Wärmerückgewinnung aus Abgasen und Kompressoren

Ein Werk kann über heiße Abgase, warmes Wasser sowie Wärme aus Kälteanlagen und Kompressoren verfügen und dennoch kein sinnvolles Wärmerückgewinnungsprojekt haben. Ein heißer Stoffstrom allein bedeutet noch nicht, dass die Wärme mit der richtigen Temperatur, zum richtigen Zeitpunkt und in ausreichender Nähe zu einem Abnehmer genutzt werden kann, sodass sich die Investition wirtschaftlich rechnet.

Deshalb sollte die Bewertung der Wärmerückgewinnung mit dem Paar aus Wärmequelle und Wärmeabnehmer beginnen. Erst danach sollten Wärmetauscher, Pufferspeicher, Änderungen der Prozessparameter oder eine industrielle Wärmepumpe ausgewählt werden.

Wärmerückgewinnung auf einen Blick

Abwärme ist ein potenzieller Energieträger, aber keine garantierte Einsparung. Es muss zunächst ein Wärmeabnehmer gefunden werden, der sie tatsächlich nutzen kann.
Entscheidend sind die zeitlich verfügbare Leistung, das Temperaturniveau, die Betriebsstunden, die Gleichzeitigkeit von Quelle und Abnehmer, die Entfernung sowie die Saisonalität des Wärmebedarfs.
Zuerst sollten direkte Nutzungsmöglichkeiten geprüft werden: Erwärmung von Wasser, Luft, Rohstoffen, Prozessmedien oder einer weiteren Prozessstufe.
Ein Pufferspeicher kann kurze zeitliche Verschiebungen ausgleichen, löst aber keinen fehlenden Wärmebedarf über mehrere Monate im Jahr.
Eine Wärmepumpe ist sinnvoll, wenn Wärme vorhanden ist, ihr Temperaturniveau für den Abnehmer jedoch zu niedrig ist. Der Strombedarf zur Temperaturanhebung muss allerdings in die Berechnung einbezogen werden.
Die Wirtschaftlichkeit sollte auf der Energiemenge basieren, die tatsächlich ersetzt wird, nicht auf der Nennleistung der Abwärmequelle.

„Wärme ist vorhanden“ und „Wärme kann genutzt werden“ sind nicht dasselbe

Industriebetriebe verfügen meist über mehr Wärmequellen, als auf den ersten Blick erkennbar ist. Das U.S. Department of Energy schätzt, dass in der US-Industrie 20–50 % der eingesetzten Energie als Abwärme verloren gehen können, unter anderem über Abgase, Kühlwasser, heiße Anlagen und Produkte. Das veranschaulicht die Größenordnung des Phänomens, ist aber kein Faktor, der automatisch auf einen konkreten Betrieb in Polen übertragen werden kann. Quelle: U.S. DOE.

In der Praxis ist es sinnvoll, vier Potenzialstufen zu unterscheiden:

Stufe	Was sie bedeutet	Typische Frage
Wärme ist physikalisch vorhanden	Ein Medium oder eine Anlage hat eine höhere Temperatur als die Umgebung oder ein anderer Stoffstrom	Wo entsteht sie und wie lange steht sie zur Verfügung?
Wärme kann technisch zurückgewonnen werden	Sie kann sicher ausgekoppelt werden, ohne den Primärprozess zu beeinträchtigen	Kann ein Wärmetauscher, eine Rohrleitung oder ein zusätzlicher Kreislauf installiert werden?
Die Wärme hat einen nutzbaren Abnehmer	Es gibt einen Prozess, eine Anlage oder ein Gebäude, das diese Energie zur richtigen Zeit und bei der richtigen Temperatur benötigt	Welche Energie soll die zurückgewonnene Wärme konkret ersetzen?
Die Wärmerückgewinnung ist wirtschaftlich	Der Wert der vermiedenen Energiekosten übersteigt Investitions-, Hilfsenergie- und Instandhaltungskosten	Wie viel Energie wird über ein Jahr tatsächlich genutzt und welcher Preis wird derzeit dafür bezahlt?

Aus Sicht eines Auditors würde ich zuerst nach dem Wärmeabnehmer und erst danach nach der Rückgewinnungstechnik suchen. Der häufigste konzeptionelle Fehler besteht darin, eine Anlage auf die maximale Wärmeleistung der Quelle auszulegen, ohne zu prüfen, ob gleichzeitig ein Bedarf in entsprechender Leistung und Temperatur besteht.

Sechs Parameter, die das reale Potenzial der Wärmerückgewinnung bestimmen

1. Zeitlich verfügbare Leistung

Die Nennleistung eines Kompressors, Ofens oder Kälteaggregats entspricht nicht der Wärmemenge, die kontinuierlich zurückgewonnen werden kann. Anlagen können in Teillast, zyklisch, mit unterschiedlichen Produktionsrezepturen oder nur in einer Schicht betrieben werden.

Deshalb wird ein Quellenprofil benötigt und nicht nur ein einzelner Messpunkt. In der Praxis werden Temperatur, Last oder Durchfluss über einen typischen Tag, eine typische Woche und die Jahreszeiten analysiert; bei Batch-Prozessen zusätzlich während der einzelnen Zyklusphasen.

2. Temperaturniveau

Je höher die Temperatur der Quelle im Verhältnis zum Wärmeabnehmer ist, desto leichter lässt sich die Wärme ohne Temperaturanhebung nutzen. Die Quellentemperatur allein reicht jedoch nicht aus. Ebenso müssen die Rücklauftemperatur beziehungsweise die Eintrittstemperatur des Mediums auf der Abnehmerseite sowie die nach der Erwärmung erforderliche Temperatur bekannt sein.

