Mehr als Kälte: Wie CO₂-Systeme zum Energiezentrum des modernen Lebensmitteleinzelhandels werden

Von Sergei Mukminov, Chefredakteur, Refindustry

Die Danfoss Smart Store ADC in Nordborg. Quelle: Danfoss A/S.

Ein dänischer Convenience-Store deckte seinen Heizbedarf im kältesten Winter seit mehr als einem Jahrzehnt zu 100 Prozent mit der Abwärme der Kälteanlage. Über zwei Betriebsjahre exportierte derselbe Standort 36 MWh überschüssige Wärme in das Fernwärmenetz seiner Stadt und sparte fast 8.800 € an Wärme ein, die er andernfalls vom selben Netz hätte beziehen müssen. Der Strommehraufwand für die Bereitstellung dieser Wärme war, nach Worten des Betreibers, marginal.

Der Standort ist die Danfoss Smart Store ADC in Nordborg, die seit Mai 2023 messtechnisch erfasst und überwacht wird.

Die Frage, die sich daraus ergibt, lautet nicht mehr, ob CO₂-Kältetechnik ein Gebäude heizen kann; sie kann es. Die eigentlichen Fragen sind, wie übertragbar das Modell ist, was es kostet und wo es versagt. Wenn ein transkritisches CO₂-System gleichzeitig kühlt, ein Gebäude heizt, Warmwasser erzeugt und überschüssige Wärme in ein Fernwärmenetz exportiert, wie viel davon hält außerhalb einer Vorzeigeanlage stand, und verändert es den Investitionsfall? Diese Marktanalyse stellt diese Fragen an Betreiber, Hersteller, einen unabhängigen Berater und einen unabhängigen Schulungsspezialisten in Europa und Nordamerika. Ihre Antworten sind nicht deckungsgleich. Zusammen beschreiben sie eine Technologie, die sich im Neubau in Europa der standardmäßigen Einbindung nähert, während sie in Nordamerika noch von Pilotprojekten zur strategischen Einführung übergeht.

Warum CO₂ eine andere Wärme liefert

Der Reiz von CO₂ als Wärmequelle ist nicht theoretisch. In einem transkritischen Kreislauf gibt der Gaskühler die Wärme über einen Temperaturgleit ab und nicht an einem einzelnen Kondensationspunkt, was bedeutet, dass das Arbeitsmedium den Kühler heißer verlässt als bei einem HFKW-Verflüssiger. Was das in realen Anlagen bedeutet, dokumentieren in dieser Marktanalyse vier Hersteller.

Jeffrey Gingras, Chief Growth Officer bei Evapco Systems LMP in Laval, Quebec, gibt den ausdrücklichsten Gradienten an: „Im kommerziellen Betrieb können CO₂-Systeme unter den meisten Bedingungen zuverlässig Wassertemperaturen im Bereich von 35–45 °C liefern, 50–60 °C bei sachgerechter Auslegung und Regelung und bis zu 60–70 °C, wenn die Wärmerückgewinnung priorisiert wird.“ Zum Vergleich, merkt Gingras an, seien HFKW-Systeme „weitgehend auf Wärmerückgewinnung niedriger Güte beschränkt“ mit typischen Ausgangswerten von 30–40 °C ohne Effizienzeinbuße. Gingras weist zudem darauf hin, dass die Wärmerückgewinnung in beide Richtungen wirkt: Eine optimierte Rückgewinnungsstrategie bringt einen messbaren Unterkühlungsvorteil, der die Effizienz des Gaskühlers verbessert und die Verdichterlast senkt.

Die Erfahrung von Modine deckt sich mit dem oberen Teil dieses Bereichs. „In realen transkritischen CO₂-Anlagen, nicht unter Laborbedingungen, sind rückgewonnene Wassertemperaturen von 60–70 °C zuverlässig erreichbar, kurzzeitig je nach Systemkonfiguration auch höhere“, sagt Umberto Di Barbora, Global Refrigeration Coolers Product and Marketing Director bei Modine. Die Folge sei, in seinen Worten, dass die rückgewonnene Wärme „eine direkte Warmwasserbereitung ohne Booster-Wärmepumpen“ und „den direkten Ersatz von Gaskesseln in vielen Handels- und Industrieanwendungen“ ermögliche.

