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 />
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