Großwärmepumpen auslegen

Der zentrale technische Parameter bei der Auslegung einer Großwärmepumpe ist der Temperaturhub – also die Differenz zwischen Quell- und Senkentemperatur. Je kleiner dieser Hub, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe. Die Leistungszahl (COP) gibt an, wie viel Wärme pro eingesetzter Kilowattstunde Strom bereitgestellt wird – und sinkt mit steigendem Temperaturhub.

Für eine realistische Auslegung müssen folgende Fragen beantwortet werden:

• Wie stabil sind die Quelltemperaturen über den Jahresverlauf?
• Welches Temperaturniveau wird auf der Senkenseite tatsächlich benötigt?
• Ist ein einstufiger Prozess ausreichend oder braucht es eine Kaskade?

Ein Verständnis für das thermodynamische Verhalten im Th-Diagramm hilft dabei, Verdampfer- und Verflüssigungsbedingungen korrekt einzugrenzen und geeignete Kältemittel auszuwählen.

‍

Industriebetriebe verfügen häufig über Abwärmequellen, die sich ideal zur Nutzung mit Großwärmepumpen eignen – vorausgesetzt, Temperatur, Volumenstrom und Verfügbarkeit passen. Häufig genutzte Quellen sind:

• Rückkühlwerke (z. B. bei Kälteanlagen oder Kompressoren)
• Kühlwasser aus Reaktoren, Pressen oder Vakuumpumpen
• Abluftströme aus Trocknungs- oder Reinigungsprozessen
• Abwasser oder Prozessabwässer aus CIP-Anlagen

Auf der Senkenseite bieten sich vielfältige Einsatzfelder:

• Heißwasserbereitstellung für Reinigung, Raumwärme oder Produktion
• Vorwärmung von Frischwasser oder Luftströmen
• Dampferzeugung mit Hochtemperatur-Wärmepumpen
• Einspeisung in interne oder externe Wärmenetze

Entscheidend ist: Quelle und Senke müssen im Temperaturniveau, Volumenstrom und zeitlichem Verlauf zueinander passen. Die sorgfältige Analyse dieser Parameter ist die Grundlage für eine wirtschaftlich und technisch sinnvolle Auslegung.

Die Integration einer Großwärmepumpe sollte nie isoliert betrachtet werden. Sie ist Teil eines größeren Systems – mit bestehenden Wärmequellen, Rückgewinnungseinrichtungen und eventuell konventioneller Heizung. Für eine gelungene Planung sind daher folgende Punkte zentral:

• Energetische Systemanalyse: Gibt es bereits Wärmerückgewinnung? Wo liegen Quell- und Senkenpotenziale im Prozess?
• Betriebsführung und Regelung: Wie verhält sich die Wärmepumpe bei Teillast? Gibt es Taktungen?
• Technische Randbedingungen: Platzbedarf, Schallschutz, Anbindung ans Prozessleitsystem
• Wirtschaftlichkeit: Wie sieht die Bilanz von Investition, Stromkosten und Fördermitteln aus (z. B. BAFA-Förderung, Bundesförderung für effiziente Wärmenetze)?

Erst wenn die Wärmepumpe im Gesamtsystem richtig eingebunden ist – energetisch und regelungstechnisch – kann sie ihr volles Einsparpotenzial entfalten.

‍