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Ausgabe - 15 - Produktion

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36 · Energie-Effizienz · <strong>Produktion</strong> · 12. April 2012 · Nr. <strong>15</strong><br />

KÄLTETECHNIK<br />

Abwärme kühlt Fertigung und Prozesse<br />

MICHAELA NEUNER, PRODUKTION NR. <strong>15</strong>, 2012<br />

Abwärme als Heizungsunterstützung hat sich bereits etabliert. Was<br />

vor allem Druckluftanlagen in großen Mengen zwangsweise und eher<br />

nebenbei erzeugen, lässt sich jedoch auch zum Kühlen einsetzen.<br />

LANDSBERG. Druckluftkompressoren<br />

produzieren in erster Linie<br />

Wärme. Die Druckluft ist energetisch<br />

gesehen nur ein Nebenprodukt.<br />

Mehr als 90 % der Energie<br />

zum Antrieb eines Kompressors<br />

endet als Abwärme. Und die lässt<br />

sich nutzen: zur Heizungsunter-<br />

Deutscher Kältepreis<br />

Kälteanlagen verursachen rund<br />

<strong>15</strong> % des deutschen Stromverbrauchs.<br />

Der Löwenanteil entfällt<br />

auf Kältetechnik in Gewerbe und<br />

Industrie. Um Impulse für Entwicklung,<br />

Anwendung und Kombination<br />

hocheffizienter Komponenten,<br />

klimafreundlicher Kältemittel und<br />

innovativer Kühl- und Kältekonzepte<br />

sowie deren breiten Anwendung<br />

zu geben, lobte das Bundesumweltministerium<br />

dieses Jahr<br />

zum vierten Mal den mit insgesamt<br />

52 500 Euro dotierten<br />

‚Deutschen Kältepreis‘ aus.<br />

www.co2online.de<br />

ENERGIE-SPAR-TIPP<br />

stützung, als Prozesswärme oder<br />

zum Kühlen. Die SFA-Drucklufttechnik<br />

GmbH im niedersächsischen<br />

Wals rode hat ein System<br />

entwickelt, das die Abwärme von<br />

Druckluftkompressoren zum Betrieb<br />

einer Absorptionskältemaschine<br />

nutzt – mit einem Wärmerückgewinnungsgrad<br />

von 91 %.<br />

Der Staat übernimmt 25 %<br />

der Investitionskosten<br />

Die SFA-Anlage lohnt sich für<br />

Unternehmen, die einen hohen<br />

Druckluftbedarf haben und permanent<br />

kühlen müssen. „Einen<br />

Kältebedarf von ca. 5 500 Stunden<br />

im Jahr sollte man schon haben<br />

und ein Druckluftbedarf von beispielsweise<br />

140 kW Kompressorleistung<br />

ölfrei sollte auch vorhanden<br />

sein“, hat Vertriebsingenieur<br />

Eike Kastens ausgerechnet. Die<br />

Amortisationszeit liege dann bei<br />

vier bis sieben Jahren. Diese Zeiten<br />

verkürzen sich nochmals deutlich<br />

mit Zuschüssen vom Staat. Der<br />

steuert über das Bundesamt für<br />

Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle<br />

(BAFA) 25 % zu den Anschaffungskosten<br />

für die Absorptionskältemaschine<br />

und die zugehörigen<br />

Komponenten bei.<br />

„Wir haben unsere Kraft-Wärme-Kälte-Koppelung<br />

zur Klimatisierung<br />

und zur Prozesskühlung<br />

entworfen“, so Kastens. Er sieht<br />

Einsatzmöglichkeiten in der Lebensmittelindustrie<br />

und zur Erzeugung<br />

von Prozesskälte in der<br />

Kunststoff- oder in der chemischen<br />

Industrie.<br />

Schüttgut trocknet schneller im Dampfbad<br />

PRODUKTION NR. <strong>15</strong>, 2012<br />

Zur Trocknung von Schüttgütern oder Lebensmitteln kommt meist<br />

Heißluft zum Einsatz. Ein neues Trockungsverfahren mit überhitztem<br />

Wasserdampf bei Atmosphärendruck kommt mit bis zu 50 % weniger<br />

