Industriewärmepumpen – wann sind sie sinnvoll und wie lässt sich ihr Einsatz bewerten?

Eine Wärmepumpe kann in einem Industriebetrieb eine sehr gute Lösung sein – aber nur dann, wenn die beiden Seiten des Systems zusammenpassen: Wärmequelle und Wärmesenke. Allein die Angabe, dass ein Gerät 90, 120 oder 160°C erreichen kann, beantwortet noch nicht die Frage, ob die Investition technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist.

In der Praxis muss zunächst geklärt werden, woher die Wärme stammt, auf welchem Temperaturniveau und wie viele Stunden sie verfügbar ist. Danach ist zu bestimmen, wohin sie übertragen werden soll, welche Temperatur die Wärmesenke benötigt und ob der Bedarf zeitgleich auftritt. Erst anschließend ist die Auswahl von Leistung, Technologie, Kältemittel und konkretem Gerät sinnvoll.

Die wichtigste Regel: Die Analyse einer Industriewärmepumpe beginnt nicht mit der Katalogleistung oder einem einzelnen COP-Punkt. Sie beginnt mit der Bilanz des Paars Wärmequelle–Wärmesenke und dessen zeitlichem Betriebsverhalten.

Wann ist eine Industriewärmepumpe sinnvoll?

Die Begriffe „Industriewärmepumpen“ und „Wärmepumpen für die Industrie“ umfassen sehr unterschiedliche Systeme. Die günstigsten Bedingungen liegen meist dann vor, wenn ein Unternehmen über eine stabile Wärmequelle mit möglichst hohem Temperaturniveau und eine kontinuierliche Wärmesenke mit nur geringfügig höherem Temperaturbedarf verfügt. Je kleiner der von der Wärmepumpe zu überwindende Temperaturhub, desto günstiger sind in der Regel ihre Betriebsbedingungen.

Als Quelle kommen unter anderem Wärme aus Kälteanlagen, Kühlwasserkreisläufen, Prozesswasser, Prozessabwässern, Prozessluft oder anderen Strömen infrage, deren Temperatur und Verfügbarkeit bestätigt wurden. Auch klassische Quellen wie Außenluft, Erdreich oder Wasser sind möglich. In der Industrie sollte jedoch nicht von vornherein angenommen werden, dass diese automatisch die beste Lösung darstellen.

Auf der Abnehmerseite kann die Wärme beispielsweise zur Erwärmung von Prozesswasser, zur Warmwasserbereitung, zur Beheizung von Hallen oder Büros, zur Erwärmung von Prozessluft, für Wasch- oder Trocknungsprozesse oder für andere wärmebedürftige Prozesse genutzt werden. Für Temperaturen über 100°C sind bereits Hochtemperaturlösungen verfügbar. Eine erreichbare Vorlauftemperatur ist jedoch nicht gleichbedeutend mit guter Effizienz und Wirtschaftlichkeit im konkreten Betriebspunkt. Die IEA weist darauf hin, dass Industriewärmepumpen unter 120°C bereits kommerziell betrieben werden und Lösungen unter 160°C zunehmend in den kommerziellen Einsatz gelangen; höhere Temperaturniveaus befinden sich weiterhin stärker im Bereich von Demonstration und Entwicklung.

Mit dem Paar Wärmequelle–Wärmesenke beginnen

Ein erstes Screening sollte für jedes potenzielle Paar getrennt durchgeführt werden. In einem großen Werk können mehrere Quellen und mehrere Wärmesenken vorhanden sein, und die naheliegendste Kombination ist nicht immer die beste.

Wenn zunächst umfassender ermittelt werden soll, wo im Betrieb Abwärme anfällt und wie sie genutzt werden kann, empfiehlt sich eine Analyse der Wärmerückgewinnung in der Industrie. Bei einer Wärmepumpe ist dagegen entscheidend, ob sich eine konkrete Quelle und Wärmesenke hinsichtlich Temperatur, Leistung und Betriebszeit effizient miteinander verbinden lassen.

Bevor eine Kompressionswärmepumpe zu einem solchen Paar hinzugefügt wird, sollte die Variante einer direkten Wärmerückgewinnung über einen Wärmetauscher geprüft werden. Ist die Quellentemperatur unter Berücksichtigung der erforderlichen Temperaturdifferenz am Wärmetauscher bereits ausreichend für die Wärmesenke, kann ein einfacheres System vorteilhafter sein. Eine Wärmepumpe ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Temperaturniveau angehoben werden muss oder wenn die Trennung der Kreisläufe aus Prozessgründen erforderlich ist.

