Großwärmepumpe im Altbau: Industriewärmepumpe für den Bestand

Geht es um die Wärmeversorgung der Zukunft, kommt es auf zuverlässige, günstige und umweltschonende Systeme an. Großwärmepumpen (auch große Wärmepumpen oder Industriewärmepumpen genannt) vereinen all diese Anforderungen. Denn Sie machen kostenfreie Energie aus der Umwelt und anderen Prozessen zum Heizen nutzbar. Sie stellen Temperaturen von über 100 Grad Celsius zur Verfügung und eignen sich für verschiedenste Einsatzbereiche.

Welche das sind, wie eine Großwärmepumpe funktioniert und für wen sich die Technik lohnt, das erfahren Sie in den folgenden Abschnitten.

Großwärmepumpen: Leistungsstarke Lösungen für Wohn- und Nichtwohnbau

Sprechen Experten von Großwärmepumpen, ist in der Regel die Rede von Wärmepumpen mit einer sehr hohen Leistung. Diese funktionieren im Kern genau wie ihre kleineren Pendants, eignen sich jedoch für weitaus mehr Einsatzgebiete. Der Grund dafür liegt darin, dass Groß- oder Industriewärmepumpen wie Hochtemperatur-Wärmepumpen häufig für höhere Temperaturbereiche ausgelegt sind. Spezielle Lösungen liefern bereits heute Heißwasser oder Dampf mit bis zu 165 Grad Celsius. In Zukunft sollen sogar 200 Grad Celsius möglich sein.

Effiziente Industriewärmepumpen setzen auf unterschiedliche Wärmequellen

Besonders interessant sind große Wärmepumpen, da sie auf unterschiedliche Wärmequellen zugreifen. Neben thermischer Energie aus der Luft, der Erde oder dem Wasser kommt dabei auch sonst nicht weiter nutzbare Abwärme als Energiequelle infrage. Diese lässt sich genau wie die Wärme von Abwasserkanälen oder -becken nutzen, um Heiz-, Warmwasser- oder Prozesswärme bereitzustellen.

Kaskadenschaltung als Alternative zu einer Großwärmepumpe prüfen

In vielen kleineren Wohn- oder Nichtwohngebäuden gibt es eine interessante Alternative zu großen Wärmepumpen. Gemeint sind Kaskaden-Lösungen, die aus verschiedenen, in Reihe geschalteten Wärmepumpenheizungen bestehen. Die einzelnen Anlagen lassen sich dabei individuell zu- oder abschalten, um jeden Wärmebedarf flexibel und effizient abzudecken. Der Vorteil im Vergleich zur Groß- oder Industriewärmepumpe ist dabei der sehr große Regelbereich. Denn dieser beginnt bei wenigen Kilowatt und endet abhängig von der Art und der Anzahl der einzelnen Heizgeräte bei über 100 Kilowatt.

Typische Einsatzbereiche großer Wärmepumpen in Neu- und Altbau

Stehen lukrative Wärmequellen zur Verfügung und erfüllen die möglichen Vorlauftemperaturen die individuellen Vorgaben, kommen Großwärmepumpen in unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz. Angefangen von großen Wohngebäuden, über Nah- und Fernwärmenetze bis hin zur Versorgung von Büro-, Gewerbe- oder Industriegebäuden, gibt es kaum Einschränkungen. Die folgende Übersicht zeigt im Detail, in welchen Bereichen die Anlagen häufig zum Einsatz kommen:

• Wohnungsbau (Geschosswohnbau)
• Quartiere, Nah- und Fernwärmenetze
• Büro-, Gewerbe- und Handelsgebäude
• Lager-, Wertkstatt- und Hallenheizung
• Kaufhäuser und Lebensmittelhandel
• Industrie- sowie Produktionsanlagen
• Gaststätten, Hotels und Eventhäuser
• Badeanstalten (Hallen- und Freibäder)
• Krankenhäuser, Alten- und Pflegeheime
• Landwirtschaften (Betriebe und Anlagen)
• Schulen, Hochschulen, Kindertagesstätten
• Lebensmittel-, Papier- und Chemieindustrie

Hochtemperatur-Wärmepumpe im Altbau: Lohnt sich das?

