Wärmepumpen für Warmwasser- und Dampfprozesse – so schnell rechnen sie sich für die Industrie

So arbeitet eine Wärmepumpe

Das Prinzip einer Wärmepumpe ist überschaubar. Sie entzieht einer Wärmequelle auf niedrigem Temperaturniveau Wärme und hebt diese auf ein höheres, nutzbares Niveau. Das im Verdampfer entstehende Kältemittelgas wird über einen Verdichter verdichtet und erhitzt. Das heiße Gas strömt in den Kondensator und kondensiert dort unter Abgabe von Wärme. Eine Drossel entspannt das Kältemittelkondensat und kühlt es ab. Dabei entsteht überwiegend flüssiges Kältemittel, das im Verdampfer erneut verdampft. So schließt sich der Kreislauf. Die hier angefügte Grafik soll Ihnen das schematisch verdeutlichen:

Diese Wärmepumpen können hohe Temperaturen erzeugen

Je nach Anwendungsfall brauchen Betriebe sehr unterschiedliche Temperaturniveaus. Für die Gebäudebeheizung reichen oft 70 – 80 °C. Für Prozesswärme können weit über 120 °C nötig sein. Wir unterscheiden drei Klassen:

• Konventionelle Wärmepumpen: einsetzbar bis etwa 80 °C.

• Hochtemperaturwärmepumpen (HTWP): geeignet für 80 – 100 °C.
• Very High Temperature Wärmepumpen (VHTWP): erreichen Temperaturen jenseits von 120 °C.

Die Jahresarbeitszahl entscheidet über die Effizienz

Wärmepumpen setzen elektrische Energie ein, um Wärme zu erzeugen. Manche Systeme arbeiten effizienter als andere. Das liegt an der Technologie und am Temperaturhub. Der Temperaturhub (auch Delta T oder ΔT) beschreibt den Unterschied zwischen der Temperatur der Wärmequelle und der abgegebenen Wärme. Je kleiner der Temperaturhub, desto effizienter das System.

Zur Bewertung der Effizienz dienen zwei Kennzahlen. Die erste ist der COP (Coefficient of Performance). Er beschreibt das Verhältnis von nutzbarer Wärme zu eingesetzter elektrischer Energie. Der COP in den Datenblättern gilt immer für definierte Temperaturen auf der kalten und heißen Seite.

Aussagekräftiger als der unter Standardbedingungen ermittelte COP ist die JAZ, die Jahresarbeitszahl. Sie beschreibt die durchschnittliche Effizienz über ein ganzes Jahr. Im Haustechnikbereich gilt eine JAZ ab etwa 3 häufig als guter Richtwert; für Förderfragen gelten gesonderte, programmspezifische Anforderungen. In der Industrie ist die Varianz größer. Je nach Projekt ergeben sich gute Nettoeinsparungen schon ab JAZ-Werten über 2,5. Werte über 5 sind erstrebenswert. Beispiele dafür finden Sie weiter unten.

Diese Wärmequellen und Prozesse passen zusammen

Der Temperaturhub ΔT ist besonders entscheidend für die Effizienz. Beträgt er zum Beispiel 25 Kelvin, arbeitet eine Wärmepumpe etwa doppelt so effizient wie bei einem ΔT von 50 Kelvin. Professionelle Planer bringen passende Wärmequellen und Nutzwärmesenken zusammen. Die Grafik gibt einen Überblick über mögliche Kombinationen im industriellen Kontext. Die Grafik gibt einen Überblick über mögliche Kombinationen im industriellen Kontext:

Auf das richtige Kältemittel kommt es an

Für Wärmepumpen gibt es eine Vielzahl von Kältemitteln. Einige sind gesundheitsschädlich, klimaschädlich oder leicht entzündbar. Zur Reduzierung fluorierter Treibhausgase gilt die EU-F-Gase-Verordnung; maßgeblich ist seit dem 11. März 2024 die Verordnung (EU) 2024/573, die die frühere Verordnung (EU) Nr. 517/2014 abgelöst hat (UBA, 2026). Als zukunftsfähig gelten heute Kältemittel mit geringem Global Warming Potential (GWP) und geringem Ozone Depletion Potential (ODP).

Kältemittel spielen ihre Stärken in verschiedenen Einsatz- und Temperaturbereichen unterschiedlich aus. Entscheidend sind thermische Eignung, Sicherheit, Effizienz, volumetrische Heizleistung sowie Kosten, Verfügbarkeit und technische Beherrschbarkeit.

So werden Wärmepumpen für die Industrie gefördert

Wärmepumpen sind für viele Betriebe vor allem ein Kosten- und Risikothema. Sie können Erdgasverbräuche ersetzen, Preisrisiken senken und einen besser planbaren Wärmekostenpfad ermöglichen. Der Bund unterstützt Investitionen zusätzlich über die Bundesförderung für Energie- und Ressourceneffizienz in der Wirtschaft (EEW) (BMWE, 2026; BAFA, 2026).

