5 minElektrifizierungVeröffentlicht am 7. Februar 2024

Wärmepumpen-Hersteller SmartHeat setzt auf ABB-Steuerungstechnik

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Ob in Wohngebäuden, in Zweckgebäuden oder in der Industrie: Die Nachfrage nach energieeffizienten Lösungen zum Heizen und Kühlen steigt und der Wärmepumpe kommt dabei eine Schlüsselrolle zu. Unternehmen wie die SmartHeat Deutschland GmbH, die sich bereits seit mehreren Jahrzehnten auf die Entwicklung und Fertigung von Wärmepumpen – sowohl kundenspezifisch als auch in Serie – spezialisiert haben, sind daher gesuchte Partner für Neubauprojekte und Sanierungen im In- und Ausland. Da für die Lebensdauer einer solchen Anlage vor allem die Schaltungen des Kompressors von großer Bedeutung sind, vertraut die Güstrower Technologieschmiede auf die Steuerungsmodule und Engineering-Kompetenz von ABB.

Mit dem ab 2024 geplanten Gebäude-Energie-Gesetz (GEG) nimmt die Wärmewende nochmals deutlich an Fahrt auf. In den Fokus rückt dabei die Wärmepumpentechnologie, da sie gegenüber fossilen Heizsystemen hauptsächlich kostenfreie Umweltenergie nutzt und hohe Wirkungsgrade zwischen 300 und 500 Prozent verspricht. Kein Wunder also, dass sich bis zum Jahr 2024 laut dem Bundesverband Wärmepumpe e.V. (BWP) allein die Zahl der hierzulande verkauften Einheiten gegenüber 2022 auf 500.000 verdoppelt haben wird. Hier entwickelt sich im Zeitraffertempo ein bedeutendes Geschäftsfeld, das nicht nur bei deutschen Herstellern auf Jahre hinaus für volle Auftragsbücher sorgen dürfte.

Wärmepumpen-Pionier mit über 30 Jahren Know-how

Vorangetrieben wird die technologische Weiterentwicklung dieser Kraftwärmemaschinen dabei auch von innovativen regionalen Unternehmen wie der SmartHeat Deutschland GmbH. Im Jahr 2000 hervorgegangen aus einer seit 1991 im Bereich der Nutzung regenerativer Energien tätigen Firmengruppe, baute die Manufaktur ihre ingenieurtechnischen Kompetenzen und Produktionsflächen konsequent aus. Heute werden in der Stadt Güstrow SmartHeat-Standard-Wärmepumpen, OEM-Produkte und Sonderwärmepumpen für ganz Deutschland sowie für Kunden weltweit entwickelt und produziert. Die je nach Konstruktionsart aus dem Erdreich, Abwasser, Prozess- bzw. Abwärme und Luft gewonnene Energie deckt dabei verschiedene Leistungsbereiche ab – vom Einfamilienhaus bis hin zu Großwärmepumpen für den Einsatz in Industrie, Nahwärmenetzen und Quartieren.

Der Einsatz von ABB-Softstartern verringert die Belastung der Elektromotoren und verlängert die Lebensdauer der Wärmepumpen. Die verringerten Anlaufströme sorgen zudem für eine Entlastung des einspeisenden Netzes.

Dem Strom die Spitze nehmen, damit Motoren länger laufen

„Um den Nachhaltigkeitseffekt dieser Technologie vollumfänglich zu nutzen, kann der für den Antrieb erforderliche Strom selbstverständlich aus alternativen Quellen wie Windkraft oder Photovoltaik bezogen werden“, erklärt Burçin Ünal, Produktspezialist für Softstarter und Installationsschütze bei ABB. Entscheidend dabei ist dem Experten zufolge jedoch, dass im Moment des Einschaltens der Strom begrenzt wird: „Bei einem Direktstart treten punktuell hohe Kräfte auf, welche die Lebensdauer des Elektromotors deutlich beeinträchtigen können“, betont er. Um dauerhaft eine geringere Belastung des Motors zu gewährleisten, schaltet SmartHeat spezielle Softstartermodule vor, die mittels verringerter Anlaufströme nicht nur das System selbst schützen, sondern auch für eine Entlastung des einspeisenden Netzes sorgen.

Umfassender Schutz: Die modularen Schalttechnik-Lösungen von ABB bieten die notwendige Sicherheit und Zuverlässigkeit für die Wärmepumpen von SmartHeat – vom Sanftanlauf über den Motorschutz bis zur Phasenüberwachung.