Andre Patenaude, Director, Business Development and Solutions Strategy bei Copeland, ordnet Verbundanlagen höher ein: 60–88 °C aus CO₂-Booster-Verbundanlagen, 35–60 °C aus CO₂-Scroll-Verflüssigungssätzen. Patenaude bringt den technischen Unterschied klar auf den Punkt: „Anders als HFKW-Systeme ermöglicht die CO₂-Kältetechnik eine echte Nutzung der rückgewonnenen Wärme, was sie zu einer potenziellen primären Energiequelle macht.“

Massimiliano Sfragara, Product Management Director bei Enex Technologies, treibt die Grenze weiter. Rückgewonnenes Wasser mit 80–90 °C sei je nach Aggregattyp erreichbar, sagt er. Diese Temperatur eröffne Anwendungen außerhalb des Lebensmitteleinzelhandels. Sfragara nennt Weingüter, wo rückgewonnenes Heißwasser von 80 °C zur Reinigung von Weintanks verwendet wird und damit fossil befeuerte Kessel in einem Prozessschritt ersetzt, der sich sonst nur schwer sauber elektrifizieren lässt.

Der kumulative Punkt ist, dass CO₂ die Wärmerückgewinnung aus der Kategorie der Vorwärmung, in der HFKW arbeiten, in den Bereich des direkten Brennerersatzes verschiebt. Dieser qualitative Sprung macht das Modell des integrierten Energiezentrums tragfähig.

Von einer Funktion zu vielen

Wofür die rückgewonnene Wärme tatsächlich genutzt wird, hat sich stetig erweitert. Sergio Girotto, Gründer und Ehrenpräsident von Enex Technologies und einer der frühen Entwickler der CO₂-Kältetechnik, beschreibt die Hierarchie im installierten Bestand von Enex: „Zuerst kommt das Warmwasser. An zweiter Stelle steht die Raumheizung, rund 50 Prozent. Sommerkühlung wird seltener genutzt. Das ist schade, denn dank des Ejektors lässt sie sich so umsetzen, dass sie sehr wirtschaftlich ist.“ Der Wärmeexport in Fernwärmenetze bleibt in Südeuropa selten; Girotto merkt an, dass Enex ihn für Projekte in Finnland realisiert hat, wo die Fernwärmeinfrastruktur dicht ist.

Das kleinste Ende des Anwendungsspektrums ist vielleicht das aufschlussreichste. In Irún, Spanien, deckt ein 100 Quadratmeter großer Convenience-Store seine gesamte Kühl- und Heizlast mit einem einzigen Panasonic-iCO2RE-Verflüssigungssatz OCU-CRC150A08-D (15 kW MT). Laut Piotr Jabłoński, Senior Product Manager Refrigeration Europe bei Panasonic Heating & Cooling Solutions Europe, speist die rückgewonnene Wärme aus dem R744-Kreislauf direkt eine DX-Heizkassette und macht ein separates Heizsystem im Laden überflüssig. „Die Wärmerückgewinnung aus der Kälteanlage ist eine primäre Wärmequelle, die es dem Laden erlaubt, ohne zusätzliches Heizsystem zu arbeiten“, sagt Jabłoński.

In größerem Maßstab funktioniert dasselbe Prinzip über Aggregation. Die Cuisine Centrale de Puellemontier in Frankreich, eine Großküche mit 5.000 Essen pro Tag, nutzt zwei parallel arbeitende Panasonic-iCO2RE-Verflüssigungssätze OCU-CR1000 sowie eine dritte Einheit (OCU-CR400) für eine Tiefkühlzelle. Die rückgewonnene Wärme der Mitteltemperatureinheiten erwärmt etwa 524 Liter Warmwasser pro Stunde auf 55 °C vor und versorgt die Küche mit einem Jahresdurchschnitt von 2.871 Litern pro Tag. Jabłoński beschreibt das Ergebnis als „erhebliche und stabile Wärmerückgewinnung“ in einer dezentralen CO₂-Architektur.