Eine Quelle mit einer Temperatur nahe der erforderlichen Abnehmertemperatur kann beispielsweise eine hohe Leistung aufweisen, für einen passiven Wärmetauscher aber nur geringen Nutzen haben. Alternativen sind die Vorwärmung eines kälteren Stroms, die Absenkung der erforderlichen Systemparameter oder der Einsatz einer Wärmepumpe.

3. Betriebsstunden

Eine Quelle mit 8.000 Betriebsstunden pro Jahr und eine Quelle, die nur einige Hundert Stunden läuft, können dieselbe momentane Leistung, aber ein völlig anderes Jahrespotenzial haben. Ebenso kann ein Wärmeabnehmer nur während der Produktion, nur im Winter oder rund um die Uhr betrieben werden.

Deshalb sollten tatsächliche Betriebspläne verglichen werden, statt pauschal anzunehmen, „der Betrieb läuft dreischichtig“, obwohl eine konkrete Maschine oder Linie Stillstände, Umrüstungen und wechselnde Lasten aufweist.

4. Gleichzeitigkeit von Quelle und Abnehmer

Wärme lässt sich am einfachsten nutzen, wenn sie genau dann anfällt, wenn ein anderer Prozess sie benötigt. Deshalb ist Wärmerückgewinnung innerhalb eines Prozesses oft besser vorhersehbar als die Beheizung eines Gebäudes mit Wärme aus einem ganzjährig laufenden Prozess.

Wenn Quelle und Abnehmer nur um einige Minuten oder Stunden zeitlich versetzt sind, kann ein Pufferspeicher helfen. Erzeugt die Quelle im Sommer Wärme und ist die Raumheizung der einzige Abnehmer, löst ein gewöhnlicher Speicher die saisonale Diskrepanz nicht.

5. Entfernung

Jeder Meter Rohrleitung oder Luftkanal verursacht zusätzliche Kosten, Wärmeverluste, Strömungswiderstände, Pumpen- oder Ventilatorenergie, Tragkonstruktionen und künftigen Wartungsaufwand. Besonders ungünstig sind Querungen zwischen Gebäuden, Brandabschnitten und Anlagenteilen, die für die Montage nicht ohne Weiteres stillgesetzt werden können.

Bei einer Niedertemperaturquelle können mehrere Hundert Meter Transportweg eine attraktive Energiebilanz in eine schlechte Investition verwandeln. Bei einer sehr heißen und stabilen Quelle kann eine größere Entfernung vertretbar sein, die Infrastruktur muss aber dennoch in der Rechnung berücksichtigt werden.

6. Saisonalität des Bedarfs

Wärme aus Kälteanlagen kann gerade im Sommer am besten verfügbar sein, wenn der Raumheizbedarf am niedrigsten ist. Kompressorwärme kann ganzjährig anfallen, während der Bedarf des Heizsystems nur während der Heizperiode hoch ist.

Ein Prozessabnehmer, Trinkwarmwasser, die Vorwärmung von Ergänzungswasser oder ein anderer ganzjähriger Strom kann daher ein besserer Wärmeabnehmer sein. Saisonalität schließt ein Projekt nicht aus, muss aber von Anfang an in der Energiebilanz berücksichtigt werden.

Zusätzlich beachten: Medienqualität, Verschmutzung und Sicherheit

Zwei Stoffströme mit identischer Leistung und Temperatur können völlig unterschiedliche Lösungen erfordern. Staub im Abgas, Fett oder Feuchtigkeit in der Abluft, aggressive Kondensatbestandteile, Ablagerungen im Abwasser oder Hygieneanforderungen können einen anderen Wärmetauscher, einen Zwischenkreis, guten Reinigungszugang oder eine vollständige Trennung der Medien erforderlich machen.

