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In Kunststoff verarbeitenden Betrieben betragen die Brennstoffkosten für Raumheizung – und Prozesswärme falls dies benötigt wird – in der Regel höchstens 20 bis 30% der gesamten jährlichen Energiekosten. Die Stromkosten betragen üblicherweise rund 70 bis 80% der Energiekosten. Diese verteilen sich exemplarisch in absteigender Reihenfolge auf die Produktionsmaschinen, gefolgt von Kälte- und Drucklufterzeugung und deren entsprechenden Verteilung, Raumlufttechnik, sowie Beleuchtung.

Aus der vereinfachten Bilanzierung der Energieströme, die in ein Werk hineingehen (Strom und Brennstoffe) ergibt sich, dass diese gesamte Energie in (Ab-)Wärme umgewandelt wird, da die Energie im Produkt selbst bei der Kunststoffverarbeitung in der Regel eher vernachlässigbar ist.
Obwohl so viel Abwärme entsteht, wird oft sogar zusätzlich sehr viel Geld für Wärmesenken ausgegeben. Dies sind Bereiche oder Einrichtungen, die Wärme abnehmen können, beispielsweise heizungs- und raumlufttechnische Anlagen oder Warmwasserbereitung. Denn gerade in den Kernzonen der Produktion wird oft keine zusätzliche Wärme benötigt – im Gegenteil: hier kommt es oft sogar zu so hohen Raumtemperaturen, so dass auch im Winter die Oberlichter geöffnet sind. Extrem heiß wird es in den Hallen in den Sommermonaten oder an warmen Übergangstagen, wo die Hallentemperaturen bei fehlender Lüftung oder Klimatisierung unerträglich sein können.

Wärmequellen und Wärmesenken

Und obwohl eigentlich sehr viel Energie in Form von Wärme vorhanden ist, werden zusätzliche Brennstoffe für Wärme eingekauft, zum Beispiel für die statische Heizung in Gebäudeteilen, in denen nicht produziert wird. Zu nennen sind hier die Verwaltung oder die Werkstätten. Energieverbraucher sind die Lüftung, zum Beispiel die Hallenzuluft oder Torluftschleier, die Warmwasserbereitung in Sanitärbereichen, Reinigung oder der Kantine und bei Bedarf auch der Prozess, wenn es um gesonderte Arbeitsschritte geht: zum Beispiel eine Lackierung oder die thermische Nachverbrennung. Das Temperaturniveau für diese Wärmeabnehmer– oder „Wärmesenken“ – kann stark variieren. Meist reicht jedoch eine Vorlauftemperatur von 70 bis 80°C aus.

Auf der anderen Seite gibt es in fast jedem Betrieb „Wärmequellen“, die diese „Senken“ hinreichend bedienen könnten, aber aus Unkenntnis oft nicht genutzt werden. Eine systematische Analyse der innerbetrieblichen Abwärmequellen und -senken ist erforderlich, um

  • die Wärmeleistung (in kWthermisch),
  • den zeitlichen Verlauf der Wärmemenge über einen Produktionstag bzw. Woche und Jahr (in kWhthermisch) und
  • die Gleichzeitigkeit der Senken und Quellen

kennen zu lernen und daraus ein Versorgungskonzept abzuleiten.

Luft- oder wassergekühlte Druckluft-Kompressoren liefern ein Temperaturniveau von etwa 60 bis 80 °C. Dabei können ungefähr 70 bis 80 % der elek-trischen Anschlussleistung der Kompressoren in nutzbare Wärme umgewandelt werden. Luftgekühlte Kompressorenhaben dabei den Vorteil, dass die Abwärme meist unkompliziert in benachbarte Hallen zu Erwärmung gefördert werden kann. Nachteilig ist, dass die Abwärme nur zu einem Teil des Jahres benötigt wird. Unter diesem Aspekt ist es wiederum ein Vorteil wassergekühlter Systeme, dass sie die Abwärme über Wärmetauscher ganzjährig in ein entsprechendes Wärmenetz abgeben und somit die Wärmekosten nachhaltig gesenkt werden können.
Vielfach wird Kalt- und Kühlwasser benötigt. Moderne kunststoffverarbeitende Betriebe haben auf mehrere Kühlkreisläufe umgestellt, da der tatsächliche Temperaturbedarf der verschiedenen Verbraucher kritisch hinterfragt wurde. So ist zum Beispiel bei Spritzgießmaschinen eine Aufteilung der Kühlkreisläufe in Hydraulikölkühlung und Werkzeugkühlung denkbar. Ersterer kann oft ganzjährig mit Hilfe von Trockenkühlern oder Kühltürmen versorgt werden. Die Rücklauftemperaturen betragen meist 30 bis 40°C und können gut in raumlufttechnischen Anlagen, dezentralen Umlufterwärmern, Fußbodenheizungen oder zur Vorwärmung von Brauchwasser eingebunden werden.
Bei vorhandener Lüftungsanlage oder auch dezentralen Absauganlagen kann ein hohes Ablufttemperaturniveau genutzt werden, um die Zuluft über Wärmetauscher entsprechend vorzuwärmen. Weitere Quellen, die angezapft werden und ein relativ hohes Temperaturniveau liefern können, sind beispielsweise Abgase von Heizkesseln oder Abluftströme aus thermischen Nachverbrennungsanlagen.