Altbauten aus dem Wohnbereich haben häufig ganz besondere Anforderungen an Heizsysteme. So benötigen sie durch einen schlechteren Wärmeschutz in aller Regel mehr Leistung und setzen durch klein ausgelegte Heizflächen höhere Temperaturen voraus. Ähnlich verhält es sich im Nichtwohnbereich, wo Großwärmepumpen im Altbau häufig Prozesswärme mit Temperaturen von über 100 Grad Celsius bereitstellen müssen. In beiden Fällen kommen häufig Höchst- oder Hochtemperatur-Wärmepumpen im Altbau zum Einsatz.

Individuelle Gegebenheiten entscheiden über Wirtschaftlichkeit

Ob sich der Einsatz einer Hochtemperatur-Wärmepumpe im Altbau lohnt, lässt sich allerdings nicht pauschal beurteilen. Denn das hängt von den örtlichen Gegebenheiten ab. Wichtige Einflussfaktoren sind dabei die verfügbaren Wärmequellen. Können die Anlagen auf Wärmequellen mit hohem Temperaturniveau zugreifen, ist der Einsatz möglich. Besonders lukrativ ist dabei Abwärme aus technischen Anlagen oder Prozessen. Steht diese dauerhaft mit hohen Temperaturniveaus zur Verfügung, lohnt sich eine Großwärmepumpe im Bestand genau wie im Neubau sehr häufig.

Funktionsweise, Leistung und Temperaturbereiche im Überblick

Geht es um die Funktion, unterscheidet sich eine Großwärmepumpe kaum von konventionellen Anlagen. Denn auch hier nimmt ein Kältemittelkreislauf Wärme an einem Verdampfer auf. Das zirkulierende Medium geht dadurch in den gasförmigen Zustand über. Es strömt durch einen Verdichter, nimmt an Druck sowie Temperatur zu und gelangt anschließend zu einem Verflüssiger. Hier koppeln Groß- und Industriewärmepumpen die mitgeführte Wärme aus. Das Kältemittel regeneriert sich und der Kreislauf beginnt von vorn.

Alternative: Dampferzeugung auf Basis des Wärmepumpenprinzips

Steht Abwärme zur Verfügung und Sie benötigen Dampf für nachfolgende Prozesse, kommen alternativ zu Großwärmepumpen auch Dampferzeugerkreisläufe infrage. Diese nutzen einen Wärmeübertrager, um Wasser mithilfe von Abwärme zu verdampfen. Der Dampf strömt anschließend durch einen Verdichter, um mit dem Druck auch an Temperatur zu gewinnen. Es entsteht Dampf mit hohen Temperaturen, der sich direkt einsetzen lässt.

Anders als bei konventionellen Großwärmepumpen ist die Technik relativ einfach. Außerdem sind keine speziellen Kältemittel erforderlich. Nutzen lässt sich ein solcher Dampfkompressionskreislauf allerdings nur, wenn Abwärme mit passenden Eigenschaften vorhanden und Dampf für den weiteren Prozessablauf erforderlich ist.

Reversible Wärmepumpen heizen und kühlen effizient

Ein besonderer Vorteil von Großwärmepumpen ist, dass diese anders als konventionelle Wärmeerzeuger oft auch kühlen können. So ist es möglich, Wärme aus Gebäuden oder Prozessen als Wärmequelle aufzunehmen und an Luft, Wasser oder Erdreich abzugeben. Kühlen Sie Gebäude oder Anlagen im Sommer, lassen sich unterirdische Erdschichten damit sogar als Wärmereservoir für den Winter nutzen. In der kühleren Jahreszeit greifen Großwärmepumpen dann auf das erwärmte Erdreich zurück und arbeiten durch den geringeren Temperaturhub effizienter.

