Südkoreas industrielle Wärmepumpen wachsen über die Prüfstandards hinaus

Ein Vorschlag für 600 RT trifft auf einen Markt, in dem bereits 1.000-RT-Anlagen im Einsatz sind

Südkoreas vorgeschlagene nationale Norm für Wasser-Wasser-Wärmepumpen soll Geräte mit einer Nennheiz- und -kühlleistung von bis zu 2.110 Kilowatt, also etwa 600 Kältemaschinen-RT (RT), abdecken. Das Korea World Trade Center hat jedoch bereits eine Anlage der 1.000-RT-Klasse installiert, die als erste Wasser-Wasser-Wärmepumpe dieser Größe im Land beschrieben wird. Auch in Branchen wie der Papierherstellung kommen Anlagen mit mindestens 1.000 RT zum Einsatz.

Der Vorschlag der Korean Agency for Technology and Standards würde den bisherigen Geltungsbereich von etwa 150 RT vervierfachen. Er bliebe dennoch deutlich unter der Leistung der derzeit installierten Anlagen. Eine 1.000-RT-Anlage ist etwa 67 % größer als die vorgeschlagene Obergrenze von 600 RT. Damit klafft eine erhebliche Lücke zwischen dem Geltungsbereich der Norm und den tatsächlichen Kaufentscheidungen.

Diese Diskrepanz ist relevant, während die Regierung im Rahmen ihrer grünen Transformationsinitiative K-GX Wärmepumpen für klimafreundlichere industrielle Wärme und große Gebäude fördert. Käufer benötigen vergleichbare Nachweise zu Effizienz und Stromverbrauch, bevor sie sich auf Investitionen in Anlagen, Strominfrastruktur und Bauarbeiten festlegen. Fehlt ein einheitliches Prüfverfahren für größere Anlagen, lassen sich solche Entscheidungen schwerer überprüfen.

Das Problem ist seit Langem dokumentiert. Ein im Oktober 2020 gestartetes Forschungsprogramm sollte eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe mit 500 RT sowie technische Normen und ein Zertifizierungssystem entwickeln. In einem Bericht über das Programm vom September 2022 wurde das Fehlen von Leistungskriterien für Anlagen über 530 Kilowatt, also etwa 150 RT, als Hindernis für den Einsatz zertifizierter Großanlagen genannt.

Der neuere Vorschlag würde diese Grenze deutlich anheben. Entscheidend ist, ob die Obergrenze von 600 RT einem Markt gerecht werden kann, der bereits über die Größenordnung hinausgewachsen ist, auf die die frühere Forschung abzielte.

Was die Leistungsangaben tatsächlich bedeuten

Eine Kältemaschinen-RT ist ein Maß für die thermische Leistung, nicht für das Gewicht der Anlage. Die Angaben im vorgeschlagenen Standard, 2.110 Kilowatt und etwa 600 RT, beschreiben, wie viel Wärme oder Kälte eine Anlage bereitstellen kann. Sie bedeuten nicht, dass die Anlage 2.110 Kilowatt Strom verbraucht.

Diese Unterscheidung ist für Industriekunden entscheidend. Eine Wärmepumpe nutzt Strom, um Wärme zu übertragen, statt die gesamte Nutzwärme direkt durch elektrischen Widerstand zu erzeugen. Ihr Strombedarf hängt von ihrer Effizienz und den Betriebsbedingungen ab, darunter der Temperatur des Quellwassers und der für das Gebäude oder den Industrieprozess benötigten Temperatur.

Zwei Anlagen mit derselben Nennwärmeleistung können daher unterschiedlich viel Strom benötigen. Ein fairer Vergleich setzt gleichwertige Prüfbedingungen und eine klare Definition voraus, welche Komponenten in die Messung einbezogen werden. Aus der Leistungsangabe allein lässt sich nicht ableiten, welche Stromversorgung ein Standort benötigt.

