Nachhaltigkeit und Effizienz sind in der Industrie unverzichtbar und gehören heute zweifellos zu den wichtigsten Herausforderungen von Anlagenbauern und -betreibern. Naturgemäß erfordert die Erzeugung von Prozessluft jedoch einen relativ hohen Energieaufwand. Dabei wird eine große Menge an Wärmeenergie, die sogenannte Prozesswärme, freigesetzt. Sie entsteht sowohl im erzeugten Luftstrom, als auch unter der Schallhaube durch die Abwärme des Motors, Schalldämpfers und Kompressors. Früher blieb sie oft ungenutzt.
Als Hersteller hochleistungsfähiger Kompressoren entwickelt AERZEN seit langem innovative Lösungen, um diese Wärmeenergie sinnvoll zu nutzen. So bietet das Unternehmen Anlagenbetreibern beste Drucklufttechnologie und maßgeschneiderte Systeme zur Wärmerückgewinnung aus einer Hand.
Das Einsparpotential bei der Installation einer Wärmerückgewinnungslösung ist immens: Bis zu 85 Prozent der Wärmeenergie kann auf einfache Weise für weitere Betriebsabläufe, wieWassererwärmung, Trocknungsprozesse oder Vorerwärmung von Brennerluft eingesetzt werden.Energieverluste, beispielsweise durch Ableitung der erwärmten Luft ins Freie, werden vermieden.Wärmerückgewinnung bedeutet daher gezieltes und ressourcenschonendes Energiesparen.
Die Investionskosten für ein Wärmerückgewinnungssystem sind verhältnismäßig gering und durch die Energieeinsparung schnell wieder ausgeglichen. Auch ältere Anlagen können ohne großen Aufwand nachgerüstet und optimiert werden. Gerne unterstützt AERZEN Sie mit individuellen Lösungen. Wärmerückgewinnung ist für verschiedenste Prozesse und Anwendungen realisierbar:
Ziel jedes Anlagenplaners ist Kostenreduzierung durch die effizienteste Nutzung der in einen Prozess eingebrachten Energie. Im Bereich der Druckluftproduktion stellt die Wärmerückgewinnung eine unkomplizierte Möglichkeit dar, dieser Herausforderung zu begegnen. Um zu verstehen, warum beim Betrieb eines Kompressors Wärmeenergie entsteht und wie diese genutzt werden kann, hilft ein Blick auf das Wirkprinzip eines Druckluftkompressors:
Die große Menge an Abwärme, die bei der Produktion von Druckluft anfällt, sagt nichts über die Effizienz der Maschinen aus. Sie ist ein Nebenprodukt, das zwangsläufig bei der Prozesslufterzeugung entsteht. Die gewaltigen Energiepotentiale die darin stecken, wurden lange Zeit von Anlagenbetreibern verkannt. Grundsätzlich geschieht die Erwärmung auf zweierlei Arten: zum einen durch die Kompression des Mediums durch das Aggregat, zum anderen durch die Abwärme (Kühlluft) von Motor, Stufe und Schalldämpfer sowie die Abluft des Ölkühlers.
Maschinen, wie Schraubenverdichter oder Drehkolbengebläse komprimieren die angesaugte Umgebungsluft mittels Schrauben oder Drehkolben. Diese Luftverdichtung ist ein thermodynamischer Prozess, bei dem sich das angesaugte Medium, zum Beispiel Luft oder Gas, erhitzt. Physikalisch betrachtet, wird hierbei die elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Beim Einsatz von Verdichtern ist dabei ist eine Erhitzung des Prozessgases bis auf 280°C möglich.
Für die Wärmerückgewinnung aus der Prozessluft ist der Einsatz von Wärmetauschern sinnvoll: Durch die Integration eines Wärmetauschers in den Luftstrom, kann beispielsweise Wasser, das den Wärmetauscher durchströmt, auf eine voreingestellte Temperatur erhitzt werden. Gleichtzeitig wird dem Luftstrom Wärme entzogen. Das erhitzte Wasser kann als Prozess- oder Brauchwasser weiterverwendet oder aber in das zentrale Heizungssystem eingespeist werden. AERZEN bietet hierfür punktgenau ausgelegte Wärmetauscher, die eine maximal übertragbare Wärmemenge bei geringstmöglichem Druckverlust umwandeln.
Weitere Wärmeenergie entsteht unter der Schallhaube des Aggregates durch Abstrahlung des Motors, des Ölkühlers, der Verdichter- oder Drehkolbenstufe, der Rohrleitungen oder des Schalldämpfers. Auch diese stark erwärmte Kühlluft kann sinnvoll genutzt werden: Im Aggregat integrierte Abluftkanäle können die Wärme bündeln und als Heizungsluft in angrenzende Räume oder Werkhallen transportieren. Ein temperaturgesteuerter Auslass regelt dabei den Luftstrom, sodass eine gleichmäßige Raumtemperatur erzielt wird. Ist beispielsweise im Sommer keine Heizung erforderlich, wird die überflüssige warme Luft ins Freie geleitet.
