Wärmerückgewinnung: Effizient in Richtung Klimaneutralität

Für die erfolgreiche Bewältigung der Energiewende ist eine CO₂-neutrale und nachhaltige Wärmeversorgung unumgänglich. Zukunftsfähige Wege zur Klimaneutralität ebnen dabei die Elektrifizierung und der Einsatz von effizienten Kälte- und Wärmeerzeugern, die maßgeblich zur Reduktion von Treibhausgasen beitragen und damit die weitere Erwärmung des Klimas verhindern. Der Industriestandort Deutschland eröffnet hierfür enormes Potenzial. Denn Wärme beansprucht derzeit mehr als 50 Prozent des gesamten deutschen Endenergieverbrauchs. Die notwendige Richtung für mehr Nachhaltigkeit ist also klar – was jedoch auf der Strecke zur Klimaneutralität bleibt, sind die großen Mengen an Abwärme, die bei der Erzeugung von Kälte entstehen und zumeist ungenutzt in die Umgebungsluft gelangen.

Wärmerückgewinnung: Versorgungslösung mit Mehrwert

Doch wie gelingt es, dieses Abwärmepotenzial zu erschließen? Eine effiziente und damit nachhaltige Strategie zur Erreichung von Klimaneutralität ist die Verflechtung von Kälte und Wärme. Diese gewährleistet das Team der ENGIE Refrigeration durch das Prinzip der Wärmerückgewinnung, auch Green Heat Recovery genannt. Die Technologie kommt beispielsweise in den luft- und wassergekühlten QUANTUM-Baureihen zum Einsatz und macht dabei die Abwärme aus dem Kühlprozess zum Heizen nutzbar. Damit sparen Anwender:innen Investitionskosten für weitere Anlagen zur Wärmeerzeugung und erhöhen zugleich den Gesamtwirkungsgrad ihrer Kältemaschine. Doch nicht nur Betreiber:innen selbst profitieren von der Wärmerückgewinnung: Besteht bei Verantwortlichen kein akuter Wärmebedarf, gibt es zusätzlich die Option, die Abwärme an andere Unternehmen oder an Quartiere und Kommunen weiterzugeben. Dabei entstehen ganzheitliche Versorgungslösungen, die alle Beteiligten sowohl wirtschaftlich als auch ökologisch deutlich voranbringen.

Zwei Energieerzeuger, verschiedene Anforderungen

Um entsprechende Konzepte zu realisieren, braucht es zunächst ein genaues Verständnis dafür, welche Eigenschaften die QUANTUM-Kältemaschine mit Wärmerückgewinnung von einer herkömmlichen Wärmepumpe unterscheiden. Denn die Energieerzeuger sind hierbei klar voneinander abzugrenzen: Bei einer Wärmepumpe bestimmt die Wärmelast der Verbraucher:innen die thermische Leistung und den Betrieb der Verdichter. Die Maschine ist demnach wärmegeführt. Bei einer Kältemaschine mit Wärmerückgewinnung hingegen zählt alleine die Anforderung, die Betreiber:innen an die Kälteleistung stellen. Die Maschine ist in diesem Fall kältegeführt, macht aber im Gegensatz zu einer reinen Kältemaschine die aus dem Kälteträger aufgenommene Energie und die elektrische Energie der Verdichter vollständig in Form von Wärme nutzbar. Dies gelingt beispielsweise durch deren Übertragung in ein Warmwassernetz. Dabei gilt: Je höher die Kälteleistung, desto größer der Anteil an Abwärme, der für nachfolgende Heizprozesse zur Verfügung steht.

Perspektiven für ganzjährige Versorgungssicherheit

Damit ist das Prinzip der Wärmerückgewinnung klar – der Weg zur durchgängig effizienten Nutzung von Abwärme und damit zur Klimaneutralität allerdings nicht frei von Hindernissen. Denn in vielen Branchen gestaltet sich der Kältebedarf im Jahresverlauf inkonstant. In den Wintermonaten sind Anwender:innen oftmals nicht auf Kühlung angewiesen, was im Gegenzug bedeutet, dass Kältemaschinen mit Wärmerückgewinnung keine Wärmeleistung erbringen können. Denn: ohne Kältezuführung keine Freigabe von Abwärme. Eine technische Herausforderung, für die ENGIE Refrigeration Lösungen bietet. Unsere Expert:innen arbeiten aktuell beispielsweise in einem Anwendungsfall daran, die inverse Entwicklung des Kältebedarfs im Jahresverlauf durch ein Geothermiefeld auszugleichen. Dieses kommt im Winter als regenerative Wärmequelle zum Einsatz, was dadurch gelingt, dass dem Boden Wärme entzogen wird. Diese bringt QUANTUM auf eine höhere Temperatur und macht sie dadurch zum Heizen nutzbar. Um zu verhindern, dass der Boden zu stark abkühlt, speist QUANTUM im Sommer die aus dem Kälteprozess entstandene Abwärme zurück in das Geothermiefeld ein. Dadurch ist die Kälte- und Wärmeversorgung über das ganze Jahr hinweg gesichert.

Wertvolle Energiequelle für verschiedene Branchen

Damit existieren realistische Möglichkeiten zur effizienten Gestaltung der Abwärmenutzung und zur Erzielung von Klimaneutralität, die für diverse Branchen relevant und interessant sind. Doch besonders bei Applikationen und Anwendungen, in denen im gesamten Jahr ein stabiler Kältebedarf besteht, ist die QUANTUM-Kältemaschine mit Wärmerückgewinnung die ideale Wahl zur Wiederverwendung von Abwärme. Das schließt beispielsweise Rechenzentren, die Chemie- und Pharmabranche und die Prozesskühlung in der Industrie mit ein. Unabhängig vom Anwendungsfall gilt: Je mehr Anwender:innen mit ähnlichem Kältebedarf die Anlage in Anspruch nehmen, desto ergiebiger und damit sicherer ist die Wärmeerzeugung. Die QUANTUM-Kältemaschine mit optionaler Wärmerückgewinnung deckt dabei Temperaturen zwischen drei Grad Celsius und 57 Grad Celsius ab. Obwohl Diversifizierung bei der Kälte- und Wärmeversorgung durchaus Vorteile bringt, ist die Anlage nicht auf eine bestimmte Anzahl von Abnehmer:innen angewiesen. Alternativ besteht die Möglichkeit, auf Wärmeseite eine hydraulische Entkopplung einzubauen oder die überschüssige Kälte und Wärme an Fernkälte- und -wärmenetze weiterzugeben.

Wegbereiter zur Klimaneutralität

Wärmerückgewinnung lohnt sich also sowohl aus ökologischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht – im Idealfall sogar für mehrere Akteur:innen gleichzeitig. ENGIE Refrigeration unterstützt Betreiber:innen je nach Bedarf mit einer wassergekühlten oder mit einer luftgekühlten Lösung bei der optimalen Wiederverwendung von Abwärme aus dem Kälteprozess und somit bei der Erreichung von Klimaneutralität. Weltweit sind wir derzeit das einzige Unternehmen am Markt, das mit der QUANTUM Air eine luftgekühlte und ölfreie Kältemaschine in Verbindung mit optionaler Wärmerückgewinnung anbietet. Damit zeigen wir vielfältige Pfade auf dem Weg zur Klimaneutralität auf, die Nachhaltigkeit, Zukunftssicherheit und Effizienz in Kälte und Wärme vereinen.