Abwärmenutzung - Möglichkeiten und Chancen. Effiziente Systemlösungen. Wer weckt die schlummernden Effizienzpotenziale?

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1 Abwärmenutzung - Möglichkeiten und Chancen Effiziente Systemlösungen Wer weckt die schlummernden Effizienzpotenziale? Seminar Energieeffizienz für Unternehmen im Rahmen einer Veranstaltung der IHK Hannover am in Hannover Dipl.-Ing. G. Geese Geese Beratende Ingenieure, Dipl.-Ing. Günther Geese

2 Was Sie erwartet 1. Was ist Abwärme? 2. Herausforderung: Abwärme nutzen ein praktisches Beispiel - intelligenter Nutzen keine Abwärme ist am Besten 3. Abwärme aus Heizwärmeerzeugung aus Abluft - Raumluft und Prozessluft aus Kälteerzeugung Speicherung von (Ab-) Wärme Innovative Technologielösungen Organic Ranking - Cycle Kalina - Prozess Absorptionskälteerzeugung 4. Beispiele und Erfolge - Hemmnisse und Hürden verschenkte Potenziale Geese Beratende Ingenieure 2 Themenpunkte

3 Was ist EXERGIE Die Die Produktion Produktion XXL Kilowatt XXL Kilowatt Der Der Computer Computer 100 W 100 W Der Der Menschen Menschen 100 W Geese Beratende 100 W Ingenieure 2009 Raumluft Raumluft Die Die Beleuchtung Beleuchtung 15 W/m² 15 W/m² EDV EDV / / Server Server Raumkühlung Raumkühlung 100 W/m² 100 W/m² Abwärme? Abgasnutzung Brennwert Motore Maschinen Thermische Prozesse Trocknungs Prozesse Kühl- Prozesse ENERGIE wie nutzen? direkt Raumheizung Raumheizung 60 W/m² 60 W/m² Wärmepumpe Stromproduktion Stromproduktion KWK KWK Organic Ranking Cycle BHKW Absorptionskühlung Abwärme Wärmerück gewinnung Strom erzeugen kühlen heizen Kalina Prozess Geese Beratende Ingenieure 3 verloren ANERGIE

4 Was ist EXERGIE Die Die Produktion Produktion XXL Kilowatt XXL Kilowatt Der Der Computer Computer 100 W 100 W Der Der Menschen Menschen 100 W Geese Beratende 100 W Ingenieure 2009 Raumluft Raumluft Die Die Beleuchtung Beleuchtung 15 W/m² 15 W/m² EDV EDV / / Server Server Raumkühlung Raumkühlung 100 W/m² 100 W/m² Abwärme? Abgasnutzung Brennwert Motore Maschinen Thermische Prozesse Stromproduktion Stromproduktion KWK KWK Organic Ranking Cycle Strom erzeugen Kalina Prozess Trocknungs Prozesse Kühl- Prozesse BHKW Absorptionskühlung kühlen Geese Beratende Ingenieure 4 ENERGIE heizen wie nutzen? Abwärme verloren direkt Raumheizung Raumheizung 60 W/m² 60 W/m² Wärmepumpe Wärmerück gewinnung ANERGIE Umweltwärme

5 Was hat dieses Bürogebäude mit Abwärme zu tun? Geese Beratende Ingenieure 5

6 Systemabstimmung mit intelligenter Abwärmenutzung flächenbezogener Heizenergieverbrauch Büronutzung im Vergleich 3177 m² Büro Brauweg Energiesystem & wärmedämmtechnisch erneuert 91 MWh/a 1155 m² Büro Verwaltung Altbestand 165 MWh/a Heizenergieverbrauch pro m² Gebäudefläche und Jahr [kwh/m²a] Geese Beratende Ingenieure 6

7 Herausforderung Abwärmenutzung 848,64 Geese Beratende Ingenieure 7

8 Abwärme nutzen Kälte erzeugen & Wärmepumpe Brunnenschacht Leistungsziffer Eps > 5,5 grundwassergekühlter Kaltwassersatz & Wärmepumpe zur Beheizung Geese Beratende Ingenieure 8

9 Abwärme vermeiden Kühlen und Heizen mit Grundwasser Schachtbrunnen Brunnenwasser kühlt Abwärme aus Kältemaschinen Grundwasser und kühlt EDV Server direkt Brunnenwasser Förderpumpe hocheffizient drehzahlgeregelt EFF 1 Motor heizt über Wärmepumpe Geese Beratende Ingenieure 9

10 Heizwärmeerzeugung Zusatznutzen aus Abgas Effizienz pur + 10 % Mehrenergieausbeute mit (einfachem) Brennwertnutzen Abgaswärmetauscher nachgeschaltet Wärmeerzeuger konventionell 1150 kw Brennwertnutzen 120 kw Geese Beratende Ingenieure 10

