Wärmepumpen im Gewerbe

Die effiziente Heizung via Wärmepumpe wissen immer mehr Gewerbetreibende zu schätzen. Bei einer JAZ von 4 selbst bei Luft-Wärmepumpen steht die Wirtschaftlichkeit außer Frage – wenn da nicht der Strompreis wäre. Zwar gibt es in einigen Gegenden Deutschlands Wärmepumpentarife von unter 0,20 €/kWh. Doch verglichen mit den derzeitigen Erdgaspreisen von etwa 0,05 €/kWh ergibt sich kein finanzieller Vorteil bei den Brennstoffkosten. Stattdessen stehen Mehrkosten bei der Investition an und – falls nötig – bei der nachträglichen Integration einer Flächenheizung, die besser mit einer Wärmepumpe korrespondiert als Radiatoren. Diese Zweifel werden hinfällig, wenn im Gebäude oder der Umgebung Abwärme anfällt und die Effizienz der Wärmepumpe nach oben treibt. Diese und andere Beispiele, in denen die Wärmepumpe auch ohne Abwärme im Gewerbe funktioniert – mit und ohne nachträglich integrierter Flächenheizung – werden hier vorgestellt.

Wärmepumpe in einer Waffelfabrik

In Neuss produziert die Firma Stirken seit 1963 Eiswaffeln. Pro Tag verlassen bis zu 160.000 Stück davon das Werk. In der Fertigung fällt – logisch bei einer Bäckerei – jede Menge Prozesswärme an, die bisher ungenutzt blieb und über die Dachluken Richtung Himmel entschwand. Dann kam Firmeninhaber Oliver Stirken und seinem Team die Idee, diese Abwärme zu nutzen. In 3 m bis 4 m Höhe herrschen in der Produktionshalle konstante Temperaturen um die 35 °C. Zusammen mit einem SHK-Spezialisten und dem Wärmepumpenhersteller Stiebel Eltron wurde ein spezielles Konzept für diesen Sonderfall entwickelt, das vorsah, eine Wärmepumpe dort zu platzieren, wo die höchsten Temperaturen sind: unter der Decke (Bild 1). Die Lösung war möglich, weil zum einen Luftmenge und Einsatzgrenzen ausreichend waren und zum anderen die Luft in der Halle nicht belastet, also sauber ist.

Während früher ein Gaskessel die Räume beheizt hat, versorgt nun eine Luft-/Wasser-Wärmepumpe die 300 m² große Bürofläche mit Wärme, kühlt die Fertigungshalle und liefert das warme Wasser für die Hörnchenproduktion sowie für die diversen Zapfstellen im Gebäude. Hohe Leistungszahlen, insbesondere auch durch die Kühlung erreicht, lassen erwarten, dass sich die Investitionen bereits nach spätestens vier Jahren amortisieren werden.

Wärmerückgewinnung dank Wärmepumpe

Auch im nächsten Beispiel geht es um die Rückgewinnung industrieller Abwärme. Tagtäglich pusteten die Maschinen-Abluftanlage beim Metallverarbeiter Gremako 20.000 m³/h Luft mit 28 °C in die Gegend. Architekt Wolfgang Poguntke plante für die Firma im sauerländischen Lennestadt einen Hallenneubau und konnte den Bauherrn überzeugen, die in der Nachbarhalle anfallende Abluftenergie mittels einer Wärmepumpe für die Beheizung des neuen Gebäudes zu nutzen. Der Neubau sollte den energetisch hohen Ansprüchen im KfW-40-Standard genügen und mit einer Fußbodenheizung ausgestattet sein. Zum Einsatz kamen Dach- und Außenwanddämmung sowie eine Dämmung unterhalb der 20 cm dicken Betonsohle. Die Beheizung erfolgt mittels einer Sole-/Wasser-Wärmepumpe. Dabei zirkuliert die Sole aber nicht wie üblich im Erdreich und nimmt dort Umweltenergie auf, sondern fließt durch einen Wärmetauscher, dem auch die gereinigte Abluft der Maschinen in der Nachbarhalle zugeführt wird (Bild 2). So wird die Sole von dieser warmen Luft erwärmt und beliefert die Wärmepumpe mit Energie, die ansonsten ungenutzt verlorengegangen wäre.

Zahlreiche Maschinen zur Metallbearbeitung sind an die Abluftanlage angeschlossen. Die Abwärme der Maschinen wird dabei inklusive anfallender Fett- und Ölgase abgesaugt. Ein Luftwäscher reinigt diese Abluft, bevor sie dann in den Wärmetauscher geführt wird. Die herausgefilterten Öle werden wieder als Schmiermittel eingesetzt.

