Effiziente Maschinenkühlung & Wärmerückgewinnung

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1 Effiziente Maschinenkühlung & Wärmerückgewinnung VDD Jahrestagung Freitag 30. September Andreas Harig, technotrans AG

2 Effiziente Maschinenkühlung & Wärmerückgewinnung Effiziente Maschinenkühlung Kühlstellen und Temperaturniveaus Verfahren der Kälteerzeugung zentrale Wasserkühlung Optimierungspotenziale Einsparpotenziale und Wirtschaftlichkeit Wärmerückgewinnung aus Peripheriegeräten Grundregeln Abwärmequellen WRG aus zentralem Glykol Rückkühlkreis WRG aus UV Trocknung 2

3 Kühlstellen und Temperaturniveaus Aktuelle Situation an einer Bogenmaschine 3 Vielzahl von Kühlstellen unterschiedlicher Funktion und Temperaturniveaus!

4 Übliche Verfahren der Kälteerzeugung freie (trockene) Kühlung mittels Außenluft, (Glykolrückkühler) bei erforderlicher Kälteträgertemperatur > 40 C Leistungsbedarf: ca. 0,05kWel./kWth. adiabatische (nasse) Kühlung mittels Verdunstung von Wasser, (Verdunstungskühlturm) bei Kälteträgertemperatur von ca C Leistungsbedarf: ca. 0,08kWel./kWth. Wasserverbrauch: ca. 5l/kWh (incl. Abschlämmung) mechanische Kühlung mittels Kaltdampf Kompressionsverfahren, (Kompressor-Kühlaggregat) bei Kälteträgertemperatur < 25 C Leistungsbedarf: ca. 0,4kWel./kWth. Kombinationen aus vorstehenden Verfahren 4 Grundregel: Je höher die Kälteträgertemperatur, um so energieeffizienter die Kälteerzeugung!

5 Zentrale Wasserkühlung als Basis für effiziente Kühlkonzepte! Trocknung, Luftversorgung und Antriebe werden bereits heute mittels effizienter Freikühlung gekühlt. Optimierungspotenzial besteht bei der Farbwerkkühlung und Glykolkreispumpe. 5

6 Optimierungspotenzial für Farbwerkkühlung und Glykolkreispumpe Kombinierte Freikühlung des Farbwerk Kreislaufes Drehzahlregelung der Glykolkreis Pumpe 6

7 Optimierungspotenzial für Farbwerkkühlung 27 C, FRT Sollwert 100% Kompressionskälte Kombinationsbetrieb 100% Freie Kühlung ca.6900 h/a / 78% unter 17 C ca. 410 h/a / 5% über 27 C 7 ca.1450 h/a / 17% zwischen 17 C und 27 C

8 Optimierungspotenzial für Glykolkreispumpe Bei einer zentralen Wasserkühlung mit Glykol-Rückkühler bietet eine Drehzahlregelung der Glykolkreis Pumpe erhebliches Einsparpotenzial H BP 1 BP 2 n 2 n 1 Faustformel: Eine Halbierung des Volumenstroms verringert den elektrischen Leistungsbedarf auf 1/8. Q 2 Q 1 Q Affinitätsgesetz: Q ~ n p 1 n 1 H ~ n 2 p ~ n 3 p 2 n 2 Q 2 = 0,5 x Q 1 Q p2 0,125 x p1 8 In der Praxis können Einsparungen von ca. 50%, bezogen auf den Energieverbrauch der Pumpe, pro Jahr erreicht werden.

9 Optimierungspotenzial für Farbwerkkühlung und Glykolkreispumpe Versuchsaufbau variable Randparameter: Farbwerktemperatur Feuchtmitteltemperatur Temperatur am Rückkühler Maschinenauslastung eco Betrieb ( ja / nein ) Messung der el. Leistungsaufnahme des Gesamtsystems aus beta.c 220 eco + beta.ps 12/50 modul + Glykolrückkühler FM-Temperatur: 10 C FW-Temperatur: 27 C Differenz FW- zu Außenluft Temp.: 15 / 10 / 5K Kühllast: 20 / 40 / 60 / 80 / 100% 9