Der deutsche Lebensmittelgroßhändler METRO hat die Integration weiter vorangetrieben. In seinem neuen Standort in Hamburg-Rahlstedt, eröffnet am 11. November 2025, ist die rückgewonnene Wärme die einzige Quelle der Fußbodenheizung, ohne Wärmepumpe und ohne fossile Rückfallebene. „Bei Neueröffnungen wie in Hamburg ist die Wärmerückgewinnung die einzige Quelle für die Fußbodenheizung: keine Wärmepumpe, keine fossilen Quellen“, sagt Olaf Schulze, Vice President Energy Management bei der METRO Properties Holding GmbH in Düsseldorf. Dieselbe Architektur ist für den neuen METRO-Standort in Düsseldorf-Ulmenstraße vorgesehen, dessen Eröffnung für 2027 geplant ist. In MAKRO Opole in Polen wird rückgewonnene Wärme ganzjährig zum Vorwärmen des Wassers industrieller Spülmaschinen genutzt und beantwortet damit die saisonale Frage, was die Wärmerückgewinnung leistet, wenn keine Raumheizung benötigt wird.

Hamburg-Rahlstedt, METRO Deutschland. Quelle: METRO

In Nordamerika schärft sich das Bild rund um Kanada, wo kältere Jahresklimata eine längere Heizsaison bedeuten. Andre Patenaude berichtet, dass die nordamerikanischen Außendienstteams von Copeland feststellen, dass „eine überwältigende Mehrheit der kanadischen Händler, die CO₂ als Kältemittel einsetzen, es auch für die Raumheizung nutzen“, mit einer Verbreitung von nahezu 95 Prozent der CO₂-Händler. Üblich sind drei Integrationsarchitekturen: die direkte Wärmerückgewinnung aus dem Heißgas zu einem Dachgerät, ein Glykolkreis, der die CO₂-Verbundanlage mit einem oder mehreren Dachgeräten verbindet, und die Warmwasservorwärmung über Wärmeübertrager an der Verbundanlage, die Speicher versorgen.

Die Smart Store steht am oberen Ende des Integrationsspektrums. Über zwei Betriebsjahre, berichtet Hans Ole Matthiesen, Senior Director, Global ADC bei Danfoss A/S, hat die rückgewonnene Wärme 100 Prozent des Heizbedarfs des Ladens und eines angrenzenden Laborgebäudes gedeckt, davon zwei Drittel für den Laden und ein Drittel für das Labor. Die 36 MWh, die ins lokale Fernwärmenetz exportiert wurden, stellen nur den Überschuss in den wärmeren Monaten dar. „2025 haben wir Wärme nur in den wärmeren Zeiträumen verkauft, bereiten uns aber darauf vor, künftig Wärme nach Preissignalen zu exportieren“, sagt Matthiesen.

Smart Store ADC, Nordborg: monatlich rückgewonnene Wärme, vor Ort gedeckter Bedarf und ins Fernwärmenetz exportierte Wärme, 2025. Quelle: Danfoss A/S.

Wann sich der Investitionsfall wirklich rechnet

Die Wärmerückgewinnung verursacht bei einem CO₂-Booster-System Mehrkosten. Drei unabhängige Herstellerschätzungen beziffern diesen Aufschlag auf rund 5–10 Prozent. Was daraus folgt, hängt von den lokalen Heizkosten, dem Klima, den Betriebsstunden und der Nutzung der rückgewonnenen Wärme ab.

Die schnellsten Amortisationen kommen aus dem europäischen Markt, wo die aktuellen Gaspreise und ein regulatorischer Druck zur Dekarbonisierung die Rechnung begünstigen. Andre Patenaude berichtet, dass die in Europa verkauften CO₂-Scroll-Verflüssigungssätze von Copeland mit Wärmerückgewinnungsmodul in der Regel innerhalb von 0,8 bis 2,5 Jahren amortisiert sind, abhängig von Anlagengröße und Heizleistung. Größere Anlagen amortisieren sich schneller, weil ihre rückgewinnbare Wärmekapazität höher ist.

Massimiliano Sfragara nennt eine ähnliche Größenordnung: Mehrkosten von 5–10 Prozent, Amortisation unter zwei Jahren, wenn die rückgewonnene Wärme einen fossil befeuerten Kessel ersetzt. Der genaue Wert hängt von den lokalen Brennstoffpreisen ab.

