Was ein digitaler Zwilling tatsächlich leistet
Ein digitaler Zwilling ist keine zweite Maschine, sondern ein virtuelles, mit Betriebsdaten gespeistes Modell. Er bildet Wärmepumpe, Wärmequelle, Temperaturniveaus, Verbraucher und Regelung so genau ab, dass Ingenieure unterschiedliche Betriebszustände am Computer untersuchen können.
Im EU-finanzierten SPIRIT-Projekt werden modellierte Werte mit Messdaten der realen Pilotanlagen verglichen. Die Fachleute prüfen damit unter anderem stationäres und dynamisches Verhalten, optimieren Sollwerte und untersuchen, wie die Anlage auf Lastwechsel oder Störungen im Prozess reagiert.
Die Modelle sollen schon vor oder während der Integration Hinweise auf erwartete Leistung, Energie- und Brennstoffeinsparung, Kosten sowie mögliche CO₂-Minderungen liefern. Damit werden sie zu einem Planungs- und Betriebswerkzeug – nicht zu einem Ersatz für Messung und fachgerechte Auslegung.
Die European Heat Pump Association stellte die drei Modelle am 18. September 2026 vor. Validierte Ergebnisse liegen je nach Pilotanlage in unterschiedlichem Umfang vor.
Drei Fabriken statt eines einzigen Laborversuchs
SPIRIT demonstriert drei Hochtemperatur-Wärmepumpen in laufenden Betrieben der Lebensmittel- und Papierindustrie. Die Wärmesenken liegen laut Projektübersicht zwischen 135 und 160 Grad Celsius.
Die Standorte wurden bewusst unterschiedlich gewählt: eine Garnelenverarbeitung in Norwegen, eine Zuckerraffinerie in Belgien und ein Papierwerk in Tschechien. Jede Anlage verbindet einen Technologieanbieter, einen wissenschaftlichen Partner und den industriellen Betreiber.
Die Demonstrationen sollen zeigen, dass sich Hochtemperatur-Wärmepumpen in bestehende Prozesse integrieren lassen, ohne die Produktion zu stören. Bei erfolgreichem Abschluss strebt das Projekt Technologiereifegrad TRL 8 an – also ein unter realen Bedingungen nachgewiesenes, weitgehend marktreifes System.
Norwegen: Abwärme aus der Kühlung kocht Garnelen
Stella Polaris kocht, schält, friert und verpackt Kaltwassergarnelen. Bisher erzeugt ein Propankessel den benötigten Dampf. Gleichzeitig gibt die vorhandene Kälteanlage Wärme an Meerwasser ab – eine Energiequelle, die künftig genutzt werden soll.
Die Hochtemperatur-Wärmepumpe hebt diese Abwärme auf ein für die Dampferzeugung nutzbares Niveau. Vorgesehen ist ein Kaskadensystem von Mayekawa mit Ammoniak und Pentan. Ein neuer geschlossener Kocher soll zusätzlich 68 Prozent weniger Dampf für denselben Produktdurchsatz benötigen als die bisherige Anlage.
SPIRIT erwartet daraus eine Standort-Energieeinsparung von rund 1,3 Gigawattstunden pro Jahr. Die bisher prozessbedingt anfallenden Emissionen von etwa 0,83 Kilotonnen CO₂ jährlich könnten bei erneuerbarer Stromversorgung vermieden werden.
Die Werte von 1,3 GWh und 0,83 kt CO₂ pro Jahr sind Projektangaben für den norwegischen Demonstrationsstandort, keine pauschalen Kennzahlen für andere Betriebe.
Belgien: Hochtemperatur-Wärmepumpe in der Zuckerproduktion
Die Tiense Suikerraffinaderij bei Brüssel produziert Zucker aus Zuckerrüben. Besonders Verdampfung und Kristallisation benötigen kontinuierlich Wärme und Dampf. Im Kern des Prozesses wurde deshalb eine Hochtemperatur-Wärmepumpe von GEA mit Pentan als Arbeitsmedium integriert.
