Über den Wärmepumpenrechner

Diese Website hat zum Ziel, den Einsatz einer industriellen Großwärmepumpe im Rahmen einer ersten Abschätzung zu bewerten. Hierfür werden die technischen Eigenschaften, die Wirtschaftlichkeit sowie die ökologischen Auswirkungen des Einsatzes abgeschätzt. Zur Berechnung gelangen Sie über das Drop-Down Menü. Die Ergebnisse sollen eine erste Idee über die Sinnhaftigkeit des Einsatzes liefern, jedoch sind diese nicht für eine konkrete Planung oder gar die Umsetzung eines solchen Vorhabens geeignet. Für alle Eingabefelder sind Standardwerte oder Näherungsgleichungen hinterlegt. Das bedeutet: Sie können vorhandene Informationen direkt eintragen – oder die voreingestellten Werte nutzen. Wenn Sie Felder unverändert lassen (auch wenn dort eine 0 steht), wird automatisch eine passende Näherung verwendet. Bitte beachten Sie außerdem, dass Dezimalzahlen mit Punkt statt Komma einzugeben sind (z.B. 3.5 statt 3,5).

Im Folgenden werden die Inhalte und der Aufbau der Website genauer erklärt. Bei Anmerkungen nehmen Sie gerne Kontakt auf.

Informationen zur technischen Bewertung

Mithilfe der eingegebenen Wärmequellen- und Wärmesenkentemperaturen werden in einem ersten Schritt die Kältemittel identifiziert, die sich aufgrund Ihres Betriebstemperaturbereichs eignen. Der Betriebstemperaturbereich wird gemäß der VDI-Norm 4646 [1] ermittelt. Im zweiten Schritt kann aus den Vorschlägen ein Kältemittel ausgewählt werden. Anschließend werden auf Grundlage der vorgegebenen Temperaturen, des gewählten Kältemittels sowie der gewünschten Nutz- oder Abwärmeleistung für einen einstufigen Kreisprozess die Wärmeströme der Quelle und Senke, die entsprechenden äquivalenten Wassermasseströme, die elektrische Verdichterleistung, der COP sowie der Carnot-COP und der Gütegrad mithilfe von CoolProp-Daten berechnet. Mehr Informationen zu CoolProp erhalten Sie im Impressum. Dargestellt werden die Ergebnisse in einem log(p)-h-Diagramm und einem Schaltbild. Für die Berechnungen wird von einer Überhitzung von 5 K nach dem Verdichter, sowie einer Grädigkeit von ebenfalls 5 K für beide Wärmeübertrager ausgegangen.

Informationen zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit

Zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit der potenziellen Anlage werden zunächst mögliche Investitions- und Betriebskosten ermittelt werden. Diese können entweder direkt vorgegeben werden oder alternativ mithilfe einer hinterlegten Näherungsformel hinterlegt werden. Die Nutzleistung der Wärmepumpe muss hierfür mindestens 500 kW und darf maximal 100 MW betragen. Dies resultiert aus den hinterlegten Näherungsgleichungen. Zur Abschätzung der Investitionskosten kann mithilfe der in [2] vorgestellten Grafiken in Abhängigkeit vom Leistungsbereich und der Art der Wärmequelle eine Annahme getroffen werden. Um die Betriebskosten abzuschätzen, werden die in [3] ebenfalls leistungsabhängigen Werte verwendet. Anschließend wird gemäß [4] eine Szenarioanalyse und eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt. Zudem werden die Wärmegestehungskosten berechnet. Abschließend werden Förderungen nach der BEW-Förderung nach Modul 2, bzw. 3 zur Förderung von Einzelmaßnahmen sowie nach Modul 4 zur Förderung von Betriebskosten [5], sowie die Möglichkeit einer Förderung nach KWKG [6] betrachtet. Hier bleibt zu beachten, dass dies lediglich zur Abschätzung dient und ein reales Fördervolumen von der Abschätzung abweichen kann. Insbesondere die Feststellung der Förderfähigkeit nach KWKG erweist sich als zu komplex und anlagenspezifisch, um diese mit wenigen Informationen zuverlässig bestimmen zu können.

Informationen zur ökologischen Einordnung

Zur Einordnung des ökologischen Nutzens werden die CO₂-Emissionen der potenziellen Wärmepumpe mit denen einer Referenzwärmeversorgung verglichen. Für die Wärmepumpe werden die strombasierten CO₂-Emissionen in Abhängigkeit der Energiequelle mit den zugehörigen primär energiebezogenen Emissionsfaktoren bzw. deren CO₂-Äquivalent gemäß [7] und [8] betrachtet. Als Referenzfall wird eine erdgaskesselbasierte Wärmeversorgung herangezogen. Um eine Einschätzung über den Einfluss des Kältemittels zu geben, werden darüber hinaus noch die Sicherheitsgruppe, die atmosphärische Lebensdauer und das Global Warming Potential nach [1] angegeben.

Quellen

[1] VDI 4646 - Entwurf (2024). Anwendung von Großwärmepumpen.
[2] Pieper, Henrik et al. (2018). Allocation of investment costs for large-scale heat pumps supplying district heating. Energy Procedia. Abgerufen von https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.07.104
[3] Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (2024). Bundesförderung für effiziente Wärmenetze (BEW) - Modul 4: Berechnungstool Wirtschaftlichkeitslückenberechnung - Wärmepumpe (XLSX). Abgerufen von https://www.bafa.de/DE/Energie/Energieeffizienz/Waermenetze/Effiziente_Waermenetze/effiziente_waermenetze_node.html
[4] DIN EN 17463 (2021). Bewertung von energiebezogenen Investitionen (VALERI)
[5] Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (2024). Bundesförderung für effiziente Wärmenetze (BEW). Abgerufen von https://www.bafa.de/DE/Energie/Energieeffizienz/Waermenetze/Effiziente_Waermenetze/effiziente_waermenetze_node.html
[6] Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (2018). Merkblatt für innovative KWK-Systeme.
[7] Lauf, Thomas et al. (2022). Emissionsbilanz erneuerbarer Energieträger 2021 - Bestimmung der vermiedenen Emissionen im Jahr 2021. Reihe Climate Change | 50/2022. Umweltbundesamt, Dezember 2022. Abgerufen von https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/emissionsbilanz-erneuerbarer-energietraeger-2021
[8] Icha, Petra et al. (2023). Entwicklung der spezifischen Treibhausgas-Emissionen des deutschen Strommix in den Jahren 1990 - 2022. Reihe Climate Change | 20/2023. Umweltbundesamt, Mai 2023. Abgerufen von https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/entwicklung-der-spezifischen-treibhausgas-9
[9] Statistisches Bundesamt (Destatis) (2024). Erdgas- und Stromdurchschnittspreise. Abgerufen von https://www.destatis.de/DE/Themen/Wirtschaft/Preise/Erdgas-Strom-DurchschnittsPreise/_inhalt.html (Stand: 27.03.2024)
[10] Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (2018). Merkblatt für innovative KWK-Systeme.
[11] Juhrich, Kristina (2022). CO2-Emissionsfaktoren für fossile Brennstoffe. Reihe Climate Change | 28/2022. Umweltbundesamt, Juni 2022. Abgerufen von https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/co2-emissionsfaktoren-fuer-fossile-brennstoffe-0
[12] ISO 817 (2014). Refrigerants - Designation and safety classification.