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Um effektive und effiziente Prozesse gestalten zu können, müssen Sie und Ihre Mitarbeiter deren Inhalte, z. B. Ablaufabschnitte, Systeme, Anlagen,...

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Wärmerückgewinnung

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Von Günter Stein,

In allen Produktionsprozessen fällt Wärme an. Auf der anderen Seite wird in jedem Betrieb aber auch Wärme benötigt. Was liegt also näher, als die Abwärme da zu nutzen, wo sie benötigt wird? Die Frage, die sich dabei stellt, lautet: „Wie bekomme ich diese Energie von Punkt A nach Punkt B?“

 

In der Praxis wird die entsprechende Technologie, die Wärmerückgewinnung, trotz der immer weiter steigenden Energiepreise noch nicht sehr effektiv umgesetzt. So finden Sie sehr häufig nahezu paradoxe Situationen, in denen die Abwärme in einem Prozess über eine Kühlung in Grenzen gehalten wird und wenige Meter weiter Heizungen die Temperatur in der Produktionshalle konstant halten.

Die Gründe für den zurückhaltenden Einsatz derartiger Systeme sind vielfältig. Der Einfluss der steigenden Energiekosten ist eher schleichend, die Prozesse umzustellen oft sehr aufwändig und die ganze Thematik bereichsübergreifend, so dass sich selten ein Ansprechpartner findet.

Der richtige Einsatz der Wärmerückgewinnung

Die Ursache liegt darin begründet, dass die Hersteller von Produktionsanlagen natürlich nur ihre Maschine als geschlossenes System ansehen. Eine andere Sichtweise wäre technisch gar nicht möglich. Wenn ein Maschinenteil durch zu hohe Wärmeentwicklung in seiner Funktion beeinträchtigt ist, muss es gekühlt werden, damit die Anlage ordnungsgemäß funktioniert. Anders sieht die Situation aus, wenn schon innerhalb dieses geschlossenen Systems Wärme erzeugt und benötigt wird, aber das liegt in der Verantwortung des Herstellers.

Für Sie als Betriebsleiter ist die ganzheitliche Betrachtung aller Prozesse die Basis für einen effektiven Einsatz von Wärmerückgewinnungssystemen. Deshalb sollten Sie bei der Beauftragung von Anlagenteilen oder beim Einkauf von Anlagen und Maschinen darauf achten, dass das Potenzial der Wärmerückgewinnung voll und ganz genutzt wird.

Praxis-Beispiel: Die Firma Hamon Rothemühle Cottrell GmbH und das Betriebsforschungsinstitut BFI haben in einem Gemeinschaftsprojekt einen drehenden thermischen Regenerator entwickelt, der zur Erhitzung von Prozessgut bis zu 1.400 °C eingesetzt werden kann. Bei bisherigen Anlagen wurde die Abwärme nahezu ungenutzt in die Umwelt abgeführt, auf der anderen Seite wurde aber kalte Frischluft als Brennluft zugeführt.

Bei dem neu entwickelten Ofen wird die Abwärme nun über einen Wärmetauscher genutzt, um die 20 °C kalte Brennluft auf 1.000 °C vorzuheizen. Der Tagesverbrauch an Erdgas konnte auf 2.400 m³ gesenkt werden, gegenüber 4.400 m³ bei einem herkömmlichen Ofen.

Schritt 1 zur Wärmerückgewinnung: Wärmebedarf und mögliche Wärmequellen ermitteln

Was nutzen Ihnen noch so viele Wärmequellen, wenn Sie überhaupt keine thermische Energie benötigen? Also ist die erste Frage, die Sie beantworten müssen: „Wo und wie viel Wärme brauchen Sie?“.

Für die Antwort nehmen Sie sich am besten den Grundrissplan Ihres Betriebes und zeichnen Sie alle Orte ein, an denen Sie thermische Energie benötigen. Dabei sollten Sie nicht nur produktionstechnische Anlagen berücksichtigen, sondern auch Raumheizungen etc. Sie können auch neue Ideen mit einfließen lassen, die bislang auf Grund der Energiekosten gar nicht in Frage kamen.

Beispiel 1: Die Anfahrten zu den Entladerampen in Ihrem Betrieb sind recht steil, so dass LKWs bei Glatteis oft Probleme haben, die Steigung zu überwinden. Eine Heizung kam bislang aber nicht in Frage.