Die Laufzeiten der Wärmepumpe in dem Industriebetrieb sind an die Maschinenabsaugung gekoppelt. Zeitversetzt 30 min nach Beginn der Absaugung startet die Wärmepumpe. Das auf eine Vorlauftemperatur von 40 °C aufgeheizte Heizungswasser wird in dem nebenstehenden 1.000-l-Pufferspeicher vorgehalten. Mit einer zu erreichenden Hallentemperatur von 18 °C, der Fußbodenheizung als Wärmeverteilsystem und der konstant hohen Soletemperatur sind die Voraussetzungen für einen hocheffizienten Betrieb der Wärmepumpe ideal.

Abwärmerückgewinnung in einem Klärwerk

Im Klärwerk Märkische Schweiz (Bild 3) in Neutrebbin nutzt man ebenfalls Abwärme, und zwar die aus Frequenzumrichtern zur Drehzahlverstellung der Pumpen und Lüfter. Die allein haben Abwärmeverluste mit einer Leistung von 10 kW. Bisher bedurfte es sogar eines extra Klimagerätes, das diese Wärme nach draußen transportierte.

Die Abwärme entsteht im Betriebsgebäude, in dem auch die Wasch- und Umkleideräume für das Personal liegen. Zum Einsatz kam ein eher unkonventionelles Wärmepumpenprojekt. Das Überangebot an Abwärme musste mit dem hohen Warmwasserverbrauch durch die Mitarbeiter in Übereinstimmung gebracht werden. Bei einem vorgeschalteten 150-l-Warmwasserspeicher stand nicht jederzeit warmes Wasser für alle Mitarbeiter sofort zur Verfügung. So wurde mit einem vorhandenen Gaskessel mit 70 kW nachgeheizt. Geschäftsführer Konrad Schur setzte alles daran, dass die Abwärme nun für die Warmwasserbereitung eingesetzt wurde. Die Lösung gipfelte in einem Gerät, das nie heizt, sondern immer nur kühlt und Warmwasser bereitet.

Neben der Wärmepumpe wurde zudem ein 400-l-Warmwasserspeicher sowie zwei Pufferspeicher mit jeweils 1.000 l installiert, die mögliche Wärmeüberschüsse aufnehmen können.

Wärme aus der Kanalisation

Etwas anrüchig scheint das nächste Beispiel – Abwärmegewinnung aus der Kanalisation. Das macht nämlich Ikea an seinem Standort in Berlin-Lichtenberg (Bild 4). Die Temperaturen in Kanalisationen sind relativ konstant, die gewinnbare Wärmemenge deshalb hoch. Im Winter wird mittels Wärmepumpen dem Abwasser in der Kanalisation Wärme entzogen und für die Gebäudeheizung auf rund 35 °C erhitzt. Im Sommer hingegen wird zur Kühlung die Wärme des Einrichtungshauses wiederum ins Abwasser geleitet. 

Dafür verlegte das Möbelhaus unterirdisch eine 200 m lange Druckleitung, die an das kommunale Abwassernetz angeschlossen wurde. Durch sie strömt eine Abwassermenge von 0,5 bis 1,4 Mio. l/h. Die Wärmepumpe entzieht also nicht direkt in der Kanalisation die Abwärme, sondern in einem Wärmetauscher. Ausgeführt wurde alles in V4A. Die ältesten Wärmetauscher in der Berliner Kanalisation liegen dort bereits seit elf Jahren. Noch keiner sei korridiert, so Mark Drescher, Geschäftsführer der beteiligten Planer von C-Therm engineering.

Den großen Vorteil beschreibt er damit, dass es kein Bergrecht gäbe. Lediglich mit dem Betreiber des Kanals braucht man einen Gestattungsvertrag. Wichtig für den sei, dass man mit der Wärmepumpe keinen Einfluss auf die Kanalhydraulik nehme. Kostenseitig habe sich das Projekt auch gelohnt, da die Investitionen um ein Drittel unter denen einer leistungsgleichen Geothermieanlage blieben.

Abwasserwärmenutzung im Familien- und Sportzentrum

Das Freizeitzentrum in Friedrichshain (Bild 5) setzt auf Wärme aus Abwasser. Hier ist der Wärmetauscher im Gegensatz zu den meisten anderen Abwasseranlagen jedoch nicht direkt in den Kanal eingebaut. Er befindet sich zusammen mit der Heizzentrale in einem Container. Bevor das aus dem Kanal hochgepumpte Abwasser den Wärmetauscher erreicht, wird es durch ein Sieb geleitet und von Ablagerungen befreit.

In den wärmeren Monaten liefert die Wärmepumpe die Grundlast von 60 kW für Heizung und Warmwasser. Im Winter haben beide Gebäude zusammen bei einer Außentemperatur von -14 °C einen Gesamtwärmebedarf von 230 kW. Zur Deckung der Spitzenlast können dann ebenfalls bivalent zwei Gasthermen hinzu geschaltet werden.

