Großwärmepumpen als Schlüsseltechnologie der Energiewende
Neue VDI‑Richtlinie 4646 zeigt praxisnahe Wege zur industriellen Anwendung
Die endliche Verfügbarkeit, die Umweltauswirkungen, die geopolitischen Abhängigkeiten und die damit einhergehenden finanziellen Belastungen haben bei der Anwendung fossiler Energieträger zur Wärmeerzeugung nachhaltig zum Umdenken in der Wirtschaft geführt. Die Energiewende erhält dadurch neue Impulse und wird stetig und unumkehrbar vorangetrieben. Bereits in den 1980er-Jahren warben Kältefachleute aus der Praxis unter anderem mit Fachlektüre für die Anwendung von Wärmepumpen mit großer thermischer Leistung für Industrie, Gewerbe und Landwirtschaft 1. Jetzt haben sich abermals Experten aus Forschung und Industrie im Rahmen des VDI 4646 Richtlinienausschusses „Anwendung von Großwärmepumpen“
zusammengefunden.
Großwärmepumpen mit thermischen Leistungen über 100 kW gelten weltweit als unverzichtbare Bausteine zur Erreichung der Klimaschutzziele. Sie erschließen bisher ungenutzte Potenziale aus diversen nutzbaren Wärmequellen, ermöglichen hohe Vorlauftemperaturen für die Wärmesenken bei industriellen Prozessen und leisten – insbesondere in Fernwärmenetzen – einen direkten Beitrag zur Abkehr und Reduktion von fossilen Energieträgern zur Wärmeerzeugung.
Über mehrere Jahre hinweg hat die VDI‑Expertengruppe praxistaugliche Methoden erarbeitet, die zur Unterstützung der Planung von Großwärmepumpen-Projekten sowie für deren energetische und wirtschaftliche Bewertung herangezogen werden können. Zudem hat sie die wesentlichen Einflussfaktoren für den Betrieb erörtert. Nun liegt mit der Veröffentlichung des Weißdrucks der VDI Richtlinie 4646 2 ein umfassendes technisches Regelwerk vor, das Unternehmen, Planer und Betreiber systematisch bei der Integration großer Wärmepumpensysteme unterstützt. Die Richtlinie gibt Hinweise für Anwendungen jenseits der kleineren und mittleren Wohngebäude – also für Nichtwohngebäude, Quartiere, Gewerbe, Industrie und die leitungsgebundene Wärmeversorgung.
Breite Anwendungsfelder –
von Sportstätten bis zu Hochtemperaturprozessen
Anhand zahlreicher Beispiele zeigt die Richtlinie, wie vielseitig Großwärmepumpen einsetzbar sind:
Land- und Forstwirtschaft: Trocknungsprozesse, Gewächshausbeheizung
Lebensmittelindustrie: Reinigungs- und Prozesswärme
Sportstätten: gleichzeitiger Kälte- und Wärmebedarf, etwa in Eishallen und naheliegenden Schwimmbädern
Industrie: Nutzung von Abwärme aus Spritzguss, Sinter- oder Elektrolyseprozessen
Fernwärmenetze: Einspeisung von Wärme aus Kühl-, Fluss- oder Abwasser, von Industrie- oder Rechenzentrumsabwärme
Beispiele wie die iKWK-Anlagen der Stadtwerke Rosenheim oder die vier Großwärmepumpen von „Hamburg Wasser“ (Projekt Elbinsel Dradenau), die ab 2026 Wärme aus gereinigtem Abwasser gewinnen, in das zentrale Fernwärmenetz einspeisen und so rund 39.000 Haushalte versorgen werden, verdeutlichen das enorme Skalierungspotenzial im kommunalen Wärmesektor.
Ob Energieversorger, Städte und Kommunen, globale Industrie- und Fertigungsunternehmen oder Krankenhäuser: 2024 konnten Kunden von Johnson Controls ihre Betriebskosten dank der Wärmepumpenlösungen im Schnitt um 53 % senken und ihre CO2-Emissionen, verglichen mit konventionellen Gasheizungen, um 60 %
reduzieren.