Die Spanne von Modine ist breiter und ausdrücklich regional. „Angesichts der aktuellen Energiepreise und des CO₂-Drucks sind Amortisationszeiten von 2–5 Jahren realistisch, wenn Wärme fossil befeuerte Kessel ersetzt“ in Europa, sagt Di Barbora. In Nordamerika seien die Amortisationen länger, typischerweise 4–7 Jahre, „was niedrigere Gaspreise und uneinheitliche Förderrahmen widerspiegelt, auch wenn bundesstaatliche Programme wie CARB FRIP in Kalifornien die Rückläufe in einzelnen Märkten verkürzen“.

Ein dokumentierter kommerzieller Fall liegt innerhalb dieser Spanne. Die Anlage der Cuisine Centrale de Puellemontier mit 30 kW Wärmerückgewinnungskapazität aus zwei Mitteltemperatur-CO₂-Einheiten erreichte die Amortisation in zwei Jahren und zwei Monaten ohne Subventionen, gerechnet auf 310 Betriebstage pro Jahr bei acht Stunden täglich.

Die Smart Store bietet ein komplexeres finanzielles Bild, weil ein Teil der Wärme verkauft statt selbst verbraucht wird. Hans Ole Matthiesen beschreibt eine strukturelle Asymmetrie im dänischen Fernwärmemarkt: „In unserem lokalen Netz besteht ein großer Unterschied zwischen dem Preis einer verkauften MWh Wärme (~32 €) und einer gekauften MWh Wärme (~100 €).“ Über zwei Jahre exportierte die Smart Store 36 MWh ins lokale Fernwärmenetz und sparte zugleich fast 8.800 € an Wärme, die sie nicht kaufen musste. Der Anstieg des Stromverbrauchs der Verbundanlage zur Bereitstellung dieser Wärme war marginal. Matthiesen äußert sich klar zum Geschäftsmodell: „Wärme zu verkaufen ergibt Sinn, wenn der Netzanschluss bereits besteht und die rückgewonnene Wärme zu geringen oder keinen Kosten anfällt.“

Die unabhängige Sicht dämpft die plakativen Amortisationszahlen. Jonas Schoenenberger, Head of Research and Development bei der Frigo-Consulting Ltd. in Bern, Schweiz, umreißt die Variablen, die das Ergebnis bestimmen: „Die entscheidenden Faktoren sind die jährlichen Betriebsstunden, die Gleichzeitigkeit von Heiz- und Kühlbedarf, die erreichbaren Rücklauftemperaturen und der Anteil der rückgewonnenen Wärme, der vor Ort genutzt werden kann.“ Schoenenberger wendet sich gegen pauschale Annahmen in beide Richtungen. „Ein projektspezifisches Simulationsmodell, das Kältelast, Wärmebedarf und lokale Klimadaten bewertet, liefert eine weit verlässlichere Entscheidungsgrundlage als subjektive Schätzungen.“

Wo es tatsächlich scheitert

Die Technik ist ausgereift; die Ausfälle häufen sich an anderer Stelle. In den Gesprächen, die diesem Artikel zugrunde liegen, kehren vier Hürden wieder.

Die erste ist eine technische Korrektur eines verbreiteten Marketingschwerpunkts. Hersteller neigen dazu, die hohen Vorlauftemperaturen zu bewerben, die CO₂-Systeme liefern können. Schoenenberger betont, dass die maßgebliche Beschränkung auf der anderen Seite des Kreislaufs liegt. „Der mit Abstand kritischste Faktor ist die Rücklauftemperatur des Heizkreises. Liegen die Rücklauftemperaturen höher als bei der Auslegung angenommen, sinken die verfügbare Wärmerückgewinnungskapazität und die Effizienz sofort.“ Sfragara bestätigt denselben Effekt von der Wärmepumpenseite des Enex-Sortiments: „Eine Herausforderung bei CO₂-Wärmepumpen ist die hohe Rücklauftemperatur des Warmwassers, die die Effizienz des CO₂-Kreislaufs verringert.“ Zwei unabhängige Stimmen, ein Berater und ein Hersteller, benennen denselben physikalischen Engpass. Die Inbetriebnahmeerfahrung von Evapco weist in dieselbe Richtung: Der häufigste Grund, warum eine Wärmerückgewinnungsanlage hinter den Erwartungen bleibt, ist laut Gingras kein Wärmemangel, sondern eine Regelung, die die Rückgewinnung nicht gegenüber dem Heiz-, Warmwasser- und Entfeuchtungsbedarf des Gebäudes priorisiert.