Ziel ist nicht nur eine einzelne Energieeinsparung, sondern die technische Vorbereitung einer weitergehenden Elektrifizierung und Dekarbonisierung der Produktion. Das Danish Technological Institute begleitet Integration, Messprogramm und Regelstrategie.
Für den digitalen Zwilling werden sowohl stationäre als auch dynamische Modelle erstellt. Dadurch lässt sich untersuchen, ob die Anlage nicht nur an einem idealen Auslegungspunkt, sondern auch bei Anfahren, Lastwechseln und saisonalen Produktionsschwankungen stabil und effizient arbeitet.
Tschechien: Prozesswärme für die Papierindustrie
Der dritte digitale Zwilling bildet die Integration einer Hochtemperatur-Wärmepumpe in ein tschechisches Papierwerk ab. Papier- und Zellstoffprozesse benötigen viel Wärme, unter anderem für Trocknung und die Aufbereitung von Prozessmedien.
Das Modell soll passende Wärmequellen und Temperaturniveaus zusammenführen und zeigen, wie die Wärmepumpe auf Änderungen der Produktion reagiert. Beim europäischen Fachtermin wurde der Modellierungsansatz durch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt vorgestellt.
Gerade bei industriellen Anwendungen ist diese Dynamik entscheidend: Eine hohe rechnerische Jahresarbeitszahl reicht nicht, wenn die Anlage mit realen Lastprofilen, Stillständen oder wechselnden Temperaturen nicht zurechtkommt.
Was Betriebe im DACH-Raum daraus lernen können
Im deutschsprachigen Raum arbeiten viele Lebensmittel-, Papier-, Chemie-, Pharma- und Maschinenbaubetriebe gleichzeitig mit hohem Wärmebedarf und bislang ungenutzter Abwärme. Technisch interessante Quellen können Kälteanlagen, Abwasser, Abluft, Kühlkreisläufe oder andere Prozessströme sein.
Ein digitaler Zwilling kann das Investitionsrisiko reduzieren, weil Varianten getestet werden, bevor Rohrleitungen, Wärmetauscher und Regelung im Werk verändert werden. Er macht jedoch aus einer ungeeigneten Wärmequelle kein wirtschaftliches Projekt.
Vor einer Investitionsentscheidung braucht es deshalb eine saubere Prozessanalyse mit gemessenen Lastprofilen. Erst danach lassen sich Technik, Temperaturhub und möglicher Nutzen belastbar bewerten.
- Temperatur und zeitliche Verfügbarkeit der Wärmequelle
- benötigte Vorlauf-, Rücklauf- oder Dampftemperatur
- jährliche Betriebsstunden und Lastschwankungen
- Stromanschluss, Strompreis und mögliche Eigenstromerzeugung
- Einbindung, Redundanz und Folgen eines Anlagenstillstands
- Messkonzept für Effizienz, Kosten und CO₂-Wirkung
Das Urteil: Digitalisierung wird Teil der Wärmepumpenplanung
Der nächste Entwicklungsschritt industrieller Wärmepumpen besteht nicht allein aus höheren Temperaturen oder neuen Arbeitsmitteln. Ebenso wichtig werden digitale Auslegung, laufende Überwachung und eine Regelung, die auf den tatsächlichen Produktionsprozess reagiert.
Die europäischen Pilotanlagen zeigen einen sinnvollen Weg: vorhandene Abwärme wird zur Energiequelle, fossiler Dampf schrittweise elektrifiziert und der reale Betrieb durch ein überprüfbares Modell begleitet.
Ein digitaler Zwilling spart nicht automatisch Energie. Richtig eingesetzt kann er jedoch Fehlplanungen früher sichtbar machen, Sollwerte verbessern und nachweisen, ob eine Anlage im Alltag hält, was die Auslegung verspricht.