11 Kraft-Wärme-Kopplung Strom und Wärme Blockheizmodul (BHKW) in der Größe eines PKW-Motors: 140 kw elt Leist BHKW Modul mit Hochtemperaturwärme - auskopplung 110 C und Brennwertnutzen Eigenstromerzeugung kwh/a Primärenergieersparnis kwh/a CO 2 -Minderung kg/a Geese Beratende Ingenieure 11

12 BHKW rationelle Abwärmenutzen Abgastemperatur BHKW Wärmelieferung HT Haupt -Abgaswärmetausch Hochtemperatur HT Wärmeleistung Wärmelieferung NT Brennwertnutzen aus Abgas BHKW Niedertemperatur NT Wärmeleistung 540 C MWh/a bis 110 C 230 kw 100 MWh/a 8 % bis 45 C 20 kw Nutzen der HT Abwärme von > 100 C zur Kälteerzeugung über Absorptionskälteanlage & Beheizung Geese Beratende Ingenieure 12

13 BHKW schematisch Geese Beratende Ingenieure 13

14 Abwärme nutzen - auch den Rest! Kühlluft-Abwärme BHKW hier: provisorischer Kühlventilator frei abblasend ungenutzt 3000 m³/h 30 C bis 40 C Ziel: Erwärmung neben liegender Halle mit warmer BHKW - Abluft Ersparnis: /a Geese Beratende Ingenieure 14

15 Wärmrückgewinn aus Abluft Die Hälfte eines runden, rotierenden Wärmetauschers hocheffizient Rotationswärmetauscher Außenluft - Fortluft Wärmerückgewinn bis 90 % Raumluft Industrieabluft problembehaftet, korrosiv Prozessabluft hohe Temperaturen, staubhaltig Farbnebel Laborabluft Krankenhaus Geese Beratende Ingenieure 15

16 Klimatisieren & Abwärmenutzung Wärmerückgewinn hoch effizient nach Wärmerückgewinn - 4,3 C Ansaug Außenluft -13 C Raumluft 22,3 C Zuluft + 7,1 C 2 Klimaanlagen je x m³/h redundant Wärmerückgewinneffekt > 70 % Geese Beratende Ingenieure 16

17 Abwärme verschenkt! Wärmeabfuhr aus Kühlprozess - typisch hier: Wärmeabfuhr mit Aufwand von m³/h Luftbewegung statt: Einbindung in die Gebäudeheizung und Warmwasserversorgung Geese Beratende Ingenieure 17

18 Abwärme managen Zwischenspeichern von Abwärme C Abwärme speichern hier: Heißwasser bis 110 Heizwasserpufferspeicher 50 m³ Inhalt Langzeitspeicherung von (Ab-) Wärme Geese Beratende Ingenieure 18

19 Wärmespeicherung über Latentwärmenutzung Geese Beratende Ingenieure 19

20 Trocknung im Druckprozess Druckmaschine hier: ohne Nutzen der reichlich vorhandenen Abwärme Geese Beratende Ingenieure 20

21 Trocknung mit elektrischer Energie hier: Trocknung im Druckprozess mit elektrischer Energie noch kostenträchtiger! Geese Beratende Ingenieure 21

22 Abwärme nutzen Thermische Nachverbrennung TNV oder RTO-Anlage Lösungsmittelhaltige Abluft (aus Druckprozessen o.ä.) wird thermische oxidiert. Dabei entstehende Wärmeentwicklung um 600 C - kann genutzt werden. zur Stromerzeugung über ORC Prozess Restwärme zur Trocknung zur Wärmeversorgung betrieblich Heizen Trocknung Prozesswärme Geese Beratende Ingenieure 22

23 Abwärme aus Maschinenkühlung Potenziale nutzen! Problem: Abwärme aus Maschinenkühlung wird in die Halle entlassen mit den Folgen: warme warme Abluftluft Abluftluft C C bis bis C C Temperaturgang in der Halle führt zu Fertigungs-Ungenauigkeiten Ausfall der Bearbeitungszentren wegen Übertemperatur Fertigungsausschuss hoher Nachbearbeitungsaufwand hohe Kosten aus Abtransport der Abwärme aus der Halle mittels Kühlung Geese Beratende Ingenieure 23

24 Nutzen der Abwärme Mehrfachnutzen Lösung: Abgreifen der Abwärme an der Wärmequelle Kühlaggregate für Fertigungsmaschinen blasen warme Abluft nicht in die Hallen mit den energetischen Vorteilen: Sammeln der Abwärme und zusammenführen zum Wärmerückgewinn hohe Kostenersparnisse durch Reduzierung Heizenergie Antriebsenergie Ventilatoren produktionstechnische Vorteile: Temperaturkonstanz in der Halle durchgehende Fertigung Ausschuss minimiert Geese Beratende Ingenieure 24

