Betriebskosten durch Wärmerückgewinnung senken

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

Zum Einsatz der Kühlgeräte und -anlagen teilt ONI-Wärmetrafo, Lindlar, mit, dass „verstärkt Systemkonzepte mit Kraft-Wärme-Kopplung in Kombination mit einer Absorptions-Kälteerzeugung und einer Wärme-/Kälteschaukel im Zusammenspiel mit einer weichen Schaltung für Sommer- und Winterbetrieb zum Einsatz kommen. Solche Konzepte sind aber die Ausnahme und bei weitem nicht die Regel.“ GWK Gesellschaft Wärme Kältetechnik, Meinerzhagen, spricht „dezentrale Kühlung für die individuelle Gestaltung der Produktionsstätte“ an. Nach Go Trade Germany, Lohne, „gewinnt die Turbocor Technologie an Bedeutung bei der Rückkühlung von Compoundern.“ Weiter berichtet diese Firma, dass „aufgrund verschärfter Richtlinien in der VDI 2047-2 bezüglich der Gefahr durch Legionellen der Wartungsaufwand für Kühlturm-Betreiber von größeren Anlagen steigt. Hier bieten sich die hocheffizienten magnetgelagerten Kompressoren in Kombination mit geschlossenen Freikühlern als energieeffiziente Alternative zum Aufbau geschlossener wartungsarmer Systeme“ an.

25 Jahre L&R Kältetechnik

Mit einem Freikühler, der bei kälteren Temperaturen die Kälte bereitstellt, lässt sich der Energiebedarf einer Kälteanlage signifikant senken. (Bildquelle: L&R)

Kühlanlagen aus einer Hand gewinnen

Bei der Anlagen- und Gerätetechnik verzeichnet ONI-Wärmetrafo „einen starken Anstieg komplexer Anlagensysteme. Hat man in der Vergangenheit wie selbstverständlich eine Trennung der Bereiche Kühlanlage, Lüftungsanlage, Druckluftsysteme, Heizung, Temperiersysteme und Energieoptimierung durch Vergabe an verschiedene Unternehmen realisiert, so bekommt“ ONI „diese Gewerke immer öfter komplett, selbst wenn ein Generalunternehmer eingeschaltet wurde. Die Kunden verfügen immer mehr über Manpower, die in der Lage ist, die Auswirkungen einer ganzheitlich aufeinander abgestimmten Systemtechnik im Interesse des Unternehmens zu beurteilen. Die Kühlanlagentechnik ist dabei der absolute Gewinner, weil durch die ganzheitliche Systemoptimierung die Bedarfe erheblich geringer ausfallen und die Verfügbarkeiten nach Prioritäten durch Flexibilität im Energiemanagement bestmöglich organisiert werden können.“ Go Trade berichtet, dass „die freie Kühlung gerade im nordeuropäischen Bereich mehr und mehr an Bedeutung gewinnt. In Kombination mit energieeffizienten Kältemaschinen werden Amortisationszeiten von wenigen Jahren erreicht. Energieeffiziente Kompressoren in Kombination mit effizienten Verflüssigern, welche eine wartungsarme Kälteerzeugung ermöglichen, gewinnen an Nachfrage.“

Weiter schreibt Go Trade, dass „der Trend zu umweltfreundlichen Kältemitteln mit geringen GWP-Werten (Global Warming Potenzial-Werten, die das Treibhauspotenzial beschreiben) nach wie vor anhält.“ Auch gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik berichtet von einer „Reduzierung der Kältemittel mit hohem Treibhauspotenzial“ und führt dies auf das „Phase Down Szenario bis 2030 und die neue F-Gas-Verordnung“ zurück.


Marktübersicht Kälteanlagen

Kälteanlagen werden immer energieeffizienter. Neben effizienteren Pumpen tragen Hocheffizienz-Kältemittel und Wärmeübertrager dazu bei. Für den kurzfristigen Einsatz, vor allem in Jahreszeiten mit hohen Umgebungstemperaturen, kann das Mieten eine sinnvolle Alternative zum Kauf sein. Daher führt die Marktübersicht neben Hersteller auch Unternehmen auf, die die Kälteanlagen verleihen. Insgesamt steht in dieser Marktübersicht das Portfolio von 30 Anbietern zum Vergleich.

