Effizienz ist Auslegungssache

Es ist nie zu spät, sich für das Richtige zu entscheiden. Deshalb war Christian Depner von der Product Treatment Technology am Krones-Standort Flensburg auch nicht abgeneigt, sich mit den Vorteilen der „AxiBlade“-Ventilatorenreihe von ebm-papst zu beschäftigen, obwohl er sich fast schon für ein Wettbewerbsprodukt entschieden hatte. Depner begann, sich 2016 mit der verfahrenstechnischen Auslegung von Kühltürmen zu beschäftigen, die Krones bis dato ausschließlich zukaufte. Denn während in den letzten Jahren noch überwiegend Kälteanlagen oder Frischwasser zur Kühlung in der Produktion zum Einsatz kamen, stieg – vor allem in Europa – die Nachfrage an Kühltürmen als effiziente zusätzliche Komponente kontinuierlich an. Der Grund liegt auf der Hand: Mit Kühltürmen lässt sich eine Anlage deutlich günstiger kühlen. Diesen Trend erkannten die Krones-Anlagenbauer und beschlossen, künftig auch eigene, speziell auf ihre Anlagen abgestimmte Kühltürme zu entwickeln. Ein großer Vorteil war dabei ihr über Jahrzehnte aufgebautes Know-how. Depner: „Natürlich gab es schon Berechnungsgrundlagen für die Auslegung von Kühltürmen. Aber niemand kennt unsere Anlagen und die Produktionsprozesse, in die sie eingebunden sind, besser als wir.“ Daher konnten die Krones-Entwickler einige zusätzliche Faktoren berücksichtigen, die die Realität der Branche exakt abbilden. So ist beispielsweise der Anlagen-Standort wichtig, denn die Temperatur und die Feuchtigkeit der Umgebungsluft haben einen großen Einfluss auf die Kühlleistung, die für die Produktion bereitgestellt werden kann. In den unterschiedlichen Bereichen einer Abfüllanlage gibt es außerdem während des Prozesses zu bestimmten Zeiten wärmeerzeugende Energie-Peaks. Die erfordern kurzzeitig eine höhere Kühlleistung, die nach einer gewissen Zeit aber wieder zurückgefahren werden kann. Die jahreszeitliche Anpassung der Kühlleistung ist ebenso zu berücksichtigen wie ein Produktwechsel. So ist bei heiß abgefüllten Produkten ein kurzes starkes Herunterkühlen notwendig. Andere Flüssigkeiten erfordern dagegen eine gleichmäßige Abkühlung über einen langen Zeitraum hinweg. Die Berücksichtigung aller dieser Faktoren ermöglichten eine Auslegung, die die Blindleistung der Kühltürme auf ein Minimum reduziert.

Ein günstiger Kreislauf

Kühltürme bilden innerhalb einer Abfüllanlage einen zweiten Kühlkreislauf. Die abgefüllten Behälter werden nach dem Pasteurisieren mit kaltem Wasser überschüttet. (Bild 2) Die Kühlung dieses Wassers kann bis zu einem bestimmten Temperaturniveau durch Kühltürme erfolgen. Mithilfe von Rekuperationszyklen wird die für die Kühlung aufgewandte Energie optimal genutzt. Reißt ein Rückgewinnungszyklus bei bestimmten Betriebszuständen ab, entwickelt sich Arbeitswärme, die schnell abgeführt werden muss, weil sie das Aussehen und den Geschmack der Produkte beeinflussen kann. Die Kühltürme arbeiten mit dem Prinzip der Verdunstungskälte. Das heißt, das warme Prozesswasser wird innerhalb des Kühlturms auf wabenförmige Polypropylen-Füllkörper versprüht. Dadurch entsteht darauf ein Wasserfilm, der eine größere Oberfläche – und damit auch die Kontaktfläche für kalte trockene Luft bildet. Die wird von oben am Kühlturm angebrachten Ventilatoren angezogen und strömt durch die Füllkörper. Durch die Vermischung der kalten Luft mit dem warmen Prozesswasser entsteht in einem thermodynamischen Prozess Wasserdampf, der abgeführt wird. Das abgekühlte Prozesswasser wird in einer Wanne im unteren Teil des Kühlturms aufgefangen und dem Kreislauf wieder zugeführt. (Bild 3)

