Beim Erzeugen von Kälte entsteht in einer konventionellen Kälteanlage am Verflüssiger Wärme, die oft ungenutzt bleibt und an die Umgebung abgeführt wird. Genau hier ist ein großes Sparpotenzial verborgen.
In vielen Betrieben wird parallel zur Kälte auch Wärme benötigt, zum Beispiel zur Heißwasserbereitung, zum Reinigen von Anlagen, für das Pasteurisieren, das Blanchieren von Gemüse oder das Temperieren von schlecht fließenden Medien in Transportleitungen. Die Wärme am Verflüssiger fällt jedoch bei einer geringen Temperatur an, die für solche Einsatzzwecke nicht ausreicht. In konventionell ausgestatteten Industriebetrieben kommen daher meistens Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen oder Gaskessel zur Anwendung, um Wärme bereitzustellen.
Die Abwärme der Kälteanlage lässt sich aber auf ein höheres – und damit nutzbares – Temperaturniveau anheben. Möglich wird dies durch den Einsatz einer elektrisch betriebenen Wärmepumpe. Letztere funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie ein Kühlschrank, enthält also auch einen Kältekreis, nur dass hier die wärmere Seite des Geräts als Nutzenergieseite definiert ist.
Wärmepumpen ziehen thermische Energie aus der Umgebung und akkumulieren sie mithilfe eines Kältemittelkreislaufs. Die Funktionsweise verdeutlicht folgendes Beispiel: Ein Nutzer benötigt eine thermische Energie von 144 kW. Um Letztere bereitzustellen, benötigt die Wärmepumpe eine elektrische Energie von 28 kW. Die restlichen 116 kW ergeben sich aus der thermischen Energie, die aus der Umwelt – in unserem Fall aus der Kälteanlage – „abgesaugt“ wird. Das heißt: Mit 1 kW elektrischer Energie können also über 5 kW Wärmeleistung bereitgestellt werden. Im Unterschied dazu wären bei einem Gaskessel für 5 kW Nutzwärme aufgrund der thermischen Verluste über 5 kW Energie aufzuwenden. Dieser Wert steigt mit abnehmendem Wirkungsgrad des Gaskessels, der bestenfalls bei 90 bis 95 % liegt.
Überall, wo etwa zeitgleich Kälte und Wärme auf einem geeigneten Temperaturniveau benötigt werden (typischerweise bei Zieltemperaturen von bis zu +80 °C), kann die Kombination aus Kälteanlage und Wärmepumpe zur Energieeffizienz beitragen. Besonders effizient arbeiten Systeme, in denen die Kälteanlage direkt mit der Wärmepumpe gekoppelt ist. Die Fachleute von GEA Refrigeration Technologies nennen diese Wärmepumpensysteme Add-on-Wärmepumpe, weil sie auf den Kälteanlagenkreislauf „aufgesetzt“ werden.
Im Fall einer Add-on-Wärmepumpe ist die Wärmequelle die warme Seite der Kälteanlage. Die Wärmepumpe wird anstelle des Verflüssigers oder parallel zu ihm an die Kälteanlage angeschlossen. Durch die direkte Kopplung von Kälteanlage und Wärmepumpe zu einem einzigen Kältekreis werden Übertragungsverluste von einem Kältemittelkreislauf auf den anderen vermieden. Außerdem sind bei der Kälteanlage geringere Drücke aufzubringen, weil Druckverluste im Verflüssiger wegfallen.
