Großwärmepumpen im Mittelpunkt

Das Symposium begann mit dem Vortrag von Martin Reder, Ochsner Wärmepumpen GmbH, zur Leistungsfähigkeit des Unternehmens auf dem Markt der Großwärmepumpen im Leistungsbereich von 120 kW bis zu 1 MW, mit der Nutzung von Nieder- und Mitteltemperatur-Abwärme mithilfe von Schrauben- und Turboverdichtern. Da-neben werden Hochtemperatur-Geräte in ein- und zweistufiger Ausführung für Heiztemperaturen bis 98 °C realisiert. Mit einer Reihe von ausgeführten Anlagen konnte er diese Daten belegen. Dabei war das Objekt der Stadtwerke Amstetten besonders interessant, bei dem aus einem Abwasserstrang durch Abkühlung um 0,34 °C eine Wärmeleistung von 230 kW und eine Kühlleistung von 185 kW gewonnen werden kann. Die Betriebskosteneinsparung gegenüber einer Gasheizung beträgt ca. 20000 Euro/Jahr. Abschließend verwies Reder noch auf die Möglichkeit der Energiespeicherung mithilfe von Wärmepumpen aus Überschussstrom in Fernwärmenetzen, was im Rahmen der Energiewende bedeutsam werden kann.

Die Leistungsfähigkeit der auf Großwärmepumpen mit CO₂ als Kältemittel spezialisierten thermea. Energiesysteme GmbH stellte Jan Hübner vor. CO₂ als zukunftssicheres Kältemittel wird in transkritische Anwendungen in einem großen Leistungsbereich beherrscht und ist besonders für Hochtemperaturanwendungen und Wasser­erwärmung geeignet. Es werden Heizvorlauftemperaturen bis 110 °C und bei der Kühlanwendung Temperaturen bis 10 °C beherrscht, wobei besonders die gleichzeitige Nutzung vorteilhaft ist.

Zur Thematik der Verdichter für Wärmepumpen mit Ammoniak als Kältemittel referierte Wolfgang Sandkötter von der GEA Refrigeration Germany GmbH. Mit den verfügbaren Schraubenverdichtern können Heizleistungen bis 20 MW bereitgestellt werden, wobei sich das Kältemittel Ammoniak als sehr effektiv erweist. Mit den Kolbenverdichtern des Unternehmens werden vor allem Lösungen für die Gewerbeanwendung verwirklicht. Die Erweiterung der Einsatzgrenzen der Verdichter für Drücke bis 52 bar ist ein großer Gewinn für hohe Heizvorlauftemperaturen bis zu 80 °C. An ausgeführten Anlagenbeispielen wurde die Anwendung von Ammoniak-Wärmepumpen demonstriert, wobei sich vor allem die Anwendung in einer großen Molkerei mit Heizungs- und Kühlungsnutzung als sehr vorteilhaft erwiesen hat.

Der Vortrag von Rainer Gaukler, varmeco GmbH & Co. KG, zur dezentralen Frischwassertechnik zeigte die Nutzungsmöglichkeit bei der hygienisch zuverlässigen Warmwasserbereitstellung bei Klein- und Großanlagen und setzte die Wärmepumpe oder ein anderes Heizsystem als Wärmequelle voraus, ohne darauf einzugehen.

Daran schloss sich ein sehr faktenreicher und fundierter Vortrag von Stefan Bertsch von der Interstaatlichen Hochschule für Technik Buchs, Schweiz, an. Er entwickelte einen Leitfaden zur Warmwasserbereitstellung mittels Wärmepumpen. Ausgangspunkte waren die Analysen zum Anwenderbedarf des Wassers und zum damit verbundenen Energieverbrauch sowie den zugehörigen Investitions- und laufenden Kosten. Er benannte die Vor- und Nachteile der Zirkulation in Warmwasseranlagen, wobei vor allem die unerwünschte Durchmischung des Speichers als Nachteil vermieden werden muss. Für die elektrische Begleitheizung und den Einfluss der Wärmedämmung der Speicher werden optimale Bedingungen herausgearbeitet, um die bestmögliche Warmwasserbereitung zu erreichen. Eine kombinierte Heizung und Warmwasserbereitung erweist sich als ungünstige Lösung, bei der besonders der Energieverbrauch deutlich ansteigt. Kurze Leitungen und gute Dämmqualität sind wichtige Faktoren für energieeffiziente Warmwasserbereitung. So sollten zum Beispiel kompakte Verteilernetze mit mehreren Wohnungen an einer Steigleitung und mit isolierten Wanddurchbrüchen der Standard sein.

Zur Regelungsstrategie von Großwärmepumpen trug Frank Stolper von der Zent Frenger GmbH vor. Dabei hatte er vorrangig die duale Nutzung als Heiz- und Kühlsystem im Auge, was die Regelanforderungen weiter steigert. Dabei muss die integrierte Regelung in der Lage sein, alle Systemparameter korrekt zu interpretieren und die notwendigen Stellglieder und Pumpen zu schalten und die Leistung der Energiezentrale, wie der komplexe Wärmepumpenblock genannt wird, mehrstufig oder stufenlos an den Bedarf anzupassen. Zu den Regelstrategien gehört es, die zulässige Energie-Entnahme aus der Wärmequelle nicht zu überschreiten, die Gebäudetemperaturen so anzupassen, dass eine möglichst lange Zeit die Na­turalkühlung (passive Kühlung) genutzt werden kann und die Wetterdaten vorausschauend zu verarbeiten.

