Die Effizienz von Großwärmepumpen variiert erheblich zwischen verschiedenen Industriezweigen, abhängig von den spezifischen Prozessen und Anforderungen. Nachfolgend findet eine Betrachtung für die Nahrungsmittelindustrie, Chemie & Pharma, die Metallverarbeitung und Maschinenbau sowie der Papierindustrie statt. Im Entwurf der VDI 4646 finden sich Richtwerte zu den Temperaturbereichen von Wärmequellen für die potenzielle Anwendung von Wärmepumpen. Diese Temperaturbereiche sind sehr unterschiedlich und decken ein Spektrum von 20 – 150°C ab. Auch mit den Wärmesenken setzt sich die VDI 4646 auseinander. In Abhängigkeit vom Industriezweig werden Beispielprozesse und Temperaturbereiche von Wärmesenken für mögliche Anwendungen zwischen 40 – 250°C definiert. Bereits heute sind diese hohen Temperaturen technisch umsetzbar. Wichtig ist ein effizienter Wärmeerzeuger und hohe Abwärme Temperaturen.

Die Nahrungsmittelindustrie weist das höchste Potenzial für den Einsatz von Großwärmepumpen auf. Hier können Wärmepumpen besonders effizient arbeiten, da:

– Viele Prozesse moderate Temperaturen (unter 100°C) benötigen

– Oft gleichzeitig Heiz- und Kühlbedarf besteht, was die Nutzung von Abwärme ermöglicht

– Konstanter ganzjähriger Bedarf an Prozesswärme und -kälte vorliegt

Typische Prozesse und zugehörige Senken Temperaturen für den Industriezweig Lebensmittel und Getränke sind:

• Trocknung bei 40-250°C
• Verdampfung bei 40-170°C
• Pasteurisierung bei 60-100°C
• Sterilisierung bei 100-140°C
• Sieden bei 70-120°C
• Destillation bei 40-100°C
• Brühen bei 50-90°C
• Temperierung bei 40-80°C
• Räuchern bei 20-80°C

In der chemischen und pharmazeutischen Industrie spielt die Energieeffizienz eine sehr große Rolle und hat einen Einfluss auf die Produktivität. Typische Prozesse sind die Destillation, die Kompression und Thermoforming. Hierzu werden hohe Temperaturen im Bereich von 100-300°C benötigt. Auch stellt die Dampferzeugung ein wichtiges Standbein bei der Produktion da. Weitere Prozesse wie Aufkonzentration, Sieden und Bioreaktionen finden auf einem deutlich geringeren Temperaturniveau von 40-140°C statt. Entsprechend gibt es vielfältige Prozesse mit unterschiedlichen Temperaturanforderungen und Wärmequellen. Auffallend ist der hohe Anteil an nutzbarer Abwärme aus exothermen Reaktionen. Durch die hohen Abwasserströme ergibt sich eine konstante Quelle für eine effiziente Wärmerückgewinnung.

Im Seminar „Wärmewende in der Lebensmittel- und Papierindustrie“ am 19./20. Mai 2025 in Regensburg wird sich ein Vortrag mit dieser Thematik beschäftigen. Weitere Informationen zu diesem Seminar findet ihr unter dem Kapitel Seminare.

Die Papierindustrie bietet gute Voraussetzungen für effiziente Wärmepumpensysteme, da große Mengen an Niedertemperatur-Abwärme aus Trocknungsprozessen zur Verfügung stehen. Es besteht ein Bedarf an Prozesswärme im mittleren Temperaturbereich durch folgende Arbeitsprozesse:

• Trocknung bei 90-250°C
• Aufkochen bei 110-180°C
• Bleichen bei 40-150°C
• Entfärbung bei 50-70°C

Als Wärmequelle kann die Abwärme durch Schleiferei, Trockenpartie Papiermaschine & Streichmaschine und die Abluft durch Holztrocknung nutzbar gemacht werden. Kontinuierlicher Produktionsprozesse ermöglichen eine gleichmäßige Wärmepumpennutzung. Wie bei allen Prozessen, wo Wärme und Kälte benötigt wird, ist der Einsatz einer Pinch-Analyse unumgänglich. Somit besteht eine Basis für technische wie kaufmännische Entscheidung.

Die Pinch-Analyse ist fester Bestandteil vom Entwurf der VDI 4646 „Anwendung von Großwärmepumpen“ und wird bei dem Seminar vom 2./3. April 2025 in Hürth besprochen. Weitere Informationen findet ihr hier beim Seminarprogramm VDI 4646, zur Anmeldung geht es auf die Homepage der CCI Dialog GmbH.

In der Chemieindustrie kann durch Kreislaufverbundsysteme (KVS) ein hohes Potential an Wärmerückgewinnung genutzt werden. Hierzu findet ihr auch den Artikel Effiziente Wärmerückgewinnung bei RLT Anlagen auf meiner Homepage. Hauptsächlich in folgenden Bereichen kommen KVS zum Einsatz:

Labore: Insbesondere in der Pharma- und Lebensmittelindustrie, wo eine strikte Trennung der Luftströme aus hygienischen Gründen erforderlich ist

Produktionsbereiche mit korrosiven oder gefährlichen Stoffen: KVS ermöglichen eine sichere Energierückgewinnung, ohne dass sich Zu- und Abluft vermischen.

Anlagen mit räumlich getrennten Zu- und Abluftströmen: Die flexible Installation von KVS erlaubt eine effiziente Wärmerückgewinnung auch bei komplexen Gebäudestrukturen.

Bereiche mit hohen Hygieneanforderungen: In der Lebensmittel- und Pharmaindustrie, wo keine Leckagen zwischen Zu- und Abluft zulässig sind.

Produktionsprozesse mit hohem Heiz- oder Kühlenergiebedarf: Hier können multifunktionale KVS besonders effizient externe Energiequellen einbinden.

Anlagen mit Potenzial zur Nutzung von Abwärme: KVS können Energie aus Quellen wie Blockheizkraftwerken oder Prozessdampf effektiv in den Kreislauf einbinden

Bereiche mit Bedarf an adiabatischer Kühlung: KVS bieten die Möglichkeit, den Abluftstrom zur kostengünstigen Kälteerzeugung zu nutzen.

Diese Anwendungsbereiche profitieren von der hohen Effizienz, Flexibilität und hygienischen Sicherheit, die Kreislaufverbundsysteme in der Chemieindustrie bieten.

Hier geht es zu einem weiteren Artikel, der sich mit der industriellen Wärmeerzeugung und Wärmespeichertechnologie beschäftigt.

Und hier findest du Fachliteratur zum Thema Kältetechnik.