Betriebssicherheit und Energieeffizienz

Hohe Anforderungen für die Prozesskühlung - Bei einem Werks-Neubau des Dresdener Anlagentechnik-Herstellers „von Ardenne“ hatte eine leistungsstarke und zuverlässige Prozesskühlung in der Produktion oberste Priorität. Gleichzeitig sollten die eingesetzten Systeme in allen haustechnischen Bereichen hohe ökologische Anforderungen erfüllen. Diese anspruchsvollen Ansprüche galt es zu erfüllen.

Die „von Ardenne Anlagentechnik GmbH“ (www.vonardenne.biz) in Dresden ging im Jahr 1991 aus dem renommierten Forschungsinstitut Manfred von Ardenne hervor. Das Institut war seit den fünfziger Jahren vor allem auf dem Gebiet der Elektronenstrahl- und Plasmatechnik tätig und trieb zuletzt unter anderem die Entwicklung von Glasbeschichtungsanlagen voran. Heute gehört das Unternehmen zu den führenden Herstellern von Beschichtungsanlagen.

Produktionskapazitäten für die Serienfertigung erweitert | „Von Ardenne“ fertigt Inline-Produktionsanlagen für die Beschichtung von Architekturglas und Photovoltaikmodulen, speziell für die sogenannte Dünnschichttechnologie. Dünnschichtzellen lassen sich erheblich günstiger als herkömmliche Solarzellen produzieren und erreichen trotzdem nahezu den gleichen Wirkungsgrad. Angesichts der gestiegenen Nachfrage nach energiesparenden und zugleich wirtschaftlichen Bauverfahren sowie regenerativen Energieerzeugungsanlagen hat das Unternehmen zunehmend ausländische Märkte erschlossen. In den vergangenen Jahren konnte „von Ardenne“ sein Auftragsvolumen kontinuierlich steigern. Seit der Gründung im Jahr 1991 hat sich die Zahl der Mitarbeiter auf inzwischen 550 erhöht. Auch die Produktionskapazitäten müssen stetig ausgebaut werden. Konsequenz: Das Unternehmen erweiterte die Produktionsstätte „Am Hahnweg“ im Gewerbegebiet Dresden-Weißig.

Nach nur acht Monaten Bauzeit konnte der 4500 m² große Erweiterungsbau schließlich den Betrieb aufnehmen. In dem rund 6,5 Mio. € teuren Werk entstanden eine Montagehalle, eine Logistikhalle sowie ein Gebäude mit Sozial- und Technikbereichen. In der neuen Montagehalle erfolgt die Serienfertigung von Produktionsanlagen für die Dünnschicht-Photovoltaik. Bei der Planung des neuen Gebäudekomplexes legte die Unternehmensleitung hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit, Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz der Produktionstechnik, aber auch der Gebäudetechnik fest. So werten 420 Photovoltaikmodule aus Dünnschichtzellen die Südfassade der Montagehalle nicht nur optisch auf. Sie ermöglichen durch die Eigenstromerzeugung von rund 18 500 kWh auch eine CO₂-Ersparnis von über 12 t pro Jahr.

Wegweisendes Konzept für mehr Energieeffizienz | Darüber hinaus zeichnet sich besonders die Kühlwasserbereitstellung für die Produktion durch ein innovatives Konzept aus. Damit die Technik während der Montage der Fertigungsanlagen für die Dünnschichtphotovoltaik keinen Schaden nimmt, muss die entstehende Wärme gezielt abgeführt werden. Je nach anlagenspezifischen Anforderungen entsteht so ein Kühlbedarf zwischen 500 und 1000 kW. Insgesamt zehn Prozessanlagen sind mit unterschiedlichen Kühlwassertemperaturen zu versorgen.

Die Besonderheit der Anlage ist eine unterirdische Zisterne, aus welcher der Wasserbedarf für die Kühlwasserkreise gedeckt wird. Zwei offene Kreisläufe zur Versorgung der Produktionsanlagen ermöglichen eine kontinuierliche Wiederverwertung des Kühlwassers. Es wird aus zwei unterschiedlich temperierten Becken bezogen und durch die Kälteanlagen auf 15 °C bzw. 25 °C heruntergekühlt. Obwohl thermisch getrennt, kann ein größerer Wasserverlust in einem der Kühlwassersysteme über einen Füllstandsausgleich verhindert werden. Im Brandfall kann das in der Zisterne bevorratete Wasser zudem als Löschwasser genutzt werden.