Effizienz hängt vom Prozessdesign und vom Temperaturhub ab

Wie effizient eine Großwärmepumpe arbeitet, hängt im Wesentlichen von zwei Faktoren ab. Der erste Faktor ist das Prozessdesign, welches Hersteller im Laufe der Entwicklung immer weiter optimieren. Während Anwender daran nichts ändern können, haben Sie mit dem Temperaturhub eine deutlich relevantere Effizienz-Stellschraube. Ganz allgemein gilt dabei: Je geringer der Unterschied zwischen Wärmequelle und Heizsystem ist, umso effizienter und sparsamer arbeitet die Wärmepumpe.

Leistung und Temperatur: Das bieten Großwärmepumpen

Von einer großen Wärmepumpe spricht man in der Regel, wenn die Geräte eine Leistung von mindestens 100 Kilowatt erreichen. Je nach Hersteller und Anlage sind dabei Leistungswerte von bis zu zwei Megawatt und mehr möglich. Während Hersteller Geräte mit geringerer Leistung meist noch in Serie fertigen, handelt es sich bei größeren Industriewärmepumpen zumeist um Spezialanfertigungen.

Ähnlich flexibel zeigt sich auch der Temperaturbereich. Standard-Wärmepumpen kommen hier auf etwa 60 Grad Celsius. Handelt es sich um eine Hochtemperatur-Wärmepumpe, sind es aktuell etwa 70 bis 130 Grad Celsius. Da vor allem industrielle Anwender häufig Temperaturen von 200 Grad Celsius oder mehr benötigen, entwickeln Hersteller aktuell sogenannte Höchsttemperaturwärmepumpen. Diese sollen auf über 200 Grad Celsius kommen und die Technik für industrielle Anwendungen noch attraktiver machen.

COP verrät die Effizienz einer großen Wärmepumpe

Eine wichtige Kennzahl für die Effizienz von Großwärmepumpen ist der Coefficient of Power (COP). Der Zahlenwert ohne Einheit zeigt, wie viel Strom für die Erzeugung der Wärme erforderlich ist und hängt von den Einsatzbedingungen ab. Hersteller geben den Wert daher in der Regel für verschiedene Temperaturpaare ab. Ein Paar besteht dabei aus Quell- und Vorlauftemperatur. Je höher der COP ausfällt, umso weniger Strom benötigt die Wärmepumpe, um eine gewünschte Wärmemenge bereitzustellen.

Groß- und Industriewärmepumpen nutzen verschiedene Wärmequellen

Möchten Sie den eigenen Wärmebedarf mit einer großen Wärmepumpe decken, stehen verschiedene Energiequellen zur Auswahl. Neben Luft, Wasser oder Erdreich kommen dabei auch Abwasser und verschiedene Abwärmequellen infrage. Die folgende Tabelle gibt einen ersten Überblick und zeigt, wie sich die Quellen erschließen lassen.

Die größten Vorteile einer Groß- oder Industriewärmepumpe

Großwärmepumpen bieten gegenüber konventionellen Wärmeerzeugern zahlreiche Vorteile. So gelten die erprobten und zuverlässigen Anlagen generell als sehr effizient. Sie kommen mit unterschiedlichsten Wärmequellen zurecht und schonen fossile Energieträger. Von Vorteil sind darüber hinaus auch sinkende Energiekosten. Die Anlagen reduzieren die CO₂-Emissionen spürbar und lassen sich sehr flexibel einsetzen. Viele Großwärmepumpen heizen und kühlen sogar, wenn der entsprechende Bedarf besteht.