Der vorgeschlagene Standard betrifft Systeme, die Wärme zwischen einer Wasserquelle und einem Wasserkreislauf austauschen, der das Gebäude oder den Prozess versorgt. Die separate Lücke bei Normen für große Luftwärmepumpen für die Industrie wird dadurch nicht geschlossen. Diese Anlagen entziehen der Luft Wärme und benötigen Prüfverfahren, die auf ihre eigenen Betriebsbedingungen zugeschnitten sind.

Wie die Zertifizierungslücke entstand

2022 gab es keine eigenen Zertifizierungskriterien für Wasser-Wasser-Wärmepumpen. Stattdessen orientierten sich die Installationskriterien an Normen für Sole-Wasser-Wärmepumpen, die Wärme mit dem Erdreich austauschen. Maßgeblich waren die Normen KS B 8292, KS B 8293 und KS B 8294.

Ihr Geltungsbereich unterschied sich je nach Gerätetyp. KS B 8292 erfasste Systeme, die Wärme zwischen Wasserkreisläufen mit einer Leistung von bis zu 530 Kilowatt übertragen. KS B 8293 galt für Systeme, die Wärme zwischen Wasser und Luft mit bis zu 175 Kilowatt übertragen, während KS B 8294 Mehrfachanlagen für Wasser und Luft mit derselben Obergrenze von 175 Kilowatt abdeckte.

Diese Unterschiede zeigen, warum die Angabe von rund 150 RT nicht einfach als Grenze für alle Wärmepumpenkategorien verstanden werden kann. Die Grenze von etwa 150 RT galt für die Wasser-Kreislauf-Anlagen, die im Forschungsprogramm zu großen Wasser-Wasser-Wärmepumpen behandelt wurden. Für andere Kategorien galten niedrigere Obergrenzen.

Das Fehlen von Prüfkriterien oberhalb dieser Grenze bedeutete laut dem Bericht, dass große zertifizierte Anlagen im beschriebenen Rahmen praktisch nicht verfügbar waren. Es bedeutete nicht, dass größere Anlagen nicht hergestellt oder installiert werden konnten. Die spätere Installation einer 1.000-RT-Anlage verdeutlicht den Unterschied zwischen dem technischen Einsatz und der Erfassung durch ein einheitliches nationales Zertifizierungssystem.

Ein Forschungsprogramm mit Schwerpunkt auf 500 RT

Das frühere Entwicklungsprojekt wurde von der Korea Water Resources Corporation geleitet und vom Ministerium für Handel, Industrie und Energie sowie dem Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning unterstützt. Elf Organisationen waren beteiligt, darunter das Korea Institute of Energy Research und das Korea Refrigeration and Air Conditioning Assessment Center.

Das Programm sollte 39 Monate dauern, von Oktober 2020 bis Dezember 2023. Zu seinen Zielen gehörten Technologien zum Wärmeaustausch mit Flusswasser, eine Großwärmepumpe mit Kältemitteln mit geringeren Umweltauswirkungen, Systeme zur Kombination von Wärmespeicherung mit Heizen und Kühlen sowie technische Normen und Zertifizierungen für Großanlagen.

Die geplante 500-RT-Anlage spiegelte die damaligen Erwartungen an die Nachfrage in der frühen Ausbauphase der wasserbasierten Heiz- und Kühltechnik wider. Die jüngste Kritik am Vorschlag für 600 RT lautet, dass er weiterhin auf Forschung von vor vier Jahren beruht, während Kunden inzwischen Anlagen installieren, die doppelt so groß sind wie das ursprüngliche Entwicklungsziel.

