Die Pinch-Point-Analyse (auch: Pinch-Analyse) ist ein Verfahren zur systematischen Analyse und ganzheitlichen Optimierung des Energieeinsatzes in industriellen Prozessen unter der Berücksichtigung von Investitions- und Betriebskosten. Ziel ist es, Wärmequellen  und -senken im Prozess so aufeinander abzustimmen, dass der Energieverbrauch – insbesondere für externe Heiz- und Kühlenergie – minimiert wird. Zentraler Bestandteil der Analyse ist der sogenannte Pinch-Point. Er beschreibt die Engstelle im thermischen Energiefluss, an der der kleinste Temperaturunterschied zwischen heißem und kaltem Prozessstrom auftritt. Ein klassisches Beispiel einer Energieeffizienzmaßnahme in der Industrie stellt die direkte Nutzung von Abwärme zur Erwärmung eines kalten Prozessstroms dar.

Relevanz für Hochtemperatur-Wärmepumpen

Im Kontext industrieller Wärmepumpen – insbesondere Hochtemperatur-Wärmepumpen – lassen sich Abwärmeströme nutzbar machen, die auf Grund ihrer geringen Temperatur nicht direkt für die Bereitstellung von Prozesswärme geeignet sind. Eine umfassende Pinch-Analyse aller Wärme- und Kälteströme in einem Industrieunternehmen zeigt auf, wo sich eine Wärmepumpe sinnvoll integrieren lässt. Aus Effizienzgründen sollte die Abwärme idealerweise direkt durch die Wärmepumpe genutzt werden können, so dass keine Temperaturdifferenz entsteht und damit der Pinch-Point bei 0 K liegt. Ist dies nicht möglich – etwa wenn Abwärme in Form von Abluft oder Rauchgas vorhanden ist – wird die Wärme über einen Wasser-Wärmeübertrager an die Wärmepumpe übertragen. In diesem Fall sollte ein möglichst kleiner Pinch-Point gewählt werden, um die Effizienz und damit den COP der Wärmepumpe zu erhöhen. Durch Nutzung der Abwärme und die Bereitstellung von Prozesswärme können sowohl konventionelle Heizenergie als auch Kühlung ersetzt werden. Dies steigert die Gesamteffizienz des Prozesses und reduziert die CO₂-Emissionen.

Vorgehen und Analyse-Tools

Die Analyse erfolgt auf Basis aller relevanten Wärmeverbraucher und -quellen im Betrieb. Deren Temperatur- und Leistungsdaten werden zu sogenannten Composite Curves zusammengeführt. Daraus lassen sich das thermodynamisch minimale Heiz- und Kühlbedarfsniveau sowie potenzielle Einsparungen ableiten. Die Composite Curve – ein Temperatur-Leistungs-Diagramm der beteiligten Wärmequellen und -senken – zeigt, wo sich Wärme intern zwischen Prozessen übertragen lässt. Ergänzend liefert die Grand Composite Curve Hinweise darauf, an welchen Stellen externe Systeme wie Wärmepumpen gezielt eingesetzt werden können.

Vorteile der Pinch-Analyse

Für die Auslegung und effiziente Integration von Hochtemperatur-Wärmepumpen in industrielle Prozesse ist die Pinch-Analyse ein zentrales Werkzeug. Sie identifiziert zielgerichtet die geeignete Stelle in der thermischen Prozesskette und optimiert so sowohl die energetische als auch die wirtschaftliche Performance. Gerade bei größeren industriellen Anwendungen ist sie Voraussetzung für wirtschaftliche und technisch stabile Lösungen – und oftmals auch für eine Förderfähigkeit durch öffentliche Programme.