Wichtigste Abwärmequellen in der Industrie

Quelle	Zeitlich verfügbare Leistung und Betriebsstunden	Temperaturniveau	Gleichzeitigkeit von Quelle und Abnehmer	Entfernung	Saisonalität des Bedarfs
Kompressoren	das Profil hängt von der tatsächlichen Last und der Kaskadensteuerung ab; nicht von der Summe der Nennleistungen ausgehen	meist niedriges oder mittleres Temperaturniveau; die Parameter des verfügbaren Mediums müssen gemessen werden	am günstigsten ist es, wenn Prozess, Trinkwarmwasserbereitung oder Reinigung Wärme benötigen, während die Kompressoren laufen	je näher der Wärmeabnehmer am Kompressorraum liegt, desto einfacher ist die Übertragung und desto geringer sind die Verluste	Raumheizung ist saisonal; ein ganzjähriger Prozessabnehmer ist daher meist wertvoller
Kälteanlagen	die Quelle folgt der Kältelast und läuft häufig viele Stunden pro Jahr	meist niedriges oder mittleres Temperaturniveau; ein höheres Rückgewinnungstemperaturniveau sollte nicht auf Kosten der Effizienz der Kälteanlage erreicht werden	günstig sind Trinkwarmwasser-, Reinigungs- und Prozessbedarfe, die gleichzeitig mit der Kälteerzeugung auftreten	lange Leitungswege können einen Zwischenkreis erfordern und erhöhen Pumpenaufwand sowie Wärmeverluste	Wärme kann auch im Sommer zur Verfügung stehen, wenn der Heizbedarf von Gebäuden gering ist
Abgase und Kessel	die Leistung hängt von Brennerlast, Betriebsstunden und Modulation der Wärmequelle ab	häufig hohes Temperaturniveau; der praktisch nutzbare Rückgewinnungsbereich wird jedoch unter anderem durch Taupunkt und Anlagenbedingungen begrenzt	der naheliegendste Abnehmer ist ein Prozess, der gleichzeitig mit der Abgasquelle betrieben wird	Kanallängen, Platz für den Wärmetauscher und die Leitungsführung zum Abnehmer können über die Umsetzbarkeit entscheiden	der Prozess kann ganzjährig laufen, während die Raumheizung ein saisonaler Abnehmer bleibt
Öfen, Trockner und Erwärmungslinien	das Profil kann kontinuierlich oder chargenweise sein; entscheidend sind Zyklusplan und Dauer der Verfügbarkeit des Wärmestroms	häufig hoch oder sehr hoch; die Qualität des Stroms kann die Auswahl des Wärmetauschers jedoch einschränken	die beste Wirkung erzielt die Vorwärmung des Einsatzmaterials, der Luft oder der nächsten Stufe im selben Zyklus	eine Nutzung nahe der Linie ist in der Regel einfacher als der Wärmetransport zu einem entfernten Kesselhaus	maßgeblich sind vor allem Produktionssaisonalität und Chargenplan; Gebäudeheizung bringt zusätzlich die Heizsaison ins Spiel
Prozessanlagen	die Leistung ist eng mit Rezeptur, Durchfluss, Produktionsschicht und Linienauslastung verknüpft	von niedrig bis hoch; die Temperatur muss zusammen mit dem vom Abnehmer mindestens benötigten Temperaturniveau bewertet werden	zwischen aufeinanderfolgenden Prozessstufen besteht häufig eine natürliche Gleichzeitigkeit, sie darf jedoch ohne Profile nicht vorausgesetzt werden	Quelle und Abnehmer innerhalb derselben Linie begrenzen meist die Transportkosten; eine Trennung auf verschiedene Hallen kann die Wirtschaftlichkeit umkehren	die Saisonalität ergibt sich vor allem aus Produktionsprogramm und Nachfrage nach dem Produkt
Warmwasser, Kondensat und Abwasser	neben der Temperatur sind auch Durchfluss und Abgabemuster wichtig; kurze Spitzen können einen Pufferspeicher erfordern	meist niedrig oder mittel; oft gut zur Vorwärmung von Kaltwasser oder als Wärmequelle einer Wärmepumpe geeignet	der Abnehmer sollte die Wärme zum Zeitpunkt der Abgabe aufnehmen oder das System benötigt eine kurzfristige Speicherung	die Entfernung zur Ablassstelle, Kanalisation oder Kläranlage kann für die Installationskosten entscheidend sein	abhängig vom Produktionsprogramm; Nutzung für Gebäudeheizung bleibt saisonal
Lüftung und Abluft	die Leistung hängt von Luftvolumenstrom, Temperatur und Betriebsplan der Ventilatoren ab	meist niedrig; am einfachsten ist die Rückgewinnung in die Zuluft oder zu einem Niedertemperaturabnehmer	Zu- und Abluft laufen häufig gleichzeitig, dies muss jedoch anhand von Zeitplänen und Regelung bestätigt werden	die Lage von Lüftungsgeräten, Abluft- und Zuluftpunkten beeinflusst die Länge von Kanälen oder Glykolkreisen	stark von Klima sowie Lüftungs- und Heizbedarf abhängig; im Winter ist die zeitliche Übereinstimmung oft besser als im Sommer

Wärmerückgewinnung aus Kompressoren und Druckluftsystemen

Kompressoren gehören zu den naheliegendsten Abwärmequellen. Nach Angaben des U.S. DOE werden mehr als 80 % der Eingangsenergie eines Druckluftsystems letztlich als Wärme abgegeben. Das bedeutet jedoch nicht, dass sich mehr als 80 % des Stromverbrauchs jedes Kompressors wirtschaftlich zurückgewinnen lassen. Ein Teil der Wärme ist schwer zugänglich, ein Teil entsteht an ungünstigen Stellen, und die tatsächlich nutzbare Wärmemenge wird durch den Bedarf der Heizungsanlage oder des Prozesses begrenzt. Quelle: DOE Better Plants.

In einem Kompressorraum kann Wärme unter anderem in der Kühlluft, im Ölkreislauf sowie in Zwischen- und Nachkühlern zur Verfügung stehen. Welche Variante praktisch möglich ist, hängt von der Bauart des Kompressors und den Freigaben des Herstellers ab.

Zu prüfen sind insbesondere:

die tatsächliche Auslastung der Kompressoren im Zeitverlauf und nicht die Summe der Motor-Nennleistungen;
Temperatur und Stabilität der verfügbaren Wärmequelle;
die Betriebsstunden jedes Kompressors und die Kaskadensteuerung des Kompressorraums;
ob der Wärmeabnehmer gleichzeitig betrieben wird – beispielsweise Reinigung, Prozesswasserbereitung, Trinkwarmwasser oder Raumheizung;
die Entfernung zwischen Kompressorraum und Wärmeabnehmer;
was im Sommer mit der Wärme geschieht, wenn die Raumheizung der wichtigste Abnehmer ist.

Die einfachste Variante besteht darin, warme Kühlluft zur Beheizung einer benachbarten Zone zu nutzen. Universeller ist ein Wasserkreislauf mit Wärmetauscher, der Prozesswasser vorwärmen oder einen anderen Abnehmer versorgen kann. Ein Pufferspeicher ist sinnvoll, wenn die Zyklen von Quelle und Abnehmer nur kurzzeitig gegeneinander verschoben sind. Eine Wärmepumpe wird interessant, wenn Kompressorwärme regelmäßig verfügbar ist, ihr Temperaturniveau für den Abnehmer aber zu niedrig liegt.