Welche Daten müssen vor der Auswahl einer Wärmepumpe erfasst werden?

1. Temperatur und tatsächlich verfügbare Leistung der Niedertemperatur-Wärmequelle

Die Angabe „wir haben warmes Wasser mit 35°C“ reicht nicht aus. Mindestens zu prüfen sind:

• die Quellentemperatur am Eintritt und nach der geplanten Abkühlung;
• die minimale, mittlere und maximale Temperatur bei unterschiedlichen Produktionszuständen;
• der Volumen- bzw. Massenstrom des Mediums oder eine andere Größe, mit der die verfügbare Leistung berechnet werden kann;
• die Verfügbarkeit der Quelle im Tages-, Wochen- und Jahresverlauf;
• die Auswirkungen des Wärmeentzugs auf den Hauptprozess;
• die Qualität des Mediums: Verschmutzung, Schwebstoffe, chemische Aggressivität sowie Ablagerungs- und Gefrierrisiko;
• die Entfernung zur potenziellen Wärmesenke.

Ist die Quelle ein Wasserstrom, kann die verfügbare Wärmeleistung zunächst mit Q = ṁ × cp × ΔT abgeschätzt werden. Das Ergebnis ist jedoch erst dann belastbar, wenn bestätigt ist, dass dieser Durchfluss und dieser Abkühlbereich tatsächlich über eine ausreichende Zahl von Stunden zulässig sind.

2. Die von der Wärmesenke tatsächlich benötigte Temperatur

Dieser Schritt wird besonders häufig übergangen. Entscheidend ist nicht die Temperatur, die das Kesselhaus oder das zentrale Wärmenetz derzeit bereitstellt, sondern die vom Prozess tatsächlich benötigte Temperatur.

Liefert ein zentrales System 110°C nur deshalb, weil es vor vielen Jahren so ausgelegt wurde, während eine konkrete Wärmesenke lediglich 75°C benötigt, kann die Einbindung einer Wärmepumpe auf dem 75-°C-Niveau deutlich günstiger sein als der Versuch, die gesamte 110-°C-Wärmequelle zu ersetzen. Analysen der IEA HPT zeigen, dass eine prozessnähere Integration das erforderliche Temperaturniveau senken und den COP verbessern kann.

Daher sollten folgende Punkte geprüft werden:

• die minimal erforderliche Vorlauftemperatur;
• die Rücklauftemperatur;
• der zulässige Bereich von Temperaturschwankungen;
• der erforderliche Durchfluss;
• ob der Prozess Warmwasser, Luft oder Dampf benötigt;
• ob einzelne Wärmesenken auf ein niedrigeres Temperaturniveau ausgegliedert werden können.

3. Stunden- und Saisonprofile beider Seiten

Die maximale Leistung sagt wenig über den Jahresbetrieb aus. Zwei Ströme mit jeweils 1 MW ergeben nicht automatisch ein 1-MW-Projekt, wenn der eine nachts und der andere ausschließlich tagsüber auftritt.

Deshalb sollte für Quelle und Wärmesenke möglichst ein gemeinsames Stundenprofil oder zumindest Schicht- und Monatsprofile erstellt werden. Entscheidend ist die Überlappung, also der Zeitraum, in dem gleichzeitig:

1. die Quelle über ausreichende Temperatur und Leistung verfügt;
2. die Wärmesenke tatsächlich Wärme benötigt;
3. die Wärmepumpe innerhalb ihres zulässigen Betriebsbereichs arbeiten kann.

Genau dieser überlappende Teil des Profils – und nicht die Summe der Betriebsstunden beider Systeme für sich – bestimmt die Auslastung der Wärmepumpe.

4. Verfügbare elektrische Leistung

Die an die Wärmesenke abgegebene Wärme stammt teilweise aus der Niedertemperatur-Wärmequelle und teilweise aus der dem System zugeführten Energie. Der Anteil beider Komponenten hängt vom COP und von der gewählten Bilanzgrenze ab. Deshalb darf nicht grundsätzlich angenommen werden, dass die Niedertemperaturquelle immer den größten Energieanteil liefert. Bei großen Anlagen können zusätzliche mehrere hundert Kilowatt oder einige Megawatt elektrischer Leistung eine Prüfung von Transformatoren, Schaltanlagen, Schutztechnik, Leitungen, vertraglich vereinbarter Leistung und Netzanschlussbedingungen erforderlich machen.

