Wärmepumpen in der Fernwärme

Klimawandel und politische Gegebenheiten zwingen uns die Bereitstellung von Energie neu zu denken. Windkraft, Solarstrom und Wasserstoff sind das Mittel der Wahl, wenn es um die Stromerzeugung der Zukunft geht. Bis auf Letzteres bieten aber die wenigsten regenerativen Energien auch eine Wärmebereitstellung. Eine große Herausforderung der nächsten Jahre, zumal Wasserstoff lange nicht in den Mengen zur Verfügung stehen wird, um Gas, Kohle und Öl zu ersetzen. Wärmepumpen bilden daher eine gute Alternative. Längst ist die Wärmepumpe nicht nur in neugebauten Einfamilienhäusern mit Flächenheizungen zu gebrauchen. Großwärmepumpen mit Austrittstemperaturen von 140 °C und höher helfen uns, den Wärmebedarf für Industrie und Fernwärme zu decken.

Eine Wärmepumpe benötigt immer eine Quelle aus dem sie Wärme entzieht. Diese kann Luft, Wasser, Geothermie oder Abwärme sein. Auch die Zusammenschaltung diverser Umweltenergie ergibt in vielen Fällen Sinn. Wichtig dabei ist umso höher das Temperaturniveau der Quelle, desto besser ist der Wirkungsgrad der Wärmepumpe, welcher als COP bezeichnet wird. Bei beispielsweise 90 °C Heizwasser reicht dieser von 2,5 kW/kW mit Flusswasser im Winter (5 -7 °C Wassertemperatur) bis zu einem COP von 7 kW/kW bei Abwärme (50-60°C).

abbildung temperaturhub

Abbildung 1: Quellen, Temperaturhub und COP. Johnson Control 2020

Das bedeutet es steht sieben Mal mehr Heizleistung zur Verfügung als elektrische Energie zugeführt wird. Zum Vergleich der Wirkungsgrad bei Verbrennung von Wasserstoff liegt bei 0,7 (Schenk, 2021, S. 10). Darüber sind Kälteerzeugung und Wärmebereitstellung über eine Wärmepumpe inverse Prozesse. Daher kann sie obendrein immer gleichzeitig kühlen.

Aber nicht nur der Temperaturhub beeinflusst die Effizienz auch die Temperaturspreizung des Heizwassers erhöht den Wirkungsgrad von Großwärmepumpen. Durch besondere Bauweise mit Unterkühler, Kondensator und Überhitzung kann bei großem Unterschied zwischen Vor- und Rücklauf aus dem Carnot-Prozess, nach dessen Prinzip jede Wärmepumpe arbeitet, mehr Wärmeenergie dem System zur Verfügung gestellt werden.

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Literaturverzeichnis

Johnson Controls. (27. 11 2021). Johnsoncontrols.com/de_de/Industriekaelte . Von Lösungen für grüne Käte und Wärmeversorgung als Teil der Wärmewende: https://www.johnsoncontrols.com/de_de/industriekaelte/versorgungsunternehmen abgerufen

Schenk, W. (25. 11 2021). www.waermepumpe.de. Von Erfolgreiche Wege zur CO2 freien Wärmeerzeugung im Quartier: https://www.waermepumpe.de/fileadmin/user_upload/bwp_service/Forum_Waermepumpe/Praesentationen/Vortraege_19._Forum_Waermepumpe/Tag_2/Schenk_-_2021_Erfolgreiche_Wege_zur_CO2-freien_Waermeversorgung.pdf abgerufen

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Quellen, Temperaturhub und COP. Johnson Control 2020. 1