Die Abwasseraufbereitung ist eine Kernbranche der Aerzener Maschinenfabrik. Das Familienunternehmen ist ein global Player auf diesem Gebiet und entwickelt kontinuierlich ressourcensparende und umweltschonende Gesamtlösungen für Kunden auf der ganzen Welt. Dazu gehören neben der Auswahl einer „passgenauen“, optimalen Maschinentechnologie auch Konzepte zur Wärmerückgewinnung. Die Aggregate werden in Kläranlagen meist für die Belüftung der Belebungsbecken eingesetzt. Dabei erzeugen die AERZENER Drehkolbengebläse, Turbogebläse und Verdichter als Einzelaggregat oder im Verbund einen Luftstrom mit einem Druck von ca. 1 bar. Dieser wird in das Belebungsbecken (die sogenannte Biologie der Anlage) gepumpt. Der mit der Luft eingebrachte Sauerstoff ist entscheidend für den wichtigen Prozessschritt der biologischen Abwasserreinigung.
Gemessen an den Gesamtenergiekosten einer Kläranlage, macht die Generierung des Luftstromes naturgemäß den größten Anteil aus. Daher ist das Einsparpotential in diesem Bereich auch besonders groß. Es ergeben sich ungeheure Potentiale: Schon ein Kompressor mit einer Leistung von 22 kW kann den Wärmebedarf eines Einfamilienhauses decken.
Zahlreiche Erfolgsgeschichten der Aerzener Maschinenfabrik belegen anschaulich, wie die Umsetzung von Wärmerückgewinnungslösungen und die Auswahl der jeweils optimalen Maschinentechnologie die Energiebilanz einer Kläranlage deutlich verbessern kann. Einige Beispiele finden Sie hier:
Auch in der Kläranlage Essen-Kupferdreh wurde in Zusammenarbeit mit AERZEN eine höchsteffiziente Wärmerückgewinnung innerhalb der Anlage realisiert. Die Kläranlage nutzt vier Drehkolbengebläse für die Luftversorgung des Belebungsbeckens. Durch den Einbau eines Rohrbündelwärmetauschers wird die Abwärme der Gebläse sinnvoll und effizient genutzt: Die umgewandelte Energie des Bauteils versorgt nun die Heizung und den Pufferspeicher für Warmwasser mit Wärmeenergie. Die daraus resultierenden Einsparungen sind immens: Jährlich können allein mit der Wärmerückgewinnung in Essen-Kupferdreh mehr als 30.000 Euro an Energiekosten gespart werden.
In der Kläranlage Wertach in Bayern konnte durch die Verwendung eines Wärmetauschers auf den Einbau eines neuen Brenners für die Erwärmung des Kesselwassers verzichtet werden. In Wertach werden zwei Delta Blower mit fester Drehzahl für die Grundauslastung eingesetzt. Bei höheren Bedarfen, z.B. während der Saison, bei vielen Wander- oder Wintersportgästen, wird ein drittes Gebläse mit variabler Drehzahl hinzugeschaltet.
Die durch den Verdichtungsprozess entstehende 68°C warme Luft wird mittels eines Luft-Wasser- Plattenwärmetauschers auf unter 30°C abgekühlt. Dadurch kann das entstehende Delta von fast 40°C für die Speisung des Kesselwassers der Heizung verwendet werden. Der in das System integrierte Wärmetauscher ist mit strömungsoptimierten Profilen versehen und verursacht kaum Druckverluste im Prozessluftstrom.
Ist keine Heizung erforderlich (z.B. im Sommer) wird auf einfache Weise umgeschaltet: Durch eine mechanische Klappe in der Rohrleitung kann die Luft statt durch den Wärmetauscher anteilig oder vollständig direkt in das Belebungsbecken geleitet werden – auf diese Weise ist eine flexible und bedarfsgerechte Regelung und Wärmerückgewinnung jederzeit möglich. In Wertach konnten durch Wärmerückgewinnung Heizöl-Einsparungen von ca. 1.850 Litern im Jahr erzielt werden. Weitere Informationen dazu finden Sie im Artikel unserer Kundenzeitschrift "Mit Verlustwärme effizient heizen“.
Aufgrund von schärferen Umweltauflagen wurden in der bereits in den 60er Jahren erbauten Kläranlage Filderstadt-Bonlanden in Baden-Württemberg im Rahmen eines Modernisierungs- und Sanierungsprojektes in Zusammenarbeit mit AERZEN vier Delta Hybrid Drehkolbenverdichter mit einem Wärmerückgewinnungssystem ausgestattet.