Fehlende elektrische Leistungsreserve kann eine ebenso wesentliche Einschränkung darstellen wie eine zu niedrige Quellentemperatur. IEA HPT Annex 58 weist darauf hin, dass die verfügbare Netzanschlussleistung die realisierbare Wärmepumpenleistung begrenzen und die Integrationskosten wesentlich beeinflussen kann.

5. Integrationskosten statt nur Gerätepreis

Bei einer Industriewärmepumpe ist das eigentliche Aggregat nur ein Teil der Investition. In die Analyse sind unter anderem einzubeziehen:

• Wärmetauscher auf Quellen- und Wärmesenkenseite;
• Rohrleitungen, Umwälzpumpen und Armaturen;
• Pufferspeicher oder Wärmespeicherung, sofern erforderlich;
• das elektrische System und gegebenenfalls eine Erweiterung der Stromversorgung;
• Automatisierung und Integration in die Prozesssteuerung;
• Vorbereitung von Aufstellfläche, Fundamenten und Konstruktionen;
• Sicherheitslösungen und Anforderungen, die sich aus dem eingesetzten Kältemittel ergeben;
• Stillstandskosten und die Einbindung in die bestehende Anlage.

Daher sagt die Frage „Was kostet eine Industriewärmepumpe mit 1 MW?“ ohne Kenntnis des Systems aus Wärmequelle und Wärmesenke meist nur wenig über die Gesamtkosten des Projekts aus.

Warum beeinflusst die Temperaturdifferenz COP und Betriebskosten?

Die Wärmepumpe muss die Temperatur vom Niveau der Quelle auf das von der Wärmesenke benötigte Niveau anheben. Je größer dieser Temperaturhub, desto mehr Verdichterarbeit benötigt der Kreisprozess und desto niedriger ist in der Regel der COP. Im Bericht IEA HPT Annex 58 wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine zunehmende Temperaturdifferenz den Strombedarf erhöht, während eine Absenkung der erforderlichen Temperatur auf der Wärmesenkenseite den COP verbessern kann.

Für eine erste Bewertung kann die Differenz zwischen Quellentemperatur und Vorlauftemperatur der Wärmesenke betrachtet werden. Im realen System kommen jedoch die Temperaturdifferenzen an den Wärmetauschern hinzu. In einem klassischen unterkritischen Kompressionskreislauf verdampft das Kältemittel bei einer Temperatur unterhalb der Quellentemperatur und kondensiert bei einer Temperatur oberhalb des Abgabeniveaus. In transkritischen Systemen findet auf der Hochdruckseite keine klassische Kondensation statt; die erforderlichen Temperaturannäherungen der Wärmetauscher sind dennoch zu berücksichtigen. In beiden Fällen ist der tatsächliche thermodynamische Hub größer als die einfache Differenz zweier in den externen Kreisläufen gemessener Temperaturen.

Eine Quelle mit 40°C und eine Wärmesenke mit 70°C Bedarf schaffen beispielsweise völlig andere Bedingungen als eine Quelle mit 10°C und eine Wärmesenke mit 120°C. Beide Anlagen können als „Industriewärmepumpe“ bezeichnet werden, ihr Stromverbrauch und ihre Wirtschaftlichkeit sind jedoch nicht vergleichbar.

Ein einfaches Beispiel für den Einfluss des COP auf den Stromverbrauch

Nehmen wir ausschließlich zur Veranschaulichung an, dass die Wärmesenke 1 MW Wärme über 4.000 Stunden pro Jahr benötigt, also insgesamt 4.000 MWh Nutzwärme.

• bei COP = 4: Pₑₗ = 1 MW / 4 = 250 kW und Eₑₗ = 250 kW × 4000 h = 1000 MWh/Jahr;
• bei COP = 2,5: Pₑₗ = 1 MW / 2,5 = 400 kW und Eₑₗ = 400 kW × 4000 h = 1600 MWh/Jahr.

Die Differenz beträgt 600 MWh Strom pro Jahr bei derselben Menge Nutzwärme. Die Beziehung Pₑₗ = Q̇ₕₑₐₜ / COP ist nur dann korrekt, wenn Wärmeleistung und COP dieselbe Bilanzgrenze beziehen. Umfasst der Katalog-COP ausschließlich das Aggregat, müssen bei der Analyse der Gesamtanlage Hilfsaggregate wie Umwälzpumpen oder Ventilatoren separat berücksichtigt werden. Es handelt sich um ein Rechenbeispiel, nicht um eine Prognose für eine konkrete Anlage.

