Produktionsabwärme nutzen

Im Produktionsprozess werden die Bleche lackiert, um die fertigen Metallverpackungen innen vor aggressiven Stoffen zu schützen, für die sie später verwendet werden. Auch außen ist für spätere Druckvorgänge eine Lackierung nötig, wenn ein Bedrucken vom Kunden gewünscht ist. Dafür werden die Bleche in einer Lackieranlage zunächst auf beiden Seiten mehrfach beschichtet. Die beim Trocknen der lackierten Bleche in einem Tunnelofen freiwerdenden Dämpfe werden einer thermischen Nachverbrennung unterzogen und als Brennstoff dem System zugeführt. Die eingesetzte Primärenergie verringert sich dadurch entsprechend. Um die überschüssige Wärme nicht über den Kamin zu verlieren, nutzte BL sie schon seit Jahren für die Beheizung ihres alten Stammwerkes. Außerhalb der Heizperiode, im Sommer, konnte die Abwärme jedoch nicht verwendet werden. Beim Neubau des Stammwerkes auf der grünen Wiese entwickelte sich die Idee, die Abwärme zusätzlich im Sommer zur Kühlung von Räumlichkeiten und Maschinen zu nutzen.

Fußbodenheizung ersetzt Klimaanlage

Da die Lackiermaschine ganzjährig permanent läuft, sollte die gereinigte Ofenabluft wie im bisherigen Firmensitz weiterhin für die Gebäudeheizung, aber nun auch zum Kühlen von Produktionsmaschinen und über die Fußbodenheizung als Ersatz für eine Klimaanlage im neuen Verwaltungsgebäude nutzbar sein. Da die meisten Absorptionskälteanlagen (AKA) auf dem Markt sehr groß und schwer sind, suchte man nach einer kompakten, effizienten AKA, die in der kühlen Jahreszeit gleichzeitig das Niedertemperatur-Heiznetz versorgen kann. Dafür sollte zusätzlich die Hydraulik der Absorptionskältemaschine im Kühlwasserkreis mit einer Wärmerückgewinnung ausgeführt werden. Die Vorgabe war, dass die Absorptionskälteanlage mit 36 °C warmem Wasser im Rückkühlkreislauf betriebssicher laufen und noch ausreichend Kälteleistung für die Maschinenkühlung liefern kann. So kam die vergleichsweise kleine AKA, Typ „Hummel“, von Baelz zum Zug. Ihre Größe beträgt 2,34/2,15/1,08 m (L/H/B) bei einem Leergewicht von 1860 kg und einem Betriebsgewicht von 2605 kg.

Im Neubau konnte die Idee auch baulich verwirklicht werden. An der Lackiermaschine entstand eine Empore in Höhe des Abgaskamins als Platz für ein spezielles  Sonderabgaswärmeübertragersystem. Durch dieses System von HTT Energy GmbH wird die Gesamtabgasmenge durch den Wärmeübertrager geführt. Die vom Kamin abgeleitete Reingasmenge von 5.000 Nm³/h mit einer Temperatur von 210 °C wird auf ca. 100 °C abgekühlt. In einem geschlossen zirkulierenden Kreislauf erhält die AKA über den im System integrierten Wärmeübertrager 95 °C heißes Wasser. Der Rücklauf aus der AKA wird dabei erneut von 72 °C auf 95 °C erhitzt und steht der AKA „Hummel“ wieder als Antriebsenergie zur Verfügung. Die Restabgaswärme von etwa 100 °C wird mit dem Hauptabgasvolumenstrom über den Kamin abgeführt.

Mit dieser baulichen Konstellation erwies sich als idealer platzsparender Standort, auch für die AKA „Hummel“, eine Galerie auf der gegenüberliegenden Hallenseite, die deshalb in ca. 5 m Höhe, unterhalb der Hallendecke entstand. Dieser für die „Hummel“ eher ungewöhnliche Aufstellort hat den Vorteil, dass dadurch die Leitungswege zwischen Abgaswärmetauscher, aus denen die AKA das 95 °C warme Wasser bezieht, und der AKA „Hummel“ nur kurz sind. An der Hallendecke entlang geführt stören sie den Betriebsablauf nicht. Der sehr leise arbeitende Rückkühler ist zudem direkt an der angrenzenden Außenwand auf gleicher Höhe auf einem Nebengebäude aufgestellt.

Im Sommer kühlen, im Winter heizen

Die „Hummel“, mit einer Gesamtkühlleistung von 160 kW, kann mit 95 °C heißem Wasser als Antriebsenergie Kaltwasser von 14 °C erzeugen. Dieser Kaltwassersatz unterstützt die Produktionskühlung und die Gebäudeklimatisierung. Die Fußbodenheizung kühlt im Sommer das Verwaltungsgebäude, wodurch dort keine Klimaanlage nötig ist. Als Kaltwasser-Pufferspeicher dient ein Erd-Kältespeicher von 40 m³. Dieser sehr großzügig ausgelegte Speicher dient dazu, Lastschwankungen, Wartungs- und Stillstandzeiten auszugleichen, und die Kälteversorgung zu garantieren.

In der kühleren Jahreszeit wird die Absorptionskälteanlage durch hydraulische Verschaltung zum Beheizen der Produktionsstätte genutzt. Die AKA wird nun als Wärmepumpe betrieben. Die nicht benötigte Restwärme wird über das Rückkühlwerk abgeführt. Während der Hauptaufgabe – Kälteleistung für die Produktion zur Verfügung zu stellen – ist gleichzeitiges Kühlen und Heizen mit einer Baelz-Absorptionskälteanlage möglich.

Fazit

Die wertvolle Wärmeenergie, die in der Produktionsabwärme steckt, sorgt bei ihrer innovativen Ausnutzung dafür, dass Heizen und Kühlen in Produktions- und Verwaltungsgebäude effizient erreicht wird. Dies führt nach Berechnungen von BL zu einer Einsparung von Primärenergie von etwa 30 % im Vergleich zu konventionellen Anlagen (davon ca. 500.000 m³ Gas im Jahr). Die Absorptionskälteanlage Typ „Hummel“ von Baelz ist hier ein zentraler Teil des Konzeptes, wertvolle Abwärme aus dem Produktionsprozess wiederzuverwerten. Die Technologie, diese gleichzeitig für die Gebäudeheizung und zum Kühlen von Produktionsmaschinen zu nutzen, ist eine Variante der hocheffizienten Wiederverwendung von Produktionsabwärme, und damit besonders nachhaltig.

Die Umsetzung des gesamten Konzeptes der Abwärmenutzung wurde durch ein KFW-Programm gefördert. Dadurch ist eine Amortisationszeit von wenigen Jahren möglich.

Die Blechwarenfabrik Limburg zeigt mit dieser Lösung auf, wie durch die Optimierung von Anlagen der Gebäudetechnik in Zusammenschluss mit Produktionsprozessen eine industrielle Produktion sehr nachhaltig sein kann. In jeder Hinsicht ist die Wiederverwendung von Abwärme in der Industrie ein nutzbarer Einspareffekt um Primärenergie zu sparen und ein weiterer Beitrag zum Klimaschutz.