Praxisorientierte Grundlagen –
von der Datenerfassung bis zur Machbarkeitsanalyse
Ein zentrales Element der VDI‑Richtlinie 4646 ist der strukturierte Prozess zur Grundlagenermittlung, der alle wesentlichen technischen, betrieblichen und wirtschaftlichen Parameter berücksichtigt. Dazu gehören:
detaillierte Analyse bestehender Kälte- und Wärmeversorgungsanlagen
Erfassung von Lastgängen, Temperaturbereichen und Volumenströmen
Bewertung von Wärmequellen und Wärmesenken (Temperaturbereiche, Jahresverlauf, Verschmutzung, Regeneration)
bauliche Rahmenbedingungen (Platzbedarf, Zugänglichkeit, Rückkühlung, Energieversorgung)
Die Richtlinie stellt hierfür Checklisten, Diagramme sowie ein Entscheidungsmodell zur Integration bereit. Sie erlaubt damit eine systematische Machbarkeitsabschätzung – ein wesentlicher Schritt vor jeder Investition.
Technische Vielfalt – Kältemittel, Systemkonzepte und Temperaturhübe
Großwärmepumpen arbeiten in einem breiten Anwendungsfeld zwischen Temperatur- und Leistungsanforderungen. Die Richtlinie liefert hierzu erstmals einen übergeordneten Überblick:
Auswahl geeigneter Kältemittel (z. B. CO2, Ammoniak, Propan, Buthan, Wasser)
typische Einsatzbereiche und Temperaturhübe
Varianten wie getrennte Systeme, Wärme‑Kälte‑Kopplung und Hochtemperatur-Wärmepumpen
Besonders wertvoll sind die enthaltenen Diagramme zur Abschätzung von Energieeffizienz in Form von COP‑Werten und von Wirtschaftlichkeitskennzahlen. Sie erlauben eine frühzeitige Bewertung auch komplexer Anwendungen.
Wirtschaftlichkeit und CO2‑Vorteile im Fokus
Ein großer Teil der neuen VDI‑Richtlinie widmet sich darüber hinaus der Kosten- und Emissionsbewertung. Sie zeigt beispielsweise:
LCOH‑Vergleiche (Levelized Cost of Heat) zwischen Wärmepumpe, Standard-Wärmepumpe und Gas‑Brennwertkessel
Einfluss des Temperaturhubs auf die Wirtschaftlichkeit
Abhängigkeiten vom Strom‑ zu Gaspreis-Verhältnis
Abschätzung der CO2‑Einsparungen im Jahresbetrieb
Anhand von praktisch auswertbaren Nomogrammen und mittels anschaulicher und in ampelfarben gestalteter Orientierungshilfen werden die komplexen Zusammenhänge dargestellt, welche in Beispielen unter diversen Randbedingungen einfach und nachvollziehbar erläutert werden.
Diese Instrumente ermöglichen Unternehmen fundierte Investitionsentscheidungen und machen deutlich, dass Großwärmepumpen – abhängig vom Temperaturhub – schon heute klare wirtschaftliche Vorteile bieten können.
Praxisbeispiele und Planungsleitfäden
Besonders praxisrelevant sind die ausführlich dokumentierten exemplarischen Anwendungen, unter anderem:
Abwasser- und Prozesswärmenutzung
Hochtemperaturwärmepumpe mit 120 °C Vorlauftemperatur
Nahwärmenetze in Gewerbegebieten
Rücklaufanhebung in BHKW-Systemen
Nutzung von Spritzguss-Abwärme
Ergänzt werden diese durch Kapitel zu typischen Planungsfehlern, Empfehlungen zur Anlagenauslegung, zur MSR-Technik und zu Betriebskonzepten.
Fazit: Ein Meilenstein für die
Abkehr und Reduktion von fossilen Energieträgern für Industrie und Fernwärme
Mit der VDI‑Richtlinie 4646 steht der Branche erstmals ein standardisiertes, praxistaugliches Instrumentarium zur Verfügung, das den gesamten Planungsprozess einer Großwärmepumpe abbildet – von der ersten Potenzialanalyse bis zur wirtschaftlichen Bewertung und zum Betrieb.
Der Weißdruck von VDI 4646 „Anwendung von Großwärmepumpen“ ist seit 1. Mai 2026 in deutscher und englischer Sprache verfügbar und wird künftig einen zentralen Referenzpunkt für Planer, Energieversorger, Industriebetriebe und Kommunen bilden. Großwärmepumpen entwickeln sich damit endgültig zu einem Kernbestandteil der klimafreundlichen Energieversorgung – technisch ausgereift, wirtschaftlich tragfähig und vielseitig einsetzbar.
Für die speziellen Anwendungen von Hochtemperaturwärmepumpen, welche typischerweise zum Beispiel im Bereich von Wärmesenken-Temperaturen über 100 °C arbeiten, ist gegenwärtig ein weiteres Blatt der VDI-Richtlinie in Vorbereitung.
