Die Blechwarenfabrik Limburg nutzt beim Trocknen lackierter Bleche in einem Tunnelofen freiwerdende Dämpfe in einer thermischen Nachverbrennung als Brennstoff. Um die Abwärme auch im Sommer sinnvoll nutzen zu können, wurde in das Energiesystem eine Absorptionskälteanlage für die Kühlung von Prozessen und Gebäuden integriert.
Die Blechwarenfabrik Limburg GmbH (BL) produziert zahlreiche Arten von runden und eckigen Metallverpackungen, wie Ringdosen, Eimer und Kanister von 100 ml bis zu 30 l, sowie Kronkorken. Alle Produkte werden aus Weißblech gefertigt. Eine nachhaltige Gestaltung der Produktionsprozesse ist dem Unternehmen sehr wichtig. So konnte die BL schon in den letzten Jahren Ressourcen im Bereich Energie und Material einsparen.
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 notwendig, wenn ein Bedrucken vom Kunden gewünscht ist. Dafür werden die Bleche in einer Lackieranlage zunächst auf beiden Seiten mehrfach beschichtet.
Abwärme aus Trocknungsprozess nutzen
Die beim Trocknen der lackierten Bleche in einem Tunnelofen freiwerdenden lösemittelhaltigen Dämpfe werden einer thermischen Nachverbrennung unterzogen und verringern hier als Brennstoff den Primärenergieaufwand. Im Gesamtprozess gibt es einen Wärmeüberschuss.
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Um diesen nicht über den Kamin zu verlieren, nutzte die BL ihn bisher für die Beheizung ihres alten Stammwerks. Außerhalb der Heizperiode konnte die Abwärme jedoch nicht verwendet werden. Beim Neubau des Stammwerks auf der grünen Wiese entwickelte sich deshalb die Idee, zusätzlich Abwärme im Sommer zur Kühlung von Räumlichkeiten und Maschinen zu nutzen.
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 im
neuen Verwaltungsgebäude über die Fußbodenheizung als Alternative für eine Klimaanlage nutzbar sein.
Da die meisten Absorptionskälteanlagen (AKA) auf dem Markt sehr groß und schwer sind, suchte man nach einer kompakten effizienten AKA, die zudem in der kühlen Jahreszeit gleichzeitig das Niedertemperatur-Heiznetz mit Wärme versorgen kann. Dafür sollte die Hydraulik der Absorptionskältemaschine im Kühlwasserkreis mit einer zusätzlichen 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. Sie ist nur 2,34 × 2,15 × 1,08 m (LHB) groß und hat ein Leergewicht von 1860 kg und ein Betriebsgewicht von 2605 kg (Bild 1).
Bild: W. Bälz & Sohn Picasa
mit der Lackieranlage.
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Anlagentechnik oben platzieren
Damit konnte die Idee im Neubau auch baulich verwirklicht werden. An der Lackiermaschine entstand dazu eine Empore in Höhe des Abgaskamins zur Platzierung eines Sonderabgas-Wärmeübertragersystems von HTT Energy (Bild 2). Durch den speziellen Wärmeübertrager wird die Gesamtabgasmenge geführt. Die vom Kamin abgeleitete Reingasmenge von 5000 Nm3/h wird dabei von 210 °C auf ca. 100 °C abgekühlt, hebt den AKA-Rücklauf von 72 auf 95 °C und liefert so die Antriebsenergie für den Generator der AKA. Die Restabgaswärme wird mit einer Temperatur von etwa 100 °C mit dem Hauptabgasvolumenstrom über den Kamin abgeführt (Bild 4).
Mit dieser baulichen Konstellation erwies sich als idealer platzsparender Standort auch für die AKA Hummel eine Galerie auf der gegenüberliegenden Hallenseite, die in ca. 5 m Höhe, unterhalb der Hallendecke entstand (Bild 3). Dieser für die Hummel eher ungewöhnliche Aufstellort hat den Vorteil, dass dadurch die Leitungswege zwischen Abgas-Wärmeübertrager, aus denen die AKA das 95 °C warme Wasser bezieht, und der Absorptionskälteanlage 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.
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 notwendig ist. Als Kaltwasser-Pufferspeicher dient ein erdeingebauter 40-m3-Kältespeicher. Sehr großzügig ausgelegt kann er die Kälteversorgung auch bei Lastschwankungen, Wartungs- und Stillstandzeiten sicherstellen.
Rund 30 % weniger Primärenergie
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 mit der Baelz-Absorptionskälteanlage gleichzeitiges Kühlen und Heizen möglich (Bild 4).
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Mit der Nutzung der Wärmeenergie aus dem Produktionsprozess über die AKA wird das Heizen und Kühlen der Produktions- und Verwaltungsgebäude energieeffizient erreicht. Nach Berechnungen von BL führt das Konzept zu einer etwa 30%igen Einsparung von Primärenergie im Vergleich zu konventionellen Anlagen, allein der Erdgasbezug fällt ca. 500 000 m3/a niedriger aus. Besonders nachhaltig ist, die Abwärme gleichzeitig für die Gebäudeheizung und zum Kühlen von Produktionsmaschinen zu nutzen. Die Umsetzung des Gesamtkonzepts zur Abwärmenutzung wurde über ein KfW-Programm gefördert. Dadurch wird eine Amortisation der Investition in wenigen Jahren erreicht.
Dieser Artikel ist eine Überarbeitung des Artikels „Zeitgleich Heizen und Kühlen mit Abwärme“ von Dr. Renate Kilpper und Christian Wintgens, erschienen in TGA 10-2019.
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