Wie laut wird es sein?

Was hat alkoholfreies Bier mit Wärmepumpen zu tun? Das: Bier ist ebenfalls eine sehr essentielle und sehr verbreitete Form der Solarenergiegewinnung. Der baden-württembergische Herstellerbetrieb Wimmi nutzt das eine und produziert technische Geräte zur Nutzung des anderen. Im folgenden Beitrag einige Details dazu.

Wenn Wärmepumpen eine Seele haben sollten, muss eine Reisegruppe die zwei Weishaupt-Maschinen bei Wimmi Anlagenbau im baden-württembergischen Waghäusel bitter enttäuscht haben. Denn die Besucher rückten sie in die zweite Reihe. Eigentlich galt ihnen der Stopp einer Pressefahrt zu Beispiel gebenden regenerativen Installationen, zu der der Bundesverband Wärmepumpe e.V. (BWP) im August vergangenen Jahres eingeladen hatte. Die Objektbesichtigungen sollten die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten dieser Technologie veranschaulichen, der Halt in Waghäusel belegen, dass sich auch Industriehallen nachhaltig und kostengünstig mit Außenluft-Wärmepumpen beheizen lassen.

Der Neubau des Jahres 2000 des Metall verarbeitenden Unternehmens gliedert sich in einen Büro- und einen Hallenkomplex mit einer Fläche von insgesamt 2.000 m². In der Hallensohle steckt in 30 cm Tiefe eine Betonkerntemperierung, in den Büros eine Fußbodenheizung. Die zwei kaskadierten Luft/Wasser-Wärmepumpen des Typs „WWP L 40 A-2“ von Weishaupt beliefern einen Puffer mit 1.000 Liter Inhalt und über den Speicher drei Heizkreise. Der Bürokreis gibt die Vorlauftemperatur vor und die Heizkreise für die Hallen werden mit Hilfe von Mischern angefahren. Zwei Aggregate mit je 40 kW und zwei Verdichtern reichen aus, um selbst bei Frost die Aufenthaltszonen ausreichend zu temperieren. Das Architekturbüro hatte die Gebäude bauphysikalisch für eine spezifische Heizlast von etwa 30 W/m² entworfen.

Natürlich ließen sich die Gäste der BWP-Pressefahrt die Technik ausführlich beschreiben. Noch aufmerksamer hörten sie allerdings zu, als Firmenchef Torsten Schreiter auf die Erzeugnisse seines Hauses zu sprechen kam: unter anderem Destillationsgeräte zur Herstellung von alkoholfreiem Bier. Die liefert er an namhafte Brauereien: „Zur Entalkoholisierung gibt es unterschiedliche Methoden, nämlich erstens das Destillationsverfahren, zweitens die Trennung mithilfe einer Membran und drittens die Unterdrückung der Gärung, also ein Gärungsstopp. Wir bauen die Anlagen für das Destillationsverfahren. Das dürfte auf dem Markt vorherrschen.“ Das heißt nichts anderes, als dass das Bier ganz konventionell gebraut wird, also der Zucker des Malzes – der in der Sonne gereiften Gerste – zu Alkohol vergären darf. Eine thermische Behandlung treibt im zweiten Schritt den Alkohol wieder heraus. Bier besteht zum größten Teil aus Wasser. Dessen Siedepunkt liegt bei 100 °C, der Siedepunkt von Alkohol dagegen bei nahe 80 °C. Mit 80 °C arbeitet die Destillation allerdings nicht. Hohe Temperaturen bekommen dem Bier nämlich gar nicht. Deshalb setzen die Brauereien das Prinzip der Vakuum-Verdampfung ein, sodass der Alkohol bei Temperaturen unter 40 °C schonend abdampft. „Leider verflüchtigen sich damit auch einige Hitze empfindliche Aromastoffe, die die Brauereien im Nachhinein aber wieder in das alkoholfreie Bier inhibieren“, erfuhren die Hörer.

Trend hält an

Bei der Membrantrennung presst man den Alkohol mithilfe des osmotischen Drucks durch eine Folie als Membran. Da die Poren die Alkoholmoleküle passieren lassen sollen und diese größer als die Wassermoleküle sind, fließt Wasser mit ab, das zu dem Sud auf der Vorderseite wieder zugeführt wird. Durch die Unterdrückung der Gärung, dem dritten Verfahren, entsteht nur wenig Alkohol. Allerdings entwickeln sich auch keine Aromen, die in erster Linie durch die katalysatorische Wirkung der Hefe entstehen. Geruchs- und Geschmackstoffe müssen deshalb hier ebenfalls wieder nachträglich eingemischt werden. Wie sieht es generell mit der Nachfrage am Biermarkt aus? Der Trend zu den alkoholfreien Sorten hält an. Der Absatz hat sich in den letzten zehn Jahren verdoppelt. Er macht rund sieben Prozent der insgesamt 77 Mio. derzeit jährlich in Deutschland getrunkenen Hektoliter Bier aus.

