Waschwarmwasserbedarf über CO₂-Wärmepumpe abdecken

Die Firma Ehrle ist ein europaweit führender Hersteller und Anbieter von Lösungen rund um die Fahrzeugwäsche und Reinigungstechnik. Ein Geschäftsbereich sind SB-Waschanlagen, bei denen durch wassersparende Technologien und effiziente Reinigungsmitteln der Wasserverbrauch reduziert und die Umwelt geschont werden sollen. „Um die gründliche Reinigung der Fahrzeuge zu gewährleisten, ist Wärme eine wichtige Komponente. Dies geht zurück auf den sogenannten Sinnerschen Kreis, nach dem die vier Faktoren Chemie, Mechanik, Temperatur und Zeit den Erfolg eines Reinigungsvorganges bestimmen“, erklärt dazu Reiner Ehrle, Gründer und CEO der Ehrle Group, „Um chemische Zusatzmittel auf ein Minimum zu reduzieren, Zeit zu sparen und effektiv zu sein, sollte eine Fahrzeugwäsche mit möglichst heißem Wasser erfolgen, um die Waschqualität zu erhöhen“, so Ehrle weiter.

Abkehr von fossilen Energieträgern

Die Warmwassererzeugung benötigt – insbesondere bei einem höheren Temperatureinsatzfeld – Energie, die über unterschiedliche Energieträger abgebildet werden kann. Fossile Energieträger stellen vor dem Hintergrund der aktuellen Situation und der Preisentwicklung der letzten Jahre keine optimale Wahl zur nachhaltigen und effizienten Warmwassererzeugung mehr dar. Umweltschonender und wirtschaftlicher ist es, die in der Außenluft enthaltene Energie zu nutzen. Luft/Wasser-Wärmepumpen bieten hierfür eine Alternative zu klassischen Wärmeerzeugern. Wird die Wärmepumpe dabei auch noch von mit einer Photovoltaik-Anlage gewonnenem Strom betrieben, ist eine komplett klimaneutrale Wärmeerzeugung möglich. Genau dies sieht das Konzept von Ehrle vor.

Klimaschonende Autowäsche mit Wärmepumpe

Das Kernstück der Anlage ist ein Technik-Modul, der „CarWash“-Technik-Container mit „HeatStorage“-Funktion. Im Technik-Modul werden sämtliche Baugruppen und Komponenten montiert. Von dort aus findet die Speisung und die Infrastruktur für die Waschplätze statt. Die vier Grundbestandteile der Wärmepumpenanlage bestehen aus Heißwasser-Wärmepumpen, den Brauchwasserspeichern, der bauseitigen Steuerung und sofern es der Kunde wünscht, einer Photovoltaik-Anlage auf dem Dach der Waschstation, die eine vollständige Versorgung der gesamten Anlage mit regenerativ erzeugtem Strom ermöglicht. Pro Technik-Modul kommen eine oder zwei in Kaskade geschaltete „QAHV“-Heißwasser-Wärmepumpen auf Basis des Kältemittels CO₂ von Mitsubishi Electric mit jeweils 40 kW Nennwärmeleistung zum Einsatz.

Das Konzept ist mit leichten Modifikationen immer gleich: Die Wärmepumpenanlage ist auf dem Dach des Technik-Containers installiert. Das System wurde den Herstellerangaben entsprechend für diese spezifische Anwendung hydraulisch ausgelegt. Um das gewünschte Temperaturniveau und eine möglichst hohe Effizienz zu erreichen, speisen die beiden Luft/Wasser-Wärmepumpen zwischen zwei und vier interne Warmwasserspeicheranlagen mit jeweils 1.000 l Fassungsvermögen. In dieser Konfiguration wird bis zu 85 °C heißes Wasser bei einer Außentemperatur von bis zu -3 °C mit einem COP (Coefficient of Performance) von bis zu 3 erzeugt. Das heißt, mit einem kW elektrischer Energie werden 3,6 kW Wärmeleistung erzeugt.

CO₂-Wärmepumpe für Warmwasserbereitung

Bei der „QAHV“-Heißwasser-Wärmepumpe kommt eine speziell entwickelte Verdichter-Technologie mit CO₂ als natürlichem Kältemittel zur Maximierung der Effizienz zum Einsatz. Für die Warmwasserbereitung eignet sich das Kältemittel CO₂, da es das für die Trinkwarmwasserbereitung erforderliche Temperatureinsatzfeld effizienter abbilden kann als herkömmliche Kältemittel. Gleichzeitig ist CO₂ ein natürliches Kältemittel, das keine Schädigung der Ozonschicht verursacht und ein niedriges Treibhauspotenzial besitzt. Die Heißwasser-Wärmepumpen nutzt CO₂ als natürliches Kältemittel, das ein Treibhauspotenzial mit einem niedrigen GWP (Global Warming Potential) von 1 hat und deshalb als umweltschonend gilt.