Auch die Reihenfolge der Maßnahmen ist wichtig. Wärmerückgewinnung sollte keine Überdimensionierung des Druckluftsystems, keinen zu hohen Betriebsdruck und keine Leckagen rechtfertigen. Zuerst sollte unnötiger Energieverbrauch im Druckluftsystem selbst reduziert werden; erst danach wird die Wärmenutzung auf Basis der Energie ausgelegt, die tatsächlich verbraucht werden muss. Mehr zur Diagnose des Gesamtsystems finden Sie bei unserem Audit von Druckluftsystemen.

Wärmerückgewinnung aus industrieller Kältetechnik

Eine Kälteanlage entzieht einem gekühlten Prozess oder Raum Wärme und muss diese auf der Verflüssigerseite wieder abgeben. Dadurch können Kältemaschinen und industrielle Kälteanlagen eine geeignete Quelle für die Erwärmung von Wasser, Trinkwarmwasser, Reinigungsprozesse, Raumheizung oder andere Wärmeabnehmer sein.

Danfoss nennt in seiner Dokumentation zur industriellen Kältetechnik Wärmerückgewinnungssysteme als Möglichkeit, überschüssige Wärme unter anderem für Raumheizung und Warmwasserbereitung zu nutzen. Gleichzeitig betont der Hersteller, dass die Parameter jeder Anwendung individuell zu bewerten sind. Danfoss-Dokumentation.

Bei dieser Quelle ist die Gleichzeitigkeit besonders wichtig. Wenn Kühlhaus, Tiefkühllager oder Kälteprozess rund um die Uhr laufen, kann die Quelle sehr stabil sein. Problematisch wird es, wenn die Gebäudeheizung der einzige vorgesehene Abnehmer ist: Die höchste Kältelast tritt häufig gerade dann auf, wenn keine Heizwärme benötigt wird.

Ein ganzjähriger Prozessabnehmer kann besser passen. Die Wärme kann direkt über Wärmetauscher oder Enthitzer, über einen separaten Wasserkreislauf und bei kurzen zeitlichen Verschiebungen zusätzlich mit einem Pufferspeicher genutzt werden. Benötigt der Abnehmer eine höhere Temperatur, kann eine industrielle Wärmepumpe geprüft werden.

Bewertet werden muss jedoch das gesamte Kältesystem und nicht nur die Wärmerückgewinnung. Es ist nicht sinnvoll, die Betriebsbedingungen der Kälteanlage künstlich zu verschlechtern, nur um eine höhere Temperatur des zurückgewonnenen Wassers zu erreichen. Änderungen der Verflüssigungsbedingungen, zusätzliche Druckverluste und die Regelung müssen in der Energiebilanz berücksichtigt werden. Mehr zur Effizienzsteigerung der Kälteerzeugung selbst finden Sie auf unserer Seite zur industriellen Kältetechnik.

Wärmerückgewinnung aus Abgasen, Kesseln und Schornsteinen

Abgase gehören zu den wichtigsten Hochtemperatur-Wärmequellen. Je nach Prozess können sie zur Vorwärmung von Speisewasser, Ergänzungswasser, Verbrennungsluft, Prozessluft oder einem anderen Prozessmedium genutzt werden. Bei ausreichendem Temperaturniveau kann in einem Abhitzekessel auch Warmwasser oder Dampf erzeugt werden.

Die BVT-Schlussfolgerungen für die Eisenmetallverarbeitung nennen unter anderem die Nutzung heißer Abgase zur Vorwärmung von Einsatzmaterial und Verbrennungsluft sowie in Abhitzekesseln zur Erzeugung von Dampf oder Warmwasser. Dasselbe Dokument zeigt eine wichtige Einschränkung: In bestehenden Anlagen kann die Umsetzung durch Platzmangel oder fehlenden Bedarf an Dampf beziehungsweise Warmwasser begrenzt sein. BVT-Schlussfolgerungen.

Die Quellenleistung hängt von momentaner Brennerleistung, Abgasvolumenstrom, Temperatur und Betriebsplan von Kessel oder Ofen ab. Bei modulierendem Betrieb kann das Profil völlig anders aussehen als die Nennleistung.

Die Temperatur ist meist ein Vorteil, doch Abgase können nicht beliebig stark abgekühlt werden. Zu berücksichtigen sind Taupunkt, Kondensationsgefahr, chemische Zusammensetzung des Kondensats, Materialbeständigkeit von Wärmetauscher und Schornstein, Verschmutzung der Wärmeübertragungsflächen sowie der zulässige Druckverlust auf der Abgasseite.

Fühlbare und kondensierende Wärmerückgewinnung

Bei der klassischen Wärmerückgewinnung wird die Abgastemperatur abgesenkt, ohne gezielt in eine starke Kondensation einzutreten. Bei der kondensierenden Wärmerückgewinnung wird stärker gekühlt, sodass zusätzlich ein Teil der bei der Kondensation des Wasserdampfs freiwerdenden Energie genutzt werden kann. Dafür sind geeignete Werkstoffe, Kondensatableitung und gegebenenfalls Kondensataufbereitung sowie eine Prüfung des gesamten Abgaswegs erforderlich.

Hochtemperaturabgase sollten in der Regel zunächst direkt genutzt werden: zur Erwärmung von Luft, Wasser oder eines Prozesses. Eine Wärmepumpe kommt eher in einer späteren Kaskadenstufe infrage, wenn nach der ersten Rückgewinnungsstufe eine stabile Wärmequelle mit niedrigerem Temperaturniveau verbleibt.

Öfen, Trockner und andere Hochtemperaturprozesse

In Öfen, Trocknern und Wärmebehandlungslinien kann Abwärme in Abgasen, Prozessluft, heißen Produkten, wassergekühlten Bauteilen oder an Anlagenoberflächen auftreten. Das größte Potenzial bedeutet nicht zwangsläufig, die Wärme an die Zentralheizung abzuführen.

