Die Wärmepumpe hat sich in den vergangenen Monaten als meistverkauftes Heizsystem etabliert. Damit rangiert erstmals ein erneuerbares Heizsystem an der Spitze des deutschen Heizungsmarkts. Tim Macht, Produktmanager für "Large Heat Pumps and Commercial Systems" bei Viessmann Deutschland, spricht im zweiten Teil der kleinen Serie über die technische Entwicklung bei Großwärmepumpen.
Welche neuen Leistungsbereiche werden derzeit bei Großwärmepumpen entwickelt, um die Fernwärmeversorgung zu dekarbonisieren?
Tim Macht: Neueste Entwicklungen im Bereich der Großwärmepumpen zielen auf deutlich höhere Leistungsbereiche ab. Während standardisierte Systeme derzeit typischerweise bis etwa 10 Megawatt reichen, werden zunehmend Anlagen mit Leistungen zwischen 20 und 150 Megawatt entwickelt und realisiert. Diese sehr großen Wärmepumpen sind insbesondere für die Dekarbonisierung der Fernwärmeversorgung in Ballungsräumen relevant, da sie ganze Stadtteile oder große Netze mit erneuerbarer Wärme versorgen können. Einige Hersteller und Energieversorger fertigen in diesem Leistungssegment individuell ausgelegte Anlagen, diese können auch nur bauartbedingt vor Ort gefertigt werden – sind sind nicht transportierbar. Eine Standardisierung jenseits der 10-MW-Grenze ist heute noch nicht absehbar, da es sich noch nicht um einen Massenmarkt handelt.
Insgesamt ist erkennbar, dass die technische Entwicklung und Skalierung von Großwärmepumpen rasant voranschreitet. Damit wird es möglich, fossile Großkessel schrittweise zu ersetzen und die Fernwärmeversorgung langfristig weitgehend zu dekarbonisieren.
Welche Rolle spielen Hochtemperatur-Wärmepumpen in der industriellen Abwärmenutzung und in der Einspeisung in bestehende Fernwärmenetze?
Tim Macht: Hochtemperatur-Wärmepumpen spielen eine zentrale Rolle bei der Dekarbonisierung der Industrie und der effizienten Nutzung von Abwärme. In industriellen Prozessen fällt häufig Abwärme auf mittlerem Temperaturniveau, zum Beispiel zwischen 30 und 100 Grad Celsius, an, die bisher oft ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. Hochtemperatur-Wärmepumpen können diese Abwärme aufnehmen und auf ein höheres Temperaturniveau anheben, teils bis über 150 Grad Celsius, sodass sie entweder wieder in den Produktionsprozess zurückgeführt oder in Fernwärmenetze eingespeist werden können.
Damit ermöglichen sie, fossile Energieträger zu ersetzen, den Primärenergiebedarf zu senken und die CO₂-Emissionen deutlich zu reduzieren. Besonders interessant ist der Einsatz in Kombination mit bestehenden Fernwärmenetzen, da hier häufig Temperaturniveaus zwischen 70 und 130 Grad Celsius benötigt werden, also genau im Arbeitsbereich moderner Hochtemperatur-Wärmepumpen. Langfristig können Hochtemperatur-Wärmepumpen eine Brücke zwischen industrieller Energieeffizienz und städtischer Wärmeversorgung schlagen und einen wichtigen Beitrag zur sektorübergreifenden Wärmewende leisten.
Gibt es Fortschritte bei der Modularität oder Standardisierung, um Großwärmepumpen schneller und einfacher in bestehende Infrastrukturen zu integrieren?
Tim Macht: Ja, in den letzten Jahren gibt es deutliche Fortschritte bei der Modularität und Standardisierung von Großwärmepumpen. Hersteller entwickeln zunehmend modulare Systemkonzepte, bei denen zentrale Komponenten wie Verdichter, Wärmetauscher und Regelungseinheiten in standardisierten Modulen vorgefertigt werden. Diese Module können je nach Leistungsbedarf kombiniert und vor Ort schneller installiert werden, was die Planungs- und Inbetriebnahmezeiten deutlich verkürzt. Beispielsweise haben wir bei Viessmann Climate Solutions standardisierte, werksgeprüfte Wärmepumpen bis 3,5 MW im Portfolio, diese sind weit über 10 MW kaskadierbar.
Auch auf Systemebene entstehen standardisierte Schnittstellen, die eine einfachere Integration in bestehende Wärme- und Kälteinfrastrukturen ermöglichen. Das betrifft sowohl die hydraulische Einbindung in Fernwärmenetze als auch die Steuerungs- und Regeltechnik, die zunehmend mit digitalen Energiemanagementsystemen kompatibel ist. Diese Entwicklungen reduzieren nicht nur die technischen und wirtschaftlichen Risiken in der Projektumsetzung, sondern erleichtern auch den breiteren Einsatz von Großwärmepumpen in Bestandsanlagen. Langfristig tragen modulare und standardisierte Lösungen dazu bei, die Skalierbarkeit der Technologie zu erhöhen und die Wärmewende in urbanen und industriellen Anwendungen zu beschleunigen.
Welche langfristigen Innovationen erwarten Sie in den nächsten fünf bis zehn Jahren, die den Wärmepumpenmarkt grundlegend verändern könnten?
Tim Macht: In den nächsten fünf bis zehn Jahren ist mit mehreren Innovationen zu rechnen. Ein zentraler Schwerpunkt liegt auf der Weiterentwicklung von Hochtemperatur-Wärmepumpen, die künftig noch höhere Vorlauftemperaturen bei gleichzeitig besseren Wirkungsgraden erreichen werden. Dadurch werden sie in immer mehr industriellen Prozessen und in der Fernwärmeversorgung einsetzbar sein.
Ein weiterer Innovationsschub wird durch neue Kältemittel erwartet, die umweltfreundlicher, nicht brennbar und mit höheren kritischen Temperaturen ausgestattet sind. Diese Entwicklungen ermöglichen effizientere und sicherere Anlagen, die zugleich den verschärften gesetzlichen Vorgaben entsprechen.
Zudem wird die Digitalisierung eine Schlüsselrolle spielen. Intelligente Steuerungssysteme, vorausschauende Wartung und die Einbindung in übergeordnete Energiemanagementsysteme werden den Betrieb optimieren und die Integration in Strom- und Wärmenetze erleichtern.
Langfristig dürften auch hybride Systemlösungen, also die Kombination von Wärmepumpen mit thermischen Speichern, Solarthermie oder Abwärmenutzung, weiter an Bedeutung gewinnen. Dadurch kann die Flexibilität im Energiesystem steigen, was insbesondere mit dem wachsenden Anteil erneuerbarer Stromerzeugung wichtig wird.
Insgesamt führen diese Innovationen zu einer deutlich höheren Effizienz, Zuverlässigkeit und Marktdurchdringung von Wärmepumpentechnologien in nahezu allen Anwendungsbereichen.
Die Fragen stellte Jürgen Walk
Mehr zum Thema aus dem ZfK-Archiv:
