GEA Wärmepumpen: Schlüssel-Technologie der Energiewende
Großwärmepumpen von GEA für die Industrie sind entscheidende Bausteine auf dem Weg zu einer deutlichen CO₂-Reduktion und hin zur Klimaneutralität.
Durch den Ausstieg aus der Kohleverstromung werden bis 2038 über 13 GW an thermischer Leistung für die Bereitstellung von Wärme in Fernwärmenetzen wegfallen und müssen ersetzt werden. Dies erfolgt idealerweise nicht durch gasbetriebene Anlagen, sondern möglichst klimaneutral durch Wärmepumpen, die ihren Verbrauchsstrom zunehmend durch regenerative Energien bekommen.
Von heißem Brauchwasser bis hin zu stadtweiter Fernwärme
Die industriellen Wärmepumpen von GEA auf der Grundlage von Hochdruck-Kolben- und Schraubenverdichtern reichen von circa 150 kW bis 10 MW. Damit bietet GEA eine breite Palette von Wärmepumpen von kleinen bis mittelgroßen Standardanlagen bis hin zu großen, kundenspezifischen Lösungen. Durch die Kopplung mehrerer Einheiten sind noch höhere Leistungen möglich. Das bedeutet, dass GEA Wärmepumpen praktisch jede Anwendung von heißem Brauchwasser bis hin zu stadtweiter Fernwärme bewältigen können. Jede Anwendung aber ist anders und erfordert einen maßgeschneiderten Ansatz. Dabei kombinieren die GEA Experten ihr umfassendes Prozesswissen und Know-how für integrierte Heiz- und Kühllösungen.
So funktionieren Wärmepumpen
Wärmepumpen und Kälteanlagen arbeiten nach demselben physikalischen Kreislaufprinzip, bei dem ein Kältemittel in einem geschlossenen System zirkuliert. Bei niedrigem Druck verdampft das flüssige Kältemittel und nimmt über einen Wärmetauscher Wärme aus der Umgebung oder einem zu kühlenden System auf. Das verdampfte Kältemittel wird danach durch einen Kompressor verdichtet und gibt unter Verflüssigung bei hohem Druck Wärme an einen Heizkreislauf wieder ab, bevor es über eine Entspannungseinrichtung auf das niedrige Druckniveau und in den Verdampfer gebracht wird. Man kann also bei einer Wärmepumpe den Kühleffekt nutzen beziehungsweise eine Kühlanwendung bedienen, oder auch bei einer Kälteanlage die Abwärme nutzen.
Wann sind Wärmepumpen besonders effizient?
Vereinfacht gesagt sind Wärmepumpen effizienter, je weniger Arbeit der Verdichter verrichten muss. Das ist der Fall je kleiner der Unterschied zwischen der Temperatur der Quelle (Luft, Wasser, Erde – oder ein angeschlossener Kühlkreislauf) und der Soll-Temperatur des Heizkreislaufs Mediums zur Energieverteilung ist. Das bedeutet in der Praxis, dass die meisten Wärmepumpen effizienter sind, wenn sie im Beispiel von Gebäudewärmenetzen niedrige Temperaturen für Flächenheizsysteme bereitstellen (meist <30 °C), als wenn es höhere Temperaturen für kleine Radiatoren (bis zu 70 °C) sind. Weitere Beispiele für Anwendungen, die hohe Systemtemperaturen benötigen, sind die Warmwasserbereitung in hygienisch veralteten Trinkwasserinstallationen, Prozessanwendungen, Systeme mit hohen Leitungsverlusten oder unsanierte Altbauten, die geheizt werden müssen.
Mit GEA Wärmepumpen heizen und kühlen
Die Vielfalt der industriellen Wärmepumpen und das Portfolio von GEA machen sie für zahlreiche Verwendungen interessant, bei denen sowohl geheizt als auch gekühlt werden muss. Für die optimale Auslegung einer Wärmepumpe, oder auch einer Kälteanlage beziehungsweise eine effiziente Kombination, ist die Identifikation aller Heiz- und Kühlanwendungen sowie deren Last und Temperaturniveau im Jahresverlauf entscheidend. Im Vergleich zum herkömmlichen Energiemanagement bestehend aus einer klassischen Kälteanlage und zusätzlich fossil betriebenen Heizkesseln kann der Wirkungsgrad so um ein Vielfaches gesteigert und der Energieverbrauch signifikant reduziert werden. So konnten in mehreren Lebensmittelfabriken mit einer modernen GEA Wärmepumpe, die alte Kälteanlagen und Heizkessel gleichzeitig ersetzt, der Primärenergieeinsatz um 75 Prozent gesenkt werden.
Lösungen für die Lebensmittel-, Milch und Getränkeindustrie
Traditionell verwendet die Lebensmittel- und Getränkeindustrie Kessel zum Kochen oder Pasteurisieren von Produkten, die dann wieder abgekühlt wurden. All das führt zu einem hohen Energieverbrauch. Die Wärme aus dem Kühlprozess ist zu gering, um direkt wiederverwendet zu werden. Eine Wärmepumpe kann jedoch die Abwärme der Kühlanlage als Quelle nutzen und hoch-effizient auf das gewünschte höhere Temperaturniveau bringen.
