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Gasmotorenwärmepumpen für Industrie und Gewerbe: Wärmebedarf effizient mit Erneuerbarer Energie ergänzen


Flüssiggas - epaper ⋅ Ausgabe 1/2019 vom 15.02.2019

Gas ist im Wärmemarkt immer noch der meistgenutzte Energieträger. Doch das technische Potenzial der Brennwerttechnik (auch in Verbindung mit Solarthermie) ist auf der Geräteseite weitgehend ausgeschöpft. Für eine weitere Effizienzsteigerung stellt die Gaswärmepumpe eine erfolgversprechende Technologie dar. Sie zeichnet sich durch einen besonders effizienten Primärenergieeinsatz aus, weil – im Gegensatz zu elektrischen Wärmepumpen – auch die Abwärme des Gasmotors für die Wärmeversorgung genutzt werden kann.


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Bildquelle: Flüssiggas, Ausgabe 1/2019

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... zweier Gasmotorwärmepumpen von Yanmar.


Bild: KKU Concept GmbH, Marl)

Gaswärmepumpen zur Wärme- und Kälteerzeugung finden ihren Einsatz in allen Leistungsklassen und mit unterschiedlichen Funktionsprinzipien. Gemeinsames Merkmal in der Wärmeerzeugung ist die Einbindung von Umweltwärme. Dieses setzt den Primärenergiebedarf zur Gebäudebeheizung herab und kann ganz erheblich zur Reduzierung der Unterhaltskosten von Bürogebäuden und Gewerbebetrieben beitragen. In zunehmendem Maße werden Gaswärmepumpen – mit Gasmotoren oder Sorptionsanlagen – zur gleichzeitigen Erzeugung von Wärme und Kälte eingesetzt. Hierbei reicht das Spektrum von Gefrieranlagen und Kühlanlagen für den produzierenden Mittelstand bis zur Wärme erzeugung und Klimatisierung in Wohnimmobilien. Durch die direkte Verbindung des Antriebs mit dem Kälteerzeuger wird die Energie effizient eingesetzt und die entstehende Wärme vollständig genutzt.

Gasmotorwärmepumpen – bewährte Technik neu kombiniert
Kern der Gasmotorwärmepumpen ist ein Gasmotor, wie er auch in BHKW zum Einsatz kommt. Dabei handelt es sich um speziell an die Brenneigenschaften von z. B. Erdgas, Biomethan oder Propan angepasste Ottomotoren. Die für die ak tuell verfügbaren Gasmotorwärmepumpen zumeist von japanischen Herstellern gelieferten Aggregate wurden ursprünglich zum Einsatz in Gabelstaplern oder Bau maschinen entwickelt. Ihre Markennamen (Ku bota, Toyota, Yanmar etc.) finden sich heute auf vielen entsprechenden Fahrzeugen. Die Einsatzbedingungen in Baggern und Staplern sind hart und so erwartet den Anwender heute eine solide und effiz iente Motorentechnik.

In der Anwendung als Wärmepumpe wird der Gasmotor in einer saubereren Umgebung installiert. Hier treibt er kein mehrstufiges Getriebe an – in diesem Fall ist ein Scroll- oder Schraubenverdichter für gasförmige Kältemittel auf der Antriebswelle montiert. Einen kleinen Generator für die Eigenstromversorgung ausgenommen, geht die komplette mechanische Wellenleistung in die Verdichtung eines Kältemittels.

Mit der Integration der Industriemotoren in die Wärmepumpenanwendung steht eine effiziente Technologie für Heizungs- und Klimaanwendungen bereit. Während in elektrisch angetriebenen Wärmepumpen die Zusammensetzung des Strommixes für die tatsächliche klima- und kostentechnische Effizienz entscheidend ist, ermöglicht die Nutzung von kos tengünstigem Gas in Gasmotor wärmepumpen die gleichzeitige Anwendung mehrerer Temperaturniveaus. So können aus der Motorkühlung bei ca. 85 bis 90 °C und aus dem Abgas bei ca. 300 °C verschiedene Vorlauft emperaturen generiert werden. Gleich zeitig kann die Gasmotorwärmepumpe für Kühl anwendungen und Klimatisierung Temperaturen von bis zu -15 °C erzeugen.

