Betriebskosten durch Wärmerückgewinnung senken

Die Rückkühlanlage stellt zwei Kühlwassertemperaturen für Maschinen und Werkzeuge bereit. (Bildquelle: GWK)

Das inzwischen in aller Munde befindliche Thema Energieeffizienz hat Jürgen Burkert, Geschäftsführer von Hugo-Stiehl Kunststoffverarbeitung, Crottendorf, schon frühzeitig erkannt. Seit den 90er Jahren setzt er dabei auf GWK Gesellschaft Wärme Kältetechnik, Meinerzhagen. „Die erste Energieoptimierung haben wir in Werk 2 vorgenommen. Daraus hat sich eine partnerschaftliche Zusammenarbeit entwickelt, bei der wir Hugo Stiehl unterstützten, eine Lösung zu finden, um die Betriebskosten durch Wärmerückgewinnung zu senken, eine Winterentlastung zu realisieren und ein platzsparendes und erweiterbares System aufzubauen“, erläutert Volker Zart, Geschäftsleitung Kühltechnik bei GWK.

„Wir versuchen bereits frühzeitig, neue Trends der Kunststoffverarbeitung in unsere Planungen einzubeziehen“, erklärt Burkert. So habe sich das Unternehmen seit längerem auf Kompetenzen wie 2K-Spritzguss oder Inmould-Labeling spezialisiert. „Gleiches gilt für das Thema Kühlung. Vor der Wende hat das keine Rolle gespielt“ erinnert sich Burkert. Schnell sei aber klar geworden, dass man aufgrund der steigenden Qualitätsanforderungen nur mit einer optimalen Kühlung wettbewerbsfähige Produkte fertigen und so am Markt bestehen könne. „1991 haben wir die erste Anlage von GWK gekauft, die nächste dann 1995 auf der K-Messe. Dabei haben uns die Experten ihre Ideen zur Optimierung der Energieeffizienz vorgestellt, die wir dann beim Sanieren von Werk 1 umgesetzt haben.“

Die Baumaßnahmen begannen 2011 und wurden 2013 abgeschlossen. Dabei traf Tradition auf Moderne, denn der Firmensitz in Crottendorf befindet sich in einem ehemaligen Gerichtsgebäude aus dem 15. Jahrhundert, das zwischenzeitlich auch als Tanzsaal diente. Heute beherbergt es eine Kunststoffverarbeitung mit 37 Spritzgießmaschinen und eine zentrale Rückkühlanlage mit Wärmerückgewinnungs-System von GWK, wobei die Abwärme der Maschinen in die Fußbodenheizung fließt, die die gesamte Fabrik mit Wärme versorgt. „Auf diese Weise konnten wir unsere Betriebskosten erheblich senken. Uns hat besonders die flexible und bedarfsgerechte Anpassung sowie der gute Service hier vor Ort überzeugt“, lobt Burkert. Außerdem „verursachen die beiden Container-Bausätze keinen Lärm und benötigen keinen Platz in der Produktionshalle. Durch den modularen Aufbau sind wir flexibel und können das System jederzeit erweitern“, hebt er hervor.

Betriebskosten durch Wärmerückgewinnung senken

Jürgen Burkert, Geschäftsführer von Hugo Stiehl: „Die Container-Bausätze bieten uns zahlreiche Vorteile. Sie verursachen keinen Lärm und benötigen keinen Platz in der Produktionshalle. Durch den modularen Aufbau sind wir flexibel und können das System jederzeit erweitern.“ (Bildquelle: GWK)

Volker Zart ergänzt: „Unsere Rückkühlanlage hat die Aufgabe, die anfallende Produktionsabwärme, die bei der Herstellung von Kunststoffformteilen entsteht, energieoptimiert abzuführen. Je kälter die benötigte Kaltwassertemperatur ist, desto höher sind die laufenden Betriebskosten der Kühlanlage. Deshalb entschieden wir uns für eine Rückkühlanlage, die zwei Kaltwassertemperaturen zur Verfügung stellt.“ Ein weiteres Ziel war die Wärmerückgewinnung: Dabei werden die Abwärme der Produktionsmaschinen und der Peripherie über das Kühlsystem zu Heizzwecken und zur Betriebskostensenkung in Form einer Fußbodenheizung genutzt.

Kühlsystem mit zwei Kaltwassertemperaturen

Wie die beiden Kaltwassertemperaturen entstehen, erklärt Zart so: „Der Kühlkreis mit 15 °C für die Werkzeugkühlung wird über einen wassergekühlten, energiesparenden Industrie-Kaltwassersatz mit stufenloser Leistungsregulierung und elektronischem Expansionsventil realisiert. Den Kühlkreis mit 30 °C für die Hydraulik speist eine Hermeticool-Hybrid-Einheit inklusive Sprühwasserverteilsystem zur adiabaten Kühlung der Ansaugluft.“

Im Werkzeugkreis saugt die Betriebspumpe das abgekühlte Wasser aus dem Kaltwasserkreisbehälter und fördert es zu den Werkzeugen der Spritzgießmaschinen. Das Kühlwasser entzieht dabei dem Verbraucher Wärme und wird in den Warmwasserbehälter geleitet. Über die Verdampferpumpe gelangt das warme Wasser anschließend zum Verdampfer und überträgt die aufgenommene Energie an das Kältemittel. Dieses wird im Kompressor verdichtet, und gibt im wassergekühlten Kondensator die aufgenommene Energie an den 30 °C-Kühlkreis ab. Das so abgekühlte Wasser fließt zurück in den Kaltwasserbehälter.

