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6 | FACHTHEMA Foto: iStock wachtel Energieeinsparung durch moderne Backofentechnik inside DIE GRUNDLAGE FÜR ALLE DISKUSSIONEN ÜBER ENERGIEVERBRÄUCHE, ENERGIEEINSPARUNGEN UND ENERGIERÜCKGEWINNUNG LIEGEN IN DER PHYSIK UND HIER IM 1. HAUPTSATZ DER THERMODYNAMIK, DER BESAGT, DASS DIE SUMME AUS ZUGEFÜHRTER ENERGIE, ENERGIE DES SYSTEMS UND ABGEFÜHRTER ENERGIE KONSTANT IST. DIES SOLL IM FOLGENDEN AN EINEM BACKOFEN VERDEUTLICHT WERDEN. wachtelstamm 1/2012 Energiebilanz An zugeführten Energien ist zunächst die Primärenergie zu nennen, also je nach Backofenbeheizung Gas, Öl, Strom oder Holz, aus der die Wärme zum Backen genommen wird. Weiterhin weisen die eingebrachten Teiglinge eine bestimmte Masse und Temperatur auf und haben damit ebenfalls eine bestimmte Energie. Hinzu kommen Hilfsenergien für Steuerungen und Motoren, die zum Betrieb des Backofens erforderlich sind, sowie das Wasser, welches zur Schwadenerzeugung dient. Im Backofen selbst wird mit Hilfe der Primärenergie Wärme erzeugt, um die Teiglinge zu erwärmen und zu backen. Abgeführt wird Energie in Form von Rauchgasen (bei brennerbeheizten Backöfen), Dampf (überschüssige Schwadengabe zu Beginn des Backvorgangs sowie der Dampf, der beim Backen entsteht) sowie die ausgebackenen heißen Backwaren einschließlich eventuell benutzter heißer Backbleche und Wagen. Außerdem wird kontinuierlich Wärme über die Außenflächen abgestrahlt. Energieverbrauch Eine ganz wesentliche Erkenntnis aus dieser Energiebilanz ist die, dass der Energieverbrauch (zugeführte Energie) direkt und nur davon abhängt, welche und wieviel Energie abgeführt wird. Wird viel gebacken, muss 1/2012 wachtelstamm Primärenergie (Gas, Öl, Strom, Pellets...) (rohe) Backwaren Hilfsenergie (Strom f. Steuerung, Motoren...) Wasser Backofen FACHTHEMA | 7 viel Teigwasser verdampft werden und viel Schwaden gegeben werden und der Energieverbrauch steigt entsprechend. Wird dagegen bei eingeschaltetem Backofen nicht gebacken (der Backofen steht leer), so wird auch keine Energie zum Verdampfen des Wassers benötigt, der Energieverbrauch ergibt sich dann ausschließlich aus dem Ausgleich der Abstrahlverluste. Es wird auch besonders deutlich, dass der Energieverbrauch nicht von installierter Brennerleistung oder installierter elektrischer Heizleistung und willkürlich angenommenen Einschaltzeiten abhängt. Energieeinsparung Wenn der Energieverbrauch reduziert werden soll, muss dies also über die abgeführten Energien angegangen werden. Rauchgas So ist die Reduzierung der Rauchgasenergie ein ganz wesentlicher Schritt zur Energieeinsparung. Je niedriger die Temperatur, umso niedriger die Verlustenergie und um so niedriger der Verbrauch. Basis für eine niedrige Rauchgastemperatur ist eine Optimierung des Wärmetauschers. Je größer seine Fläche ist, umso mehr Wärme (prozentual bezogen auf die gesamte Primärenergie) wird an die Backkammer abgegeben und umso geringer sind die Verluste über das Rauchgas. Rauchgas Wärmeabstrahlung (Teiglinge, Bleche, Wagen...) (Seitenwände, Front) Dampf (Teigwasser, Schwadengabe) geb. Backwaren Größenordnung Verlust (10 – 20%) Verlust (15 – 25%) Nutzenergie (20 – 30%) Nutzenergie (30 – 40%)
8 | FACHTHEMA Schematische Darstellung des COMPACT K STIR Ein gutes Beispiel ist der COMPACT K STIR mit seinem in die Backkammerwände integrierten Wärmetauscher (einzigartig für einen Stikkenofen), der aufgrund der riesigen Wärmetauscherflächen die Rauchgastemperaturen auf der Höhe der Backkammertemperaturen liegen lässt. Und dies ist das Maximum, wie man leicht erkennt, denn wenn die Rauchgastemperaturen unterhalb der Backkammertemperatur liegen würden, würden die Rauchgase durch die Backkammer aufgeheizt werden. Eine weitere Optimierung des Wärmetauschers ist nicht möglich. Der feuerungstechnische Wirkungsgrad liegt so bei ca. 90 %. Die entsprechende Norm (DIN 8766) schreibt lediglich 80 % als Mindestwirkungsgrad vor. Der Standard liegt normalerweise bei ca. 85 %, was einer Rauchgastemperatur von ca. 330 °C entspricht und was eine Energieeinsparung von ca. 5 % bedeuten würde, wenn der COMPACT K STIR zum Einsatz kommt. Schwadengabe Die Schwadengabe zu Beginn des Backvorgangs ist für bestimmte Eigenschaften des Backproduktes erforderlich und kann daher nicht einfach einge- OX-Steuerung wachtel inside spart werden. Trotzdem besteht auch hier die Möglichkeit, den Energieverbrauch zu reduzieren, indem nämlich versucht wird, die Schwadenmenge schrittweise so weit zu reduzieren, dass die Backqualität zu 100 % erreicht wird. Voraussetzung ist die präzise