Planung und Anlagenbau mit Gasmotorwärmepumpen
Die Integration von Gasmotoren und Wärmepumpen zu Gasklimageräten wurde Ende der 80er-Jahre in Japan begonnen. Mittlerweile sind dort über eine halbe Million Anlagen in Betrieb, woraus eine entsprechende Betriebserfahrung resultiert.

In Deutschland und Europa sind die Anlagen erst seit wenigen Jahren auf dem Markt und werden hauptsächlich als Gasklimaanlagen in Gewerbeimmobilien eingesetzt. So wurden oft Gebäude in moderner Stahl-und-Glas-Architektur, Bürogebäude und Fitnesseinrichtungen wegen ihres gleichzeitigen Wärme- und Kältebedarfes ausgestattet. Aber auch große Logistikzentren und mittelständische Industrieanwendungen greifen auf Gasmotorwärmepumpen zurück. Vielfach werden einzelne Gasmotorwärmepumpen, die von ca. 25 bis 300 kWth am Markt verfügbar sind, modular auf gestellt.

In der Planung sind häufig die gesetzlichen Vorschriften zur Energieeffizienz Antrieb für die Untersuchung eines Einsatzes. Durch die Einbindung von Umweltwärme, die Ausnutzung des Brennwerteffekts und die beinahe vollständige Nutzung der im Antriebsgas gespeicherten Energie werden die Anforderungen der EnEV und des EEWärmeG zur Förderung der Anfangsinvestitionen erfüllt. Des Weiteren befreit der Einsatz von Gas den Anwender von der Zahlung der EEG-Umlage, die bei elektrisch angetriebenen Wärmepumpen einen nicht unerheblichen Posten der Betriebskosten ausmacht.

Bei der technischen Umsetzung einer Klimaanwendung mit Gasmotorwärmepumpen ist von Vorteil, dass die Anlagen sehr kompakt aufgebaut sind und die Schnittstellen, z. B. die Heizverteiler, standardisiert sind. Zusätzlich bieten verschiedene Anlagenbauer Komplettlösungen an. Die Beauftragung eines in Klima- und Kältetechnik erfahrenen Anbieters kann für einen erfolgreichen Einsatz entscheidend sein.

Gasmotorwärmepumpe mit integriertem Wärmetauscher von YANMAR

Das japanische Maschinenbauunternehmen YANMAR mit Sitz in Osaka ist weltweit in mehr als 130 Ländern mit Produktions- oder Vertriebsstätten präsent; den Vertrieb in Deutschland verantwortet die KKU Concept GmbH, Marl.


Bild: Panasonic

YANMAR Gasmotorwärmepumpen mit integrierter Wärmerückgewinnung überzeugen in zweifacher Hinsicht: Im Vergleich zu konventionellen Wärmepumpen bietet Gas als Antriebsenergie eine ökologisch und ökonomisch sinnvolle Alternative zu Strom. Neben der Außenluft nutzen YANMAR Gasmotorwärmepumpen die beim Motorbetrieb anfallende Abwärme als zusätzliche Wärmequelle – und erreichen so einen deutlich höheren thermischen Wirkungsgrad. Über ein integriertes Vier-Wege-Ventil kann der Kältekreislauf reversibel betrieben werden. Das System liefert so Wärme zur Beheizung im Winter und sorgt im Sommer mit Kälte für angenehme Raumtemperaturen.

In Verbindung mit der Hydrobox (Made by KKU MANUFAKTUR) lässt sich die YANMAR Gasmotorwärmepumpe mühelos an wassergeführte Systeme anschließen. Die Kombination gewährleistet, dass die Heiz- und Kühlleistung im Wassertemperaturbereich von +6 °C bis max. +50 °C zuverlässig an ein Wassernetz übergeben wird und kommt sowohl bei Neuals auch bei Bestandsbauten zum Einsatz. Die Temperaturen, welche durch die Hydrobox bereitgestellt werden können, eignen sich sowohl für Industrie- als auch für Gewerbe- und Prozessanwendungen (siehe auch Referenzprojekt im Infokasten).

Technische Daten aus ASUE Marktübersicht Gaswärmepumpen: Heizleistung 50 bis 104 kWth, Kälteleistung 38 bis 85 kWth, in Kaskadierung: beliebig, mehr als 1 MWth möglich.