Die reinen Energiekosten zur Erzeugung von 1 MWh Wärme können in einer ersten Stufe näherungsweise wie folgt angesetzt werden:

Stromkosten je 1 MWh Wärme ≈ Preis von 1 MWh Strom / COP.

Für den Vergleich sind anschließend die Kosten von Hilfsaggregaten, Instandhaltung, leistungsabhängige Entgelte und Kapitalkosten hinzuzurechnen. Das Ergebnis ist den vermiedenen Grenzkosten der bestehenden Wärmequelle gegenüberzustellen. Der Strompreis sollte nicht isoliert mit dem Brennstoffpreis verglichen werden, ohne Wirkungsgrad und vollständige Kostenstruktur zu berücksichtigen.

Wo haben Wärmepumpen in der Industrie das größte Potenzial?

Wärme aus Kälteanlagen

Dies ist einer der naheliegendsten Ansätze, da ein Betrieb gleichzeitig Kälte und Wärme benötigen kann. Wärme, die bisher auf der Kondensatorseite an die Umgebung abgegeben wurde, kann zur Quelle für einen Heizprozess oder eine Warmwasseranlage werden.

Zunächst sollte jedoch geprüft werden, ob ein Teil der Wärme direkt über einen Wärmetauscher genutzt werden kann. Eine Wärmepumpe wird vor allem dann benötigt, wenn die Temperatur der zurückgewonnenen Wärme für die Wärmesenke zu niedrig ist. Weitere Informationen zur Anlagenoptimierung finden Sie auf der Seite Industriekältetechnik.

Besonders interessant sind Systeme, in denen Kälte- und Wärmebedarf über einen großen Teil des Jahres gleichzeitig auftreten. Dann kann eine Wärmepumpe gleichzeitig einen Prozess sinnvoll kühlen und einer anderen Wärmesenke Wärme bereitstellen. Das bedeutet nicht automatisch einen geringeren Energieverbrauch auf beiden Seiten – das Ergebnis muss für das gesamte neue System berechnet und mit dem Referenzsystem verglichen werden, einschließlich Verdichtern, Pumpen, Ventilatoren und weiterer Hilfsaggregate.

Prozesswasser, Kühlwasser und andere stabile Ströme

Eine gute Niedertemperatur-Wärmequelle ist eine Quelle, deren Temperatur, Durchfluss und Betriebszeit zuverlässig bestimmt werden können. In der Praxis können Prozesswasserkreisläufe, Wasser nach der Kühlung von Maschinen und Prozessen, Prozessabwässer oder andere Flüssigkeitsströme geeignet sein.

Die bloße Verfügbarkeit von warmem Wasser reicht nicht aus. Es muss bestätigt werden, ob es ohne Beeinträchtigung des Prozesses auf das angenommene Niveau abgekühlt werden kann und ob der Wärmetauscher dauerhaft sauber gehalten werden kann.

Prozessluft und Trocknungsprozesse

In einigen Prozessen kann warme Abluft als Quelle dienen, während die dem Prozess zugeführte Luft die Wärmesenke bildet. Ist direkte Wärmerückgewinnung möglich, sollte diese zuerst untersucht werden. Eine Wärmepumpe wird sinnvoll, wenn eine weitere Temperaturanhebung erforderlich ist und das Quellenprofil zum Bedarfsprofil passt.

Wärmepumpen für Unternehmen, Kommunen und große öffentliche Gebäude

Wärmepumpen für Unternehmen und Kommunen werden nach derselben Quellen-Senken-Logik bewertet. Dies betrifft unter anderem Einkaufszentren, Lagerhallen, Krankenhäuser, Schwimmbäder, Sportstätten, Kläranlagen, kommunale Betriebe und andere große Objekte, in denen gleichzeitig Kühlung und Bedarf an Warmwasser, Raumwärme oder Prozesswärme auftreten können. Dies ist kein einfacher Übertrag der Auslegung für ein Einfamilienhaus: Größere Bedeutung haben die Betriebsprofile mehrerer Anlagen, die Übertragungsinfrastruktur, Zuverlässigkeitsanforderungen und die Art der Einbindung in das bestehende System.

