ze hat ein sehr niedriges Treibhauspotenzial (GWP <1), welches die Umweltbelastung minimiert.
· Eine kompakte und modulare Bauweise, die eine einfache Integration in bestehende Systeme ermöglicht.
· Die Inverter-Technologie ermöglicht eine stufenlose Regelung der Verdichterleistung. Dies führt zu einer höheren Effizienz und einer besseren Anpassung an den tatsächlichen Wärmebedarf.
· Die Wärmepumpe nutzt fortschrittliche Wärmerückgewinnungstechnologien, um die Abwärme effizient zu nutzen und den Energieverbrauch weiter zu senken.
Durch den Einsatz von schallgedämmten Gehäusen und vibrationsarmen Komponenten wird der Geräuschpegel auf ein Minimum reduziert, was den Betrieb auch in geräuschempfindlichen Umgebungen ermöglicht.
