Energiekosten in der Lebensmittelindustrie – eine Spirale, die sich seit Jahren aufwärts dreht. Ein Ende dieses Trends ist nicht abzusehen. Im Gegenteil: Wer die Betriebskosten seiner Produktion auf ein erträgliches Niveau senken und dort halten will, muss aktiv Energiesparpotenziale erschließen. Dabei spielt Wärme eine immer wichtigere Rolle. Stellenweise unerwünscht und aufwändig abgeführt, wird sie anderenorts benötigt und kostenintensiv erzeugt. Wärmerückgewinnungsanlagen machen aus Abwärme Nutzwärme und sorgen so für eine erhebliche Senkung des Energiebedarfs.
Wenn in der Lebensmittelindustrie ein Kühlmedium, etwa kaltes Wasser oder kalte Sole, eingesetzt wird, muss es mit Hilfe einer Kältemaschine auf die passende Temperatur gebracht werden. Die Kältemaschine fungiert dabei immer als Wärmepumpe. Das heißt, sie nimmt die Wärmeenergie dort auf, wo sie nicht erwünscht ist, bringt sie auf ein noch höheres Temperaturniveau und gibt sie an anderer Stelle wieder ab. Zumeist geschieht das über einen Kondensator, der die Wärme in die Umgebung leitet. Das betrifft nicht nur die überschüssige Wärmeenergie, sondern auch die durch den Antrieb des Kältemaschinenverdichters selbst anfallende Abwärme. Reisner entwickelt solche Kälteanlagen und hat erkannt: Für die überschüssige Wärmeenergie gibt es eine Vielzahl interessanter Einsatzmöglichkeiten. Es lohnt sich, sie nicht zu verschwenden, sondern dem Betrieb in sinnvoller Form wieder zur Verfügung zu stellen. Daher bietet Reisner schon seit Jahren Systeme an, die diese Energie etwa zur Gebäudeheizung nutzbar machen. Jetzt hat das Unternehmen aus Holzwickede ein ganz neues Konzept entwickelt, das noch einen Schritt weiter geht als die bislang verfügbaren Lösungen und noch interessantere Perspektiven eröffnet.
Bessere Ausschöpfung der Einsparmöglichkeiten
Bei der herkömmlichen Methode zur Wärmerückgewinnung wird die Abwärme durch einen Heizwasserstrom aufgenommen und mit Hilfe einer Luftheizung im Gebäude verteilt. Schon auf diese Art spart der Betreiber viel Energie. Hat seine Kältemaschine eine Kühlleistung von 100 kW und eine Verdichterantriebsleistung von 138 kW, dann steht ihm ein gesamter Abwärmestrom von 138 kW zur Verfügung. Bezieht man diesen auf die elektrische Energie, die der Verdichter benötigt (38 kW/h), dann ergibt sich ein Potenzial von 138/38, also 3,6 kWh Wärme pro eingesetzter kWh an elektrischer Energie.
Mit den bislang branchenüblichen Technologien zur Abwärmenutzung lassen sich allerdings die Einsparmöglichkeiten nicht vollständig ausschöpfen. Ein Teil der wertvollen Energie geht verloren. So lässt sich nur Heizwasser mit einer relativ niedrigen Temperatur bereitstellen, mit dem nur Luftverteilungs- und Fußbodenheizungssysteme beschickt werden können. Sollen ältere Heizkörper in Büros und Hallen für wohlige Wärme sorgen, muss das Wasser eine deutlich höhere Temperatur aufweisen.
Bei der Weiterentwicklung ihres Wärmerückgewinnungskonzepts hat Reisner daher einen Schwerpunkt darauf gelegt, dass die Systeme in der Lage sein müssen, möglichst warmes Heizwasser bereit zu stellen. Hier kann sich je nach angestrebter Temperatur ein Effizienzproblem ergeben: Unter Umständen muss die Anlage eine höhere Kondensationstemperatur erzielen. In der Folge benötigt der Verdichter mehr elektrischen Strom. Es steigt also nicht nur der potenzielle Nutzen aus der Wärmerückgewinnung, sondern auch der Aufwand dafür – diese Relation muss für jede einzelne Lösung im Blick behalten werden.
