Dampf-Kondensat-System
Bild 1. Dampf-Wasser-Übergabestation in Verbindung mit der übrigen Gebäudetechnik (Bildquelle: W. Baelz & Sohn)
Bild 2. Schema der Anlagen auf der Primärseite (Bildquelle: W. Baelz & Sohn)
Im neuen Produktionsgebäude übertragen nun zwei energieeffiziente, stehende Dampf-Wasser-Übergabestationen von Baelz mit je 1 200 kW Leistung die Wärme des ankommenden Dampfs auf Wasser (Bild 1). 90 °C heißes Wasser steht für Heizung und Warmwasser zur Verfügung. Der Mantel der Wärmeübertrager besteht aus Stahl, in seinem Inneren verlaufen gewendelte Rohre aus leitfähigem Kupfer, die eine größtmögliche Wärmeübertragung bei geringem Platzbedarf gewährleisten.
Es handelt sich dabei um ein geschlossenes Dampf-Kondensat-System [1], in dem der heiße Dampf in den Apparat strömt und in den Rohren kondensiert. Die Dampfenergie wird so optimal ausgenutzt. Die sekundärseitige Vorlauftemperatur wird stetig über ein Kondensatventil geregelt; durch dieses wird das Kondensat im Wärmeübertrager abhängig von der Leistungsanforderung von 0 bis 100 % angestaut. Das mit rd. 75 °C anfallende Kondensat wird mit dem vorhandenen Dampfdruck anschließend weiteren Anwendungen zugeführt.
Kälteversorgung
Das komplette Kondensat, das noch Wärmeenergie in Form von 75 °C heißem Wasser enthält und eigentlich Abfallprodukt ist, wird hier genutzt, um Kälte zu erzeugen. Denn Produktionsprozesse und Produktionsräume brauchen Kühlung. Deshalb sind auch zwei Absorptionskälteanlagen Teil der modernen Gebäudetechnik.
Um den Wirkungsgrad der Baelz Absorptionskälteanlagen (AKA) – genannt Hummel [2] – zu gewährleisten, wird das Kondensat mit dem Nacherhitzer erwärmt. Damit lassen sich die zwei AKA mit zusammen 320 kW Leistung antreiben. Außer dem Produktionsbereich, der ganzjährig gekühlt werden muss, kühlen sie auch Büro- und Lagerräume und tragen so zu angenehmen Arbeitsbedingungen in heißen Sommermonaten bei [3].
Das kalte Wasser, das Temperaturen von 16 bis 19 °C erreicht, wird für Bodenkühlung sowie für Kühldecken in den Räumen genutzt. Über die Lüftungsanlagen wird mit dem Kaltwasser ein Temperaturbereich von 8 bis 14 °C erreicht. Für Spitzenbedarf bei Kälte sind zusätzlich Kompressionskältemaschinen vorgesehen.
Die Abwärme der AKA von 65 °C/34 °C wird außerdem zur Heizungsunterstützung über Niedertemperaturverteiler verwendet und überschüssige Wärme über einen Rückkühler abgeführt. Die zahlreichen Rohre, in denen Heißwasser und Kaltwasser fließen, und zusätzliche Matten in den Decken, in denen das unterschiedlich temperierte Wasser zirkuliert, tragen als Betonkernaktivierung ebenfalls zur Erwärmung oder Kühlung bei und damit zu einer enormen Energieeffizienz bei der Ausnutzung der Wärmeenergie des Dampfs. Die Rücklauftemperatur zum Müllheizkraftwerk ist entsprechend tief.
Die AKA erhält als zusätzliche Antriebsenergie das 75 °C heiße Kondensat aus dem dampfbetriebenen Reindampferzeuger, der für die Klimatisierung der Produktionsstätte zuständig ist. Entsprechend aufbereitetes Speisewasser wird dort so weit erhitzt, dass Reindampf mit dem gewünschten Druck und entsprechendem Reinheitsgrad zur Verfügung steht. Das Baelz-Luftbefeuchtungssystem (Steam Terminal) sorgt in den Produktionsräumen für konstante, genau geregelte relative Luftfeuchtigkeit, die ebenfalls Voraussetzung optimaler Produktionsbedingungen ist (Bild 2).
Weitere Bestandteile der Technischen Gebäudeausrüstung wie Hocheffizienzpumpen, Strahlpumpen, Wärme- und Kältespeicher sowie effektive Dampferzeuger mit Wärmerückgewinnung und energiesparende Rückspeiseanlagen runden den komplexen, aber dadurch sehr effizienten Aufbau der kompletten technischen Ausstattung ab.
Der Vergleich der jährlichen Kosten von AKA und Kompressionskältemaschinen ergab eine Einsparung an Stromkosten einschließlich Wartung und Instandhaltung von 23 000 €. Das entspricht einer Einsparung von jährlich 11,8 t CO2. Obwohl die Investitionskosten der AKA samt Rückkühler um einiges höher waren als die für die entsprechende Kompressionstechnik, ergab sich durch die Energieeinsparung bei den gesamten Kosten eine jährliche Einsparung von rd. 20 000 €.
Fazit
Bei der Nutzung des Dampfs wurde durch die hochmoderne Gebäudetechnik, wie sie im neuen Produktionsgebäude von HBM verbaut ist, eine enorme Effizienzsteigerung erreicht. Selbst wenn die für das alte und das neue Produktionsgebäude verbrauchte Energiemenge gleich geblieben ist, wurde sie für eine deutlich größere Zahl an Quadratmetern eingesetzt.
Das neue Produktionsgebäude ist nun mit bestmöglicher Gebäudetechnik ausgestattet, um auch bei großer sommerlicher Hitze eine optimale Produktion zu ermöglichen. Dem für die Planung verantwortlichen Team ist es gelungen, den Abriss des alten Gebäudes und den Neubau an gleicher Stelle in kürzester Zeit und unter Einhaltung des Kostenlimits zu bewältigen. Die Effizienz von Heizung, Lüftung und Kühlung steigerte sich so, dass trotz einer deutlichen Vergrößerung der Produktions- und Büroflächen im laufenden Betrieb heute nicht mehr Energie verbraucht wird.
Literatur:
[1] Kilpper, R. und Bälz, U.: Energieeinsparung durch effiziente Dampf-Kondensat-Systeme. MGT 2013.03.
[2] Kilpper, R. und Bälz, U.: Von Bienen, Hummeln und Hornissen. Kältetechnik 2015.02.
[3] Wintgens, C. und Kilpper, R.: Gleichzeitiges Kühlen und Heizen mit Prozesswärme. KI 2019.09.
Dr. Renate Kilpper, Öffentlichkeitsarbeit/Personal; Christian Wintgens, Projekt- und Regionalleiter Mitte, W. Baelz & Sohn GmbH & Co., Heilbronn, mail@baelz.de, www.baelz.de, www.hbm.com, www.fischer-tgaconsult.eu