Modulare ABB Schalttechnik-Lösungen bieten umfassenden Systemschutz

„Zum Schutz der in den Wärmepumpen verbauten E-Motoren setzen wir auf eine Kombination zuverlässiger Schalttechnik-Lösungen von ABB“, bestätigt Andreas Michaelsen. Der Elektroingenieur verantwortet bei SmartHeat die Bereiche Elektrokonstruktion, Softwareentwicklung, F&E sowie Prüfstandsläufe.

„Zur Begrenzung der Einschaltströme greifen wir auf die PSR Softstarter von ABB zurück. Die kompakten Geräte lassen sich genauso einfach in Betrieb nehmen wie ein Direktstarter und sind robust genug, um 100 Starts pro Stunde zu realisieren“, erklärt der Experte und führt weiter aus: „Wir werden nun auch den PSRC Softstarter testen, der speziell für Scrollkompressoren entwickelt wurde. Bei dieser Variante erhöhen wir nochmals unsere Effizienz, da durch die herstellerseitige Voreinstellung die Parametrierung ausfällt. Zur Absicherung des Motors gegen Beschädigungen durch Überlast und Kurzschlüsse kommt zusätzlich ein ABB-Motorschutzschalter MS132 zum Einsatz.“ Um eine sichere Verbindung mit hohem Schutzgrad auf kleiner Grundfläche sicherzustellen, werden zudem ein ABB 3-Phasen-Einspeiseblock sowie zur Paralleleinspeisung mehrerer Motorschutzschalter die ABB 3-Phasen-Sammelschienen verwendet. Zur Überwachung von Phasenausfall und Phasenfolge wird überdies ein ABB-Phasenfolgerelais vom Typ CM-PFE verbaut, welches sicherstellt, dass sich der Motor nicht überhitzt und sich der Kompressor in der korrekten Drehrichtung bewegt.

Zur Absicherung des Motors gegen Beschädigungen durch Überlast und Kurzschlüsse kommt neben dem Softstarter ein ABB-Motorschutzschalter MS132 zum Einsatz.

„ABB bietet ein umfassendes Portfolio an Schalt- und Steuerungstechnik, mit denen Wärmepumpenhersteller für ihre Kunden sichere und zuverlässige Lösungen bereitstellen können. Mit der fachlichen Beratung durch die Experten von ABB konnten wir schnell weitere Produkte identifizieren, die am besten zu unseren Anforderungen passen.“

André Schreier, Geschäftsführer von SmartHeat

Hintergrund: Wärmepumpen

Wärmepumpen sind energieeffiziente Geräte, die dazu dienen, Wärme von einem Ort mit niedrigerer Temperatur zu einem Ort mit höherer Temperatur zu transportieren. Sie können in Heizungs- und Kühlsystemen eingesetzt werden und nutzen dabei die Prinzipien der Thermodynamik, um Wärme zu übertragen. Grundsätzlich funktioniert eine Wärmepumpe wie ein umgekehrter Kühlschrank. Während ein Kühlschrank Wärme aus seinem Inneren abführt und den Innenraum kühlt, nimmt eine Wärmepumpe Wärme aus ihrer Umgebung auf und transportiert sie an einen anderen Ort, wo sie benötigt wird. 

Die Hauptkomponenten einer Wärmepumpe sind: 

  1. Verdampfer: Hier verdampft ein spezielles Kältemittel und nimmt dabei Umgebungswärme auf. 
  2. Kompressor: Das verdampfte Kältemittel wird verdichtet, wodurch sich Temperatur und Druck erhöhen. 
  3. Kondensator: Das heiße, komprimierte Kältemittel gibt seine Wärme an das Heizungssystem oder Warmwassersystem ab und kondensiert dabei wieder zu einem flüssigen Zustand. 
  4. Expansionsventil: Das Kältemittel kehrt durch das Expansionsventil unter Druckabkühlung zum Verdampfer zurück, um den Zyklus zu wiederholen. 

Da Wärmepumpen die Umgebungswärme nutzen und nur eine geringe Menge elektrischer Energie für den Betrieb des Kompressors benötigen, gelten sie als äußerst energieeffiziente und umweltfreundliche Heiz- und Kühltechnologie im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen, die ausschließlich auf fossilen Brennstoffen basieren.