Zentrale Bündelung des Abwärmestroms
Der Ansatz von Reisner basiert auf der perfekten Beherrschung aller thermodynamischen Prozesse im System. So ist es möglich, Verluste zu minimieren und den Abwärmestrom nahezu hundertprozentig auszunutzen. Hohe Heizmitteltemperaturen lassen sich auch ohne zwingende Anhebung der Kondensationstemperatur erzielen. Dabei spielt die zentrale Bündelung des Abwärmestroms eine technische Schlüsselrolle. Es wird ein Heizkreislauf installiert, der den Kondensator durchströmt und dabei die komplette Abwärme aufnimmt. Sollte diese nicht benötigt werden, führt ein Trockenkühler die Wärme an die Umgebung ab. Ansonsten wird der Heizmittelstrom in einem speziellen Tank gebündelt. Dort steht die Abwärme zur Verfügung und kann verlustarm ihrem Einsatz zugeführt werden. Auch auf die im System verwendeten Wärmeaustauscher kommt es an: Sie sind speziell für die Wärmerückgewinnung ausgelegt und erzielen so optimale Ergebnisse.
Wie erfolgreich dieses Konzept funktioniert, zeigen berechnete und real gemessene Beispielwerte. Schon bei einer Kälteanlage mit 155-kW-Kühlleistung und 42-kW-Verdichterleistung, also mit einer Gesamtabwärme von 197 kW ist die Wärmerückgewinnung ergiebig genug, um eine Fläche von 2500 m2 den ganzen Winter über kostenlos zu beheizen. Die Auswirkungen auf die Energiekostenbilanz des gesamten Betriebs sind besonders eindrucksvoll erkennbar, wenn ins eingesparte Heizöl umgerechnet wird. Das weist einen Heizwert von 9 kWh pro Liter auf. Der beispielhaft veranschlagte Abwärmestrom von 197 kW entspricht also einem Gegenwert von 21,9 l Heizöl pro Stunde. Kostet der Liter Heizöl 0,6 Euro, dann spart die fiktive Hallenheizung mit Abwärme in jeder Betriebsstunde über 13 Euro gegenüber einer Ölheizung. Damit ist eine schnelle Amortisation des Mehrinvests für die Wärmerückgewinnung garantiert, zumal von einem weiteren Anstieg des Ölpreises ausgegangen werden muss.
Rückgewonnene Wärme dreifach genutzt
In der Praxis gibt es sogar noch mehr Nutzungsmöglichkeiten für die so gewonnene Abwärme und infolgedessen noch größere Einsparpotenziale. So hat Reisner für einen fleischverarbeitenden Betrieb ein Kältekonzept entwickelt, bei dem die Wärmerückgewinnung gleich dreifach ausgenutzt wird. Hier sind insgesamt 970 kW Kühlleistung installiert. Mit Hilfe der Abwärme werden zunächst pro Tag 90 m³ Brauchwasser mit einer Temperatur von 45 °C bereitgestellt. Die ergänzende Ölheizung ist nur sporadisch im Einsatz, um einen Teil des Wassers auf 80 °C aufzuheizen. Zu 80 % jedoch deckt die Wärmerückgewinnung den Energiebedarf für das Brauchwasser ab.
Außerdem nutzt das Unternehmen Sole-Raumkühler zur Frischelagerung fertiger Produkte, die im Betrieb Eis ansetzen und davon regelmäßig befreit werden müssen. Im Normalfall werden dazu Elektroheizstäbe eingesetzt. Diese benötigen pro Tag und Gerät etwa 60 kW/h Strom; der Abtauprozess selbst dauert etwa 30 Minuten. Jetzt lassen Umschaltregelungen bei Bedarf durch Abwärme temperierte Sole durch die Kühler fließen. So wird das Eis von innen aufgebrochen und in zehn bis 15 Minuten entfernt – das spart Zeit, ist praktisch und es fallen keinerlei zusätzliche Energiekosten dafür an. Zuletzt beheizt der Betrieb nun seine Büros und Lüftungsanlagen mit Hilfe der warmen Sole. Auch diese Heizleistung von 330 kW stellt die Wärmerückgewinnung vollständig bereit.
Bei allen Möglichkeiten, die sich aus den neuen Wärmerückgewinnungskonzepten ergeben, verliert Reisner nicht aus den Augen, dass die Kernfunktion der angebotenen Kältesysteme im Kühlbetrieb liegt. Hier hervorragende Leistungszahlen zu erreichen, ist immer das Hauptziel. Schließlich wird die Kälteanlage ohnehin für den Betrieb benötigt und muss darin so gut wie möglich integriert werden. Dann kann auch das Reisner-Konzept seine Wirkung voll entfalten: Der Abwärmestrom wird zu 100 % ausgenutzt und die elektrische Leistungsaufnahme der Kältemaschine verändert sich gegenüber dem Normalbetrieb so wenig wie möglich. Das garantiert eine zukunftsfähige Kälte- und Wärmeversorgung, die den schärfer werdenden gesetzlichen Richtlinien zum Klimaschutz dauerhaft Rechnung tragen und die Betriebskostenspirale erfolgreich zurückdrehen kann.
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