So sieht der Schinken in der Schinkensalzerei und -räucherei August Meschede aus.
In der lebensmittelverarbeitenden Industrie und im Lebensmittel-Einzelhandel arbeiten Kälteanlagen, deren Abwärme oft kaum genutzt oder komplett abgeführt wird. Dabei lässt sie sich in vielen Fällen zur Warmwasserbereitung oder zum Heizen verwenden und zugleich eine bessere Kühlung für Kühl- und Tiefkühlanlagen umsetzen. Welches Einsparpotenzial dies eröffnet, zeigt das Beispiel einer Schinkensalzerei und -räucherei.
In der Vergangenheit wurden Wärme- und Kälteanlagen für Industrie- und Gewerbebetriebe oder auch für Supermärkte häufig getrennt geplant und umgesetzt. Abwärme, die in der Kältetechnik anfällt, wird dann meistens über Rückkühler an die Umgebungsluft abgeführt während – oft gleichzeitig – ein Wärmeerzeuger den Heiz- und Warmwasserbedarf deckt. Auch in vielen Fällen, bei denen Abwärme der Kälteanlage der Wärmetechnik zugutekommt, werden die Möglichkeiten nicht ausgeschöpft: Oft findet ein ineffizientes Nacherhitzen mit Gas- oder Ölthermen statt. Hier kann eine konsequente Abwärmenutzung ein großes Energiesparpotenzial eröffnen.
Die vorhandene WRG diente nur der Hallenheizung
Energiesparpotenzial erschließen
Kälteanlagenbauer können ihren Kunden durch die Abwärmenutzung mit der sogenannten eXergiemaschine, einer speziellen Wasser-Wasser-Wärmepumpe, einen Mehrwert bieten. Diese Wärmepumpe ist für eine große Temperaturspreizung von bis zu 50 K ausgelegt und arbeitet auch bei Quelltemperaturen von 55 °C und mehr. Wärmepumpen für diese Temperaturniveaus gab es früher bereits für hohe Leistungen, wie sie in Industrieanlagen erforderlich sind; die eXergiemaschine bedient auch den kleineren Leistungsbereich. Sie ist in einer 3- und 5-kW-Ausführung als kompaktes Wandgerät und in den Leistungsklassen mit 5 bis 40 kW maximaler Wärmeleistung als Standgerät erhältlich. Dies eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten bei der Abwärmenutzung.
Temperaturniveaus optimieren
Die eXergiemaschine stellt eine optimierte Temperaturschichtung in einem Pufferspeicher (Heizspeicher) her und sorgt somit für einen heißen Vorlauf zu Wärmeverbrauchern und einen kühlen Rücklauf zu den Wärmequellen bzw. zur Kälteanlage. Voraussetzung für den Einsatz ist ein Schicht-Wärmespeicher. Häufig wird dieser Speicher aufgeteilt in einen Nieder- und einen Hochtemperaturspeicher.
Während des Betriebs entnimmt die eXergiemaschine dem Wärmespeicher über zwei Kreisläufe Wasser auf mittlerem Temperaturniveau. Ein Kreislauf leitet Wasser zum Kondensator, wo es erhitzt wird, bevor es in den heißen Speicherbereich bzw. oben in den Hochtemperaturspeicher gelangt. Der andere Kreislauf führt über den Verdampfer und leitet das dort heruntergekühlte Wasser anschließend in den unteren, kalten Speicherbereich. Bei der Abwärmenutzung führt dies zu einem kühlen Rücklauf zur Kältetechnik. Wie stark die Erwärmung oder die Kühlwirkung ausfallen, lässt sich dem Bedarf entsprechend vorgeben, da die Pumpenkreisläufe getrennt voneinander geregelt werden können.
Die eXergiemaschine ist als kompaktes Wandgerät mit 3 oder 5 kW thermischer Leistung oder als etwa kühlschrankgroßes Standgerät mit 5 bis 40 KW Wärmeleistung erhältlich.
Effiziente Kühlung der Kältetechnik
Gegenüber einer Wärmeabfuhr über Rückkühler bietet die Kühlung durch die eXergiemaschine mehrere Vorteile:
Die Kühlwirkung ist über das ganze Jahr hinweg konstant. Da jedes Grad tiefer kondensieren zu einer Stromeinsparung beim Kompressor von mindestens zwei Prozent führt, verbraucht die Kälteanlage (vor allem in Sommermonaten) weniger Strom als bei einer Luftkühlung.