Die Abfolge zeigt, wie sich Politik und Anlagenmarkt entwickelt haben:

• Oktober 2019: Eine Änderung der Durchführungsverordnung zum Gesetz zur Förderung der Entwicklung, Nutzung und Verbreitung neuer und erneuerbarer Energien nahm Flusswasserwärme in den Rahmen für erneuerbare Energien auf.
• Oktober 2020: Das 39-monatige Forschungsprogramm begann, einschließlich der Entwicklung einer 500-RT-Wärmepumpe und von Zertifizierungskriterien.
• April 2022: Das Umweltministerium und die Korea Water Resources Corporation schlossen Pilotvereinbarungen mit acht Institutionen für neun Gebäude.
• 19. September 2022: Das Forschungsprogramm wurde als noch laufend beschrieben; als Problem galten fehlende Prüfkriterien oberhalb von etwa 150 RT.
• Dezember 2023: Geplanter Abschluss des Programms.
• Die jüngste Debatte über die Normen: Eine vorgeschlagene Obergrenze von etwa 600 RT steht in der Kritik, weil bereits Anlagen der 1.000-RT-Klasse im Einsatz sind.

Die Installation im Korea World Trade Center soll im Jahr vor dem jüngsten Bericht erfolgt sein; dessen Veröffentlichungsdatum ist jedoch nicht angegeben. Aus dieser Beschreibung allein lässt sich das Kalenderjahr nicht bestimmen. Auch das geplante Ende des Forschungsprogramms belegt nicht, wann dessen Zertifizierungsziele erreicht oder umgesetzt wurden.

Warum Käufer weniger, größere Anlagen wählen

Großwärmepumpen sind aus Gründen attraktiv, die über ihre Nennleistung hinausgehen. Der Einsatz weniger Anlagen kann den Platzbedarf in Technikräumen verringern und die Zahl der Wasserleitungen, Ventile und separaten, wartungsbedürftigen Geräte senken. In großen Gebäuden ist das wichtig, weil die Technikfläche mit anderen Nutzungen konkurriert.

Das Entwicklungsprogramm von 2022 ging davon aus, dass viele Pilotstandorte eine Heiz- oder Kühlleistung von mehr als 530 Kilowatt benötigen würden. Diese Anforderungen mit zahlreichen kleineren Anlagen zu erfüllen, würde voraussichtlich mehr Installationsfläche beanspruchen und die Wartung erschweren.

Auch die Bauweise unterscheidet sich bei größeren Anlagen. Kleinere Wärmepumpen nutzen häufig Hubkolben- oder Scrollverdichter. Mit zunehmender Leistung kommen Hersteller möglicherweise auf Schraubenverdichter oder Zentrifugalverdichter zurück, die das Kältemittel mit einem schnell rotierenden Laufrad verdichten.

Die im Forschungsbericht beschriebenen großen Wasser-Wasser-Systeme nutzen getrennte Wärmeübertrager für die Warm- und Kaltwasserbereitung. Statt zur Umschaltung zwischen Heizen und Kühlen die Kältemittelströmung umzukehren, wählen sie über Ventile den passenden Wasserkreislauf. So kann jeder Wärmeübertrager gezielt für seine jeweilige Aufgabe ausgelegt werden.

Mögliche Anwendungen sind das Heizen und Kühlen von Gebäuden, die Kühlung von Rechenzentren, Kühllager, die Beheizung von Gewächshäusern sowie die Erzeugung von Warmwasser und Dampf. Das sind Beispiele für Einsatzmöglichkeiten großer Wärmepumpen, aber kein Beleg dafür, dass es in Südkorea für jede Anwendung bereits eine 1.000-RT-Anlage gibt. Die unterschiedlichen Temperaturanforderungen erklären mit, warum große Anlagen häufig nach den Bedürfnissen eines bestimmten Kunden entwickelt und gefertigt werden.

Eine verlässliche Leistungsbewertung ist für die Stromplanung entscheidend

Die unmittelbarste Folge der Normungslücke ist die Unsicherheit bei der Beschaffung. Käufer müssen wissen, ob konkurrierende Anlagen dieselbe nutzbare Wärme- oder Kälteleistung erbringen und dabei vergleichbare Mengen Strom verbrauchen. Ohne einheitliche Prüfbedingungen können Unterschiede in den Produktspezifikationen sowohl auf abweichende Messannahmen als auch auf tatsächliche Leistungsunterschiede zurückgehen.