K2016: Lösung für dezentrale Kühlung, Mehrkreis-Temperiersystem sowie universelle Temperiergeräte-Baureihe

Die dezentrale Lösung heizt und kühlt in nur einem Gerät. (Bildquelle: GWK)

Kaltdampf-Verdichtungsverfahren ist erste Wahl

Zur Verfahrenstechnik schreibt Go Trade, dass „das Kaltdampf-Verdichtungsverfahren mit überlagerter Freikühlung die Nummer eins bei der Kälteerzeugung ist und bleibt. Mehrstufige Kältemaschinenschaltung hat sich hier in den letzten Jahren bewährt und ermöglicht optimale Betriebsbedingungen.“ Dagegen „bedingt Absorber-Technik gleichzeitig den Bedarf der Wärmeleistung. Dieser Bedarf ist jedoch meist nicht vorhanden oder es erfordert größeren Aufwand zur Nutzung. Die Nutzung der Abwärme von Kompressionskältemaschinen ist eher rückläufig. Optimal überlagerte Freikühlung bedingt, dass die Kältemaschinen bei niedrigen Außentemperaturen eher stehen als laufen. Der Bedarf an Wärme bei höheren Außentemperaturen ist ja eher gering. Bezogen auf die Verfahrensseite“, so Go Trade Germany weiter, „sollte immer wieder geprüft werden, ob die niedrigen Temperaturen erforderlich sind. Ein optimierter Wasserfluss im Spritzgießwerkzeug kann die Differenztemperatur verringern. Für eine bessere Kühlung sollte die niedrige Temperatur nicht die erste Wahl der Möglichkeiten sein. Jedes Grad weniger treibt die Energiekosten in die Höhe.“

Betriebskosten durch Wärmerückgewinnung senken

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

Maßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung

Nach wie vor ist die Energieeffizienz bei Kälteanlagen ein bestimmendes Thema. So spricht GWK von einer Anlagenauslegung, die „hohe Energieeffizienz und hohen Wirkungsgrad im Teillastbetrieb“ ermöglicht. Go Trade teilt hinsichtlich der Maßnahmen zur Energieeffizienz mit, dass „freie Kühlung bei der Kälteerzeugung sowie der Einsatz von Frequenz geregelten Pumpstationen vielfach Sinn macht. Gerade bei Prozessen, welche keine konstante Kühlleistung erfordern, ist eine Regelung der Flussmenge im Prozesskreis zum Erreichen einer konstanten Temperaturdifferenz sinnvoll. Frequenzumrichter zur Regelung von Kompressoren einzusetzen, kann dagegen nicht wirklich sinnvoll sein. Einerseits sind Kompressoren nur begrenzt regelbar und andererseits wirkt die Kompressorleistung auf den Tank wie auf einen Speicher. Wenn dieser seine Temperatur erreicht hatte, kann der Kompressor stehen. So ist es möglich, den Kompressor bei Bedarf in einem guten Betriebspunkt zu betreiben und eine eventuelle Verlustleistung eines Frequenzumrichters kommt gar nicht erst zum Tragen. Messungen haben ergeben, dass der Wirkungsgrad einer gut ausgelegten Kombination von Frequenzumrichter und Kompressor über 90 % beträgt. Trotzdem muss man sich fragen, ob die Investition und die Verlustleistung gerechtfertigt sind.“

Auch Fernkältenetze profitieren

Modulare Kältemaschine (Bildquelle: Cofely)

Auch ONI geht ausführlich auf Maßnahmen zur Energieeffizienz ein und schreibt, dass „die Einbeziehung der Prozesskette beziehungsweise die Berücksichtigung wechselseitiger Einflussnahme von beispielsweise Bedarfserfordernis auf Erzeugung und damit die Energieeffizienz der Gesamtanlage bei Konzeptvorstellungen beim Kunden stärker im Fokus“ stehen. Beispielsweise wird „durch den Einsatz eines Kontrollsystems zur Energieverbrauchsoptimierung an Spritzgießmaschinen nicht nur der Stromverbrauch reduziert und die Trafostation entlastet, sondern gleichzeitig wird für eine Entlastung der Kühlanlagentechnik gesorgt, die bei reduzierter Last zudem noch mit einem besseren Wirkungsgrad arbeitet.“