10 Betriebskosten und Einsparung Auf Grundlage eines angenommenen Jahres-Lastgangprofils von: 5% Betriebszeit/a mit 100% Last 25% Betriebszeit/a mit 80% Last 35% Betriebszeit/a mit 60% Last 20% Betriebszeit/a mit 40% Last 15% Betriebszeit/a mit 20% Last und Stromkosten von 0,12 /kwh ergeben sich folgende Stromkosten Stromkostenvergleich 2 Schicht Betrieb (16h/d) beta.c G + Pumpenmodul Standard + Rückkühler 6.192,- /a beta.c 220 G eco + Pumpenmodul mit FU + Rückkühler 3.417,- /a 8000 Einsparung 2.776,- /a >> 44,8% 6000 beta.c 220G Std. [ ] 3 Euro/a Schicht Betrieb (24h/d) beta.c 220G eco [ ] 4000 beta.c 220 G + Pumpenmodul Standard + Rückkühler 9.288,- /a Einsparung [ ] beta.c G eco + Pumpenmodul mit FU + Rückkühler 5.124,- /a Einsparung ,- /a >> 44,8% 2 Schicht 3 Schicht 6.192, ,- 44,8% 9.288, ,- 44,8% Diese Ergebnisse ergeben CO 2 Einsparungen von bzw kg CO 2 /a (Basis 0,6KgCO 2 /KWhel., Strommix Deutschland) 10 Für die erf. Mehrinvestition ergeben sich ROI Zeiten von ca. 1,5 2 Jahren

11 beta.c. eco Kombinationsgeräte für FM-Aufbereitung und FW-Temperierung Zertifiziert von der Berufsgenossenschaft und von der Initiative Energie Effizienz der Bundesregierung 11

12 Wärmerückgewinnung aus Peripheriegeräten Einige Grundregeln Energie wird niemals vernichtet, sondern nur in eine andere Energieform umgewandelt. (Energieerhaltungssatz) ca. 50 % Umwandlung in Wärme Abgabe durch Peripherie ca. 50 % Umwandlung in Bewegung und Wärme, Abgabe durch Konvektion und Strahlung 100 % elektrischer Energieeinsatz 12 Je höher die Temperatur der Abwärme, um so höher ihre Wertigkeit! Für eine möglichst effektive Wärmerückgewinnung sollte die Wärme dort abgenommen werden, wo die Temperatur am höchsten ist!

13 A) Wärmerückgewinnung aus dem zentralen Glykol Rückkühlkreislauf Glykol- Rückkühler C ca C Anschluss Wärmerück gewinnung Pumpstation Vorteile: Die gesamte Abwärmeleistung aller Peripheriegeräte kann gebündelt der WRÜ zugeführt werden Relativ geringer apparativer Aufwand LVS beta.c Trockner 13 Nachteile: Das mäßige Temperaturniveau von C ist nur eingeschränkt nutzbar, z.b. zur direkten Lufterwärmung Eine gleichzeitige Kombination dieser Art der WRÜ mit der kombinierten Freikühlung des beta.c...eco ist nicht möglich > Glykolkreis wird auf ca C gehalten!

14 Wärmerückgewinnung aus Peripheriegeräten Fallbeispiel 1: Direkte Beheizung eines Papierlagers im Winter 14 Nutzung der Abwärme um den Unterschied zwischen Drucksaal- und Papierlager Klima gering zu halten. direkten Nutzung zu Luftheizzwecken mit Temperaturniveau von C sinnvoll wirtschaftlich machbar durch relativ geringen apparativen Aufwand

15 B) Wärmerückgewinnung direkt aus der Quelle der höchsten Temperatur Die höchsten Temperaturen und bis zu 60% der Gesamtabwärme an der Druckmaschine stehen im Primärkreis der UV Kühlung an. UV-Kühler z.b. beta.t... PW UV-Lampe Anschluss Wärmerückgewinnung C C 15 Vorteile: Abwärme auf höherwertigem, besser nutzbarem Temperaturniveau gleichzeitige Kombination dieser Art der WRÜ mit der kombinierten Freikühlung des beta.c...eco ist möglich Nachteile: höherer apparativer Aufwand (Wärmetauscher + Regelung) nur ein Teil der Maschinen Abwärmeleistung wird genutzt

16 Wärmerückgewinnung aus Peripheriegeräten Fallbeispiel 2: Wärmerückgewinnung aus UV Trockner Primärkühlkreis Einspeisung der Abwärme über WRG Modul in die Gebäudeheizung und WW - Bereitung Gleichzeitige Nutzung der Freikühlung für Farbwerke möglich 16

17 17 Vielen Dank!

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