Die Unsicherheit betrifft auch die elektrische Infrastruktur am Standort. Für große Anlagen können zusätzliche Stromversorgungsanlagen und eine Prüfung der Infrastruktur nötig sein, über die der Strom aus dem Netz bezogen wird. Schätzungen des Strombedarfs beeinflussen den Umfang erforderlicher Erweiterungen und das Installationsbudget.

Die thermische Leistung kann diese Prüfung nicht ersetzen. Ein Werk, das eine 1.000-RT-Anlage auswählt, benötigt Angaben zum Stromverbrauch bei den Temperaturen und Lasten, die sein Prozess erfordert. Auch der Wirkungsgrad der Wärmepumpe ist nur ein Teil der Rechnung, wenn Wasser durch ein weitläufiges Rohrleitungsnetz transportiert werden muss.

Vertreter der Industrie fordern eine schnellere Aktualisierung der Normen, um die öffentliche Beschaffung, Demonstrationsprojekte und größere private Installationen zu unterstützen. Einheitliche Prüfungen sollten mit der Nachfrage nach Anlagen Schritt halten, damit Käufer Produkte vergleichen können, bevor sie sich auf kostspielige Arbeiten am Standort festlegen.

Die beschriebene Lücke belegt nicht, dass bestehende Großanlagen schlecht funktionieren. Sie zeigt, dass eine einheitliche Grundlage für Vergleiche fehlt. Warnungen, dies könne die Einführung im Inland oder den Export grüner Industrieanlagen verzögern, sind Befürchtungen hinsichtlich möglicher Folgen und keine Belege für bezifferte Verzögerungen oder Umsatzeinbußen.

Die Pilotprojekte zeigen das Potenzial, aber auch seine Grenzen

An den im April 2022 geschlossenen Pilotvereinbarungen waren acht Institutionen beteiligt: das Samsung Medical Center, WTC Seoul, Mirae Asset Global Investments, die Stadt Sangju, NCSoft, der Korea Power Exchange, die Provinz North Chungcheong und das Bildungsamt der Provinz South Gyeongsang. Ihre Projekte umfassten neun Gebäude.

Die beschriebene Unterstützung für die teilnehmenden Institutionen deckte 50 % der Kosten für die Wasser-Wasser-Anlagen ab, einschließlich Quellwasserleitungen, Wärmeübertragern, internen Rohrleitungen und Wärmepumpen. Das ist relevant, weil die Anlage nur ein Bestandteil eines funktionierenden Systems ist. Der Zugang zu geeignetem Wasser und die Kosten, es zum Gebäude zu leiten, können das gesamte Projekt prägen.

Für die neun Gebäude wurde prognostiziert, dass der jährliche Stromverbrauch für Heizen und Kühlen von 101,9 auf 65,4 Gigawattstunden sinken würde. Die Differenz beträgt 36,5 Gigawattstunden oder etwa 35,8 % des ursprünglichen Gesamtverbrauchs. Die jährlichen Treibhausgasminderungen wurden auf 19.000 Tonnen geschätzt.

Diese Zahlen waren Prognosen im Zusammenhang mit der Einführung der Systeme und keine bestätigten Ergebnisse aus dem abgeschlossenen Betrieb. Sie veranschaulichen den erwarteten Nutzen, der zur Begründung des Pilotprogramms beitrug, belegen aber weder Einsparungen an jedem Industriestandort noch die Leistung der heutigen 1.000-RT-Anlagen.

Auch der Standort beeinflusst die Wirtschaftlichkeit. Eine Studie von Jo Hang-mun, leitender Forscher, aus dem Jahr 2020 zur Ausweitung der wasserbasierten Energieversorgung in Seoul nannte die Nähe zwischen Wasserquelle und Wärmeabnehmer als wichtige Voraussetzung. Längere Entfernungen erhöhen die Kosten für den Wassertransport und den Bau von Leitungen und können damit die Wirtschaftlichkeit eines ansonsten vielversprechenden Projekts beeinträchtigen.

