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«Lassen Sie nie die Analyse aus!»

In seinem Fachreferat zum Thema Wärmepumpen betonte Beat Wellig von der Hochschule Luzern inständig, dass der optimale Einsatz einer Wärmepumpe von einer sauberen Analyse abhängt. Lesen Sie im Interview, welche Rahmenbedingungen für einen gewinnbringenden Betrieb ebenfalls wichtig sind.

Leitet seit 2006 das Kompetenzzentrum für thermische Energiesysteme & Verfahrenstechnik: Prof. Dr. Beat Wellig

Beat Wellig hielt bereits an mehreren Fachtagungen Referate zu verschiedenen Themen aus seinem Forschungsbereich

Bei einer Wärmepumpe denkt man schnell ans Eigenheim.

Das ist in der Tat so. Wir müssen bei Wärmepumpen daher klar unterscheiden zwischen der Wärmepumpe, die man im Ein- oder Mehrfamilienhaus fürs Heizen und das Warmwasser benötigt, und Wärmepumpen für industrielle Prozesse. Das sind zwei verschiedene paar Schuhe. Beim Hausbesitzer sind dies Heizsysteme ab Stange. Vereinfacht gesagt: Man schliesst die Wärmepumpe ans Heiznetz und an den Strom an und es wird warm. Das ist im industriellen Umfeld natürlich anders. Oft sind es massgeschneiderte, grössere Anlagen und Lösungen. Die Heizleistung beträgt nicht sieben oder acht Kilowatt, sondern schnell mal 700 Kilowatt.

 

Welchen Stellenwert nimmt das Thema Wärmepumpen in Kompetenzzentrum Energiesysteme & Verfahrenstechnik ein, das sie an der Hochschule Luzern leiten?

Innerhalb unseres Kompetenzzentrums haben wir vier Forschungsgruppen mit insgesamt etwa 35 Mitarbeitenden. Wärmepumpen sind dabei ein wichtiger Grundpfeiler unserer Forschung und Entwicklung.

 

Welches sind die interessantesten Anwendungen aus Ihrer Sicht?

In der Industrie gibt es viele interessante Anwendungen mit Wärmepumpen. Spannend ist natürlich, wenn man beide Seiten einer Wärmepumpe nutzen kann. Das heisst, wenn man die «kalte» und die «warme» Seite verwendet, da man dann einen doppelten Nutzen erzielt. Eine Wärmepumpe entzieht an einem Ort Energie. Das kann der Kühlschrank oder ein Industrieprozess sein. Beim Kühlschrank bildet die kalte Seite den Nutzen. Bei der Wärmepumpe zum Heizen wiederum die warme Seite. Wenn man Anwendungen findet, bei denen man beide Seiten nutzen kann, erreicht man einen höheren Wirkungsgrad und eine kostengünstige Lösung.

 

Wie sieht ein klassischer Kunde des Kompetenzzentrums aus?

Neue Wärmepumpen mit neuen Technologien sind unser Kernthema. Unsere Kunden sind entsprechend breit aufgestellt: von einer V-ZUG, über Wärmepumpenbauer und Komponentenentwickler bis hin zu grossen Industrieunternehmen. KMU sind in unserem Portefeuille dabei der Regelfall, da die grossen Unternehmen über eigene Entwicklungskapazitäten verfügen. KMU suchen eher den Kontakt zu unserer Hochschule.

 

Ein Kompetenzzentrum verortet man natürlich in der Forschung. Wie eng ist Ihre Zusammenarbeit mit der Wirtschaft?

Wir machen natürlich Forschung und Entwicklung. Wir finanzieren uns zu einem grossen Teil durch die Zusammenarbeit mit der Wirtschaft. Etwa 70 Prozent unseres Umsatzes generieren wir extern.

 

Welchen Zweck hat eine PinCH-Analyse?

Die PinCH-Analyse ist sozusagen der erste Schritt der Energie-Optimierung. Man schaut zunächst, was ein Prozess in einem Industriebetrieb wirklich benötigt. Wo gibt es Heiz- und Kühlbedürfnisse? Diesen Schritt darf man nie überspringen. Nur mit einer sauberen Analyse kann man herausfinden, wo ein optimaler Fall für eine Wärmepumpe vorliegt. Es ist wie beim Bergsteigen: Man muss jeden Schritt sauber machen und kann nicht einfach mal drei Schritte auslassen.