ECO G-Gasmotorwärmepumpen GE3 von Panasonic

Die Panasonic ECO G GE3 werden mit Erdgas oder Flüssiggas angetrieben und kommen mit einer einphasigen Stromversorgung aus. Vertrieb (u.a.) über Alfred Kaut GmbH & Co., Wuppertal.


Bild: Panasonic

Die Panasonic ECO G-Reihe ist insbesondere auf die Bedürfnisse kommerzieller Anwender zugeschnitten. So können die neuen GE3-Systeme jetzt mit der Panasonic Kältemittel-Sammelstation zur Leckageüberwachung und zur Aktivierung des Abpumpbetriebs abgesichert werden. Dank einer Warmwasservorrangschaltung lässt sich auch ein größerer Warmwasserbedarf bis zu einer Außentemperatur von -21 °C zuverlässig decken.

Die ECO G GE3 Gasmotorwärmepumpen sind in Leistungsgrößen von 16 bis 30 PS (45 bis 85 kW) lieferbar. Durch Gerätekombinationen können 2-Leiter-Systeme mit einem Leistungsbedarf von bis zu 60 PS (170 kW) realisiert werden. Eine maximale Stranglänge von 200 m und ein maximaler Höhenunterschied von 50 m sind beste Voraussetzungen für eine sehr flexible Systemplanung. Die Geräte lassen sich flexibel einsetzen, z. B. als herkömmliches VRF-System, an das bis zu 64 Direktverdampfungs- Innengeräte angeschlossen werden können. In diesem Fall sorgt das gasbetriebene VRF-System für eine energieeffiziente Gebäudeklimatisierung. Mit dem für die ECO G-Reihe optimierten Wasserwärmeübertrager von Panasonic besteht zudem die Möglichkeit, auch Kaltwasser-Innengeräte zu betreiben. Sogar Mischsysteme sind möglich. Natürlich lassen sich alle ECO G-Anlagen über Protokolle wie BACnet, KNX usw. in das Gebäudeleitsystem einbinden.

Wie alle VRF-Systeme von Panasonic kann auch die neue Generation ECO G GE3 über die Panasonic AC Smart Cloud weltweit über das Internet gesteuert und überwacht werden.

Technische Daten aus ASUE Marktübersicht Gaswärmepumpen: Heizleistung 50 bis 95 kWth, Kälteleistung 45 bis 85 kWth, in Kaskadierung: Heizleistung 100 bis 190 kWth, Kälteleistung 90 bis 170 kWth

AISIN Gasmotorwärmepumpe: Heizen und Kühlen mit nur einem Gerät

Der japanische Automobilzulieferer AISIN gehört zu 30 % zur Toyota-Gruppe. Der deutschlandweite Vertrieb erfolgt über GoGaS Goch GmbH & Co. KG, Goch.


Bild: AISIN

Hocheffiziente Energieerzeugung, umweltschonende Technologie und die Nutzung von Luft als Erneuerbare Energie: Die Gasmotorwärmepumpe von AISIN vereint zuverlässige und etablierte Technologien mit innovativen Lösungen für die Klimatisierung von Gewerbe-/Industriebauten und Sportzentren in einem Produkt. Die zur Beheizung und Kühlung erforderliche Energie entzieht sie teilweise der Umgebungsluft. Das GMWP-System trägt so zur Verringerung des Primärenergiebedarfs bei, einem der Kernpunkte Europäischer Zielvorgaben zur Energieeffizienzsteigerung.

Gasmotorische Wärmepumpen arbeiten im Vergleich zu elektrisch betriebenen Wärmepumpen in einem breiten Spektrum von Außentemperaturen ohne Leistungsverlust. Die aktuelle Generation wurde mit speziell entwickelten Motoren ausgerüstet, sodass Betreiber von extrem langen Wartungsintervallen profitieren.

Technische Daten aus ASUE Marktübersicht Gaswärmepumpen: Heizleistung 25 bis 80 kWth, Kälteleistung 22,4 bis 71 kWth, In Kaskadierung: Heizleistung 100 bis 160 kWth, Kälteleistung 90 bis 142 kWth

Gasmotorwärmepumpe TEDOM Polo 100

Gaswärmepumpe Polo 100 der TEDOM AG. Die tschechische Maschinenbaufirma bearbeitet den deutschen Markt von Třebí̌Č aus.