Nach diesen aufschlussreichen Erläuterungen zur Herstellung eines unserer „Grundnahrungsmittel“ beziehungsweise zu einem Produkt aus dem Programm der Wimmi Anlagenbau kam dann aber auch die nachhaltige Wärmeerzeugung zu ihrem Recht. Die Wärmepumpe zwang sich förmlich auf, weil ohnehin für Neubauten ein regenerativer Anteil vorgeschrieben ist. Investitionsseitig nahm sich deshalb die monoenergetische Wärmepumpeninstallation nichts gegen eine alternative Gasheizung, nebst Kosten für den Gasanschluss, nebst der entsprechenden Fläche Kollektoren, und brennstoffseitig durfte der Bauherr ein Plus erwarten. Was sich bisher bewahrheitet. Der Firmenchef: „Bei uns gehen Ökologie und Wirtschaftlichkeit Hand in Hand. Neben niedrigen CO₂-Emissionen sparen wir auch bei den Betriebskosten.“

Monoenergetisch gleich vollelektrisch

Monoenergetisch heißt, dass bei Außentemperaturen ab -5 °C der Heizstab im Puffer bivalent zuschaltet. Zu 96 oder 97 Prozent sei die Anlage in der vergangenen Heizperiode aber monovalent gefahren, heißt es bei der zuständigen Weishaupt-Niederlassung Karlsruhe. Mit den insgesamt vier Verdichtern lässt sich die Wärmeproduktion gut an den Wärmebedarf anpassen. Ein übergeordneter Masterregler als Energiemanager steuert die Elektronik der beiden Weishaupt-Wärmepumpen an, verteilt unter anderem die Betriebszeiten gleichmäßig auf die Verdichter und nimmt im Fall einer Unterdeckung den Heizstab in Betrieb. Wegen des relativ geringen Verbrauchs bedarf es keiner zentralen Warmwasserbereitung. Durchlauf-Erhitzer genügen für die Zapfstellen, womit auch gleichzeitig das Legionellenrisiko gegen Null geht. Und die Wärmepumpen müssen den 1.000-l-Puffer mit nicht mehr als 37 oder 38 °C beladen. Davon profitieren COP und JAZ natürlich erheblich.

In der Diskussion vor Ort war ein Punkt der Geräuschpegel der außenaufgestellten Luft-Wärmepumpen von immerhin je 40 kW. Die TGA-Anlagenplaner und -bauer des Wimmi-Neubaus mussten sich keine allzu großen Gedanken zu eventuellen Reklamationen der Anlieger machen. Erstens: In schutzbedürftigen Zonen von Gewerbegebieten erlaubt die TA Lärm tagsüber bis 65 dB(A) und 50 dB(A) in der Nacht. Die Weishaupt-Maschinen arbeiten wesentlich leiser. Kompressoren und Ventilatoren sind aufgrund Schwingungsentkopplung und besonderer Formgebung kaum zu hören. Zweitens: Die versteckte Aufstellung bei Wimmi schirmt ohnehin die Ausbreitung zu fremden Grundstücken ab.

Bewährte Planungstools

Generell muss natürlich die Planung schon vor der Realisierung den notwendigen Abstand bestimmen. Ein viel genutztes und bewährtes Planungstool ist der Schallrechner des BWP. Die Software schätzt die voraussichtlichen Schallimmissionen am Messort ab, zum Beispiel an der Grundstücksgrenze zum Nebenhaus. Sie gestattet so die Berücksichtigung der Maximalwerte nach TA Lärm. Liegt der Pegel oberhalb des zulässigen, müssen Schalldämm- oder andere Maßnahmen ergriffen werden. In den Schallrechner fließen die entscheidenden Parameter, wie vorgesehene Distanz zum schutzbedürftigen Raum, Leistung der Wärmepumpe, Firmenangaben zu den Gerätegeräuschen und anderes ein. Alle namhaften Wärmepumpenhersteller haben in der Software die Daten ihrer Programme hinterlegt.

Die breite Zustimmung der Industrie und natürlich auch der Fachgremien hat im Übrigen auch der JAZ-Rechner des BWP. In dessen Display leuchtet nach Eingabe der Daten der Wärmequelle, des Wärmepumpenmodells – und damit dessen spezifischem COP – und weiterer Abfragen die Jahresarbeitszahl auf. Das Ergebnis auf der Grundlage der Richtlinie VDI 4650 („Berechnung der Jahresarbeitszahl von Wärmepumpenanlagen – Elektrowärmepumpen zur Raumheizung und Trinkwassererwärmung“) akzeptiert das BAFA als Effizienznachweis beim Fördermittelantrag. Stichwort „Nachweis“: Zum Schallrechner ist noch zu sagen, dass dessen Prognosewerte auf dem überschlägigen Verfahren der TA Lärm basieren und eine Vorhersage im Falle eines Nachbarschaftsstreits kein individuelles Schallgutachten ersetzen kann.