16.10.17

Konsequente Wärmerückgewinnung steigert Energieeffizienz von Produktionsbetrieben

Schmelzen, Backen, Verbrennen, Trocknen, Reinigen, Kühlen, Absaugen: All das und noch vieles mehr erzeugt in Produktionsprozessen große Mengen an Wärme – die man allerdings wieder  gezielt nutzen und verwenden kann und nicht verschwenden sollte. Durch eine konsequente Wärmerückgewinnung steigern produzierende Betriebe aus Industrie und Handwerk ihre Energieeffizienz deutlich und vergleichsweise einfach.

Fast überall entsteht Wärme

Bei nahezu allen thermischen oder mechanischen Prozessen in Industrie- und Handwerksbetrieben, bei Produktionsprozessen oder beim Betrieb von Gebäuden entsteht Wärme. Wird diese Wärme aus einem wärmetechnischen Prozess, wie Produktion, Kühlung oder Lüftung, nicht genutzt, spricht man von Abwärme. Im Durchschnitt gehen in Unternehmen bis zu 70 Prozent der eingesetzten Wärme über Abluft oder Abwasser verloren. Dieses ungenutzte Potential könnte einerseits intern wieder für Produktion oder Kühlung verwendet oder andererseits als Überschuss nach außen abgegeben und in ein Energieversorgungsnetz eingespeist werden.

Auch Kühlen erzeugt mehr Wärme als Kälte

Jede Kälteanlage erzeugt mehr Wärme als Kälte – unabhängig davon, wie effizient und gut diese läuft. Bei einer Nutzungsdauer von meist zehn Stunden täglich an 365 Tagen im Jahr entsteht dabei viel ungenutzte Wärme. Aber nicht nur Kühlung bringt Wärme mit sich: Immer dann, wenn Hitze notwendig ist, wie beispielsweise beim Trocknen, Schmieden oder Schmelzen, wird ebenfalls überschüssige Wärme produziert. Da ein Unternehmen für Prozesswärme jedoch rund zwei Drittel des gesamten Energieverbrauchs veranschlagen muss, ließen sich durch die effiziente Nutzung der dabei anfallenden Wärme viel Energie und Kosten einsparen.

Ungenutztes Potential für viele Branchen

Das größte Potenzial, die entstehende Wärme zu nutzen, haben Produktionsbetriebe: Zementindustrie, Papier-, Metall- und Glasproduktion, chemische Industrie, Kunststoffverarbeiter, die Holz- und Textilindustrie, aber auch Lebensmittelhersteller wie Brauereien, Schokoladeproduzenten, Molkereien und Käsereien. In erster Linie geht es zunächst immer darum, energieeffizient zu produzieren, Anlagen gut zu dämmen und den Energieverbrauch des Betriebes zu optimieren. So lässt sich Abwärme grundsätzlich reduzieren. Entsteht jedoch nicht vermeidbare Wärme, sollte diese in jedem Fall gezielt genutzt werden. „Abwärme ist Nutzwärme, denn Wärme, die kostenlos als Nebenprodukt von Produktionsprozessen entsteht, ist oft ungenützte Energie. Sie kann relativ einfach wieder in den Prozess derselben Anlage oder in andere Prozesse rückgeführt, also wieder verwendet und eingesetzt werden. So lassen sich eine Menge an Energie und Betriebskosten sparen“, fasst Sabine Wolfsgruber, Geschäftsführerin des Vereins umwelt service salzburg, die Fakten zusammen.

Abwärme für Warmwasser, Heizung und Vorwärmung nutzen  

Auch wenn die Abwärme eines Produktionsbetriebes derzeit noch keine ganze Region heizt – solche Anwendungsmöglichkeiten sind in naher Zukunft durchaus realistisch. Bereits jetzt kann die Abwärme eines Betriebes intern durch Wärmerückgewinnung sinnvoll wieder verwendet werden, beispielsweise für die Warmwasserbereitung, die Heizungsunterstützung oder die Warmwasser-Vorwärmung. Dafür nutzt man die unterschiedlichsten Wärmequellen, wie Produktions-, Druckluft- und Kälteanlagen, Motoren und Kühlsysteme. Die anfallende, ungenützte Energie wird aufbereitet und für die Bereitstellung von Wärme, aber auch von Strom und Kälte, genutzt.

Vielfältige Technologien garantieren optimale Ausnutzung  

Die Abwärme wird durch unterschiedliche, immer jeweils passende, Technologien genutzt, zum Beispiel Wärmetauscher, -speicher und –pumpen. Bei der Drucklufterzeugung lassen sich sogar bis zu 90 Prozent der elektrischen Antriebsleistung als Abwärme nutzen. Verwendet wird die Abluft des Druckluft-Verdichters zur Erwärmung von Heizwasser oder von Luft. Eine solche Abwärmenutzung rechnet sich ab etwa fünf Kilowatt elektrischer Antriebsleistung der Druckluft-Kompressoren und mehr als 2000 Betriebsstunden pro Jahr.

Gleichzeitiger Kälte- und Wärmebedarf verfügt über großes Potential

Besonders im Bereich der Lebensmittelerzeugung, das heißt bei Metzgereien, Molkereien und Käsereien, Bäckereien und überall dort, wo ein hoher Kühlbedarf und Warmwasserbedarf besteht, eignet sich die Abwärmenutzung von Kälteanlagen. Je gleichzeitiger dabei Wärme- und Kältebedarf auftreten, desto besser sind diese Anwendungen geeignet und mittels Speicher können Tagesschwankungen ausgeglichen werden. Will man die Abwärme nutzen, sollte man daher vorher Heiz- und Kühllasten sowie die erforderlichen Temperaturniveaus genau prüfen. Drei Kilowatt elektrische Leistung ist ein Richtwert, ab welcher Wärmerückgewinnung bei Kälteanlagen gut möglich ist.

