HansJürgen Seifert | On 28. März 2014

Ein Bericht über das 10. Karlsruher Wärmepumpen-Symposium

Über 90 Teilnehmer haben sich am 11. Februar 2014 im Akademie Hotel Karlsruhe zum 10. Karlsruher Wärmepumpen- Symposium eingefunden. Bereits am Vorabend hatte der Veranstalter, das Test- und Weiterbildungszentrum Wärmepumpen und Kältetechnik GmbH, TWK, Karlsruhe, zu einer Besichtigung einer Groß-Wärmepumpenanlage in der Karlsruher Volksbank eingeladen. Nach der Exkursion stellte Fritz Nüßle, früherer Geschäftsführer der Firma Zent-Frenger GmbH, den Teilnehmern das Projekt näher vor. Statt über konventionelle Heizungs- und Klima-Technik wird das Gebäude mit Wärme und Kälte aus einer oberflächennahen Geothermie gespeisten bivalenten Anlage versorgt. Dafür wurden 75 Doppel-U-Rohrsonden mit einer Länge von jeweils 35 m eingebracht. Die Energiezentrale GEOZENT hat eine Heiz/Kühlleistung von ca. 200 kW. Für die Spitzenlast ist ein Gaskessel installiert und über eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage mit 400 m2 wird soviel Strom erzeugt, wie die Wärmepumpe in einer Heizperiode verbraucht. Nach der Projektvorstellung wurden bei einem guten Essen und einem Glas Wein unter den Fachleuten ausgiebig diskutiert. Für den einen Experten beginnt eine Groß-Wärmepumpe bei über 100 kW und für andere Teilnehmer spricht man erst ab 1 MW Heizleistung von Großwärmepumpen.

Am folgenden Tag begann um 9.00 Uhr pünktlich das Symposium mit hochinteressanten Fachbeträgen. Den Auftakt machte Martin Reder von der Firma Ochsner mit dem Thema Groß-Wärmepumpen in der Praxis. Die Einsatzfelder reichen zunächst von großräumigen Gebäuden, wie Bürogebäude, Bildungsstätten, Krankenhäuser, Supermärkte oder Produktionsstätten. Dabei unterscheidet man in der Praxis nach folgenden Merkmalen: Die Nutzung von Niedrig-Temperatur-Abwärme bis 30 °C und die Nutzung von Mittel-Temperatur-Abwärme mit 35 – 55 °C. Mit den Maschinen, die mit Schrauben- bzw. Turbo- Verdichtern ausgestattet werden, können Vorlauf-Temperaturen bis 98 °C erreicht werden.

Setzt man Wärmepumpen gleichzeitig zum Heizen und Kühlen ein, so sind COPs summarisch bis 9 möglich.

Jan Hübner von der Firma thermea. Energiesysteme GmbH referierte über den Einsatz von Kohlendioxid als natürliches Kältemittel und die Potenziale der Hochtemperatur-Wärmepumpen- Technik. Dabei stellte er zunächst heraus, dass der eingeschlagene Trend zu klimafreundlichen Kältemitteln durch die neue F-Gase-Verordnung 2014 die Verfügbarkeit der F-Gase bis zum Jahre 2030 um 79 % reduziert und somit der Bedarf an Ersatzstoffen und natürlichen Kältemitteln stark zunimmt. Im Unterschied zu den konventionellen Wärmepumpen erfolgt bei der CO2-Wärmepumpe die Wärmeabgabe aufgrund der transkritischen Prozessführung anstatt über einen Verflüssiger über einen Gaskühler. Je nach Quellen-Temperatur kann eine Heiz- und Prozesswärmeerzeugung bis zu 110 °C bei beachtlichen Leistungszahlen erfolgen. Durch die Wärme-Kälte-Kopplung konnte im SWR Baden-Baden die CO2-Emission um 45 % und die Heizkosten um 34 % reduziert werden.

W. Sandkötter von der GEA Refrigeration Germany GmbH, Berlin gab den Anwesenden einen interessanten Überblick über die Verdichter-Technologien für Großwärmepumpen. In anschaulichen Beispielen verdeutlichte Sandkötter den Einfluss der Kältemittel sowie die Quellen- und Senken-Temperatur auf den COP. Er betonte, dass die grundlegende Anforderung für die Nutzung einer Wärmepumpe die Einkopplung zum Wärmeträger bei jeweils höchst möglicher Temperatur ist. Am Beispiel Kühlung in der Milchverarbeitung wurde die Senkung des Stromverbrauches für die Kühlung um 20 %, die Senkung des Gasverbrauches um 80 % und eine Wassereinsparung um 50 % erreicht. Weiter stellte er die besonderen Anforderungen an die Verdichter durch die hohen Drücke von über 50 bar heraus.

Mit dem Thema „Varianten der dezentralen Frischwassertechnik im Objektbereich“ beschäftigte sich Rainer Gaukler von der varmeco Vertretung Süd-West. Als Schwerpunkt stellte er heraus, dass die Anforderungen laut DVGW Arbeitsblatt 551 am sichersten umgangen werden können, wenn man die Frischwasserstationen dezentral anordnet und das Leitungsvolumen auf 3 Liter begrenzt.

Mit der gleichen Problematik beschäftigte sich auch eine Studie des Schweizer Bundesamts für Energie, welche Stefan Bertsch von der Hochschule für Technik Buchs erläuterte. In der Kurzfassung des Leitfadens zu Warmwasserbereitstellung mittels Wärmepumpen wurden die verschiedenen Varianten der Warmwassererzeugung und ihre Verteilung gegenübergestellt. Demzufolge sind bei großen Anlagen Zirkulations- Wärmepumpen optimal.