Beispiel 2: Die Wasserleitungen in einem unbeheizten Lagerbereich sind bei starkem Frost schon einige Male eingefroren. Eine Rohrbegleitheizung übersteigt aber aus energietechnischer Sicht deutlich das Budget.

Nachdem Sie nun alle Orte eingezeichnet haben, an denen Sie Wärme benötigen, lokalisieren Sie alle Stellen, an denen thermische Energie erzeugt wird. Typische Anlagen und Geräte sind Abluftsysteme und Schornsteine, Transformatoren, Generatoren, Motoren, Kompressoren, Schweißanlagen, Kühlungssysteme, Abwassersysteme etc. Die abgegebene Wärmemenge lässt sich nur sehr schwer korrekt berechnen, sie ist abhängig von der Masse, der Wärmekapazität und natürlich der Temperaturdifferenz. Außerdem spielen auch noch dynamische Zusammenhänge eine wichtige Rolle. Schwankt die Temperatur oder bleibt sie konstant? Wird das Medium ständig erhitzt oder nur zu bestimmten Zeiten?

Als grobe Richtlinie können Sie sich das Volumen der Wärmequelle vor Augen halten. Gleiche Materialien und gleiche Volumen lassen sich besonders gut vergleichen. Mit 100 l 60 °C heißem Wasser lassen sich beim Herunterkühlen auf 20 °C theoretisch bei Vernachlässigung aller Verluste auf der Nutzseite auch wieder 100 l von 20 °C auf 60 °C erhöhen. Wichtig ist für eine erste Übersicht aber lediglich die Tatsache, dass es Wärmequellen gibt und wo sie sich befinden.

Schritt 2 zur Wärmerückgewinnung: Wärmetauscher

Die Wärmequelle selbst nutzt Ihnen allein noch nicht so viel, Sie müssen die thermische Energie auf ein anderes Medium übertragen und meist auch noch transportieren.

Beispiel: In einer Gießerei herrscht eine Raumtemperatur von 45 °C, außerdem ist die Luft mit giftigen Gasen belastet und muss deshalb über eine Lüftung abgesaugt werden. Zusätzlich wird Frischluft in die Halle eingeblasen. Die heiße Luft lässt sich natürlich in dieser Form nicht nutzen, um z. B. das Bürogebäude zu heizen.

Aus diesem Grund lässt man hier die heiße, verbrauchte und giftige Abluft über einen Kreuz-Wärmetauscher laufen. In diesem System strömt die Abluft durch feine Röhrchen oder Platten, neben denen sich ebenfalls Röhrchen oder Platten befinden, durch die dann die Frischluft geführt wird. Im Idealfall wird die frische Luft auf die Temperatur der Abluft erwärmt und die Abluft auf den Wert der Frischluft heruntergekühlt. Es geht keine Wärme verloren. Die so erwärmte Frischluft lässt sich nun direkt in die Büroräume einleiten, die so geheizt werden können.

Häufig werden spezielle Medien verwendet, auf die die thermische Energie übertragen wird und mit denen sich die Wärme transportieren lässt. Auf Grund der wesentlich höheren Wärmekapazität gegenüber Luft und der sehr unkomplizierten Handhabung wird dabei oft Wasser benutzt, wenn keine spezielle Wärmepumpe zur Nacherwärmung zum Einsatz kommt. Von Transformatoren, Motoren, Generatoren etc. lässt sich die Abwärme in der Regel nur durch speziell konzipierte Wärmetauscher nutzen, weil sie der Bauform der jeweiligen Wärmequelle angepasst sein müssen.

Checkliste: Wärmerückgewinnung in Ihrem Betrieb

Sie nutzen Abluftsysteme in größerem Umfang

Sie leiten erwärmtes Abwasser in die Kanalisation

Sie müssen prozessbedingt Anlagenteile kühlen

In Ihrem Betrieb werden Produktionsgüter erhitzt und gekühlt

Es gibt Räumlichkeiten, in denen die Temperatur mehr als 10 °C über dem Durchschnitt liegt

Die Wärmequellen sind permanent aktiv

Sie betreiben eine Klimaanlage ohne Wärmerückgewinnung

Das Warmwasser für die Duschen in Ihrem Betrieb wird mit einer herkömmlichen Heizung erwärmt

 

 

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