Häufig ist die kaskadierte Energienutzung innerhalb des Prozesses sinnvoller: Vorwärmung der Verbrennungsluft, Vorwärmung des Einsatzmaterials, Trocknung von Rohstoffen, Erwärmung eines Prozessbads oder Versorgung einer Stufe mit geringerem Temperaturniveau. Das U.S. DOE nennt Wärmerückgewinnung, Vorwärmung des Einsatzmaterials und der Verbrennungsluft als typische Maßnahmen in Prozesswärmesystemen. DOE-Materialien zu Prozesswärme.

Bei Batch-Prozessen ist der Zyklusverlauf entscheidend. Während eines Teils des Zyklus kann die Quelle eine sehr hohe Leistung haben und anschließend nahezu vollständig ausfallen. Ein größerer Wärmetauscher löst dieses zeitliche Problem nicht. Erforderlich sein können ein Pufferspeicher oder ein anderer Abnehmer, der im Takt des Ofenzyklus arbeitet.

Auch der Einfluss der Wärmerückgewinnung auf Prozessqualität, Temperaturregelung, Gasströmung und Sicherheit muss berücksichtigt werden. Bei verschmutzten Prozessgasen sollte die Auslegung Zugang zur Reinigung, einen Bypass des Wärmetauschers und den Anlagenbetrieb auch während seiner Wartung ermöglichen.

Wärmerückgewinnung aus technologischen Prozessen

Die wertvollsten Quellen befinden sich oft nicht im Kesselhaus, sondern direkt an der Produktionslinie. Dazu können heiße Produkte, Prozessbäder, Maschinenkühlflüssigkeit, heißes Kondensat, warmes Prozesswasser oder ein Stoffstrom aus einer Prozessstufe gehören.

In solchen Fällen sollte zuerst geprüft werden, ob die Wärme an eine andere Stufe desselben Prozesses übertragen werden kann. Der Vorteil ist meist eine gute Gleichzeitigkeit: Wenn heißer und kalter Strom mit der Produktion entstehen, sind ihre Profile naturgemäß miteinander verknüpft.

Die BVT-Schlussfolgerungen für die Textilindustrie nennen unter anderem die Wiederverwendung von warmem Kühlwasser und warmen Prozesslösungen sowie die Wärmerückgewinnung aus Abwasser und Abgasen mittels Wärmetauschern. BVT-Schlussfolgerungen für die Textilindustrie.

Zwei Medien lassen sich jedoch nicht immer direkt koppeln. In der Lebensmittel-, Chemie- oder Pharmaindustrie können Hygiene, Kontaminationsrisiko, Wärmetauscherwerkstoff oder erforderliche Drücke Einschränkungen darstellen. Dann wird ein entsprechend ausgelegter Wärmetauscher oder ein Zwischenkreis eingesetzt, der Quelle und Abnehmer physisch voneinander trennt.

Liegt die Quellentemperatur zu niedrig, sollte zunächst geprüft werden, ob damit ein kälterer Eintrittsstrom vorgewärmt werden kann. Erst wenn ein solcher Abnehmer nicht vorhanden ist und tatsächlich eine höhere Temperatur benötigt wird, ist die Analyse einer Wärmepumpe sinnvoll.

Warmwasser, Kondensat und Prozessabwasser

Warmes Wasser wird häufig übersehen, weil es weniger spektakulär wirkt als heiße Abgase. In Betrieben mit Reinigungs-, Spül-, Pasteurisierungs- oder Nassprozessen sowie intensiver Kühlung können jedoch große und regelmäßig anfallende Warmwasser- oder Abwasserströme vorhanden sein.

Die wichtigste Frage lautet: Gibt es gleichzeitig einen kalten Strom, der ohnehin erwärmt werden muss? Das kann Ergänzungswasser, Wasser für die nächste Prozessstufe, Reinigungswasser oder ein in den Kreislauf zurückkehrendes Medium sein.

Für wasserbasierte Quellen eignen sich Plattenwärmetauscher sehr gut, sofern die Medienqualität dies zulässt. Bei Abwasser und verschmutzten Medien müssen Ablagerungen, Verstopfungsrisiko und Reinigung berücksichtigt werden; häufig ist ein Zwischenkreis erforderlich. Fällt der Abstrom nur kurzzeitig an, während der Abnehmer gleichmäßiger arbeitet, kann ein Pufferspeicher den Nutzungsgrad der Wärme erhöhen.

Niedertemperatur-Wasser oder Abwasser kann außerdem eine potenzielle Wärmequelle für eine industrielle Wärmepumpe sein. Die Feststellung „das Wasser hat 35–40 °C“ reicht jedoch nicht aus. Bekannt sein müssen Durchfluss, zeitliche Verfügbarkeit, minimale Temperatur nach der Abkühlung sowie der reale Wärmeabnehmer auf der Wärmepumpenseite.

Wärmerückgewinnung aus Lüftung und Abluft

Bei Lüftungsanlagen ist die Quelle die Abluft aus Produktionshalle, Lager, Technikraum oder Prozess. Der einfachste Abnehmer ist die Zuluft. Je nachdem, ob die Luftströme miteinander in Kontakt kommen dürfen, werden Platten- oder Rotationswärmetauscher beziehungsweise indirekte Systeme mit einem zwischen zwei Lüftungsgeräten zirkulierenden Fluid eingesetzt.

In Industriebetrieben ist die Verschmutzung der Luft besonders wichtig. Staub, Fett, Feuchtigkeit oder Prozessstoffe können Ablagerungen am Wärmetauscher verursachen oder Lösungen ausschließen, bei denen Bestandteile von der Abluft auf die Zuluft übertragen werden könnten.