Energie aus und reduziert die Trocknungszeit um bis zu 80 %.<br />

STUTTGART (MN). Für die Herstellung<br />

von Kartoffelchips, Instantprodukten<br />

oder Trockenfutter<br />

muss den Nahrungsmitteln Wasser<br />

entzogen werden. In der Regel werden<br />

sie in großen Trocknungsanlagen<br />

unter hohem Energieeinsatz<br />

mit Heißluft getrocknet: Allein die<br />

Trocknung kann bis zu 90 % der<br />

gesamten für die Lebensmittelproduktion<br />

aufzuwendenden Energie<br />

verschlingen. Eine Alternative bietet<br />

die Trocknung mit überhitztem<br />

Wasserdampf.<br />

Forscher am Fraunhofer-Institut<br />

für Grenzflächen- und Bioverfah-<br />

renstechnik IGB in Stuttgart haben<br />

dazu eine Anlage entwickelt: In<br />

ihrem Innern wird das Trockengut<br />

überhitztem Wasserdampf mit einer<br />

Temperatur von 120° C bis<br />

250° C ausgesetzt. „Das Gut erhitzt<br />

sich und gibt Feuchtigkeit in Form<br />

von Wasserdampf ab. In diesem<br />

überhitzten Zustand ist der Heißdampf<br />

nahezu trocken und kann<br />

große Mengen Wasserdampf aufnehmen“,<br />

erklärt Entwickler Sukhanes<br />

Laopeamthong. Die ebenfalls<br />

abgegebene Verdampfungswärme<br />

wird dem Kreislauf wieder<br />

zugeführt. „Neunzig Prozent der<br />

Die Trocknung mit überhitzem Wasserdampf eignet ich nicht nur für Obst und<br />

Kartoffelchips, sondern auch für Baumaterialen und andere schüttgutförmige<br />

mineralische Rohstoffe. Bild: Fraunhofer IGB<br />

In der Kälte- und Klimatechnik stecken laut co2online Energie- und Kostensparpotenziale<br />

von durchschnittlich 35 % bis hin zu 75 %. Bild: Fotolia<br />

zugeführten Energie können wir so<br />

zurückgewinnen“, so der Forscher.<br />

Das reduziert den Energiebedarf<br />

um die Hälfte und die Trocknungszeiten<br />

um bis zu 80 % im Vergleich<br />

zur Heißlufttrocknung. Durch die<br />

Wärmerückführung bleiben die<br />

Temperaturen innerhalb der Anlage<br />

konstant.<br />

Überhitzter Wasserdampf<br />

trocknet und hygienisiert<br />

Der Clou der Anlage liegt im Detail:<br />

Sie ist so konstruiert, dass der<br />

Trockenraum nach oben geschlossen<br />

und nach unten offen ist. „Dadurch<br />

kann die Anlage bei Atmosphärendruck<br />

arbeiten, Schleusen<br />

und Absperrungen sind nicht notwendig“,<br />

sagt Siegfried Egner, Leiter<br />

der Abteilung Physikalische<br />

Prozesstechnik. „Zudem kann die<br />

Art der Fördertechnik frei gewählt<br />

werden – ob Schwing-, Band-,<br />

Schneckenförderer oder Trommel“.<br />

Überhitzter Dampf ist leichter<br />

als Luft und drängt diese nach unten.<br />

Überschüssiger Wasserdampf<br />

aus der Trocknungskammer sinkt<br />

aufgrund der höheren Dichte in<br />

den unteren Teil ab und wird hier<br />

kondensiert. Flüchtige Inhaltsstoffe<br />

wie ätherische Öle können dabei<br />

für eine weitere Verwendung abgetrennt<br />

werden. Gleichzeitig werden<br />

die Lebensmittel hygienisiert.<br />

Die Trocknungsanlage bietet eine<br />

Verdampfungsleistung von etwa<br />

50 kg/h. Der kompakte Trockner<br />

entspricht den Standards der Lebensmittelindustrie<br />

und ist nach<br />

Angaben der Entwickler mit geringen<br />

Investitionskosten umsetzbar.<br />

www.igb.fraunhofer.de<br />

Die Druckluft-Kälte-Anlage ‚Air-<br />

Sorption’ von SFA arbeitet mit einerWasser-Lithiumbromid-Absorptionskältemaschine.<br />