Die zweite Hürde ist organisatorisch. Kälteanlagenbauer und TGA-Planer kommen aus unterschiedlichen Disziplinen und teilen selten eine Systemsicht. Girotto bringt die Lücke präzise auf den Punkt: „Das ‚Kälte‘-Team setzt voraus, dass das ‚TGA‘-Team versteht, wie CO₂-Systeme funktionieren, etwa den Temperaturgleit im transkritischen Betrieb und seine Auswirkung auf den Kreislauf, oder ihnen ist die Schwankung von Wärmelast und rückgewinnbarer Wärme nicht bewusst.“ Di Barbora kommt aus der Inbetriebnahmeerfahrung von Modine zu einem ähnlichen Schluss: „Aus technologischer Sicht ist der Engpass selten das CO₂; es ist das Fehlen eines gemeinsamen energiesystemischen Denkens.“

Diese Lücke ist nicht nur eine Frage der Planung; sie tritt im Feld wieder zutage. Trevor Matthews, Gründer des unabhängigen Schulungsunternehmens Refrigeration Mentor, bildet seit 2015 CO₂-Techniker aus. Die Wärmerückgewinnung, sagt er, erhöht die Anforderungen an die Qualifikation deutlich, weil „die Kälteanlage Teil der gesamten Energiestrategie des Gebäudes wird“ und der Techniker nun Kältetechnik, TGA-Wechselwirkung, Hydraulik, Rückgewinnungslogik und Regelung zugleich beherrschen muss. Die meisten Fälle unzureichender Leistung der Wärmerückgewinnung sind nach seiner Erfahrung eher menschlicher als mechanischer Natur: „Viele Probleme gehen auf die Inbetriebnahme, die Regelungseinstellung, die Sensorplatzierung, die Betriebsabläufe, die mangelnde Abstimmung zwischen den Gewerken oder schlicht fehlende Schulung und Erfahrung zurück.“ Ein Laden mit Wärmemangel im Winter hat selten einen Hardwaredefekt; die Ursache sind meist falsche Regelungseinstellungen, eine nie priorisierte Rückgewinnung, Probleme mit dem Glykoldurchfluss oder eine schlechte Abstimmung beim Anlauf. Er verweist zudem auf eine strukturelle Fragmentierung, bei der Installation, Inbetriebnahme, Regelung und Service auf verschiedene Auftragnehmer verteilt sind und keine Partei die Verantwortung für die Gesamtleistung des Systems übernimmt.

Die Lernkurve wird an zwei weiteren Fronten verlangsamt. Hersteller, merkt Matthews an, dokumentieren ihre Regelstrategien nicht immer vollständig, sodass Techniker „zwischen den Zeilen lesen, durch Erfahrung lernen oder sehr spezifische Herstellerschulungen besuchen“ müssen, um zu verstehen, wie ein System arbeiten soll. Und die Kompetenz lässt sich nicht schnell erwerben: Ein Techniker mit solider Grundlage braucht ein bis zwei Jahre, um bei einem Standard-CO₂-Booster sicher zu sein, und noch länger für die vollständige Integration der Wärmerückgewinnung. Die Kurve ist außerdem regional. Techniker in Kanada praktizieren die Wärmerückgewinnung an HFKW-Systemen seit Jahrzehnten und starten mit einem Vorsprung, den Märkte ohne diese Geschichte nicht haben.

Die dritte Hürde tritt speziell bei Nachrüstungen auf. Neue Läden lassen sich von Anfang an um die rückgewonnene Wärme herum planen; bestehende Läden tragen eine TGA-Infrastruktur, die für eine andere Wärmequelle ausgelegt ist. „In bestehenden Läden sehen wir einen Konflikt mit der Dimensionierung des vorhandenen konventionellen Heizsystems“, berichtet Olaf Schulze. Die Lösung ist mitunter eher betrieblicher als mechanischer Art. Nach der Eröffnung der Smart Store stellte das Team von Matthiesen fest, dass der Inbetriebnahmetechniker die Rahmenheizung der Kühlmöbel auf 100 Prozent gesetzt hatte und dass dies gängige Praxis war. Der Wechsel zu einer adaptiven, feuchtegeführten Rahmenheizung senkte den Energieverbrauch der Tieftemperaturverdichter und -möbel über Nacht um 32 Prozent. Die Lehre, in Matthiesens Worten, betraf die Kompetenz bei der Inbetriebnahme, nicht die Anlage.