Hochtemperatur-Wärmepumpen für Prozesswärme

Hohe Vorlauftemperaturen sind bei immer mehr Lösungen technisch möglich. Die Technologie sollte jedoch nicht anhand der maximalen Temperatur aus einem Prospekt ausgewählt werden. Bei einem Prozess mit 120°C Bedarf sieht eine Anlage mit einer 70°C warmen Quelle völlig anders aus als eine Anlage mit Wasser von 15°C.

Deshalb muss vor der Diskussion über Hersteller oder Modell der vollständige Betriebsbereich definiert werden: minimale und maximale Quellentemperaturen, Temperaturen der Wärmesenke, erforderliche Leistungen, Regelbereich und die Zahl der Stunden in den einzelnen Betriebspunkten.

Wann sieht eine Wärmepumpe im Katalog gut aus, aber das Projekt verliert seinen Sinn?

Besonders riskant ist eine Auslegung ausschließlich auf den Nennpunkt. Der IEA-HPT-Bericht zur Prüfung von Hochtemperatur-Wärmepumpen betont, dass das Teillastverhalten anwendungsspezifisch ist und dort bewertet werden sollte, wo die Anlage tatsächlich in einem variablen Bereich betrieben wird.

Teillastbetrieb, Spitzenlastquelle und Reserve

Eine Wärmepumpe muss nicht immer den maximalen Bedarf abdecken. Häufig ist ein System günstiger, in dem sie die Grundlast übernimmt, während kurze Spitzen weiterhin vom bestehenden Kessel, einer anderen Quelle oder einer zusätzlichen Einheit gedeckt werden.

Bei der Auslegung sind mehrere Fragen zu beantworten:

• wie hoch ist die minimale stabile Last der Wärmepumpe;
• moduliert das Gerät oder wird es häufig ein- und ausgeschaltet;
• wie verändert sich der COP im Teillastbetrieb;
• ist der Einsatz mehrerer kleinerer Einheiten wirtschaftlicher als eine große Einheit;
• was geschieht bei Stillstand der Niedertemperatur-Wärmequelle;
• welche Quelle deckt Ausfälle oder planmäßige Wartungen ab;
• kann ein Wärmepuffer kurzfristige Abweichungen zwischen Quelle und Wärmesenke ausgleichen.

In einem Produktionsbetrieb ist Reserve nicht nur ein energetisches Thema. Wenn fehlende Wärme die Produktion stoppt, können Zuverlässigkeitskriterien wichtiger sein als die Maximierung des jährlichen Wärmepumpenanteils.

Wie lässt sich eine Wärmepumpe in eine bestehende Anlage integrieren?

Der thermodynamisch beste Einbindungspunkt ist nicht immer am einfachsten umzusetzen. IEA HPT unterscheidet zwischen einer prozessnahen Integration und einer Einbindung auf Ebene der zentralen Infrastruktur. Eine Integration direkt am Prozess kann die benötigte Temperatur und Übertragungsverluste reduzieren, erhöht aber in der Regel die Abhängigkeit von einer bestimmten Produktionslinie und die Projektkomplexität.

In der Praxis sollten mindestens drei Varianten verglichen werden:

1. direkte Einbindung an der Wärmesenke – niedrigstmögliches Temperaturniveau, aber stärkerer Eingriff in den Prozess;
2. Einbindung in einen separaten Prozesskreislauf – Kompromiss zwischen Effizienz und Flexibilität;
3. Einbindung in das zentrale Wärmenetz – organisatorisch einfacher, erfordert aber häufig die höchste Temperatur und erhöht den Temperaturhub.

In die Analyse müssen auch Übertragungsverluste, Druckverluste, die Leistung der Umwälzpumpen und die Möglichkeit des Parallelbetriebs bestehender Wärmequellen einbezogen werden. Liegt die Wärmequelle mehrere hundert Meter von der Wärmesenke entfernt, können Rohrleitungs- und Infrastrukturkosten das Ergebnis früher bestimmen als der Preis der Wärmepumpe selbst.

Das Wärmeübertragungssystem kann über das Ergebnis entscheiden

Bei räumlich verteilten Quellen und Wärmesenken reicht es nicht, nur die Rohrleitungslänge zu berechnen. Für den Kreislauf auf Quellen- und Wärmesenkenseite sind Medium, Vor- und Rücklauftemperatur, Durchfluss, Druckverluste, Pumpenleistung, Dämmung, Wärmeverluste und die Art der hydraulischen Trennung festzulegen. Ebenso wichtig sind die realen Leitungswege: Durchführungen durch Hallen, interne Verkehrswege, Brandschutzbereiche oder Stellen, an denen ein Produktionsstillstand erforderlich ist.

