Große Maschinen im gewerblichem Einsatz
Die Zahlen überraschen: 20 Millionen Wohngebäuden in Deutschland (16,5 Mio. Ein- und Zweifamilienhäuser und 3,5 Mio. Mehrfamilienhäuser) stehen etwa 3 Millionen Nichtwohngebäude und Hallen gegenüber, auf die aber laut Statistischem Bundesamt beinahe die Hälfte des Wärmeenergieverbrauchs entfällt. Hinzu kommt bei vielen Gewerbe- und Industriekunden ein Bedarf an Prozesswärme und -kälte. Das heißt: Ohne eine bessere Berücksichtigung der Wärmebedarfe in Nichtwohngebäuden bleibt die Wärmewende auf halber Strecke stehen.
Die Heizungsindustrie stellt auch für diesen Teil des Gebäudesektors Wärmepumpenlösungen bereit, etwa mit Anlagen, die eine hohe Wärmeleistung oder auch hohe Temperaturen erzeugen. Für großvolumige Komplexe können große Wärmepumpen- Anlagen (Großwärmepumpen) mit mehr als 100 Kilowatt Systemleistung oder für Fernwärmeversorger sogar mit mehreren Megawatt eingesetzt werden. Nicht nur Unternehmen und Betreiber, die sich ihrer Verantwortung für die Gesellschaft beziehungsweise Umwelt bewusst sind, greifen zu. Es rechnet sich sowohl mit Blick auf die Investitionsals auch Betriebskosten: Statt das Gebäude herkömmlich mit Öl und Gas zu beheizen und mit Kaltwassersätzen zu kühlen, kann eine Wärmepumpe beide Funktionen übernehmen.
Die CO2-Steuer ab 2021 hat zum Ziel, den Kostenvorteil noch mehr in Richtung Wärmepumpe zu rücken. Zudem gibt es seit Anfang 2020 von BAFA und KfW Zuschüsse für Großwärmepumpen auch oberhalb 100 Kilowatt. Ebenfalls fördert das Kraft- Wärme Kopplungs-Gesetz künftig große Wärmepumpen, die das gereinigte Abwasser von Kläranlagen nutzen, mit den Sätzen für „innovative KWKSysteme“. Für das kommende Jahr ist zudem eine neue Bundesförderung effizienter Wärmenetze angekündigt.
Je mehr sich betriebliche Abwärme einbinden lässt, desto besser sind Umwelt- und Kostenbilanz.
Generell tut sich in der Fernwärmewirtschaft ein bisher weitgehend brach liegender Absatzmarkt auf: Netztemperaturen werden zunehmend abgesenkt, auch um Abwärme und Großwärmepumpen besser einbinden zu können.
Nachholbedarf im Vergleich zu den kleineren Geschwistern besteht noch in der Leistungsanpassung. Die Drehzahlregelung per Frequenzumwandlung funktioniert vornehmlich aus Schmierungsgründen nicht bei Scrollverdichtern oberhalb etwa 50 Kilowatt Verdichterleistung, und Hubkolbenverdichter verlieren im Teillastbereich deutlich an Wirkungsgrad.
Einen Ausweg bieten Kaskaden aus mehreren Maschinen oder Aggregate mit zwei, drei oder vier komplett getrennten Kältekreisläufen in einem Gerät, die sich stufenweise zu- und abschalten lassen. Damit hat man auch Redundanz im Fall einer Störung in einer der Stufen und außerdem weniger Startvorgänge im Teillastbereich, mithin eine Steigerung der Lebenserwartung. Bei den Kältemitteln geht die Entwicklung in Richtung eines niedrigen GWPs (Global Warming Potential).
Neben Drehzahlregelung und Kältemittel heißt das dritte Stichwort in den Entwickungsabteilungen Remote Care und zwar die dritte Stufe: selbstständige Fehlerdiagnose, Fehlerbehebung und Betriebsoptimierung auf Basis von abgespeicherten Sollwerten, die in der Endfassung das Programm aus den Betriebsdaten vergleichbarer Installationen eigenhändig generiert.
Beispiel Kühlwasserkreislauf:
Eine Großwärmepumpe koppelt die Maschinenabwärme zu Heizzwecken aus. Damit darf die Leistung des Rückkühlwerks um diesen Entnahmebetrag kleiner sein.
Die Galaxy Energy GmbH nutzt eine Sole-Wasser-Wärmepumpe (185 kW) für 3600 m2 Fläche. Die Dachfläche des Gebäudes besteht aus 1500 PV-Modulen mit transparenten Rückfolien. An der Unterseite entsteht durch die leichte Wölbung ein Wärmekanal, der den unterirdischen Wassertank aufheizt.
Beispiel Hotelsanierung:
Der vorhandene „fossile“ Kessel deckt den Spitzenbedarf, die beigestellte Luft- Wasser-Wärmepumpe deckt die Grundlast.
Heizraum bei IKEA Lichtenberg in Berlin. Drei Abwasser-Wasser- Wärmepumpen in Kaskade schaffen eine Heizleistung von 1500 Kilowatt.
Beispiel Industrie:
Die Abwärme von 50 bis 60 °C aus der Trocknung hebt eine Hochtemperatur-Wärmepumpe zur Einspeisung ins städtische Fernwärmenetz auf 90 °C an.