„Ist die Außentemperatur niedriger als die Rücklauftemperatur vom Verbraucher, wird das warme Wasser zur außen angeordneten Hermeticool-Einheit – dabei handelt es sich um Freikühler auf dem Gebäudedach – gepumpt und gibt dort die aufgenommene Energie an die durchströmende, kalte Außenluft ab“, erläutert der Fachmann. „Je nach Außentemperatur übernimmt diese Einheit die volle oder teilweise Kühlfunktion. Erst, wenn die Rücklauftemperatur vom Verbraucher überschritten wird, ist der Kältemaschinenbetrieb erforderlich.“

Betriebskosten durch Wärmerückgewinnung senken

Mit der neuen Kühlanlage sank der Energieverbrauch erheblich. Im Bild: Eine Kühlanlage aus dem Jahr 1991. (Bildquelle: GWK)

Im Hydraulikkreis saugt die Betriebspumpe das abgekühlte Wasser aus dem Kaltwasserbehälter und fördert es zu den Ölkühlern der Spritzgießmaschinen. Das Kühlwasser entzieht dabei dem Verbraucher die Wärme und wird in den Warmwasserbehälter geleitet. „Dann wird es von der Pumpe zur Freikühler-Einheit gefördert und dort von der kalten Außenluft abgekühlt. Dieses System arbeitet nach dem Luftkühlerprinzip im geschlossenen Kreislauf – ohne Wasserverluste und ohne Frostschutzmittel“, so Zart. Er verweist darauf, dass zum Erreichen einer Kühlwassertemperatur von 30 °C – bei Außentemperaturen über 25 °C – die angesaugte Kühlluft adiabat abgekühlt werden muss. „Dies erfolgt mittels Hohlkegeldüsen, die Wasser fein zerstäuben und die Ansaugluft mit Feuchtigkeit anreichern und somit abkühlen. Um die Effizienz der Kühlung zu steigern, wird die Kühlanlage vom Werkzeug- auf den Hydraulikkühlkreis umgeschaltet.“

Stromverbrauch von 550.000 kWh auf 230.000 kWh gesenkt

Mit dem Kühlsystem sank der Energieverbrauch in Werk 1 von Hugo Stiehl erheblich, berichtet Burkert. „Insgesamt wurde der jährliche Stromverbrauch von 550.000 kWh auf 230.000 kWh gesenkt, was einer Einsparung von 58 Prozent im Jahr entspricht“, freut er sich. „Das sind rund 41.000 EUR.“ Diese Ergebnisse hat das Energiemanagement festgehalten und sind vom Stromzähler bestätigt. „Außerdem beziehen wir nun Heizwärme quasi zum Nulltarif, da die Fußbodenheizung die Produktionswärme nutzt und wir nur noch in Ausnahmefällen – etwa nach Wochenenden – zuheizen müssen.“

Durch die Wärmerückgewinnung spart das Unternehmen also zusätzlich Brennstoff ein, was wiederum die Kosten um weitere 35.000 EUR drückt. „Somit ergibt sich für uns eine Gesamtenergiekosten-Einsparung von 76.000 EUR im Jahr“, rechnet der Geschäftsführer vor. Da das Werk 1 und auch der hauseigene Werkzeugbau mit Fußbodenheizung ausgestattet sind, verringern sich die Kosten ebenfalls. Somit spart das Unternehmen jährlich insgesamt rund 150.000 EUR.

Unternehmen im Detail

Das Unternehmen Hugo Stiehl wurde 1919 von Robert Hugo Stiehl gegründet und entstand zunächst als Holzverarbeiter, der Kleinkartonagen fertigte. In den fast 100 Jahren des Bestehens entwickelte sich das Unternehmen zu einem Spritzgussbetrieb mit drei Fabriken, der sein Geschäft heute mit Entwicklungsthemen wie E-Mobility, dem Einsatz von resorbierbarem Material in der Medizintechnik, Strukturleichtbau, der Anwendung von Naturfaser-Compounds oder dem geräuschreduzierten Kettenfördersystem, der sogenannten Flüsterkette, vorantreibt. Dabei beschäftigt das Unternehmen rund 190 Mitarbeiter. 92 Spritzgießmaschinen im Schließkraftbereich zwischen 250 bis 13.000 kN verarbeiten 8.000 t Material im Jahr. Ergänzt wird die Produktion durch vollautomatische Montage- und Prüfanlagen mit optischen Messsystemen sowie einen im Jahr 2001 errichteten Werkzeugbau mit 800 m2 Fläche, wo Großwerkzeuge bis 10 t Gesamtgewicht gefertigt werden. Der Jahresumsatz des Unternehmens liegt bei rund 30 Mio. EUR.

Über den Autor

Marcus Reichl

ist Inhaber des Uni-Versal Journalistenbüros in Leipzig.