Wenn Übertragungsverluste die Quellentemperatur absenken oder auf der Wärmesenkenseite ein höheres Temperaturniveau erzwingen, steigt der erforderliche Temperaturhub und die Betriebsbedingungen der Wärmepumpe verschlechtern sich. Deshalb ist das Wärmeübertragungssystem der Wärmepumpe Bestandteil der technischen Bilanz und des CAPEX und kein Zusatz, der erst nach der Auswahl des Aggregats festgelegt wird.

Verbessern Photovoltaik oder Kraft-Wärme-Kopplung die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe?

Sie können dazu beitragen, korrigieren aber kein schlecht abgestimmtes Quellen-Senken-Paar.

Photovoltaik kann die Kosten eines Teils des von der Wärmepumpe verbrauchten Stroms senken, wenn PV-Erzeugung und Wärmepumpenbetrieb in denselben Stunden stattfinden oder das System eine andere Möglichkeit zur Nutzung der Energie bietet. In Betrieben mit ganzjährigem Wärmebedarf kann das Profil günstiger sein als bei typischer saisonaler Beheizung, muss aber anhand von Stundendaten berechnet werden.

Kraft-Wärme-Kopplung kann Bestandteil des bestehenden Systems bleiben und als parallele, Spitzen- oder Reservequelle dienen. Es sollte jedoch nicht pauschal angenommen werden, dass die Versorgung der Wärmepumpe mit KWK-Strom automatisch den Gesamtwirkungsgrad des Systems verbessert. Dafür ist eine Bilanz von Brennstoff, Strom und Wärme für die konkrete Variante erforderlich.

Wenn ein Unternehmen eine Wärmepumpe als eine von mehreren möglichen Technologien zur Wärmeerzeugung erwägt, sollte sie auch mit anderen Varianten zur Modernisierung der Wärmequelle verglichen werden. Für die Wärmepumpe selbst bleibt jedoch die technische Bewertung ihrer Betriebsbedingungen im konkreten Werk die Grundlage.

Wovon hängen der Preis einer Industriewärmepumpe und die Wirtschaftlichkeit der Investition ab?

In der Konzeptphase sind vier Größen aussagekräftiger als der Preis des Aggregats allein:

1. die jährlich tatsächlich bereitgestellte Nutzwärme der Wärmepumpe;
2. der jährliche Stromverbrauch über das vollständige Betriebsprofil;
3. die vermiedenen Betriebskosten der bestehenden Wärmequelle;
4. die vollständigen Integrationskosten einschließlich Elektrik, Hydraulik und Automatisierung.

Die IEA weist im Heat Pump Monitor 2026 darauf hin, dass die Betriebskosten von Wärmepumpen stark vom Verhältnis zwischen Strom- und Brennstoffpreisen abhängen. In der Industrie kommen als weitere Hemmnisse die individuelle Prozessintegration und hohe Investitionskosten hinzu. Deshalb sollten die Berechnungen für mehrere Energiepreisszenarien und unterschiedliche Auslastungsgrade durchgeführt werden.

Soll eine Wärmepumpe beispielsweise nur 800–1.200 Stunden pro Jahr laufen, reicht selbst ein hoher COP möglicherweise nicht aus, um eine umfangreiche Infrastruktur zu rechtfertigen. Umgekehrt können ein stabiler Betrieb über mehrere tausend Stunden, ein kleiner Temperaturhub und ein gleichzeitiger Kältebedarf die Projektbilanz deutlich verbessern.

Wie lässt sich die Einsatzmöglichkeit einer Wärmepumpe bewerten? – 8 Schritte

Schritt 1. Wärmequellen auflisten

Erfassen Sie Medium, Temperaturen, Durchflüsse oder Leistung, Betriebsstunden, Standort und Prozessgrenzen. Verwerfen Sie eine Quelle nicht allein wegen ihrer niedrigen Temperatur, gehen Sie aber auch nicht davon aus, dass jeder Wärmeverlust nutzbar ist.

Schritt 2. Wärmesenken auflisten

Bestimmen Sie für jede Wärmesenke die tatsächlich erforderliche Temperatur, Grund- und Spitzenleistung, Betriebsstunden sowie die Möglichkeit, die Vorlauftemperatur abzusenken.