Auch die Ventilatorenergie muss berücksichtigt werden. Jeder Wärmetauscher erhöht den Strömungswiderstand. NREL weist in seiner Dokumentation zu Lüftungsmodernisierungen darauf hin, dass bei der Bewertung der Rückgewinnung sowohl die Wärmeübertragungseffizienz als auch der zusätzliche Druckverlust und bei bestimmten Abluftströmen das Verschmutzungsproblem zu berücksichtigen sind. Quelle: NREL.

Die Saisonalität der Lüftung kann vorteilhaft sein, wenn warme Abluft im Winter zur Erwärmung der Zuluft genutzt wird. Soll die Quelle dagegen einen ganzjährigen Prozess mit höherem Temperaturniveau versorgen, kann eine Wärmepumpe erforderlich sein.

Wärmetauscher, Pufferspeicher, Parameteränderung oder Wärmepumpe?

Die Technologie sollte am besten in einer Reihenfolge ausgewählt werden, bei der zunächst die einfachsten und energetisch günstigsten Varianten genutzt werden.

1. Direkte Nutzung und Temperaturkaskade

Die beste Variante entsteht, wenn Wärme von der Quelle unmittelbar zum Abnehmer geführt werden kann: heiße Luft zur Raumheizung, ein warmer Prozessstrom zur Vorwärmung von Rohstoffen und Abgas zur Erwärmung von Verbrennungsluft oder Prozesswasser.

Es lohnt sich, in Kaskaden zu denken. Eine Hochtemperaturquelle kann zunächst einen Prozess mit höherem Temperaturniveau versorgen; die verbleibende Wärme kann anschließend einen Niedertemperaturabnehmer speisen.

2. Wärmetauscher

Ein Wärmetauscher ist die grundlegende Lösung, wenn Quelle und Abnehmer gleichzeitig betrieben werden und eine ausreichende Temperaturdifferenz besteht. Seine Aufgabe ist die Energieübertragung ohne Vermischung der Medien.

Die Auswahl sollte sich nicht auf die Katalogleistung beschränken. Zu prüfen sind Ein- und Austrittstemperaturen, Durchflüsse, zulässige Druckverluste, Verschmutzung, Werkstoffe, Reinigungsmöglichkeiten und Teillastbetrieb.

3. Pufferspeicher

Ein Pufferspeicher speichert Energie für eine begrenzte Zeit. Er hilft, wenn ein Ofen chargenweise arbeitet, ein Kompressor zyklisch ein- und ausschaltet oder heißes Wasser stoßweise anfällt, während der Abnehmer gleichmäßiger betrieben wird.

Ein Pufferspeicher sollte jedoch nicht als saisonale Lösung betrachtet werden. Ein Speicher zum Ausgleich einer oder mehrerer Stunden ist ein völlig anderes Thema als die Speicherung von Energie vom Sommer bis zum Winter.

4. Änderung der Abnehmerparameter

Manchmal besteht die kostengünstigste „Wärmerückgewinnungstechnologie“ darin, die Anlage so umzuorganisieren, dass der Abnehmer Wärme auf einem niedrigeren Temperaturniveau aufnehmen kann. Beispiele sind die Vorwärmung von kaltem Ergänzungswasser statt einer bereits warmen Vorlaufströmung, die Einbindung der Rückgewinnung in den Anlagenrücklauf, die Trennung von Kreisen mit unterschiedlichen Temperaturen oder die Nutzung der Wärme zur Vorwärmung statt zur Enderwärmung.

Eine solche Änderung kann passive Wärmerückgewinnung ermöglichen und den Stromverbrauch einer Wärmepumpe vermeiden.

5. Industrielle Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe hebt die Temperatur einer stabilen Abwärmequelle auf ein für den Abnehmer nutzbares Niveau an. Das DOE beschreibt industrielle Wärmepumpen als aktive Wärmerückgewinnungsgeräte, die besonders dann sinnvoll sind, wenn passive Rückgewinnung nicht möglich ist. Die Wirtschaftlichkeit hängt unter anderem davon ab, ob die abgegebene Wärme eingekauften Brennstoff, Dampf oder eine andere Wärmequelle ersetzt und ob die Stromkosten für den Wärmepumpenantrieb niedriger sind als der Wert der ersetzten Energie. Quelle: DOE.

Entscheidend ist der erforderliche Temperaturhub. Je größer die Differenz zwischen Quellentemperatur und benötigter Abnehmertemperatur, desto anspruchsvoller wird die Lösung. Vor der Auswahl einer Wärmepumpe sollte daher geprüft werden, ob der Abnehmer tatsächlich mit den bisherigen Parametern betrieben werden muss.

Mehr zu dieser Technologie finden Sie in unserem separaten Beitrag über industrielle Wärmepumpen.

6. Wärmenutzung außerhalb des Werks

Verfügt ein Betrieb über eine stabile Quelle, aber nicht über einen ausreichenden internen Abnehmer, können externe Abnehmer untersucht werden: eine andere Industrieanlage, Gebäude, ein Wärmenetz oder eine andere lokale Anwendung.

Diese Variante hängt jedoch wesentlich stärker von Entfernung, Infrastruktur, Netzparametern, Vertragskontinuität und dem saisonalen Profil des Abnehmers ab. Auch die EED fordert bei Analysen zur Nutzung von Abwärme die Berücksichtigung von Entfernung, lokalem Bedarf und Infrastrukturkosten. Richtlinie (EU) 2023/1791.

Wie lässt sich die Wirtschaftlichkeit der Wärmerückgewinnung bewerten?

Die wichtigste Regel lautet: Einsparungen nicht aus der maximalen Quellenleistung berechnen.