Eine kontinuierliche Temperaturmessung des Kaltwasserstroms regelt die erforderliche Kühlung. Ändert sich die Temperatur, wird die Leistung der Ventilatoren automatisch angepasst. Depner: „Die Regelung der Ventilatorleistung vermeidet unnötiges Kühlen. Das spart wertvolles Prozesswasser und die Kosten für die Elektrizität lassen sich um bis zu 85 % senken.“

Dank Know-how zur maßgeschneiderten Lösung

Das Gehäuse des „VapoChill“ aus AISI 304-Edelstahl ist erdbebensicher und komplett verschweißt. Abhängig von den Kühlanforderungen und den lokalen Klimadaten am Einsatzort lassen sich mit dem „VapoChill“ Kühlleistungen von 50 bis 2.000 kW abdecken (Bild 4).

Damit das System wie gewünscht funktioniert, müssen sich die verbauten Ventilatoren exakt steuern lassen. Als ebm-papst ins Spiel kam, arbeitete das Team um Depner bereits mit einem Prototyp des „VapoChill“, was sie nicht davon abhielt, die „AxiBlade“-Baureihe genauer unter die Lupe zu nehmen. Christian Depner erzählt: „Wir haben uns schließlich für die Ventilatoren von ebm-papst entschieden, weil sie dank EC-Technologie energieeffizient sind und sich stufenlos hoch- und herunterfahren lassen und so stets die bedarfsgerechte Kühlleistung liefern.“ Die Ventilatoren sind in den Baugrößen 630/710 für Volumenströme von bis zu 25.000 m³/h und 800/910 für Volumenströme von bis zu 40.000 m³/h erhältlich. Alle Ventilatoren der Baureihe verfügen über EC-Motoren mit einem rund 30 % geringeren Energieverbrauch im Vollastbetrieb. Neben ihrer robusten und kompakten Bauweise punkten sie mit einer optimalen Schalldämmung für eine Geräuschreduktion um bis zu 4 dB (A) bei den kleineren und
8 dB (A) bei den größeren Ausführungen.

Garantiert sicher

Für mehr Sicherheit im Betrieb arbeiten in den Kühltürmen von Krones je nach benötigter Kühlleistung zwischen einem und acht Ventilatoren (Bild 5). So kann die Kühlung auch dann noch prozesssicher erfolgen, wenn ein Ventilator ausfällt. Beim Thema Betriebssicherheit haben die ebm-papst-Entwickler speziell für Krones bei den „AxiBlades“ noch einmal Hand angelegt, erzählt Depner: „Die Ventilatoren kommen mit aggressiven Bioziden in Kontakt, die das Algen- und Legionellenwachstum im Wasserkreislauf unterdrücken. ebm-papst hat daher alle von uns benötigten ‚AxiBlade‘-Ventilatoren mit einem speziellen Korrosionsschutz versehen.“

Krones vertreibt die „VapoChill“-Kühltürme derzeit noch überwiegend als Bestandteil eines Gesamtkonzepts. Da in allen Anlagen standardmäßig ein 4-20-mA-Ansteuerungssignal verwendet wird und die Kühltürme voll vernetzt in die Anlagensteuerung eingebunden werden, hat ebm-papst eine Sonderparametrierung mit entsprechendem Eingang bereitgestellt.

Mittlerweile hat Krones 37 Kühltürme gebaut und an Kunden in Deutschland, den Niederlanden, Brasilien, Ungarn und Afrika geliefert. Das zeigt, dass die Nachfrage nach energiesparenden Technologien groß und Krones mit seinem neuen Produkt auf dem richtigen Weg ist.

Weiterführende Links:

www.ebmpapst.com/Kuehlturm
www.krones.com/de/produkte/maschinen/kuehlturm-vapochill.php