Frank Stolper von der Firma Zent-Frenger sprach anschließend über intelligente Regelungen von Großwärmepumpen. Hier geht der Trend zum Multimanagement von Wärmepumpen und Quellen im Verbund. Lastmanagement und COP-optimierte Regelung und Grenztemperaturkontrolle sind u. a. wichtige Faktoren für den effizienten und sicheren Betrieb einer Wärmepumpenanlage.

Manfred Gerngroß, Produktmanager Wärmepumpen der Firma Hoval trug das Thema Bivalent-Lösungen bei Großwärmepumpen vor. Am Projekt-Beispiel BRK Pflegehaus „Lepel-Gnitz“ in Fürstenfeldbruck wurden Anforderungen und Rahmenbedingungen, Konzept und Realisierung, sowie Praxiserfahrungen vorgestellt. Der Gas-Spitzenlast-Heizkessel übernimmt hierbei zu 100 % die Warmwasserbereitung. Der Bivalenzpunkt für die Heizung wurde auf -7 °C ausgelegt. Hier wird eine gemessene Jahresarbeitszahl von 4,87 erreicht.

Sigurd Schiller von der Firma Johnson Controls System & Services GmbH aus Mannheim beschäftigte sich dann im folgenden Beitrag mit der Wirtschaftlichkeit von Ammoniak-Wärmepumpen in Industrie und Kommunen. NH3 (R717) als Kältemittel hat kein Ozonabbaupotential und keinen Treibhauseffekt und ist somit äußerst umweltfreundlich und ermöglicht Vorlauftemperaturen bis 70 °C. Am Beispiel eines Logistikzentrums eines Lebensmittel-Discounters wurde der Einsatz einer Großwärmepumpe für die Grundlast anschaulich demonstriert. Die Kolbenverdichteranlage mit einer Heizleistung von 290 kW wurde als bivalente Wärmepumpenanlage mit einem vorhandenen Gaskessel ausgeführt. Bei einer Investitionssumme von ca. 180.000,00 EUR werden Einsparungen im Jahr in Höhe von 499.836,00 EUR erzielt.

Die auf der Tagung stark vertretenden Schweizer Wärmepumpenexperten gaben ihre Erfahrungen mit CO2-Hochtemperaturen weiter. Im Erfahrungsbericht von K. Weiss wurde das Hydraulikkonzept eines Züricher Schlachtbetriebes näher betrachtet. Die Besonderheit bestand vor allem darin, im Bauablauf keine Betriebsunterbrechungen zuzulassen und die Effizienz trotz hoher Vorlauftemperaturen von über 90 °C zu gewährleisten. Bei dem gewählten Anlagenkonzept haben sich die Leistungsreglung der Gaskühler mit Durchgangsventilen und die Einbindung von Energiespeichern besonders bewährt. Die Überprüfung der Projektziele ergab eine Senkung des fossilen Brennstoffverbrauches von 37 %.

Letzter Redner war laut Tagesordnung der über die Schweizer Grenzen hinaus bekannte Wärmepumpendoktor Peter Hubacher. Er berichtete über ein Feldmonitoring an in der Schweiz installierten Großwärmepumpen. Eine Auswertung von Projekt- und Demoanlagen zeigte, dass Großwärmepumpen gegenüber Kleinanlagen schlechtere JAZ haben, wobei das Energie-Sparvolumen sich umgekehrt verhält und Großwärmepumpen maßgebend zur CO2-Reduktion und der Energiesubstitution beitragen. Die Ergebnisse fasste Hubacher wie folgt zusammen: Bivalentanlagen sind wirtschaftlicher als monovalente Anlagen. Großanlagen müssen nach einem genauen Konzept geplant werden. Bei Grundwassererfassung sollte die Wärmequelle leistungsabhängig betrieben werden und bei der Warmwasserbereitung sind zentrale Anlagen eher ungünstig. Trennwärmetauscher sind nicht überall optimal und bei Bivalentanlagen muss der zweite Wärmeerzeuger hydraulisch richtig eingebunden sein.

Zusammenfassend kann man sagen, dass das 10. Karlsruher Wärmepumpensymposium ein voller Erfolg war. Das Thema Großwärmepumpen wurde umfassend und interessant diskutiert. Der Einsatz von neuen und bekannten umweltfreundlichen Kältemitteln und Wärmepumpen mit hohen Vorlauftemperaturen zog sich wie ein roter Faden durch die ganze Veranstaltung. In den meisten Projektbeispielen wurden bivalente Wärmepumpen-Anlagen in Kombination mit einem Gaskessel ausgeführt. Die Warmwasserbereitung erfolgte aufgrund der Forderungen laut Arbeitsblatt W551 oft dezentral oder über den zweiten Wärmeerzeuger. Wenn der Einsatz von Großwärmepumpen auch zur Zeit überwiegend in öffentlichen Gebäuden und in der Industrie erfolgt, so zeigt der Trend eindeutig nach oben, wie in den Vorträgen klar zu erkennen war.

Abschließend bleibt nur noch zu erwähnen, dass das Team des Test- und Weiterbildungszentrum Wärmepumpen und Kältetechnik GmbH die Veranstaltung perfekt organisiert und professionell durchgeführt hat.

Hans-Jürgen Seifert Dipl. Ing. (FH) für Luft- und Kältetechnik Redakteur von Erdwärme-Zeitung