Angenommen, eine Quelle kann zu einem bestimmten Zeitpunkt 120 kW Wärme abgeben, der nächstgelegene Abnehmer kann gleichzeitig jedoch höchstens 70 kW aufnehmen. In einer Variante ohne Speicher kann die direkt nutzbare Rückgewinnung bereits vor Berücksichtigung von Wärmetauscherverlusten, Transportverlusten und Hilfsenergie nicht mehr als 70 kW betragen. Ein größerer Wärmetauscher macht aus den verbleibenden 50 kW nicht automatisch eine Einsparung.

In der Jahresbilanz muss anschließend geprüft werden, wie viele Stunden dieses Niveau gleichzeitiger Wärmeabnahme tatsächlich auftritt. Genau hier verschwindet häufig der Unterschied zwischen einer „großen Wärmequelle“ und einem „guten Investitionsprojekt“.

Auf der Nutzenseite sind vor allem zu berücksichtigen

die Wärmemenge, deren Einkauf oder Erzeugung tatsächlich reduziert wird;
die Parameter und der Wirkungsgrad der Quelle, die diese Energie heute bereitstellt;
das reale Betriebsprofil statt der angegebenen Betriebsstunden des gesamten Werks;
mögliche zusätzliche prozesstechnische Vorteile, jedoch nur, wenn sie belastbar nachgewiesen werden können.

Auf der Kostenseite ist mehr als nur der Wärmetauscher anzusetzen

Wärmetauscher, Wärmepumpe oder ein anderes Rückgewinnungsgerät;
Rohrleitungen, Kanäle, Pumpen, Ventilatoren, Armaturen und Automatisierung;
Pufferspeicher, Dämmung und Tragkonstruktionen;
Anpassungen an Quelle und Abnehmer;
Strom für Hilfsaggregate;
Reinigung, Wartung und Ersatz von korrosions- oder verschmutzungsgefährdeten Komponenten;
Stillstände oder Montagearbeiten in der Produktionsanlage;
Aufbereitung oder Ableitung von Kondensat, sofern erforderlich.

Bei Industrieprojekten ist es häufig wirtschaftlicher, einen kleineren Anteil der verfügbaren Wärme über viele Stunden zu nutzen, als die Anlage auf eine kurzzeitige Spitzenleistung auszulegen.

Welche Daten sollten vor der Auswahl der Anlage erfasst werden?

Für eine erste belastbare Bewertung sind zwei Datensätze sinnvoll – getrennt für Quelle und Abnehmer.

Für die Quelle:

Temperatur und deren Schwankungen;
Last, Durchfluss oder ein anderer Parameter zur Bestimmung der Wärmeverfügbarkeit;
Betriebsplan und Prozesszyklen;
Art des Mediums, Reinheit, Druck und werkstoffbezogene Einschränkungen;
die Stelle, an der Wärme sicher ausgekoppelt werden kann.

Für den Abnehmer:

zeitlicher Leistungsbedarf;
Eintrittstemperatur, erforderliche Austrittstemperatur und zulässige Schwankungen;
Betriebsstunden und Saisonalität;
die Energieart, die durch die zurückgewonnene Wärme ersetzt werden soll;
Lage im Verhältnis zur Quelle.

Erst der Vergleich dieser Profile zeigt, ob ein einfacher Wärmetauscher, ein Pufferspeicher, ein Umbau des Kreislaufs oder eine Wärmepumpe erforderlich ist.

Wärmerückgewinnung, Weiße Zertifikate in Polen und aktuelle Vorschriften

Mit Stand vom 13. August 2026 ist der geltende konsolidierte Text des polnischen Gesetzes über Energieeffizienz im polnischen Gesetzblatt Dz.U. 2025 Pos. 711 veröffentlicht. Das Gesetz nennt die Rückgewinnung von Energie, einschließlich in industriellen Prozessen, als eine Art von Maßnahme zur Verbesserung der Energieeffizienz. Es nennt außerdem die Nutzung von Abwärme aus Industrieanlagen zur Beheizung oder Kühlung von Objekten. Polnisches Gesetz über Energieeffizienz – ELI.

Das bedeutet, dass eine Wärmerückgewinnungsanlage im Hinblick auf Energieeffizienzzertifikate, also die polnischen Weißen Zertifikate, geprüft werden kann. Dies ist jedoch keine automatische Förderung für jede Investition. Die gesetzlichen Voraussetzungen müssen erfüllt und Energieeinsparungen nachgewiesen werden. Grundsätzlich wird kein Zertifikat erteilt, wenn die durchschnittliche jährliche Einsparung unter 10 toe liegt.

Auch die zeitliche Reihenfolge ist entscheidend. Den Antrag auf Ausstellung eines Zertifikats stellt nach polnischem Recht ein Unternehmen, das den Beginn der Arbeiten plant. Das polnische Gesetz definiert den Beginn der Arbeiten unter anderem als Beginn der mit der Maßnahme verbundenen Bauarbeiten, als erste rechtsverbindliche Verpflichtung zur Bestellung von Ausrüstung oder als eine andere Verpflichtung, durch die die Maßnahme unumkehrbar wird – je nachdem, welches Ereignis zuerst eintritt. Ob die Maßnahme die Voraussetzungen für das Zertifikat erfüllt, muss daher vor Entstehung einer solchen Verpflichtung geklärt werden; allein die Bezeichnung eines Dokuments oder Vertrags entscheidet nicht über seine Rechtswirkung. Polnisches Gesetz über Energieeffizienz – ELI.

Auf EU-Ebene sieht die Energieeffizienzrichtlinie (EU) 2023/1791 (EED) unter anderem eine Kosten-Nutzen-Analyse der Nutzung von Abwärme für neu geplante oder erheblich modernisierte Industrieanlagen mit einer durchschnittlichen jährlichen Gesamtenergiezufuhr von mehr als 8 MW vor. Dabei handelt es sich jedoch um eine Verpflichtung der Mitgliedstaaten im Rahmen der Umsetzung der Richtlinie und nicht um eine Vorgabe, die automatisch als aktuell unmittelbar geltende Einzelpflicht jedes polnischen Unternehmens anzuwenden ist. EED-Richtlinie.

