Wärmepumpen für große Gebäude und Quartiere

In großen Gebäuden und Quartieren werden meist Inverter-geregelte Wärmepumpen-Systeme geplant und installiert, die ihre Leistung dem Bedarf flexibel anpassen. Pufferspeicher sorgen für gleichmäßige Wärme, Frischwasserstationen für hygienisches Warmwasser. Bei Spitzenlasten springen Heizstäbe oder Hybridlösungen mit Gas ein.

Die Effizienz einer Wärmepumpe wird durch die Jahresarbeitszahl (JAZ) beschrieben, also das Verhältnis von abgegebener Wärmearbeit zu aufgenommener elektrischer Arbeit. Luft-Wasser-Systeme liegen typischerweise bei bis zu 3,0. Sole- oder Wasser-Wasser-Wärmepumpen können Werte über 5,0 erreichen.

Je kleiner der Temperaturhub, desto effizienter läuft die Anlage. Deshalb ist eine gute Systemintegration entscheidend: Niedrige Vorlauftemperaturen im Heizsystem verbessern die Wirtschaftlichkeit. Hohe Temperaturanforderungen hingegen erfordern mehr Energie und leistungsfähige Technik.

Praxisbeispiele: Großwärmepumpensysteme sind bewährt

Beispiele, wie diese Systeme in großen Immobilien funktionieren, gibt es bereits reichlich.

Ein Neubau-Beispiel ist das Johanniter Luftrettungszentrum in Reichelsheim. Dort deckt eine Luft-Wasser-Wärmepumpe Buderus Logatherm WLW196i-14 AR E in Kombination mit Fußbodenheizung den Wärmebedarf. Ein 750-Liter-Puffer und eine Frischwasserstation stellen eine konstante Versorgung sicher. Ein 9-kW-Heizstab fängt Spitzenlasten ab. Mit einer Vorlauftemperatur von 55 °C erreicht die Anlage einen COP (Coefficient of Performance, beschreibt im Gegensatz zur JAZ das Verhältnis von abgegebener Wärmeleistung zu aufgenommener elektrischer Leistung) von über 4,0 und erfüllt damit Effizienzklasse A++. Zudem ist die Anlage für die Einbindung einer PV-Anlage vorbereitet, um den Eigenstromanteil zu erhöhen.

In der Industrie zeigt der belgischen Zuckerhersteller Tiense Suiker das Potenzial von Hochtemperatur-Wärmepumpen. Eine 4-MW-Sole-Wasser-Anlage von GEA nutzt Niederdruckdampf und erzeugt Prozessdampf bis 138 °C. Sie deckt rund 5 % des Wärmebedarfs und spart jährlich etwa 4.000 Tonnen CO₂ ein – ein Beispiel dafür, wie Wärmepumpen fossile Dampferzeugung ersetzen können.

Für Quartiere sind Flusswasser-Wärmepumpen interessant. Auf der Bremer Überseeinsel versorgt eine 5-MW-Anlage Gebäude via Nahwärmenetz mit Heiz- und Kühlenergie aus der Weser. Auch bei Temperaturen unter 4 °C bleibt sie dank spezieller Technik zuverlässig. Neben Heiz- und Kühlleistung integriert sie Power-to-Heat-Module und Speicher, um flexibel auf das Stromnetz zu reagieren.

Im Fernwärmesektor hat Frederiks in Dänemark zwei CO₂-Luft-Wasser-Wärmepumpen mit je 1,5 MW installiert, die etwa 800 Haushalte versorgen. Ergänzt durch Solarthermie (die zu 22 % im Jahresmittel zur Wärmeversorgung beiträgt) entsteht ein besonders nachhaltiges System. CO₂ als Kältemittel ermöglicht hohe Vorlauftemperaturen bei gleichzeitig niedrigem Treibhauspotenzial.

Eines der größten europäischen Beispiele steht im dänischen Esbjerg: Eine Meerwasser-Wärmepumpe liefert jährlich 280 GWh Wärme und senkt die CO₂-Emissionen um 120.000 Tonnen – genug für die Versorgung von 25.000 Haushalten.

Große Wärmepumpen-Anlagen: Zwischen Effizienzgewinn und Praxis-Hürden

Wärmepumpen können Neubauten monoenergetisch versorgen, Quartiere dezentral heizen und kühlen, in der Industrie fossile Prozesswärme ersetzen und ganze Fernwärmenetze umstellen. Gemeinsam ist allen Projekten, dass Planung und Integration entscheidend sind: Die richtige Dimensionierung, die Wahl der Wärmequelle und die Anpassung an Lastprofile machen den Unterschied zwischen wirtschaftlichem Betrieb und ineffizientem Dauerläufer.

Ihre Grenzen liegen vor allem in eventuell nötigen hohen Vorlauftemperaturen, Platzbedarf und Genehmigungsfragen. Während Luft-Wasser-Wärmepumpen bei Frost an Effizienz verlieren und Schallschutz zum Problem werden kann, erfordern Sole- und Wasser-Systeme Bohrungen oder Genehmigungen für Grundwasserentnahme. Hochtemperatur-Wärmepumpen können zwar fossile Dampferzeuger ersetzen, benötigen dafür aber sehr spezifische Wärmequellen und sind kostenintensiv.

Trotzdem gilt: Wärmepumpen sind die wichtigste Option für klimafreundliche Wärme in großen Gebäuden, Quartieren und Industrieanlagen. Sie verbinden erneuerbare Energiequellen mit hoher Effizienz – und sind unverzichtbar für eine klimaneutrale Energieversorgung.