Bild: TEDOM

Die Gaswärmepumpe TEDOM Polo 100 präsentiert sich als kompakte, relativ leistungsstarke Anlage, die ihrem Betreiber eine variable Kälte- und Wärmeerzeugung in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen und dem jeweiligen Energiebedarf bietet. Die Verbindung eines hochwertigen Kolbenkompressors aus deutscher Herstellung und eines zuverlässigen japanischen Industriemotors ermöglicht die flexible Anpassung für den Einsatz in verschiedenen Industrie- und Lebensmittelbetrieben, Bürogebäuden, Hotelanlagen usw. Mit einer Anlage kann somit eine erhebliche Energieeinsparung bzw. Reduktion der mit der Heiz-/Kühlwasseraufbereitung verbundenen Kosten erzielt werden. In Lebensmittelbetrieben mit permanentem Kühlbedarf trägt die Gaswärmepumpe TEDOM Polo 100 dazu bei, den Strombedarf erheblich zu reduzieren; insbesondere den Strombedarf, der zur Kühlung in den Sommermonaten anfällt. Die Gaswärmepumpe kann jedoch auch in Betrieben mit erhöhtem Wärmebedarf eingesetzt werden, weil sie auch als Hochleistungswärmepumpe betrieben werden kann, welche die in der Umgebungsluft enthaltene Wärme nutzt. Dies ermöglicht eine effiziente Verwendung des Brennstoffs und die Reduktion der Betriebskosten.

Technische Daten aus ASUE Marktübersicht Gaswärmepumpen: Heizleistung bis zu 300 kWth, Kälteleistung bis zu 200 kWth, Kaskadierung nicht möglich.

Wirtschaftlichkeit – heute und in Zukunft

In puncto Wirtschaftlichkeit teilen Gaswärmepumpen das Schicksal der anderen Effizienztechnologien. Aus rein betriebswirtschaftlicher Sicht ist die Investi tion in eine Gas-Brennwert-Heizung deutlich günstiger. Energieeinsparung und Umweltentlastung sind nicht zum Nulltarif zu haben. Gaswärmepumpen erfordern höhere Investitionskosten als die bekannten Gas-Brennwert-Lösungen, auch wenn diese durch Solarthermie ergänzt werden. Kunden, die diese Mehrkosten in Kauf nehmen, haben mit Gaswärmepumpen eine interessante technische und aus ökologischer Sicht zukunftsorientierte Lösung. Eine Marktübersicht der aktuell verfügbaren Modelle bietet eine PDF- Broschüre der ASUE.www.asue.de

Gasmotorenwärmepumpen für ein Ärztezentrum

Das ansprechend gestaltete Ärztezentrum mit 5200 m² Nutzfläche wurde auf dem Gelände des ehemaligen Güterbahnhofs Witten-Ost errichtet. Hauptmieter ist eine Dialyse-Praxisklinik mit 36 Behandlungsplätzen; des Weiteren sind im neuen „Medizinischen Centrum am Rheinischen Esel“ Praxen für Urologie, Chirurgie, Dermatologie und Physiotherapie sowie eine Apotheke angesiedelt.

Neben der Leistungsfähigkeit stand für den Bauherrn, die Domus GmbH aus Essen, auch die Wirtschaftlichkeit der Gebäudetechnik im Vordergrund – ein Aspekt, bei dem moderne Gasmotorwärmepumpen von Yanmar ihre Stärke schon vielfach unter Beweis gestellt haben. Konsequenterweise kommen in dem Wittener Ärztezentrum zwei dieser Anlagen, jeweils in Verbindung mit einer „KKU-Hydrobox“ (siehe folgende Seite), zum Einsatz. Die beiden Gasmotor wärmepumpen lassen sich unabhängig voneinander betreiben und liefern insgesamt 82 kW Kälte- bzw. 84 kW Wärmeleistung. Eine von ihnen ist zudem mit einer Motorwärmerückgewinnung ausgestattet. Daher liefert sie im Kühlbetrieb 16 kW gewissermaßen kostenlose Wärme für die Trinkwassererwärmung und entlastet so den Brennwertkessel. Dieser übernimmt erst ab einer Außentemperatur unter minus 3 °C die Beheizung des Gebäudes.