Abwärmenutzung: Nachrüstung und Amortisation

Je nach Betriebszeiten, den Energieinhalten der Abwärmequelle, den Nutzungsmöglichkeiten der Abwärme, des Temperaturniveaus der Abwärmequelle und anderen Indikatoren rechnen sich Investitionen in die Abwärmenutzung für kontinuierlich betriebene Anlagen im Durchschnitt in drei bis fünf Jahren. Aber nicht immer sind Neuanschaffungen notwendig. So können beispielsweise auch bestehende Dampfkessel mit einem Abgaswärmetauscher nachgerüstet werden. Bei Druckluftkompressoren zum Beispiel rechnet sich die Abwärmenutzung mit einem Wärmetauscher betriebswirtschaftlich in der Regel ab einer Kompressorgröße von 19 Kilowatt innerhalb von ein bis drei Jahren.

Dampfsysteme, Druckluft und Kälteanlagen: viel Abwärme bringt viel Energie  

Es gibt drei Bereiche, in denen sich eine Wärmerückgewinnung besonders auszahlt: Dampfsysteme sowie Druckluft- und Kälteanlagen. Der Energiebedarf von Dampfsystemen in der österreichischen Industrie beträgt rund 40 Prozent des gesamten Brennstoffeinsatzes. Vor allem in der Papier-, Holz- Chemie-, Textil- und Lebensmittelindustrie werden zwischen 30 und 70 Prozent des Endenergieverbrauchs für die Dampferzeugung benötigt. Eine Optimierung der Dampfanlage liegt daher nahe: Sie spart Energiekosten und schont gleichzeitig die Umwelt. Neben anderen Einsparmaßnahmen bei Dampfsystemen, wie zum Beispiel die Brennereinstellung verbessern, Leitungen isolieren oder Leckagen in Leitungen beheben, bietet die Wärmerückgewinnung durch Abgaswärmetauscher ein Einsparpotential von 5 bis 10 Prozent der eingesetzten Brennstoffmenge. Dadurch wird die im Abgas enthaltene Restwärme zurückgewonnen und unter anderem für die Vorwärmung und Erwärmung von Brauch- und Prozesswasser sowie von Spülwasser- und Reinigungswassertanks wieder verwendet.

Wie bei Dampfsystemen fallen auch bei Druckluftkompressoren große Abwärmemengen an. Als technisch nutzbare Wärme stehen bei luftgekühlten Kompressoren 80 bis 90 Prozent der Kompressor-Nennleistung, bei wassergekühlten rund 50 bis 60 Prozent der Leistung zur Verfügung. Die anfallende Abwärme kann, je nach Situation, für eine Luftheizung oder die Erwärmung von Heiz- und Prozesswasser im Unternehmen eingesetzt werden. Verwendet man Wärmetauscher für die Aufbereitung von Heiz- und Prozesswasser, kann Wasser auf bis zu 90 Grad Celsius erwärmt werden. Vor allem eignet sich Abwärme aus Druckluftkompressoren für die Gewinnung von Heizluft für die Raumheizung, zum Beispiel durch das Einblasen der erwärmten Kühlluft der Kompressoren, für die Brauch- und Heißwasser-Erwärmung, für die Vorwärmung des Speisewassers für Dampfkessel sowie für Brennerluft, Trocknung und Reinigungszwecke.

Was Kälteanlagen betrifft, so werden oft mehrere dezentrale Kälteanlagen betrieben. In diesem Fall kann es wirtschaftliche sinnvoll sein, diese zu einer einzigen Kältezentrale zusammen zu legen, die im Energieverbrauch meist sparsamer ist und das Abwärmepotential gesammelt zur Verfügung stellt.

Geförderter Energiecheck analysiert Abwärmepotentiale

umwelt service salzburg unterstützt Salzburger Betriebe dabei, ungenutzte Abwärmepotentiale zu erkennen. Kompetente Berater analysieren durch einen geförderten Energiecheck alle technisch und wirtschaftlich relevanten Abwärmepotentiale und erarbeiten maßgeschneiderte Lösungsvorschläge für jeden Betrieb. Bis zu 50 Prozent der maximalen Beratungsstunden werden dabei vom umwelt service salzburg übernommen. Umweltzeichen- oder EMAS zertifizierte Unternehmen sowie Salzburg 2050-Partner erhalten sogar 75 Prozent Förderzuschuss. „Vor allem kleinere und mittlere Unternehmen haben großes Einsparpotential, jedoch selten die Zeit, sich umfassend mit dem Thema zu beschäftigen. Durch eine individuelle Energieberatung rund um die sinnvolle Nutzung der Abwärme lassen sich Fragen und Potenziale rasch klären, unnötige Investitionen vermeiden und langfristig sinnvolle Abwärmenutzung und Energieeffizienz forcieren“, so Matthias Greisberger von umwelt service salzburg.  Die Unternehmen profitieren nach einer solchen geförderten Energieberatung vom reduzierten Energieverbrauch und einem besseren Arbeitsklima durch geringere Wärmequellen. Gleichzeitig stoßen sie weniger CO2-Emissionen aus und zahlen weniger Betriebskosten. Als Vermittler und Investitionsfördergeber fungiert das Land Salzburg und unterstützt dabei, auch eine betriebsexterne Nutzung der Abwärme zu forcieren. Dabei wird überschüssige Abwärme weitergegeben und zum Beispiel in Nahwärmenetze eingespeist, um so die Warmwasserversorgung von Wohnbauten zu unterstützen.

Best-Practise-Beispiele: Stieglbrauerei, Senoplast, W&H, Fahnen Gärtner und andere nutzen Abwärme effizient!