Für hohe Warmwasserleistungen sind die 40 kW-Monoblock-Geräte mit einem invertergeregelten Scroll-Verdichter für R744 mit Flash-Injection ausgestattet. Die Wärmepumpen sind laut Hersteller in der Lage, auch bei Außentemperaturen von -3 °C, die volle Heizleistung zu erbringen. Darüber hinaus sind die Geräte bei Umgebungstemperaturen von bis zu -25 °C funktionsfähig und in der Lage bis zu 90 °C heißes Wasser zu liefern, sodass ein weiterer Wärmeerzeuger auch bei sehr tiefen Außentemperaturen nicht erforderlich ist, wie Mitsubishi Electric betont. Die Warmwasserbereitung ist mit diesem System zur Außenaufstellung – also im monovalenten Betrieb – möglich.

Zusätzlich steht in diesem Objekt eine Photovoltaik-Installation (PV) auf dem Dach der Waschstraße zur Verfügung, die die Erzeugung des Warmwassers durch die Wärmepumpen 24 Stunden pro Tag unterstützt. Bei Einsatz einer PV-Anlage in Verbindung mit Wärmepumpen wird zuerst die Wärmepumpe mit der elektrischen PV-Energie angetrieben. Das warme Wasser wird gespeichert. Final werden dann auch noch Batteriespeicher betrieben. Erst wenn die Batteriespeicher ihre maximale Ladekapazität erreicht haben, erfolgt die Einspeisung des PV-Stromes in das Stromnetz. Um eine höhere Effizienz des Gesamtsystems zu erzielen, ist die Wärmepumpen-Anlage mit einem Steuerungsprogramm hinterlegt.

Dabei wird die Einstrahlungsdichte der Sonne gemessen und je nach Strahlungsintensität werden die Wärmepumpen in zwei unterschiedlichen Leistungsstufen betrieben. Ist die Strahlungsdichte geringer, erfolgt der Betrieb der Wärmepumpen in der Leistungsstufe 1. Sobald die Strahlungsintensität der Sonne auf einen festgelegten Wert ansteigt, wird die 2. Stufe der Wärmepumpe aktiviert, um so eine möglichst hohe Ausbeute des regenerativ erzeugten Stroms bzw. des Wirkungsgrads der Gesamtanlage zu erzielen. „Auf diese Weise ermöglichen die Waschanlagen eine CO₂-neutrale Autowäsche, ohne auf den Einsatz fossiler Energieträger angewiesen zu sein“, so Reiner Ehrle.

Regelungstechnisch werden die Heißwasser-Wärmepumpen im Objekt über Kabelfernbedienungen gesteuert. Darüber hinaus wurden die Heißwasser-Wärmepumpen direkt in die bauseitige Regelungstechnik integriert. Dadurch kann der Betreiber eine bedarfsgerechte und betriebsoptimierte Warmwasserbereitung realisieren, die sich den jeweiligen Anforderungen des Waschbetriebs vor Ort anpasst und den regenerativ erzeugten PV-Strom optimal nutzt. Auch ein Jahresmonitoring ist hinterlegt, um Wirtschaftlichkeit zu verbessern. „Nach aktuellem Stand wird sich die Investition in die CO₂-Luft/Wasser-Wärmepumpen bereits innerhalb von sieben Jahren trotz des relativ hohen Energiebedarfs von SB-Autowaschanlagen amortisieren“, so Ehrle abschließend.

Fazit

Mit den Heißwasser-Wärmepumpen und CO₂ als Kältemittel lässt das für die Warmwasserbereitung erforderliche Temperatureinsatzfeld wirtschaftlicher abbilden als mit herkömmlichen Kältemitteln. Mit der „QAHV“-Heißwasser-Wärmepumpe steht ein Modell zur Verfügung, das laut Hersteller mit 40 kW Heizleistung Warmwasser von bis zu 90 °C bei Außentemperaturen von bis zu -25 °C erzeugen kann. Damit ist ein monovalenter Betrieb ohne zusätzlichen Warmwassererzeuger möglich. Bei höheren Leistungsanforderungen wäre auch eine Kaskadierung von bis zu sechzehn Geräte realisierbar.