Schritt 3. Quellen und Wärmesenken kombinieren

Suchen Sie nach Paaren mit hoher zeitlicher Übereinstimmung, geringer Entfernung und möglichst kleiner Temperaturdifferenz. In dieser Phase scheiden häufig Ideen aus, die nur auf Basis einer Jahresbilanz attraktiv wirkten.

Schritt 4. Gemeinsames Betriebsprofil erstellen

Am besten ist eine Stundenbilanz. Fehlen die Daten, sollte mit Messungen oder belastbaren Daten aus Automatisierung, Zählern und Produktionssystemen begonnen werden.

Schritt 5. Erforderlichen Temperaturbereich festlegen

Verwenden Sie nicht nur eine einzige Auslegungstemperatur. Definieren Sie Minimum, Maximum und typische Betriebspunkte auf beiden Seiten und prüfen Sie, wie sich COP und verfügbare Geräteleistung verändern.

Schritt 6. Konfiguration für Spitzenlast und Reserve festlegen

Entscheiden Sie, ob die Wärmepumpe die Grundlast, den überwiegenden Bedarf oder den gesamten Bereich abdecken soll. Berücksichtigen Sie Störungen, Wartung, Anfahrvorgänge und Produktionsstillstände.

Schritt 7. Infrastruktur prüfen

Prüfen Sie elektrische Leistung, Rohrleitungswege, Wärmetauscher, Platzbedarf, Automatisierung, Umgebungsbedingungen, Schall, Sicherheit und die Möglichkeit der Einbindung ohne unzulässigen Stillstand.

In dieser Phase sind außerdem die Anforderungen an das eingesetzte Kältemittel zu prüfen. Die Verordnung (EU) 2024/573 führt Beschränkungen für fluorierte Treibhausgase sowie Kälte- und Wärmepumpenanlagen ein; Umfang und Fristen hängen dabei von Geräteart, Leistung, GWP (Treibhauspotenzial) und Sicherheitsanforderungen ab. Kältemittelauswahl und Gerätekonformität müssen daher für die konkrete Konfiguration bestätigt werden, anstatt das Projekt auf eine allgemeine Annahme zu stützen.

Schritt 8. Erst dann Gerät auswählen und Wirtschaftlichkeit berechnen

Eine Ausschreibung sollte nicht nur Leistung und Vorlauftemperatur enthalten, sondern den vollständigen Betriebsbereich. Fordern Sie Angaben zu Leistungsaufnahme, COP und Wärmeleistung an repräsentativen Punkten sowie zum Teillastbereich. Anschließend ist eine Jahresanalyse durchzuführen – nicht die Multiplikation eines einzelnen COP mit der Zahl der Betriebsstunden.

Hersteller von Industriewärmepumpen – was sollte ein Angebot enthalten?

Die Wahl des Herstellers sollte nicht der erste Schritt sein. Erst wenn der Betriebsbereich definiert ist, lassen sich Geräte unter denselben Bedingungen vergleichen. In einer Anfrage sollten mindestens gefordert werden: Wärmeleistung, Leistungsaufnahme und COP an mehreren repräsentativen Quellen-Senken-Punkten; minimale stabile Last und Regelungsart; zulässige Durchflüsse und Temperaturen; eingesetztes Kältemittel; elektrische Anforderungen; Schallangaben, sofern relevant; Regelungslogik; Servicebedingungen sowie – sofern vorgesehen – Umfang der Abnahmeprüfungen FAT/SAT im Werk und vor Ort.

Eine solche Spezifikation ermöglicht den Vergleich verschiedener Hersteller von Industriewärmepumpen, ohne die Entscheidung auf einen einzigen Katalog-COP oder die maximale Vorlauftemperatur zu stützen.

Kommentar des Auditors: Erst die erforderliche Temperatur senken, dann die Wärmepumpe auswählen

Bei Industrieanalysen bringt es häufig mehr, nicht nach einem Gerät mit immer höherer Maximaltemperatur zu suchen, sondern zu prüfen, ob die Wärmesenke das bestehende Temperaturniveau tatsächlich benötigt. Kann ein Teil des Prozesses aus einem zentralen 110-°C-Kreislauf ausgegliedert und beispielsweise mit einem niedrigeren Temperaturniveau versorgt werden, kann die Wärmepumpe unter deutlich günstigeren Bedingungen arbeiten.