GESETZENTWURF — NOCH NICHT GELTENDES RECHT. Laut dem Arbeitsprogramm des polnischen Ministerrats war UC77, mit dem weitere Elemente der Richtlinie (EU) 2023/1791 in polnisches Recht umgesetzt werden sollen, am 13. August 2026 weiterhin ein Gesetzentwurf. Als geplanter Termin für die Annahme des Entwurfs durch den Ministerrat war das 3. Quartal 2026 angegeben. Vor Beginn einer konkreten Investition sollte die Rechtslage daher erneut geprüft werden. Gesetzentwurf UC77 – gov.pl.

Häufige Fehler bei der Bewertung von Wärmerückgewinnung

Annahme der Nennleistung einer Anlage als konstante Rückgewinnungsleistung;
Multiplikation der Spitzenleistung mit sämtlichen Betriebsstunden des Werks ohne Lastprofil;
Auswahl eines Wärmetauschers ohne Prüfung der erforderlichen Temperatur auf der Abnehmerseite;
Behandlung der Raumheizung als ganzjähriger Wärmeabnehmer;
Nichtberücksichtigung von Entfernung, Transportverlusten und Pumpen- oder Ventilatorenergie;
Einsatz eines Pufferspeichers zur Lösung eines saisonalen Problems statt einer kurzen zeitlichen Verschiebung;
Auswahl einer Wärmepumpe ohne Prüfung, ob der Abnehmer mit einer niedrigeren Temperatur betrieben werden kann;
Nichtberücksichtigung von Verschmutzung, Kondensation, Korrosion oder Hygieneanforderungen;
Berechnung ausschließlich des Werts der zurückgewonnenen Wärme ohne die Kosten einer möglichen Verschlechterung des Betriebs der Primäranlage;
Beginn der Investition, bevor die Voraussetzungen für polnische Weiße Zertifikate geprüft wurden.

FAQ – Abwärmerückgewinnung in der Industrie

Kann jede Abwärme zurückgewonnen werden?

Nein. Wärme kann physikalisch vorhanden, aber technisch nicht zugänglich sein, ein zu niedriges Temperaturniveau haben, zu einem anderen Zeitpunkt als der Bedarf anfallen oder zu weit vom Abnehmer entfernt sein. Entscheidend ist letztlich die Wärmemenge, die sicher und wirtschaftlich genutzt werden kann.

Welche Abwärmequelle ist die beste?

Eine allgemein beste Quelle gibt es nicht. Eine gute Quelle ist stabil, hat ein nutzbares Temperaturniveau und arbeitet gleichzeitig mit einem möglichst nahe gelegenen Wärmeabnehmer. Deshalb kann ein Kompressor mit moderatem Temperaturniveau eine bessere Quelle sein als sehr heiße Abgase, wenn seine Wärme ganzjährig genutzt werden kann.

Reicht für Wärmerückgewinnung immer ein Wärmetauscher?

Nein. Ein Wärmetauscher reicht aus, wenn die Quelle so weit über der Temperatur des Abnehmers liegt, dass die erforderliche Leistung übertragen werden kann, und beide Ströme gleichzeitig verfügbar sind. Fehlt die Gleichzeitigkeit, kann ein Pufferspeicher nötig sein; ist die Quellentemperatur zu niedrig, können eine Änderung der Abnehmerparameter oder eine Wärmepumpe erforderlich werden.

Wann ist ein Pufferspeicher erforderlich?

Wenn Quelle und Abnehmer im gleichen Zeitraum betrieben werden, ihre kurzfristigen Profile aber nicht übereinstimmen. Ein Pufferspeicher kann Wärme aus einem Chargenzyklus aufnehmen und in der folgenden Stunde abgeben, ersetzt aber keinen ganzjährigen Abnehmer für eine Quelle, deren Wärme nur im Winter benötigt wird.

Wann lohnt sich eine industrielle Wärmepumpe?

Wenn die Abwärmequelle stabil ist und genügend Leistung bietet, ihre Temperatur für den Abnehmer aber zu niedrig ist. Dann sind erforderlicher Temperaturhub, Stromverbrauch, Betriebsstunden und der Wert des Brennstoffs oder der Wärme zu vergleichen, die durch die Wärmepumpe ersetzt werden sollen.

Kann Wärmerückgewinnung für polnische Weiße Zertifikate in Frage kommen?

Ja, wenn die Maßnahme die Voraussetzungen des polnischen Energieeffizienzgesetzes erfüllt und ein Audit die erforderliche Energieeinsparung nachweist. Die Qualifikation muss vor Beginn der Arbeiten geprüft werden, da ein Start der Umsetzung vor Antragstellung die wirksame Nutzung des Zertifikats ausschließen kann.

Wo sollte die Bewertung im Werk beginnen?

Nicht beim Wärmetauscherkatalog und nicht mit der Frage nach der Leistung einer Wärmepumpe. Zuerst sollte eine Karte der Quellen und Abnehmer erstellt und deren Temperatur- und Leistungsprofile im Zeitverlauf gegenübergestellt werden. Erst dann wird sichtbar, welche Paare technisch und wirtschaftlich sinnvoll sind.

Wenn Sie das Wärmerückgewinnungspotenzial anhand der Daten eines konkreten Betriebs prüfen möchten, kontaktieren Sie uns. Ausgangspunkt sollte der Vergleich der Profile von Quelle und Abnehmer sein; erst danach folgen die Auswahl von Wärmetauscher, Pufferspeicher, Änderung der Prozessparameter oder Wärmepumpe.