Brennstoffbedarf reduzieren

Das theoretische Potenzial, den Brennstoffbedarf zu reduzieren, ist groß. Um dies Gewinn bringend zu nutzen, ist ein systematisches und methodisches Vorgehen erforderlich. Oft sind gute Ideen und der Wille zur Umsetzung bei den Mitarbeitern vorhanden. Häufig scheitert die Realisierung dann aber aus Zeitmangel und daran, dass sich die Zuständigen auf das Kerngeschäft konzentrieren müssen. Hinzu kommt, dass häufig auch das entsprechende technische Detailwissen fehlt.

Beispielsweise wird in diesem Zusammenhang die Gleichzeitigkeit von Quellen und Senken nicht genügend beachtet oder erkannt. In der Folge können die resultierenden Einsparpotenziale nicht realisiert werden. Ein gut dimensionierter Pufferspeicher zwischen der Wärmeauskopplung aus einer Druckluft-Anlage und einer Brauchwassererwärmung könnte das Problem lösen. Oder es werden Wärmetauscher aus Kostengründen zu klein ausgelegt und die gewünschten Temperaturen somit nicht erreicht.

Nur mit Systematik zum Ziel

Ökotec Energiemanagement hat im Laufe der Jahre eine Systematik entwickelt (siehe Kasten infoDIRECT), um den Kunststoffverarbeitern möglichst hohe Einsparpotenziale bei geringen Investitionen zu ermöglichen. Diese Vorgehensweise wird sinnvollerweise nicht nur bei den oben beschriebenen beispielhaften Optimierungen bei der Abwärmenutzung angewendet, sondern auch auf die Effizienzsteigerung bei allen Querschnittstechnologien bis hin zum Prozess.

Im ersten Schritt der Energieanalyse werden die Einsparpotenziale abgeschätzt. Je nach Datenlage können die Maßnahmen entweder direkt umgesetzt werden oder es sind vertiefende Analysen erforderlich, die in der anschließenden Konzeptphase entwickelt werden. Wichtig ist, dass die erarbeiteten Ideen konsequent bis zum Ende durchgeführt werden. Dazu müssen die energieeffizienten Komponenten ausgewählt und eingebaut werden. Dies geschieht in der Implementierungsphase. Parallel dazu sollte die Energieeffizienz im Unternehmen kontinuierlich überprüft und überwacht werden. Der Aufwand hierfür ist überschaubar, der Erfolg durch die interdisziplinäre und ganzheitliche Herangehensweise kurzfristig messbar. So gelingt es fast in jedem Betrieb kleine – oder sogar große – versteckte Goldesel zu finden.

Kosteneffizienz
Heizung inklusive?

Die These: „Ein kunststoffverarbeitender Betrieb braucht während der Produktion keinen Brennstoff für die Raumwärme“ sollte jeder Betrieb ernsthaft überprüfen. Dies gilt nicht nur bei der Planung von Neubauten, sondern oft auch für bereits bestehende Produktionsstätten. Denn häufig ist eine zusätzliche Heizung tatsächlich überflüssig. Investitionen in eine vernünftige Abwärmenutzung haben akzeptable Amortisationszeiten und oft höhere Renditen als das Kerngeschäft.

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Über den Autor

Carsten Ernst, Senior Consultant, Ökotec Energiemanagement, Berlin, c.ernst@oekotec.de