Ähnlich auf der Quellenseite: Die wertvollste Quelle muss nicht die mit der größten Energiemenge sein, sondern kann diejenige mit höherer Temperatur, stabilem Profil und geringer Entfernung zur Wärmesenke sein. Deshalb sollte das Screening mehrere Quellen-Senken-Paare umfassen und nicht nur eine zuvor ausgewählte Investitionsidee.

Häufig gestellte Fragen

Welche Temperatur kann eine Industriewärmepumpe erreichen?

Das hängt von Technologie und Kältemittel ab. Industrielle Systeme unter 120°C werden bereits kommerziell betrieben, und Lösungen für Temperaturen unter 160°C beginnen in kommerzielle Anwendungen einzutreten. Die maximale Temperatur allein reicht jedoch nicht zur Projektbewertung aus – benötigt werden COP, Leistung und Betriebsbereich für die tatsächlichen Quellen- und Wärmesenkentemperaturen.

Eignet sich Wärme aus Kälteanlagen als Quelle für eine Wärmepumpe?

Häufig ja, insbesondere wenn die Kälteanlage zeitgleich mit der Wärmesenke betrieben wird. Zunächst sind Temperatur und Leistung der verfügbaren Wärme sowie die Möglichkeit einer direkten Wärmerückgewinnung zu prüfen. Eine Wärmepumpe ist sinnvoll, wenn eine weitere Temperaturanhebung erforderlich ist.

Bedeutet ein hoher Katalog-COP, dass die Investition wirtschaftlich ist?

Nein. Der COP gilt für bestimmte Betriebsbedingungen. Das Jahresergebnis hängt von wechselnden Temperaturen, Teillastbetrieb, Betriebsstunden, dem Verbrauch der Hilfsaggregate, Energiepreisen und den Kosten der vollständigen Integration ab.

Benötigt eine Industriewärmepumpe eine Spitzenlastquelle?

Nicht immer. In vielen Betrieben ist ein Hybridsystem jedoch sinnvoller, als die Wärmepumpe auf ein kurzzeitiges Maximum auszulegen. Der vorhandene Kessel oder eine andere Quelle kann Spitzen, Störungen und Zeiten abdecken, in denen die Niedertemperatur-Wärmequelle nicht verfügbar ist.

Wie viel elektrische Leistung benötigt eine Wärmepumpe mit 1 MW Wärmeleistung?

Das hängt vom COP im jeweiligen Betriebspunkt und von der Definition der Bilanzgrenze ab. Bei 1 MW Nutzwärme und COP = 4 beträgt die vereinfachte, von der COP-Definition erfasste elektrische Leistungsaufnahme rund 250 kW, bei COP = 2,5 rund 400 kW. Wenn der Hersteller-COP externe Umwälzpumpen, Ventilatoren oder andere Hilfsaggregate nicht umfasst, ist deren Verbrauch separat zu addieren und das vollständige Jahresbetriebsprofil zu prüfen.

Fazit

Eine Industriewärmepumpe ist sinnvoll, wenn Wärmequelle und Wärmesenke hinsichtlich Temperatur, Leistung und Betriebszeit zueinander passen und die Infrastrukturkosten die energetischen Vorteile nicht aufheben. Entscheidend ist nicht die maximale Katalogtemperatur, sondern der tatsächliche Temperaturhub und das jährliche Betriebsprofil.

Vor der Auswahl von Hersteller und Gerät empfiehlt sich daher ein technisches Screening: Quellen und Wärmesenken erfassen, Profile erstellen, Temperaturen, Teillastbetrieb, elektrische Leistung, Reserve und Einbindungskosten prüfen. Erst auf dieser Grundlage lassen sich Varianten belastbar vergleichen und wirtschaftlich bewerten.

Wenn Sie ein konkretes Quellen-Senken-Paar in einem Industriebetrieb oder großen Objekt prüfen möchten, kontaktieren Sie Energy Trend. Ausgangspunkt sollten Datenanalyse und Integrationsvarianten sein – nicht die Annahme, dass zwingend eine Wärmepumpe eingesetzt werden muss.

Quellen und technische Unterlagen

• International Energy Agency, Heat Pump Monitor 2026 – Key findings, 2026.
• IEA Heat Pumping Technologies TCP, Annex 58, High-Temperature Heat Pumps – Task 3: Applications and Transition, 2024.
• IEA Heat Pumping Technologies TCP, Annex 58, Task 4: Definition and testing of HP specifications, 2024.
• Verordnung (EU) 2024/573 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 7. Februar 2024 über fluorierte Treibhausgase.