Da hier<br />

Wasser das Kältemittel ist, liegt die<br />

kleinstmögliche Kühltemperatur<br />

bei +5° C. Eine Ammoniak-Wasser-<br />

Absorptionskältemaschine könnte<br />

Temperaturen im Gefrierbereich<br />

erzeugen. Sie arbeitet jedoch erst<br />

ab einer deutlich höheren Temperatur:<br />

Um den Kühlkreislauf einer<br />

Absorptionskältemaschine in<br />

Gang zu halten, ist eine konstante<br />

PRODUKT DER WOCHE<br />

Die neue MegaCPK-Baureihe<br />

von KSB ist mit einem Drehzahlregelsystem<br />

ausgerüstet.<br />

Bild: KSB AG<br />

Hohe Leistungsdichte<br />

PRODUKTION NR. <strong>15</strong>, 2012<br />

FRANKENTHAL (MN). Die Chemienormpumpen<br />

der neuen Baureihe<br />

MegaCPK von KSB zeichnen sich<br />

durch eine hohe Leistungsdichte<br />

und einen entsprechend sparsamen<br />

Energieverbrauch aus. Die Baureihe<br />

ist eine Weiterentwicklung der Baureihen<br />

CPK, CPKN und Megachem.<br />

Bei gleichen Förderdaten und Betriebsbedingungen<br />

kann der Anwender<br />

im Vergleich zur früheren<br />

Generation und Wettbewerbsprodukten<br />

kleinere Pumpengrößen<br />

auswählen. Das spart Strom im Betrieb<br />

und mindert die Investitionskosten.<br />

Um das Risiko einer eventuell<br />

auftretenden Kavitation zu minimieren,<br />

legten die Entwickler Wert<br />

auf ein gutes Saugverhalten mit einem<br />

niedrigen NPSH-Wert. So können<br />

die Pumpen auch unter<br />

schwierigen Betriebsbedingungen<br />

ruhig und stabil laufen. Mittels einer<br />

Finite-Elemente-Simulation ge-<br />

Wärmezufuhr auf hohem Niveau<br />

erforderlich. „Das ist auch der<br />

Grund, warum es diese Kältemaschinen-Druckluftkompressor-<br />

Koppelung eigentlich noch nicht<br />

gibt. Weil noch niemand die Auskoppelung<br />

der Temperatur auf<br />

diese Konstanten gebracht hat, wie<br />

wir sie jetzt haben“, sagt Kastens.<br />

Konstante Wärmezufuhr von<br />

90 °C ist Voraussetzung<br />

Das Problem ist, dass Druckluftkompressoren<br />

nur selten konstante<br />

Abwärme erzeugen. Entsprechend<br />

muss der Kühlwasserstrom<br />

variiert werden, um die Temperatur<br />

hoch zu halten. „Wir sind in der<br />

Lage auch bei frequenzgeregelten<br />

Druckluftkompressoren die Wärme<br />

hochtemperaturmäßig auszukoppeln<br />

und das ist die Grundlage<br />

für Kühlkonzept. Denn eine Wasser-Lithiumbromid-Absorptionskältemaschine<br />

funktioniert erst<br />

richtig ab 90 °C“, erklärt er.<br />

Die Kälte-Kombi aus Walsrode<br />

hat das Potenzial, den Jahresenergieverbrauch<br />

um 107 MWh zu verringern.<br />

Ende März wurde ‚sie mit<br />

dem ‚Deutschen Kältepreis 2012‘<br />

des Bundesumweltministeriums<br />

ausgezeichnet.<br />

www.sfa-drucklufttechnik.de<br />

lang es ihnen, die Steifigkeit der<br />

Aggregate zu erhöhen. Dazu trägt<br />

auch der optimierte einteilige Lagerträger<br />

bei. Dank einfach zu wartender<br />

Gleitringdichtungen, beidseitig<br />

gekammerter Gehäusedichtungen<br />

sowie eines minimierten<br />

Axialschubs erzielen die Pumpen<br />

lange Standzeiten. Die Lebenszykluskosten<br />

sinken, weil sich Aufwendungen<br />

für Instandhaltung und<br />

Wartung reduzieren.<br />

Wie bei allen Industriepumpen von<br />

KSB erhalten die Betreiber jede ausgelieferte<br />

Pumpe mit einem exakt<br />

auf den Betriebspunkt abgestimmten<br />

Laufraddurchmesser. So ist sicher<br />

gestellt, dass die Pumpen möglichst<br />

wenig Energie verbrauchen.<br />

Für spezielle Anwendungen stehen<br />

verschiedene Varianten und Werkstoffausführungen<br />

zur Verfügung.<br />

Damit lassen sich auch Medien<br />

transportieren, die eine Beheizung<br />

oder Kühlung erfordern.<br />

www.ksb.com<br />

Seite 36 Energie-Effizienz PRO_2012_<strong>15</strong>.indd 36 03.04.2012 14:41:31

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