 

Wie sieht in diesem Bereich die Zusammenarbeit mit der Energie-Agentur der Wirtschaft (EnAW) aus?

Wir entwickeln primär die Methoden und Tools. Das ist unsere Kernkompetenz. Einzelne PinCH-Analysen machen wir aber auch selbst, damit wir die Bedürfnisse der Industrie kennen und auch Rückmeldungen für unsere Toolentwicklung erhalten. Mit der EnAW pflegen wir eine langjährige und gut eingespielte Zusammenarbeit. Sie ist für uns die Schnittstelle sowohl zu Industriebetrieben als auch zu Ingenieurbüros und unterstützt uns bei der Entwicklung unserer Tools. Wir bilden wiederum fortlaufend die EnAW-Moderatoren im Bereich der PinCH-Analyse und der Anwendung unserer Tools aus. Nicht zuletzt ist die EnAW auch ein Partner im Swiss Competence Centers in Energy Research.

 

Ist ein Technologieschub im Bereich der Wärmepumpen zu erwarten?

Wärmepumpen sind eine erprobte Technik. Es gibt viele gute Anlagen. Mindestens so wichtig wie die Wärmepumpe selbst ist die Integration der Wärmepumpe in das Gesamtsystem. Die Hydraulik muss stimmen, die Wärmepumpe muss auf die richtige Grösse ausgelegt sein und nicht dauernd ein- und ausgeschaltet werden. Es geht um sauberes Ingenieurhandwerk. Zugleich darf nicht an jeder Ecke ein Angstzuschlag von 20 Prozent erhoben werden. Wenn fünf Ingenieure an verschiedenen Orten jeweils 20 Prozent Angstzuschlag hinzufügen, ist die Wärmepumpe am Schluss massiv überdimensioniert.

 

In welchen Prozessen sehen Sie weiteres Potenzial?

Lange haben wir uns mit kontinuierlichen Prozessen befasst. Interessant sind aber auch sogenannte Batch-Prozesse, die diskontinuierlich funktionieren. Beim Bierbrauen ist dies beispielsweise der Fall: Man heizt erst, mischt anschliessend, leert und kühlt wieder. Ein solcher zeitlicher Ablauf macht das Optimieren viel schwieriger. Wärmepumpen in Prozessen sinnvoll einzusetzen, wenn zu bestimmten Zeiten gewisse Ströme gar nicht da sind: Das ist die Herausforderung, mit der wir uns gegenwärtig bei der Entwicklung von PinCH 3.0 beschäftigen. Der Einsatz von thermischen Energiespeichern bietet hier grosses Potenzial.

 

Welche Botschaft haben Sie den Besuchern Ihres Referats an der Fachtagung mit auf den Weg gegeben?

Eine Disziplin alleine kann ein Problem nicht lösen. Es braucht mehr als nur Technologie oder nur neue Prozesse. Wir müssen immer das Gesamtsystem betrachten. Damit dies ganzheitlich geschieht, ist eine interdisziplinäre und vertrauensvolle Zusammenarbeit aller Involvierten unerlässlich. Bezüglich Integration von Wärmepumpen möchte ich den Besuchern mit auf den Weg geben, dass eine saubere Prozess-Analyse entscheidend ist. Zuerst muss man herausfinden, was der Prozess wirklich benötigt. Erst dann soll man sich Gedanken machen, ob diese oder jene Wärmepumpe besser geeignet ist.

 

Zur Person

Seit 2006 leitet Prof. Dr. Beat Wellig das Kompetenzzentrum für Thermische Energiesysteme & Verfahrenstechnik an der Hochschule Luzern. Wellig studierte an der Hochschule Luzern Maschinentechnik und an der ETH Zürich Verfahrenstechnik. Er promovierte am Institut für Verfahrenstechnik der ETH Zürich auf dem Gebiet der Hochdruckverfahrenstechnik.

Thermische Energiesysteme & Verfahrenstechnik

Das Kompetenzzentrum Thermische Energiesysteme & Verfahrenstechnik (CC TEVT) ist spezialisiert auf praxisnahe Forschung und Entwicklung und erbringt anspruchsvolle Dienstleistungen im Bereich der Energie-, Verfahrens- und Umwelttechnik.