Dekarbonisierung der Prozesswärme in einem Lebensmittelbetrieb
Vollständiger Ausstieg aus Erdgas zugunsten eines Kaskadensystems mit R290-Wärmepumpen, das gleichzeitig Produktions-, Sozial- und Lagerzonen mit unterschiedlichen Temperaturanforderungen versorgt.
Herausforderung des Investors
Der Produktionsbetrieb beheizte Produktionshalle, Sozial-/Bürozone sowie die Warmwasserbereitung mit einer Gasheizzentrale, bei steigenden Brennstoffkosten und geplanten Emissionsauflagen für Industrieobjekte. Der Investor stellte eine harte Bedingung: keine Unterbrechung des Produktionszyklus während der Modernisierung sowie Einhaltung der Prozesstemperatur in der Fettlagerzone auf einem für die Rohstoffqualität unüberschreitbaren Niveau.
Eine zusätzliche Schwierigkeit war die Uneinheitlichkeit der thermischen Anforderungen innerhalb eines Objekts: Produktionshalle mit Wärmerückgewinnung von Maschinen, Fertigwarenlager mit saisonalem Kühlbedarf sowie Sozial-/Bürozone mit klassischem Heizprofil. Eine einzelne, zentrale Heizzentrale spiegelte die tatsächliche Bedarfsstruktur nicht mehr wider.
Die zentrale planerische Frage war, ob sich eine elektrische Wärmepumpe bei der gegebenen Relation von Strom- zu Gaspreisen überhaupt wirtschaftlich rechnet — nicht nur technisch.
Eingesetzte Technologie
Statt einer einzelnen überdimensionierten Wärmequelle wurde eine dreizonige Architektur auf Basis von Luft-Einheiten im ökologischen Kältemittel R290 (GWP = 3) geplant, separat ausgelegt für jedes Abnahmeprofil:
- Eine Einheit innerhalb der Produktionshalle versorgt das Fettlager bei ca. 50°C Vorlauf, mit einer Betriebssperre bei Hallentemperaturen über 19°C — das System heizt keine Zone nach, die bereits einen Abwärmeüberschuss hat.
- Eine Kaskade aus drei Außeneinheiten versorgt parallel Sozialzone, Büros, Warmwasserbereitung, Instandhaltungswerkstatt und Verpackungslager bei Vorlauftemperaturen bis 55°C.
- Zwei reversible Einheiten versorgen das Fertigwarenlager und gewährleisten Heizung im Winter sowie Kühlung bei erhöhten Außentemperaturen.
Die Regelung jeder Zone basiert auf unabhängigen Temperaturfühlern direkt in den versorgten Räumen sowie Stellantrieben an den Verteilerkreisen — ein Standardelement jeder GRADIO-Anlage mit ausgebauter Automatik, unabhängig vom Objektmaßstab. Ohne diese Messebene hätte kein Regelalgorithmus eine Grundlage für den tatsächlichen Zonenbedarf.
| Zone | Architektur | Vorlauftemperatur | Regelfunktion |
|---|---|---|---|
| Fettlager | 1× Inneneinheit R290 | ~50°C | Sperre bei Hallentemp. > 19°C |
| Sozial / Büros / Warmwasser | Kaskade 3× Außeneinheit R290 | bis 55°C | Unabhängige Fühler pro Raum |
| Fertigwarenlager | 2× reversible Einheit | saisonabhängig | Wechselnder Heiz-/Kühlbetrieb |
Erzieltes Ergebnis
Die Wirtschaftlichkeitsanalyse ergab, dass bei einer Preisrelation von 0,49 PLN/kWh Strom zu 0,19 PLN/kWh Gas das Wärmepumpensystem bereits ab einer saisonalen Leistungszahl COP von ca. 2,37 günstiger im Betrieb bleibt — eine Schwelle, die von der geplanten Kaskade in den meisten Betriebsstunden des Betriebs real erreichbar ist.
Die Aufteilung in drei unabhängige Zonen eliminierte die Situation, in der eine einzelne Wärmequelle in einem Kompromiss-Betriebspunkt für alle Abnehmer gleichzeitig arbeiten müsste — jede Zone hält ihr eigenes Temperaturprofil unabhängig von der Last der übrigen.
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