Eisspeicher in alter Pumpstation

Die vor gut 140 Jahren errichtete und 1.000 m² große Pumpstation in Haan bei Düsseldorf diente bis in die 1980er Jahre zur Beförderung von Trinkwasser. Ein Zusammenschluss mehrerer Unternehmen hat 2010, das leerstehende, denkmalgeschützte Gebäude zu ihrem neuen Firmensitz (Bild 6) umfunktioniert. Heizen und Kühlen der in die historische Gebäudehülle neu integrierten Büroräume übernimmt nun eine Wärmepumpe via modifizierter und hinterlüfteter Fußbodenheizung mit solarem Eisspeicher. Für die Regenaration des Eispeichers wurden extra als Zaun am Firmengelände Solarabsorber installiert.

Die Kühllast beträgt 85 kW, wird aber nahezu kosteneutral durch den Eisspeicher abgefedert. Dessen Temperatur liegt im Sommer konstant bei 12 °C. Das ermöglicht eine einfache Kühlung auf ca. 25 °C in den Büroräumen. Im Winter ist er zu 80 % vereist. Die Leistung der Wärmepumpe liegt bei 42,8 kW.

Die Investoren wussten zwar, dass dies die teuerste Variante ist. Dafür ist sie nahezu wartungsfrei. Die Steuerung der Heizung ist so geregelt, dass die Wärmepumpe immer auf das Medium mit dem besten Temeraturwert zurückgreift. Das kann der Eisspeicher sein oder aber der Solarabsorber. Die Energiekosten liegen bei 7.100 €/a, was etwa 0,6 €/m² entspricht.

Diese Lösung für eine Wärmepumpe, die grundsätzlich monovalent betrieben wird und ohne Backup auskommt, erhielt den RWE-Innovationspreis. Die Pumpenhalle wird heute auch als Veranstaltungsort genutzt. Allerdings wird die Halle in einem getrennten Kreislauf mit einer Gastherme beheizt.

Produktionshalle Alois Müller, Ungerhausen/Unterallgäu

In Ungerhausen im Unterallgäu sitzt der Haustechnikspezialist Alois Müller (nicht zu verwechseln mit der gleichnamigen Großmolkerei), der auch Großwärmepumpen produziert. Was lag also näher, als einen Hallenneubau (Bild 7) auch mit Erdwärme zu versorgen. Zwei Grundwasserwärmepumpen wurden installiert. Eine sich selbst reinigende PV-Anlage mit 833 kW_p versorgt diese Pumpen komplett mit selbst erzeugtem Strom. Abgepuffert wird die Differenz zwischen Produktion und Erzeugung mittels Batteriespeichern. Die stromintensive Produktion wird auch in die Zeiten verlegt, in denen besonders viel PV-Strom anfällt – also tagsüber. Durch dieses Prinzip ist die Halle weitgehend energieautark.

Die 1.000 m² große und 0,6 m starke Betonplatte im Boden dient als Wärmespeicher. Leider habe die, so Firmenchef Andreas Müller, noch zu hohe Verluste. Man sei aber auf der Fehlersuche, wie das zu optimieren sei. Die Wärme kann auf Vorrat für maximal zwei bis drei Wochen produziert werden.

Luftwärmepumpen-Kaskade im Einzelhandel

Im Untergeschoss des Karstadt-Gebäudes in Mönchengladbach-Rheydt haben sich vier Einzelhändler eingemietet, darunter Aldi und Rossmann. Auf dem Flachdach des Komplexes wurde die Heiz- und Kühltechnik installiert. (Bild 8) Insgesamt 20 Luft-/Wasser-Wärmepumpen sind hier in vier Kaskaden geschaltet und sorgen seit diesem Jahr für temperierte Ladenflächen und Auslagen. Die Wärmeverteilung erfolgt unter anderem über Deckenkassetten. Die 5.300 m² beheizte Einzelhandelsfläche benötigen 268 kW Heizleistung. Jeder Kunde steuert dabei seinen eigenen Heizkreis. Rossmann etwa nutzt die Wärmepumpentechnik nur zum Kühlen der Ladenfläche. Die Wartung der kompliziert anmutenden, aber vom ersten Tag an fehlerfrei funktionierenden Technik kann übrigens mit nur einem Mechaniker erfolgen.

Wärmepumpen im Spaßbad

Im Schwimmbad in Bad Lobenstein/Thüringen wurden zwei Wasser-/Wasser-Wärmepumpen mit je 18 kW installiert, die Wärme vom Rückspülwasser der Filteranlage (Bild 9) und die Abluft der Lüftungsanlage nutzen und damit Innen- und Außentherme beheizen. Zudem entzieht eine Sole-Wärmepumpe dem Wasser, das aus dem Becken überschwappt, die Wärme. Diese wird zur Erwärmung des Duschwassers genutzt.

Wie bei Spaßbädern (Bild10) üblich, stehen die Energiekos-ten im Mittelpunkt, und die wollte Geschäftsführerin Regina Nordhauß senken. 1,5 Mio. kWh werden nun seit dem Einbau der Wärmepumpen 2010 jährlich eingespart – bei einem Gesamtbedarf von inzwischen 3,5 Mio. kWh.