Die folgende Übersicht fasst die wichtigsten Vorteile einer Großwärmepumpe zusammen:

• für den Einsatz in Wohnbau, Gewerbe und Industrie optimiert
• effizienter Betrieb mit geringeren Heiz-/Energiekosten als üblich
• geringere CO₂-Emissionen und Einsparungen bei der CO₂-Abgabe
• flexibles sowie bedarfsgerechtes Heizen und Kühlen ist möglich
• verschiedene Umweltenergie- und Abwärmequellen sind nutzbar
• Staat fördert die Anschaffung von Großwärmepumpen im Bestand

FAQ: Häufig gestellte Fragen und Antworten zu Großwärmepumpen

Was ist eine Großwärmepumpe?

Von einer großen Wärmepumpe ist die Rede, wenn die Heizleistung bei etwa 100 kW oder höher liegt. Die Anlagen leisten in Serie teilweise bis zu 2 Megawatt und liefern Temperaturen von 60 bis 165 Grad Celsius. In Zukunft sollen sogar Temperaturen von über 200 Grad Celsius möglich sein, um die Bedürfnisse der Industrie mit den Wärmepumpen besser decken zu können.

Wo kommen große Wärmepumpen zum Einsatz?

Sofern die Voraussetzungen günstig sind, kommen Großwärmepumpen im Altbau wie im Neubau infrage. Sie eignen sich für den Wohnungsbau (Geschosswohnbau), Quartiere, Nah- und Fernwärmenetze, Büro-, Gewerbe- und Handelsgebäude, Kaufhäuser und Lebensmittelhandel, Industrie- sowie Produktionsanlagen, Gaststätten, Hotels und Eventhäuser, Badeanstalten (Hallen- und Freibäder), Krankenhäuser, Alten- und Pflegeheime, Landwirtschaften (Betriebe und Anlagen), Schulen, Hochschulen, Kindertagesstätten sowie die Lebensmittel-, Papier- und Chemieindustrie.

Welche Vorteile bieten Groß-/Industriewärmepumpen?

Die Vorteile liegen in einem günstigen und emissionsarmen Betrieb. Große Wärmepumpen können darüber hinaus heizen und kühlen. Sie arbeiten sehr zuverlässig, lassen sich in verschiedenen Gebäuden nutzen und wurden meist speziell für hohe Leistungswerte ausgelegt. Ein weiterer Vorteil ist die staatliche Förderung, die es für viele Projekte gibt.

Gibt es eine Förderung für Großwärmepumpen?

Fördermittel gibt es für eine Großwärmepumpe im Bestand (mind. 5 Jahre altes Gebäude, gemessen an Baugenehmigung/Bauanzeige). Erhältlich sind dabei Zuschüsse in Höhe von 30 bis 35 Prozent, die Sie mit einem günstigen Kredit kombinieren können. Neben der Bundesförderung für effiziente Gebäude gibt es auch Förderprogramme für den Ausbau von Wärmenetzen.  

Eignet sich eine Großwärmepumpe im Altbau?

Grundsätzlich kommen Großwärmepumpen im Altbau bzw. im Bestand infrage. Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Betrieb ist allerdings ein relativ niedriger Temperaturhub. Das heißt: Neben einer geeigneten Wärmequelle sollte auch ein mit niedrigen Temperaturen zu betreibendes Heiz- oder Verbrauchssystem vorhanden sein.

Lohnt sich eine Großwärmepumpe?

Diese Frage lässt sich nicht pauschal beurteilen. Denn die Wirtschaftlichkeit einer großen Wärmepumpe hängt immer von den individuellen Gegebenheiten ab. Neben dem Wärmebedarf und dessen Parametern (Leistung, Temperaturen, Zeiten etc.) spielt auch die Verfügbarkeit von Wärmequellen eine Rolle. Vor allem dann, wenn Erdwärme oder Abwärme mit relativ hohem Temperaturniveau vorhanden ist, lohnt sich eine Großwärmepumpe im Altbau wie im Neubau häufig.