Der Aggregate-Verbund liefert auf eine sehr energieeffiziente Art und Weise 100% öl- und absorptionsfreie Druckluft für die Belüftung des Belebungsbeckens. Öl- und Absorptionsmittelfreiheit bedeuten nicht nur Einsparungen im Bereich Wartung und Service, sondern auch Prozesssicherheit für die Anlage. Die durch die Maschinen aufgewärmte Umgebungsluft wird nach der Umsetzung der Modernisierungsmaßnahme über eine Absauganlage weitergeleitet und zur Beheizung von weiteren Technikräumen genutzt.
Die wesentliche Einsparung erzielte man aber über die Einbau eines Rohrbündelwärmetauschers in die Hauptleitung des Systems. In dem Wärmetauscher wird dem Prozessluftstrom Wärme entzogen und für die Warmwasserbereitung genutzt. Dadurch können die gesamten Warmwasserkosten gespart werden. Weitere Informationen zur Wärmerückgewinnung in Filderstadt-Bonlanden fnden Sie in unserer Kundenzeitschrift im Artikel „Jedes Kilowatt optimal genutzt“.
Bei der pneumatischen Förderung z.B. in der Lebensmittelindustrie, Schüttgutindustrie, chemischen Industrie oder Werkstoffindustrie geht es darum, Schüttgüter wie Mehl, Stäube, Sandoder Zement mit Hilfe von Luft zu transportieren. Zur Erzeugung des dazu benötigten Luftstromes werden häufig AERZEN Verdichter, Gebläse und Drehkolbenverdichter eingesetzt. Hierbei können sehr hohe Luftaustrittstemperaturen erreicht werden.Die Umgebungsluft, die meist eine Temperatur von ca. 20°C aufweist, wird angesaugt und kann durch den Verdichtungsprozess –beispielsweise in einer Applikation mit Schraubenverdichtern – eine Temperatur von bis zu 280°C erreichen. Um das zu fördernde Schüttgut vor einer Schädigung durch die hohen Temperaturen zu bewahren, muss die Prozessluft oftmals wieder heruntergekühlt werden. Mithilfe eines Wärmetauschers kann der verdichteten Luft diese Wärme entzogen und für Heizzwecke, Warmwasserbereitung oder Prozesswärme genutzt werden. Der Druckverlust durch die Installation eines Wärmetauschers beträgt je nach Auslegung 1-3% bezogen auf den absoluten Eintrittsdruck in den Nachkühler. Die dadurch erhöhte Antriebsleistung des Motors steht damit in keinem Verhältnis zu der eingesparten Energie, die durch die Wärmetauscher erzielt wird.
Bevor man über die Anschaffung einer Wärmerückgewinnungslösung entscheidet, sollten einige Faktoren berücksichtigt werden.
Zunächst sollten beispielsweise die baulichen Gegebenheiten geprüft werden: So sind die räumliche Nähe der Abwärmequelle und der Wärmesenke wichtig. Liegen diese zu weit auseinander, sind Energieverluste durch Transport und erhöhte Kosten für Leitungen einzuplanen. Ist der Aufwand für den Transport oder die Speicherung der Wärme groß, ist grundsätzlich auch mit höheren Investitionskosten zu rechnen. Damit sich die Installation einer Wärmerückgewinnung lohnt, sollte darüber hinaus in der Anlage zwischen der Abwärmequelle und Wärmesenke ein Δ T von mindestens 5-10 k bestehen.
Grundsätzlich kann man sagen, dass der Einsatz von Wärmerückgewinnung besonders für größere Aggregate und kontinuierlich ablaufende Produktionsprozesse sinnvoll ist. Aber auch bei einer geringen Abwärme und gleichzeitig hoher Auslastung kann sich ein Wärmerückgewinnungssystem lohnen. Im Prinzip lohnt sich Wärmerückgewinnung umso mehr, je kontinuierlicher die Aggregate in Betrieb sind.
Der hohe Energiebedarf, der bei der Erzeugung von Druckluft eingesetzt wird, lässt sich zurückgewinnen und kann vielfältig genutzt werden. Mit den AERZEN Technologien und dem Know-How können neue Projekte in der Abwasseraufbereitung oder pneumatischen Förderung wärmeenergetisch so konzipiert werden, dass die Wärmeenergie zur Raum-, Hallenheizung oder Heißwassererzeugung (Prozess oder auch Nutzwasser) oder für Produktionsschritte genutzt wird. Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig.
Auch bestehende Anlagen können mit einfachen Mitteln modernisiert und effizienter gestaltet werden. AERZEN bietet seinen Kunden in diesem Bereich eine große Service-Palette, z.B. einen telefonischen 24-Stunden-Info-Service, eine Maschinendiagnose oder das AERaudit, bei dem Servicemitarbeiter einen Plan für die Modernisierung einer Anlage ausarbeiten. Mit Hilfe des AERZEN Raumbelüftungsrechners können Techniker und Kläranlagenbesitzer auch selber den passend ausgelegten Wärmetauscher für Ihre Anlage finden.
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