Durch diese Wiederverwertung der Wärme können mehr und mehr Kessel mit fossilen Brennstoffen ausgemustert und die CO2-Emissionen stark reduziert werden. Darüber hinaus können die CO2-Emissionen auf „Null“ reduziert werden, wenn „grüner Strom" verwendet wird.
Die hohe Effizienz und der geringe Wartungsaufwand von GEA-Wärmepumpen sorgen für eine kurze Amortisation und kommen dem Kunden während der gesamten langen Lebensdauer (mindestens 20 Jahre) der Anlage zugute. Typische Einsatzfelder von GEA-Großwärmepumpen sind beispielsweise der mehrgeschossige Wohnbau, gewerbliche Gebäude, Industrie, Datenzentren und Prozessanwendungen.
Vor allem die Lebensmittelindustrie erkennt die erheblichen finanziellen und ökologischen Vorteile des Einsatzes von Wärmepumpen in Produktionsprozessen. Der Großteil der heutigen Lebensmittelverarbeitung ist eine Kombination aus Wärmebehandlung und anschließender Kühllagerung für eine lange Haltbarkeit. Diese Kombination von Heizung und Kühlung maximiert den Nutzen von Wärmepumpenanlagen. Die GEA-Wärmepumpentechnologie bietet unabhängig von der Branche und dem Umfang ihres Einsatzes Energiesparvorteile.
Dies ist umso relevanter, wenn man bedenkt, dass in der Lebensmittel-, Milch- und Getränkeindustrie bis zu 60 Prozent des Energieverbrauchs für Heizung und Kühlung verwendet werden können.
Lösungen für Fernwärmesysteme
Neben Anwendungen in der verarbeitenden Industrie werden Wärmepumpen auch häufig in Fernwärmesystemen eingesetzt, wo sie nicht nur zur Bereitstellung Wärme-Grundlast, sondern auch als regulierbare Wärmeerzeuger verwendet werden. Ihre schnelle Schaltzeit passt gut zu großen Fernwärmenetzen. In diesen Systemen spielen Wärmepumpen auch eine wichtige Rolle beim Schutz des Stromnetzes als Teil intelligenter Energiesysteme, bei denen die Lasten je nach Anfrage des Stromversorgers online angepasst werden können.
Radiobeitrag: Wärmepumpen für industrielle Anwendungen und für die Fernwärme >
Die Herzstücke: GEA Kolben- und Schraubenkompressoren
Sie sind das Herzstück und damit buchstäblich die Pumpe der Wärmepumpe: GEA Kolben- und Schraubenkompressoren. GEA verfügt über die größte Palette an Hochdruck-Ammoniak-Schraubenkompressoren, die für Wärmepumpenanwendungen geeignet sind. Durch sein großes Portfolio an Wärmepumpenanlagen hat GEA die Palette für niedrige Schwingungspegel und hohe Effizienz optimiert. Mit der für höhere Drücke erhältlichen Baureihe von V-Kolbenkompressoren ist GEA nun in der Lage, die effizienteste Ammoniakkompressor-Lösung auf dem Markt anzubieten. Diese Kompressoren sind speziell für den hohen Verdichtungsenddruck in einer Wärmepumpe ausgelegt. Sie bieten Kondensationstemperaturen, die je nach Auslegung für den Betrieb mit Niedertemperatur-Warmwasser ebenso geeignet sind wie für die Bereitstellung von Prozesswärme von bis zu 95°C.
Nutzung des natürlichen Kältemittels Ammoniak
Da fluorierte Gase („F-Gase“) weltweit schrittweise aus dem Verkehr gezogen werden, um den Ausstoß von Treibhausgasen zu verringern, sind natürliche Kältemittel die Kältemittel der Wahl. Insbesondere ist hier Ammoniak zu nennen, ein umweltfreundliches und kostengünstiges Kältemittel, das keine Auswirkungen auf die globale Erwärmung hat und keine schädliche Anhäufung von Fluoridverbindungen in der Natur verursacht. Insbesondere auch die herausragende thermodynamische Effizienz macht Ammoniak-Wärmepumpen zu den energiesparendsten Lösungen. Ammoniak wird in Lebensmittelverarbeitungsbetrieben, in der Getränke- und Milchindustrie sowie in Brauereien und Kühlhäusern weit verbreitet eingesetzt. Dank Verbesserungen in der Kompressor-Technologie können Ammoniak-Wärmepumpen jetzt höhere Temperaturen erzeugen. Dies hat den Weg für ihren breiteren Einsatz in der Lebensmittel-, Getränke- und Milchindustrie geebnet, wo Abwärme für das Waschen, Reinigen und Trocknen von Produkten, die Erwärmung von Wasser für Reinigungs- und Verarbeitungszwecke und die Pasteurisierung optimiert genutzt werden kann.
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