Großwärmepumpen in Kaskaden für Gebäude mit hoher Heizlast

Grundlagen der Anlagenplanung

Die Verbesserung der Energieeffizienz und der sorgsame Umgang mit Ressourcen sind wesentliche Ziele der Energiepolitik im privaten wie auch im gewerblich industriellen Bereich. Große Potenziale bestehen zudem bei der Erstellung von Prozesswärme und -kälte beispielsweise durch die Nutzung von Abwärme.

Dipl.-Ing. (FH) Frank Röder, Leiter Planungsabteilung für erneuerbare Energien
Circa ein Drittel der in Deutschland eingesetzten Primärenergie wird von privaten Haushalten verbraucht. Davon entfallen 89 % auf die Raumheizung und die Bereitung von Trinkwarmwasser. Nicht zuletzt deshalb konzentrieren sich Maßnahmen der Bundesregierung auf die Förderung von energieeinsparenden Neubau und Renovierungsvorhaben und den Einsatz erneuerbarer Energien für die Wärmegewinnung. Neu eingeführt wurde seit Anfang des Jahres die Förderung des energieeffizienten Einsatzes von Wärmepumpen in Gebäuden. Die Verbesserung der Energieeffizienz und der sorgsame Umgang mit Ressourcen sind wesentliche Ziele der Energiepolitik im privaten wie auch im gewerblich industriellen Bereich. Große Potenziale bestehen zudem bei der Erstellung von Prozesswärme und -kälte beispielsweise durch die Nutzung von Abwärme. Elektrisch angetriebene Wärmepumpen bieten gute Voraussetzungen, nachhaltig Primärenergie einzusparen und den CO2-Ausstoß zu reduzieren. Wärme wie auch Kälte lassen sich effi zient, schadstoffarm und kostengünstig erzeugen. Geräte kleiner und großer Heizleistung sind Stand der Technik. Letztere erfahren hohes Interesse und ein überdurchschnittliches Wachstum. Neben den traditionellen Wärmequellen für Heizungswärmepumpen lassen sich Prozesswärme und Kälte besonders effizient nutzen respektive erzeugen.

Heizungswärmepumpen lassen sich, abhängig von ihrer Heizleistung, in Klassen einteilen [4]. Kleinwärmepumpen, Säule a, sind in der Regel Serien- und Einzelgeräte, die mittels Standardschaltungen in die Wärmeerzeugung eingebunden werden. Zur mittleren Klasse, Säule b, zählen ebenfalls Serienprodukte, die an die Planung und Installation bereits komplexere Anforderungen stellen. Großwärmepumpen, Säule c, sind oft im Verbund (in Kaskaden) angeordnete Geräte, die entweder speziell für ein Vorhaben gefertigt sind oder aber aus einer Serienproduktion stammen können. Die Großwärmepumpe WPF 20..66 von Stiebel Eltron beispielsweise ist seriell sowohl als Einzelgerät für den Bedarf bis zu 66 kW als auch für eine Kaskade von bis zu sechs Geräten ausgelegt, so dass eine maximale Heizleistung von etwa 400kW erreicht werden kann. Der Vorteil einer kaskadierten Anlage gegenüber einer denkbaren extrem großen Einzelmaschine besteht darin, dass je nach Leistungsabfrage nur die tatsächlich benötigten Geräte arbeiten, wodurch eine höhere Effizienz erreicht wird.

Mittlere und Großwärmepumpen bieten individuell auf das Gebäude / den Prozess abgestimmte Lösungen und Möglichkeiten. Mitunter weisen sie aber unbefriedigende Ergebnisse, sprich Jahresarbeitszahlen, auf. Wesentlich für den Erfolg ist die integrale Anlagenplanung und die Kenntnis grundlegender Unterschiede zu Kleinwärmepumpen.

WÄRMEQUELLENANLAGEN FÜR GROSSWÄRMEPUMPEN

Die Wahl der Wärmequelle wird für Großwärmepumpen tendenziell schwieriger. Die Quelle muss entsprechend ergiebig sein, denn sie dominiert je nach Art die Investitionskosten. Außerdem können Nebenantriebe hohe Antriebsenergien verursachen sowie ein spezielles Management erfordern.

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