Die vierte Hürde ist vertraglicher Natur. Schoenenberger hebt eine strukturelle Zurückhaltung der Händler hervor, sich auf langfristige Wärmelieferverträge mit Dritten einzulassen, selbst wenn der technische Fall günstig ist. Modelle mit mehreren Beteiligten, komplexen Rechtsstrukturen oder externen Abnehmern stoßen auf zusätzliche Reibung. „In der Praxis begünstigen einfachere Eigentums- und Beteiligungsstrukturen tendenziell eine breitere Umsetzung“, sagt Schoenenberger.

Ausblick

Zwei Hersteller und ein Berater sind sich einig, dass die europäische Entwicklung in drei bis fünf Jahren zur Standardisierung tendiert. „Innerhalb von 3–5 Jahren wird die Wärmerückgewinnung wahrscheinlich zu einem ‚De-facto-Standard‘ in neuen CO₂-Anlagen des Lebensmitteleinzelhandels“, sagt Di Barbora und nennt als Beschleuniger den HFKW-Ausstieg der EU-F-Gas-Verordnung, mögliche PFAS-Beschränkungen mit Auswirkung auf HFO sowie die CSRD-Berichterstattung. Schoenenberger fügt hinzu, dass die Regulierung in der Schweiz Betreiber bereits verpflichtet, Abwärme zu nutzen, wo es wirtschaftlich tragfähig ist, und dass osteuropäische Märkte trotz fehlender vergleichbarer Regelwerke eine hohe Offenheit für die Technologie zeigen.

Es gibt jedoch eine aufschlussreiche Meinungsverschiedenheit darüber, ob aus „Standard“ eine „Pflicht“ wird. Sfragara ist skeptisch: „Wir glauben nicht, dass es verpflichtend wird, aber es lässt sich mit Anreizprogrammen fördern.“ Diese Unterscheidung ist wichtig. Ein Markt kann durch Wirtschaftlichkeit und Beschaffungsstandards eine praktisch flächendeckende Verbreitung erreichen, ohne gesetzlichen Zwang.

Der Weg Nordamerikas verläuft anders. Andre Patenaude verweist auf die kalifornischen Gebäudeenergieeffizienz-Standards Title 24, die die Wärmerückgewinnung für Kälteanlagen unabhängig vom Kältemittel bereits vorschreiben, und erwartet, dass weitere Bundesstaaten mit vergleichbaren Klimazielen folgen. Modine hebt CARB FRIP als Programm hervor, das die Amortisationszeiten in einzelnen Märkten bereits verkürzt. Die Richtung auf Bundesebene ist schwerer vorherzusagen.

Die Regulierung gibt das Tempo vor; die Fachkräfte setzen die Obergrenze. Matthews benennt die Systemintegration und die Regelung als die Qualifikationslücke, die die Branche am dringendsten schließen muss, je mehr die Wärmerückgewinnung zur gängigen Praxis wird. Sie zu schließen, ist aus seiner Sicht eine gemeinsame Verantwortung von Herstellern, Auftragnehmern und Schulungsorganisationen gleichermaßen.

Für Händler, die die Frage jetzt abwägen, gibt der Berater in diesem Artikel eine klare Antwort. „In den meisten Anwendungen des Lebensmitteleinzelhandels wäre unsere ehrliche Antwort: ja“, sagt Schoenenberger auf die Frage, ob sich die Mehrkosten der Wärmerückgewinnung lohnen.

Der weiter gefasste Punkt kommt von Modine. „Mit zunehmender CO₂-Verbreitung liegt der eigentliche Wert nicht mehr nur in der Wahl des Kältemittels; er liegt darin, wie effizient die rückgewonnene Wärme in das umfassendere Energiesystem des Gebäudes eingebunden wird.“