Rieger Kälte - Mit über 30 Jahren Erfahrung planen, installieren und warten wir Großwärmepumpen für anspruchsvolle industrielle und gewerbliche Anwendungen.

Großwärmepumpen sind leistungsstarke thermodynamische Systeme, die dazu beitragen, Wärmeenergie aus unterschiedlichen Quellen effizient zu nutzen. Mit ihrer Hilfe wird nicht nur die Energieversorgung nachhaltiger gestaltet, sondern auch der CO2-Ausstoß deutlich reduziert. Die folgenden Abschnitte vermitteln eine klare Übersicht über Funktionsweise, Einsatzbereiche und technische Komponenten dieser innovativen Anlagen.

1.1 Was sind Großwärmepumpen?

Großwärmepumpen werden – abhängig von ihrer Leistung – in standardisierte Anlagen ab etwa 50 kW und in maßgeschneiderte Spezialsysteme ab ca. 2 MW unterteilt. Diese Einteilung verdeutlicht, dass bereits im unteren Leistungssegment zahlreiche industrielle Besonderheiten greifen, während ab 2 MW individuelle Lösungen geschaffen werden, die exakt auf spezifische betriebliche und technische Anforderungen zugeschnitten sind.

1.2 Funktionsweise und thermodynamischer Prozess

Als energieeffiziente Wärmeumwandler entziehen Großwärmepumpen einer Wärmequelle – beispielsweise Erdreich, Grundwasser oder industrieller Abwärme – Energie und heben diese mittels Kompressorarbeit auf ein höheres Temperaturniveau. Dadurch können große Gebäude, Industrieanlagen oder Fernwärmenetze sowohl beheizt als auch gekühlt werden. Das thermodynamische Prinzip basiert auf der Verdampfung, Komprimierung, Kondensation und anschließenden Expansion des Kältemittels, wodurch die erzeugte Wärme gezielt nutzbar gemacht wird.

2.1 Industrielle und gewerbliche Anwendungen

Großwärmepumpen spielen eine zentrale Rolle in der Prozesswärmeversorgung. In der chemischen Industrie, Lebensmittelherstellung und anderen Fertigungsprozessen ermöglichen sie die Bereitstellung von Dampf und Heißwasser. Zudem bieten sie für großflächige Hallen, Logistikzentren und Handelsimmobilien eine effiziente Lösung für die Beheizung und Kühlung, wobei auch die Abwärmerückgewinnung aus industriellen Prozessen sinnvoll genutzt wird.

2.2 Kommunale Wärmeversorgung

Im kommunalen Sektor übernehmen Großwärmepumpen die zentrale Aufgaben in der Wärmeversorgung. Beispiele aus Rosenheim, wo drei Großwärmepumpen mit je 1,5 MW Heizleistung rund 13.500 Haushalte versorgen und der Gasverbrauch um 18 % gesenkt wurde, sowie das innovative System in Mertingen, das eine Photovoltaik-Freiflächenanlage direkt mit einer Luft- Wasser-Wärmepumpe verbindet, demonstrieren die Effizienz und Leistungsfähigkeit dieser Technologie.

2.3 Spezialanwendungen

Die Vielseitigkeit von Großwärmepumpen zeigt sich zudem in speziellen Anwendungsfeldern. Im Okinawa Churaumi Aquarium etwa sorgen 12-MW-Anlagen für präzise Meerwassertemperierung. In der modernen Landwirtschaft unterstützen sie die Klimasteuerung in Vertical Farms und Gewächshäusern. Auch in der digitalen Infrastruktur, etwa durch die Wärmerückgewinnung aus Rechenzentren, leisten sie einen bedeutenden Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung.

3.1 Bauteile einer Großwärmepumpe

Der grundlegende Aufbau einer industriellen Großwärmepumpe umfasst: – Den Verdampfer, der thermische Energie aus unterschiedlichen Medien (z. B. Abwärme, Grundwasser, Flusswasser) extrahiert.

• Den Kompressor, der mittels leistungsstarker Turboverdichter oder Schraubenkompressoren das Kältemittel zusammenpresst.
• Den Verflüssiger, der die erhitzte Energie an das angeschlossene Heizsystem überträgt und Temperaturen bis zu 150°C ermöglicht.
• Das Expansionsventil, das den Druck präzise reguliert und den Kreislauf abschließt.

3.2 Umweltfreundliche Kältemittel

Für einen nachhaltigen Wärmetransport kommen bevorzugt umweltfreundliche Kältemittel wie Ammoniak (R717) + (R723) Ammoniak Dimethylether und Kohlendioxid (R744) zum Einsatz. Während Ammoniak durch seine überlegenen thermodynamischen Eigenschaften hohe Effizienz erzielt, ermöglichen CO2-basierte Systeme höhere Vorlauftemperaturen und steigern so die Flexibilität der Anlagen. Beide Varianten werden durch moderne Sensorik und Sicherheitssysteme umfassend überwacht.