Ein weiteres Beispiel betrifft „den Ersatz von konventionellen Temperiergeräten bei der Fertigung von technischen Teilen durch dynamisch arbeitende Mehrkreis-Impulstemperiersysteme. Der bei konventionellen Temperiergeräten auftretende „normale“ Heiz-/Kühlbetrieb, der wesentlich bestimmt wird durch die Regelabweichung einer 2-Punkt-Steuerung und damit den Produktionsprozess negativ beeinflusst und die Kühlanlagentechnik unnötig belastet, lässt sich eliminieren. Durch den Einsatz einer jedem einzelnen Temperierkreis zugeordneten Impulstemperier-Einheit ist kein Zuheizen oder Kühlen für den Ausgleich von Regelabweichungen notwendig. Der Prozess wird hinsichtlich Zykluszeit und Stabilität optimiert und in der Folge wird der Energieeinsatz für die Kühlung pro Gut-Teil reduziert durch Verringerung der Ausschussquoten und damit dem fortfallenden Energieeinsatz für vermiedene Ausschussteile.

Die kürzere Zykluszeit in Verbindung mit der Abschaltung der Temperierung in der Phase der Werkzeugöffnung bis -schließung führt zu einer weiteren Reduzierung des Kühlenergieeinsatzes.“ Laut ONI „lassen sich noch eine ganze Anzahl anderer Beispiele anführen. Es geht hier um eine tatsächlich „ganzheitliche Systembetrachtung und -optimierung“, die nur jemand leisten kann, der weit reichende Systemerfahrung in allen Bereichen der Prozesskette hat.“

Konstruktive Maßnahmen statt Dämmung

Zur Verbesserung der Schalldämmung merkt Go Trade an, dass „der Einsatz von EC Lüftern (Lüfter mit elektronisch kommutiertem, permanentmagneterregtem Gleichstrommotor) an den Verflüssigern oder Freikühlern weiterhin im Vormarsch ist. Gerade um einen geräuschärmeren Nachtbetrieb von Kühlanlagen zu ermöglichen, ist die stufenlose Lüftersteuerung sinnvoll. Meist ist der Kältebedarf ja in der Nacht geringer oder die Umgebungsbedingungen günstiger, um hier gleichzeitig eine Lärmreduzierung zu erreichen. Optimierte Rotorblätter tragen hier weiterhin zur Reduzierung der Schallemissionen bei.“ Nach ONI „ist eine Schalldämmung letztendlich nur ein „Pflaster“. In der Konstruktionsphase anzusetzen und kritisch bei der Auswahl der verbauten Komponenten zu sein, optimiert die strömungstechnischen Bedingungen! Dies schafft von vorne herein gute Ausgangsbedingungen beispielsweise im Bereich drehender Teile wie Pumpen und Ventilatoren, der Betriebsweise und Regelung dieser Komponenten oder der Ausführung von mit Luft beaufschlagten Wärmetauscherflächen und deren Einström- und Abström- Bereiche.“

Existierende überdimensionierte Kühlanlagen verkleinern

„Immer wieder wird festgestellt“, berichtet Go Trade, „dass existierende Kühlanlagen überdimensioniert sind. Dies ist nicht zuletzt darauf zurückzuführen, dass gerade beim Spritzgießen neue, energieoptimierte Maschinen immer weniger Kühlleistung benötigen. Auch hier sollte sich jeder Betreiber fragen, ob nicht weniger auch mehr sein kann. Bestehende Kühlanlagen können vielfach auch verkleinert werden und damit energieeffizienter arbeiten.“ Laut ONI „steht die Wirtschaftlichkeit der Kühlanlagentechnik beziehungsweise der gesamten Medienversorgung mit steigender Tendenz weiterhin im Fokus.“ In diesem Zusammenhang ist „die ganzheitliche Systemoptimierung unter konsequent weiterverfolgter Einbeziehung der gesamten Prozesskette“ sehr erfolgreich.

Über den Autor

Prof. Dr. Werner Hoffmanns

ist freier Mitarbeiter des Plastverarbeiter.

office@hoffmanns-texte.de