Für Wärmepumpen zur Prozesswärmeerzeugung ist Modul 2 „Prozesswärme aus Erneuerbaren Energien" einschlägig. Gefördert werden Erwerb und Installation der Anlagen, sofern über 50 Prozent der bereitgestellten Energie als Prozesswärme genutzt werden (BMWE, 2026). Die Fördersätze liegen bei 40 Prozent für große, 50 Prozent für mittlere und 60 Prozent für kleine Unternehmen (BMWE, 2026). Der maximale Förderbetrag pro Vorhaben beträgt 20 Mio. Euro. Unternehmen wählen zwischen einem Zuschuss beim BAFA und einem zinsverbilligten Kredit mit Tilgungszuschuss über die KfW (BMWE, 2026).

Neben der modulbasierten Förderung gibt es den EEW-Förderwettbewerb als eigenständigen, wettbewerblichen Weg für Effizienzvorhaben (BAFA, 2026). Welcher Weg für Ihr Projekt der passende ist, hängt von Technik, Einsparziel und Zeitplan ab.

Für CFO und Einkauf zählt am Ende die Umsetzbarkeit: Welche Förderlogik passt, wie hoch ist der Zuschuss, wie belastbar ist der Zeitplan – und welche Nachweise werden benötigt. Die Spezialisten vom BFE Institut für Energie und Umwelt aus dem MVV-Partnernetzwerk unterstützen Sie dabei, die Förderstrategie sauber aufzusetzen, Projektskizzen einreichungsreif zu machen und die Antragstellung strukturiert durchzuziehen.

Einen Überblick über die Wege bietet unsere Fördermittelberatung.

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Wie schnell rechnet sich die Umstellung auf eine Wärmepumpe?

Eine pauschale Antwort gibt es nicht. Von Fall zu Fall sind zuerst technische Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit zu prüfen. Einzelne Branchen sind für Hochtemperaturwärmepumpen jedoch geradezu prädestiniert. Überall dort, wo Abwärme in Form warmer Abwässer oder feuchter, warmer Abluftströme anfällt, erreichen Wärmepumpen sehr gute COP-Werte für die Vorwärmung von Prozesswässern oder Prozessluft. Mehr dazu lesen Sie in unserem Überblick zur Abwärmenutzung in der Industrie.

Für die Dampferzeugung sind höhere Temperaturhübe nötig. Dadurch sinken die COP-Werte und die Amortisationszeiten verlängern sich. Gerade hier ist die Nutzung hoher Abwärmetemperaturen ein Vorteil. Um das Potenzial einer Abwärmequelle zu ermitteln, empfehlen wir Messtechnik und repräsentative Langzeitmessungen. Auf Basis der Messdaten lassen sich Wärmepumpen richtig dimensionieren und ein valider Business Case rechnen. Die neuen Wärmekosten setzen sich aus Kapital-, Betriebs- und Verbrauchskosten zusammen. Zwei Beispielrechnungen auf Basis realer Werte machen das konkret.

Fall 1: Trocknungsprozess in der Lebensmittelindustrie

Nutzung von Abwärme aus einem Trocknungsprozess für die Vorwärmung von Trockenluft: COP = 5, Nutzwärme 1 MW, elektrische Leistung 200 kW, 5.000 Betriebsstunden.

• Erdgaskosten-Einsparung: ca. 400.000 €
• Strom-Mehrkosten: ca. 160.000 €
• Brutto-Einsparung: 240.000 €/a

Die Nettoeinsparung ergibt sich nach Abzug aller Kosten. Im Industrie-Contracting* liegt sie über 10 Jahre bei ca. 200.000 €/a. Damit beträgt die Nettoeinsparung des Kunden während der Contractinglaufzeit ca. 40.000 €/a. Nach Ablauf der 10 Jahre steigt die Einsparung sprunghaft, da die Finanzierungskomponente entfällt. Die CO₂-Einsparung dieser Maßnahme beträgt, den Einsatz von Grünstrom vorausgesetzt, ca. 1.350 t/a.

*Rundum-sorglos-Paket inkl. Planung, Bau, Finanzierung und Betrieb.

Fall 2: Kunststoffverarbeitende Industrie

Nutzung von Abwärme aus dem Kühlwasser für die Erzeugung von Prozessdampf in zwei Schritten. Eine Hochtemperaturwärmepumpe erzeugt zunächst Niederdruckdampf, der mittels Dampfverdichter auf das gewünschte Prozessdampfniveau gehoben wird. System COP = 2,5, Nutzwärme 1 MW, el. Leistung 400 kW, 5.000 Betriebsstunden.

• Erdgaskosten-Einsparung ca. 700.000 €
• Strom-Mehrkosten ca. 320.000 €
• Brutto-Einsparung = 380.000 €/a

Die gezeigte Bruttoeinsparung hängt bei kleinen COP-Werten stark vom Erdgas/Strom-Preisverhältnis ab. Eine Sensitivitätsanalyse zeigt den Kunden auf, auf welchem Niveau sich die Nettoersparnis, abhängig von zukünftigen Energiepreisen, bewegt.

Fallbeispiele wie diese zeigen, dass Wirtschaftlichkeit und CO2-Einsparung Hand in Hand gehen können.