Kühlwasserversorgung mit Bohrlochpumpen | Das Kühlwasser wird durch insgesamt 22 Bohrlochpumpen der Baureihe „Wilo-EMU NR“ bereitgestellt. Sie sorgen für eine absolut störungsfreie Versorgung der Prozesskühlung. Beide Kühlwasserkreisläufe sind mit Druckerhöhungsanlagen für den notwendigen Betriebsdruck von 6,5 bar ausgestattet. Für den 25 °C-Kreislauf fördern drei Druckerhöhungsanlagen mit jeweils sechs Bohrlochpumpen das Kühlwasser an die Verbraucher und zurück in die Zisterne. Die maximale Fördermenge der drei Druck­erhöhungsanlagen mit insgesamt 18 Pumpen beträgt 324 m³/h. Der 15 °C-Kreislauf wird nach dem gleichen Prinzip durch eine Druck­erhöhungsanlage mit zwei Bohrlochpumpen versorgt. Die beiden Pumpen leisten zusammen einen maximalen Förderstrom von 36 m³/h. Zudem stehen für die Notwasserversorgung zwei weitere Bohrlochpumpen in Reserve. Bei einem Stromausfall können sie betrieben durch ein Notstromaggregat Kühlwasser in die Kreisläufe pumpen, um Verdampfungen in den Produktionsanlagen vorzubeugen.

Die Zuverlässigkeit der Kühlwasserversorgung hat für die Produktion bei „von Ardenne“ höchste Priorität. Um zudem einen wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen, sind die Bohrlochpumpen von Wilo (www.wilo.de) elektronisch geregelt. Regelgeräte vom Typ „Wilo-CR-System“ für bis zu sechs Pumpen passen die Leistung durch Einregulierung der Drehzahl stufenlos an den Kühlwasserbedarf der Verbraucher an – ohne Beeinträchtigung des Wirkungsgrades. Kann die Druckerhöhungsanlage beispielsweise über längere Zeiträume im Teillastbetrieb gefahren werden, wird sie weniger stark beansprucht. Dadurch reduziert sich der Wartungsaufwand, Betriebssicherheit und Lebensdauer steigen.

Leistungsstarke Kälteerzeugung | Auch die Kältekreisläufe, die für die notwendige Temperatur des Kühlwassers sorgen, werden vollständig mit Wilo-Pumpen betrieben. Leistungsstarke Inlinepumpen der Baureihen „Wilo-CronoLine-IL-E“ und „Wilo-VeroTwin-DP-E“ befördern das Kältemedium an Plattenwärmeübertrager. Hier wird das durchströmende Kühlwasser entsprechend heruntergekühlt.

Um die erforderliche Kühltemperatur zu erreichen, kommt im 25 °C-Kreislauf ein Verdunstungskühler mit rund 800 kW Leistung und geschlossenem Wasser-Glykol-Kreislauf zum Einsatz. Für den 15 °C-Kreislauf übernimmt ein luftgekühlter Kompakt-Kaltwassersatz mit 200 kW Leistung die Kälteerzeugung. Das Aggregat ist mit einer Freikühlung ausgestattet. Sie erlaubt an kalten Tagen, die Außenluft zur Kälteerzeugung zu nutzen, und senkt so den Energieverbrauch. Bei entsprechend niedrigen Temperaturen können die Verdichter komplett abschalten.

Unterbrechungsfreie Kälteträger­bereitstellung | Die installierten Doppelpumpen der Baureihe „Wilo-VeroTwin-DP-E“ stellen eine ununterbrochene Kaltwasserversorgung des Plattenwärme­übertragers (für das 15 °C kalte Kühlwasser) sicher. Hierzu ist die Doppelpumpe redundant angeordnet. Eine der beiden Pumpen übernimmt den Hauptbetrieb, während die zweite Pumpe als Reservepumpe zur Verfügung steht. Ist die Hauptpumpe außer Betrieb, erfolgt automatisch die sofortige Umschaltung auf die Reservepumpe. Um eine gleichmäßige Auslastung beider Pumpen zu erreichen, findet in bestimmten zeitlichen Intervallen ein Wechsel zwischen Haupt- und Reservepumpe statt. Im Kälteträgerkreis zur Erzeugung der Kühlwassertemperatur von 25 °C sind drei Einzelpumpen der Baureihe „Wilo-CronoLine“ eingesetzt, eine davon steht als Reservepumpe zur Verfügung.

Optimale Pumpentechnik für Käl­te­anwendungen | Die in den Kühl- und Kaltwasserkreisläufen zum Einsatz kommenden Pumpen sind optimal auf die Betriebsbedingungen im Klima-Kälte-Bereich abgestimmt. Die Strömungsverluste werden dank besonders glatter Oberflächen im Pumpengehäuse und im Laufrad minimiert, so dass ein optimaler Wirkungsgrad erreicht wird. Zudem sorgt die Geometrie des Pumpengehäuses für eine spürbare Reduktion der Axial- und Radialkräfte und somit für höchste Laufruhe und Betriebssicherheit.