Wenn Sie mehr über Kältemittel erfahren möchten, besuchen Sie unsere Seite: Nachhaltige Kältemittel – Zukunftssichere Lösungen für die moderne Kältetechnik

3.3 Zusatzsysteme und Digitalisierung

Moderne Anlagen integrieren fortschrittliche digitale Steuerungssysteme und cyber-physische Systeme, die eine Echtzeitüberwachung und prädiktive Wartung ermöglichen. Durch die Verknüpfung mit Smart Grids und Hochtemperaturspeichern werden Betriebsabläufe optimiert und saisonale Schwankungen effizient ausgeglichen. Auch intelligente Kaskadensysteme, spezielle Infrastruktur zur Handhabung großer Wärmequellen und umfassende Sicherheitssysteme tragen zur maximalen Betriebseffizienz bei.

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Wie ermittelt man die korrekte Leistungsgröße (z. B. anhand von Heizlastberechnungen)?

Die Dimensionierung unserer Großwärmepumpen erfolgt anhand detaillierter Heizlastberechnungen gemäß DIN EN 12831. Hierbei werden wichtige Faktoren wie Transmissions- und Lüftungsverluste sowie spezifische Gebäudeparameter berücksichtigt. Dieser strukturierte Planungsprozess ermöglicht es, die optimale Anlagengröße zu bestimmen und die Effizienz der Wärmepumpe von Beginn an zu maximieren – oft unterstützt durch schematische Darstellungen und Referenzwerte, die den technischen Entscheidungsträgern einen transparenten Überblick über den gesamten Kreislauf bieten.

Welche Rolle spielt die Vorlauftemperatur und wie wirken sich hydraulische Anpassungen aus?

Die Vorlauftemperatur beeinflusst maßgeblich die Effizienz der Anlage. Beispielsweise arbeiten Flächenheizungen optimal bei 30–35 °C, während Niedertemperatur-Heizkörper höhere Vorlauftemperaturen benötigen. Ein hydraulischer Abgleich und gezielte Anpassungen stellen sicher, dass die Anlage in allen Betriebszuständen effizient arbeitet.

Wie beeinflusst die Außentemperatur die Leistung der Wärmepumpe?

Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen sinkt die Leistung bei sehr niedrigen Außentemperaturen (z. B. bis zu 30 % bei -10 °C), während Erdwärmepumpen stabiler arbeiten, da das Erdreich ganzjährig relativ konstante Temperaturen bietet.

Wird ein Pufferspeicher benötigt und wie groß sollte dieser sein?

Ein Pufferspeicher ist empfehlenswert, um Takten zu vermeiden und eine gleichmäßige Wärmeabgabe zu gewährleisten. Eine gängige Faustregel liegt bei etwa 100 l pro 10 kW Heizleistung, wobei die genaue Größe vom individuellen System abhängt.

Können Großwärmepumpen auch Kühlfunktionen übernehmen?

Ja, viele Großwärmepumpen lassen sich umschalten und können im Rahmen eines Vier-Wege-Umkehrventils auch zur aktiven oder passiven Kühlung eingesetzt werden – dies erhöht die Flexibilität des Systems erheblich.

Welche technologischen Fortschritte gibt es bei Hochtemperatur-Wärmepumpen?

Moderne Anlagen erreichen Temperaturen von bis zu 150 °C, wobei insbesondere CO2-basierte Systeme (R744) für hohe Vorlauftemperaturen und eine verbesserte Effizienz sorgen. Innovative Kaskadensysteme ermöglichen zudem die Kombination verschiedener Kältemittel zur weiteren Leistungssteigerung.

Können Sie ein Beispiel für CO2-Einsparungen nennen?

Ein aktuelles Projekt in Mannheim zeigt, dass eine 20-MW-Anlage jährlich etwa 10.000 Tonnen CO2 einsparen kann – was einer Reduktion von ca. 80 % im Vergleich zu herkömmlichen Gasheizungen entspricht.

Wie lange hält eine Anlage bei regelmäßiger Wartung, und welche Modernisierungsmöglichkeiten gibt es?

Großwärmepumpen haben bei fachgerechter Installation und regelmäßiger Wartung eine Lebensdauer von 20–25 Jahren. Durch modernisierte Überwachungssysteme und optimierte Wartungsintervalle können einzelne Komponenten sogar länger betrieben werden, und bei Bedarf ist eine schrittweise Modernisierung möglich.

Mit welchen anderen Systemen lassen sich Großwärmepumpen sinnvoll kombinieren?

Häufig werden Großwärmepumpen mit Hochtemperaturspeichern, solarthermischen Anlagen oder Power-to-Heat-Lösungen kombiniert. Diese Kombinationen ermöglichen eine maximale Flexibilität und Effizienz im gesamten Wärme- und Kältesystem.

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