Manfred Gerngroß, Hoval GmbH, be-trachtete die Thematik der bivalenten Heizsysteme, bestehend aus Wärmepumpe und mit fossilem Brennstoff betriebenem Heizsystem. Er legte dar, dass die sinnvolle Kombination beider Systeme zu vorteilhaften haustechnischen Lösungen führen kann. Dabei spielen auf der fossilen Seite der Gaskessel und das BHKW ihre Vorzüge aus. Die Kombination ist immer dann sinnvoll, wenn es unterhalb des Bivalenzpunktes, der von der Charakteristik der Wärmepumpe bestimmt wird, für begrenzte Zeiträume Wärmeenergie bereitgestellt werden muss. An zwei Beispielen konnte er aufzeigen, wie vorteilhaft solche Kombinationsanlagen sein können. Die Bilanz der Anwendung in einem Pflegehaus weist einerseits die Bereitstellung hygienisch einwandfreien Trinkwassers und andererseits die Einsparung erheblicher Betriebskosten für die Raumheizung aus.

Ebenfalls mit bivalenten Systemen mit Wärmepumpe und BHKW beschäftigte sich Sigurd Schiller von Johnson Controls Systems & Service GmbH. An zwei Beispielen zeigte er die wirtschaftliche Anwendung solcher Lösungen auf, wobei jede dieser auf dem Kältemittel Ammoniak basierenden Lösung spezifische Besonderheiten berücksichtigen musste. Bemerkenswert ist die Heiz- und Kühllösung für das Krankenhaus Freiberg, das als Wärmequelle Grubenwasser eines früheren Silberbergwerkes in einer zweistufigen Ammoniak-Anlage und für die Kühlung ganzjährig die kühle Luft aus dem Schacht nutzen kann. Und für die Zukunft wird von der Firma mit einem einstufigen Turboverdichter mit Permanentmagnet-Motor und Magnetlagerung und R 134 a bzw. R 245 fa Wasser bis auf 105 °C bei Heizleistungen bis zu 1800 kW erwärmt. Im Test läuft ein zweistufiger Wasserdampfturbosatz für Heizleistungen bis 600 kW und Heiztemperaturen bis 140 °C.

Einen Erfahrungsbericht über die größte CO₂-Wärmepumpenanlage der Schweiz im Schlachthof Zürich stellte Kurt Weiss, W & Partner Fachkoordination AG, vor. Be-züglich der dabei eingesetzten drei Wärmepumpensätze ergibt sich dabei die Querverbindung zum Vortrag von Jan Hübner, s. o! Als Wärmequelle dienen die Abwärme der Drucklufterzeugung, der Kältemaschinen und des Flotationsbeckens mit Temperaturen zwischen 20 und 28 °C und als Vorlauftemperatur sind 90 °C zu erreichen. Jeder Wärmepumpensatz ist mit vier Verdichtern bestückt, sodass durch stufige Verdichterschaltung die Leistung bis auf 1/12 der Gesamtleistung abgeregelt werden kann. Das gesteckte Ziel, den Gasverbrauch des Schlachthofes um 30 Prozent zu reduzieren wurde mit 37 Prozent deutlich überboten.

Den Reigen der Vortragenden schloss der „Wärmepumpendoktor“ Peter Hubacher,Hubacher Engineering, mit der Darstellung von Feldanalysen an Großwärmepumpen. Er definierte den Unterschied zwischen Groß- und Kleinanlagen nicht an der Leistung, sondern an der Anzahl der angeschlossenen Objekte. Sobald mehrere Objekte bedient werden, treten Unterschiede auf, die wesentlichen Einfluss auf die Jahresarbeitszahlen haben und zu Werten führen, die um 0,95 bis 1,35 niedriger liegen. Die Probleme bei der schwierigen Datenbeschaffung wurden dargestellt und gezeigt, wie die Analyse der insgesamt 24 Anlagen zu Erkenntnissen führte, die für die Planung neuer Anlagen bessere Ergebnisse erwarten lassen. Dazu gehört, dass Großanlagen nach einem genau erarbeiteten Konzept geplant werden müssen, dass die Wärmequelle leistungsabhängig betrieben wird und bei der Warmwasserbereitung die dezentrale Lösung oft als vorteilhafter zu betrachten ist. Trennwärmeübertrager sind wegen des energetischen Nachteils möglichst zu vermeiden und bei Bivalentanlagen ist die hydraulische Ein­bindung der zweiten Wärmequelle von Bedeutung.

Im Abschlussfazit der Veranstaltung fasste Moderator Frank Kaiser (TWK) die wichtigsten Tendenzen der Entwicklung bei Großwärmepumpen noch einmal zusammen: Schraubenverdichter dominieren, natürliche Kältemittel werden bevorzugt, Abwärme, Abwasser, Grundwasser und Erdwärme stehen als Wärmequellen zur Verfügung, die Kombination Heizen und Kühlen sowie die Bivalenz sind Stand der Technik und hygienische Warmwasserbereitung erfordert besondere Aufmerksamkeit. UA -