Eine serienmäßige Kataphoresebeschichtung sowie eine zusätzliche Lackierung schützen vor Korrosion. Außerdem werden die Motor­gehäuse werkseitig mit Kondensatablaufbohrungen ausgestattet, über die auftretendes Kondensat gezielt abgeführt wird. Daraus ergibt sich ein wirkungsvoller Schutz der Motoren. Unter dem Strich verlängert sich dadurch die Standzeit der Pumpen, zugleich verringern sich die Wartungskosten.

Ökologische Ansprüche an die Heiz­technik | Aufgrund der Pumpentechnik von Wilo und dem innovativen Kühlwasserkonzept können auch in der Wärmeerzeugung und -verteilung Einsparpotentiale erschlossen werden. Der Bedarf der installierten Wasser-Wasser-Wärmepumpe mit 107 kW thermischer Leistung wird ebenfalls aus der Zisterne durch eine Bohrlochpumpe gedeckt. Durch das im Vergleich zum Grundwasser erheblich wärmere Prozesskühlwasser erreicht die Wärmepumpe optimale Arbeitszahlen. Die digitale witterungsgeführte Regelung der Wärmepumpe erlaubt den kombinierten Betrieb mit konventionellen Wärmeerzeugern. Zur Abdeckung der Spitzenlastanforderungen ist zusätzlich ein Gas-Brennwertkessel mit einer thermischen Leistung von 285 kW eingebunden.

Die Gebäudebeheizung erfolgt über besonders energieeffiziente Deckenstrahlplatten und Flächenheizungen. Der energetische Vorteil beider Heizungssysteme liegt in einem hohen Anteil Strahlungswärme. Hieraus resultieren ein geringerer Primärenergieverbrauch und deutliche Entlastungen bei den Energiekosten. Außerdem werden praktisch keine Staubpartikel durch umgewälzte Luft aufgewirbelt. So erfüllen Strahlungsheizungen auch optimal die Anforderungen für eine möglichst staub- und partikelfreie Raumluft. Dies ist für die empfindlichen Produktionsanlagen und -prozesse bei „von Ardenne“ besonders vorteilhaft.

Stromsparpotentiale durch Hoch­effizienzpumpen |
Einen entscheiden­den Beitrag zum geringen Energiebedarf der Wärmeerzeugung und -verteilung leisten insgesamt elf Hocheffizienzpumpen der Baureihe „Wilo-Stratos“. Sie versorgen sowohl Wärmepumpenkreise als auch Deckenstrahlsysteme und Fußbodenheizung.

Die elektronisch geregelten „Wilo-Stratos“-Nassläuferpumpen basieren auf sogenannten elektronisch kommutierten Motoren (ECM). Diese bieten eine Verdopplung des Wirkungsgrades im Vergleich zu elektronisch geregelten Pumpen mit herkömmlichen Antrieben. Durch die automatische Anpassung der Pumpenleistung an die wechselnden Betriebszustände lassen sich mit der „Wilo-Stratos“ gegenüber ungeregelten Standardpumpen bis zu 80 % Stromkosten einsparen. Seit Einführung des europäischen Energielabels für Heizungspumpen ist die „Wilo-Stratos“ die Referenz für die Energieeffizienzklasse A. Durch ihren Einsatz konnte nicht nur die Wärmeerzeugung, sondern auch die Wärmeverteilung in dem neuen Werk der „von Ardenne“ wirtschaftlich realisiert werden.

Fazit | Die „von Ardenne Anlagentechnik GmbH“ ist nicht nur beim Bau von Produk­tions­linien für die Herstellung günstiger und energieeffizienter Photovoltaikanlagen führend. Sie legte auch bei der Ausstattung der eigenen Montagehallen und Betriebsgebäude großen Wert auf umweltschonende Technologien. Gleichzeitig musste vor allem die Prozesskühlung in der Produktion ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit bieten. Mit einem ressourcenschonenden Kühlwasser­system und einem besonders betriebssiche­ren, leistungsstarken Pumpenkonzept konnte beiden Ansprüchen optimal Rechnung getragen werden. Auch Kaltwasserkreisläufe und Wärmeversorgung sind mit energieeffizienter Pumpentechnik von Wilo ausgestattet. Mit Unterstützung des Dortmunder Pumpenspezialisten wurde so ein ökologisch vorbildliches und auf die Produktionsprozesse optimal abgestimmtes Gesamtkonzept realisiert.