Steuerung der Schwadengabe bei Beginn des Backvorganges mittels Wasserzähler und elektronischer Steuerung (z.B. die OX-Steuerung). Nur so kann eine reproduzierbare Schwadengabe gewährleistet werden, die verhindert, dass aus Sicherheitsgründen ein Überschuss an Schwaden gegeben wird, der keine zusätzliche Produktverbesserung mehr bringt und nur den Schwadenapparat unnötig abkühlt und damit auch unnötig Energie verbraucht. Ein kleines Beispiel hierzu soll die Möglichkeiten verdeutlichen. Um 1 l Wasser zu verdampfen (Erwärmen von 20 °C auf 100 °C sowie Verdampfung), wird eine Energie von ca. 0,75 kWh benötigt. Bei einem Stikkenofen sind für das Backen von Semmeln ca. 5 l Schwaden pro Backvorgang für eine perfekte Qualität erforderlich. Werden aus Sicherheitsgründen dagegen jeweils 7 l, also 2 l mehr als notwendig, gegeben und wird über 6 Stunden mit je 3 Backvorgängen gebacken, so ergibt sich ein im Grunde nicht notwendiger zusätzlicher Energieverbrauch pro Tag und Stikkenofen von ca. 30 kWh. Bei 4 Stikkenöfen und 300 Arbeitstagen pro Jahr ist die jährliche Energieeinsparung dann ca. 36.000 kWh, was ca. 3.370 l Heizöl oder 2.950 m³ Erdgas entspricht. Anders betrachtet: Bezogen auf den Gesamtverbrauch ergibt sich eine Energieeinsparung von ca. 10 %. Backen Die eigentliche Backenergie ist in erster Näherung gleich der Energie, die zum Verdampfen eines Teils des Teigwassers (Ausbackverlust) benötigt wird. Daher kann eigentlich hier keine Energie gespart werden unter der Voraussetzung, dass Krume und Kruste der Backprodukte gleich bleiben sollen. Durch die STIR-Technologie ergibt sich aber eine völlig neue Möglichkeit, die Krume wesentlich schneller zu erwärmen. Durch eine keramische Beschichtung auf den heißen Oberflächen wird eine bestimmte Frequenz der IR-Strahlung besonders wachtelstamm 1/2012 1/2012 wachtelstamm Foto: iStock Voraussetzung für eine Reduzierung des Energieverbrauchs ist die präzise Steuerung der Schwadengabe bei Beginn des Backvorganges mittels Wasserzähler und elektronischer Steuerung (z.B. die OX-Steuerung rechts). verstärkt abgestrahlt, die die Eigenschaft hat, durch die äußere Schicht des Teiglings hindurch direkt in den Kern zu gelangen und diesen sofort bei Beginn des Backvorgangs aufzuheizen. Die Backenergie muss daher nicht durch Wärmeleitung zum Kern gebracht werden, was wesentlich länger dauert und mit einem deutlich höheren Ausbackverlust (Wasserverlust) verbunden ist. Ergebnis ist eine deutliche Reduzierung des Ausbackverlustes und der Backzeit (immer abhängig vom Backprodukt) und damit eine Energieeinsparung, da weniger Wasser verdampft wird. Normalerweise liegt der Ausbackverlust bei 10 – 15 %. Geht man von einer Reduzierung des Ausbackverlustes von 5 % (bezogen auf das Teiggewicht) durch den Einsatz von STIR aus, ergibt sich beim Stikkenofen COMPACT 1.8 K (ca. 10 m² Backfläche, 5 kg Teig/m², 3 Backvorgänge/h), dass pro Stunde 7,5 l Wasser weniger verdampft werden müssen und so eine Energie von 6,25 kWh eingespart werden kann. Bezogen auf den Verbrauch bei konventioneller Backtechnik liegt die Energieeinsparung bei ca. 13 %. Brennertechnik Bei Brennern besteht die Gefahr, dass sich bei Zündung noch unverbrannte Gase im System befinden. Bei Standardbrennern wird daher vor der eigentlichen Zündung FACHTHEMA | 9 für ca. 30 Sekunden Frischluft eingeblasen, um so eventuell vorhandene zündfähige Gase „herauszuspülen“. Die Frischluft wird dabei erwärmt bzw. das Heizsystem wird durch sie abgekühlt. Der Spülvorgang bedeutet damit einen Energieverlust für das System. Von wachtel wurden in Zusammenarbeit mit einigen Brennerherstellern sog. Schnellstartbrenner entwickelt, die die obligatorische Spülzeit von ca. 30 Sekunden auf 3 Sekunden reduzieren. Bei angenommenen 10 Brennereinschaltungen pro Stunde und einer Luftmenge von 1,35 m³/h/kW kann von einer Energieeinsparung von ca. 2 % sowohl bei den Etagenöfen als auch bei den Stikkenöfen ausgegangen werden. Zusammenfassung Die moderne Backofentechnik bietet eine ganze Reihe von Möglichkeiten, um den Energieverbrauch zu senken und somit die Verbrauchskosten deutlich zu reduzieren. Bei der Addition der Energieeinsparungen mit den oben dargestellten Beispielen kommt man auf eine Reduzierung von ca. 30 %. Die Strategie der Energiekostenreduzierung muss immer sein, bei der Verbrauchsminderung zu beginnen. Erst dann sollten die verschiedenen Möglichkeiten der Energierückgewinnung einsetzen. Wenn Energie erst gar nicht verbraucht wird, braucht man sie auch nicht zurückzugewinnen. Foto: iStock
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