25 Abwärmenutzung mit Erfolg klimatisierte Produktionshalle Luftmenge: m³/h Reduzierung der Heizenergie > jährlich Geese Beratende Ingenieure 25

26 Minderung Ventilatorenergie > 80% Klimaanlage Industriehalle % = 21 kw Antriebsleistung reduziert im Jahresmittel von 21 kw auf 3,6 kw um 83 % Antriebsleistung Ventilatoren [kw] Beginn Regelbetrieb September 2007 Weihnachtszeit % < 5 % Som mer Altzustand ohne Regelung Neuzustand mit Regelung im Jahresverlauf Geese Beratende Ingenieure 26

27 ungenutzte Abwärme verschenktes Potenzial Anlage zur thermische Nachverbrennung von Räucherrauch Abgastemperatur von etwa 600 C gehen ungenutzt über den Schornstein Zusätzlicher hoher Gaseinsatz zur Verbrennung des Rauchgases Gleichzeitig hoher Dampf- und Heizwärmebedarf für Produktion 300 kw Leistung Zusatzbrenner hoher Kühlbedarf für Produktion Abwärme ist zur Dampferzeugung und Beheizung bestens geeignet! Kühlung über Absorptionskältemaschine mittels Abwärme möglich! Geese Beratende Ingenieure 27

28 Abwärmevernichtung aus Dampf! so etwas gibt es noch! hier: Kondensat aus Heizdampf wird gekühlt, um dann mit etwa 40 C in das Abwassersystem entlassen zu werden immerhin etwa t/a, Kondensat mit 100 C Nach Sanierung mit Wärmerückgewinnung RLT und Einbindung der Abwärme aus Kälteerzeugung werden annähernd 0 Tonnen Dampf anfallen - und kein Kondensat daraus mehr zu kühlen sein! Geese Beratende Ingenieure 28

29 Was ist zu tun? Abwärme nutzen! o Abwärmepotenziale ausloten o Abwärmekataster anlegen o Abwärme quantifizieren und qualifizieren o Verwendbarkeit prüfen o Wirtschaftlichkeit analysieren Nicht mit der Herde ziehen Innovationen nutzen! Geese Beratende Ingenieure 29

30 Möglichkeiten der Abwärmenutzung I ausschöpfen Mit konventionellen & modernen Technologien direkte Wärmeauskopplung heizen, erwärmen, trocknen Wärmerückgewinnung rückführen in den Prozess Wärmepumpen Indirektes Verfahren, sehr hohe Effizienz nutzen nieder temperierter Abwärme anheben auf höheres Temperaturniveau Spilligmotor Stromerzeugung mit Abdampf betrieben Geese Beratende Ingenieure 30

31 Möglichkeiten der Abwärmenutzung II ausschöpfen innovative Technologien Organic-Rankine-Cycle (ORC) Stromproduktion über nieder temperierten Turbinenprozess Kalina-Kreisprozess Stromproduktion Stirling-Prozess Stromproduktion Absoptionskälteprozess Kühl-Kälteerzeugung Geese Beratende Ingenieure 31

32 Das ist EXERGIE Die Die Produktion Produktion Maschinen Motore XXL Kilowatt XXL Kilowatt Der Der Computer Computer Thermische Prozesse 100 W 100 W Der Der Menschen Menschen Geese Beratende 100 W 100 W Ingenieure 2009 Trocknungs prozesse Kühl- Prozesse Raumluft Raumluft ENERGIE Die Die Beleuchtung Beleuchtung 15W/m² 15W/m² EDV EDV / / / / Server Server Raumkühlung Raumkühlung 100 W/m² 100 W/m² Nutzen Sie die Abwärme intelligent! wie nutzen? Abwärme direkt Abgasnutzung Brennwert Raumheizung Raumheizung 60 W/m² 60 W/m² 60 W/m² 60 W/m² Wärmepumpe Stromproduktion Stromproduktion KWK KWK Organic Ranking Cycle BHKW Absorptionskühlung Abwärme Wärmerück gewinnung Strom erzeugen kühlen heizen Kalina Prozess Geese Beratende Ingenieure 32 verloren ANERGIE

33 * Mut haben! Die Abwärme - Chance nutzen! * Wir dürfen jetzt nur nicht den Sand in den Kopf stecken... <Lothar Matthäus> Geese Beratende Ingenieure 33

34 Geese Vielen Beratende Dank Ingenieure für Ihre 2009 Aufmerksamkeit! www. ing-geese.de Geese Beratende Ingenieure 34