Was Normen allein nicht klären können

Wasser-Wasser-Wärmepumpen nutzen die relativ konstante Wassertemperatur zum Heizen und Kühlen. Im Winter entziehen sie der Quelle Wärme; im Sommer können sie Wärme aus einem Gebäude in die Quelle übertragen. Das Forschungsprogramm benannte jedoch mehrere technische Fragen, die noch bearbeitet werden müssen: niedrige Flusstemperaturen im Winter, in die Anlage gelangende Fremdkörper, Druckstöße in Leitungen und Umweltauswirkungen des abgeleiteten Wassers.

Auch Verdichterbauart und Kältemittelwahl beeinflussen die Leistung. Das Programm nannte den Bedarf an präzisen Prüfgeräten, zuverlässigen Lagern für schnell rotierende Verdichter und Regelungen, die ein Pumpen verhindern. Dabei handelt es sich um einen instabilen Betriebszustand, der den Verdichterbetrieb stören kann. Eine Ausweitung des Geltungsbereichs einer Norm erfordert daher nicht nur eine höhere Obergrenze, sondern auch geeignete Prüfmöglichkeiten.

Die Wirtschaftlichkeit der Installation hängt von gesonderten politischen Entscheidungen ab. 2022 wurde berichtet, dass Wasser-Wasser-Wärmepumpen nicht unter die geltenden Anrechnungsregelungen für Zertifikate für erneuerbare Energien (RECs) fielen. Auch die Finanzierung der anfänglichen Installationskosten, finanzielle Unterstützung und Änderungen der Stromtarife wurden als offene Fragen genannt. Diese Angaben dokumentieren die damaligen Bedenken, nicht deren heutige Klärung.

Bestehende Heizungsanlagen benötigen möglicherweise Temperaturen, die nicht zur Leistung der vorgeschlagenen Wärmepumpe passen. Wassertemperatur, Durchfluss und Umweltbedingungen müssen außerdem an jedem Standort geprüft werden. Eine Zertifizierung kann die Vergleichbarkeit der Anlagenleistung verbessern, aber nicht gewährleisten, dass ein bestimmtes Gebäude oder Werk geeignet ist.

Offen ist vor allem, wie Südkorea Anlagen oberhalb der vorgeschlagenen Grenze von 600 RT prüfen und zertifizieren will, insbesondere solche mit mindestens 1.000 RT. Ein bestätigter Zeitplan für eine Ausweitung dieses Geltungsbereichs liegt nicht vor; auch eine Frist für die nächste Konsultation oder ein Datum für die Verabschiedung sind nicht genannt. Die praktische Herausforderung besteht darin, die Ausbaupläne der Regierung mit Prüfverfahren zu verbinden, die auch die Anlagen abdecken, die Kunden bereits kaufen.

Die wichtigsten Punkte

• Der vorgeschlagene Standard für Wasser-Wasser-Wärmepumpen deckt eine Nennheiz- und -kühlleistung von bis zu 2.110 Kilowatt, also etwa 600 RT, ab.
• Im Korea World Trade Center wurde eine Anlage der 1.000-RT-Klasse installiert; Anlagen dieser Größenordnung kommen auch in der Papierherstellung zum Einsatz.
• Die vorgeschlagene Obergrenze ist viermal so hoch wie die bisherige Grenze von etwa 150 RT, liegt aber weiterhin unter der Leistung heutiger Großanlagen.
• Ein für Oktober 2020 bis Dezember 2023 angesetztes Forschungsprogramm hatte eine 500-RT-Anlage und einen Zertifizierungsrahmen zum Ziel.
• Das Fehlen einheitlicher Kriterien erschwert Effizienzvergleiche, die Beschaffung und die Planung der Strominfrastruktur.
• Für neun Pilotgebäude wurden jährliche Stromeinsparungen von 36,5 Gigawattstunden prognostiziert. Diese Prognose ist kein bestätigtes Betriebsergebnis.
• Ein bestätigtes Datum für nationale Normen, die Anlagen oberhalb der vorgeschlagenen Grenze von 600 RT abdecken, ist nicht angegeben.