Ist die Kühlung über dachaufgestellte Wasser-Luft-Wärmetauscher entbehrlich, fällt auch die damit verbundene Geräuschbelastung weg. Das ist vor allem für Hotels oder Lebensmittelgeschäfte und Gewerbebetriebe in Wohngebieten wichtig.
Bei Installation einer Notkühlung (z.B. Wasserkühlung) kann auf Luft-Rückkühlwerke verzichtet werden.
Mithilfe der verbesserten Abwärmenutzung und anderen Optimierungen auf der Wärmeseite konnte der Betrieb seinen Verbrauch an Erdgas etwa halbieren.
Großes Sparpotenzial auf der Wärmeseite
Anwender profitieren zusätzlich von Einsparungen auf der Wärmeseite, wenn die Abwärme durch die eXergiemaschine auf ein passendes Temperaturniveau gebracht wird. Denn während das Nacherhitzen mit Öl- oder Gasbrennern für jede Kilowattstunde Wärme (etwas mehr als) eine Kilowattstunde Energieeinsatz benötigt, arbeitet die Maschine mit einem COP von 4 bis 6. Dadurch ergibt sich eine Kostensenkung beim Nacherhitzen. Dazu kommt die Minderung des lokalen CO2-Ausstoßes aufgrund der Substitution fossiler Energieträger.
Anwendungsbeispiel Schinken-Meschede
Wie hoch das Einsparpotenzial ist, macht die Referenz Schinken-Meschede (August Meschede GmbH in Meschede) deutlich. Schinken wie der dort hergestellte Sauerländer Bauern-Knochenschinken muss zum Reifen bei ganz bestimmten Temperaturen und der passenden Luftfeuchtigkeit gelagert werden, bevor sie in den Handel kommen. Zum Konditionieren der Luft benötigt der Betrieb daher ganzjährig Wärme und Kälte. Als die Sanierung der Erdgasheizung anstand, nahmen die beiden Geschäftsführer der Schinkensalzerei und -räucherei dies zum Anlass, den Betrieb energiesparender und klimafreundlicher zu machen.
Es bestand bereits eine Wärmerückgewinnung, welche die bei 40 °C anfallende Abwärme der Kälteanlage nutzbar machte, aber die Abwärme diente nur zum Vormischen der Hallenheizung. Für die Warmwasserbereitung wurde sie nicht genutzt. Der Betrieb benötigt jedoch zum Waschen der Schinken, für Reinigungszwecke und vieles mehr bis zu 3,5 m³ Warmwasser am Tag. Daher musste zur Warmwasserbereitung stets der Erdgasbrenner arbeiten.
Zum Konditionieren der Luft benötigt der Betrieb ganzjährig Wärme und Kälte.
Abwärme auf ein gut nutzbares Temperaturniveau heben
Durch den Einsatz einer 20-kW-eXergiemaschine und neuer Wärmespeicher (Nieder- und Hochtemperaturspeicher mit je 2000 Liter Fassungsvermögen) lässt sich die bei 40 °C anfallende Abwärme ohne Einsatz von Erdgas auf das Temperaturniveau von etwa 65 °C anheben. Zugleich kühlt die eXergiemaschine einen Teil des Wassers um 7 K herunter und sorgt für einen kühlen Rücklauf zur Kälteanlage. Bei Schinken-Meschede arbeitet die eXergiemaschine ca. sechs Stunden täglich und erreicht einen COP von 5,2.
Mithilfe der verbesserten Abwärmenutzung und anderen Optimierungen auf der Wärmeseite konnte der Betrieb seinen Verbrauch an Erdgas etwa halbieren. Unter Einbeziehen der Stromkosten zum Betrieb der eXergiemaschine ergibt sich hier Nach Herstelleraussage eine Einsparung bei den Energiekosten von etwa 12.000 Euro pro Jahr. Die Investition in die moderne Heiz- und Regelungstechnik und in die eXergiemaschine, die teilweise gefördert wurde, wird sich bei der Schinkensalzerei und -räucherei nach etwa 7,5 Jahren amortisiert haben. ■
Schema der Heizanlage bei der Schinkensalzerei und -räucherei August Meschede: Rechts im Bild ist der Wärmetauscher zu sehen, über den die Abwärme der Kälteanlage bei 40 °C in den Niedertemperaturspeicher eingekoppelt wird. Der Rücklauf zur Kältetechnik wird aus dem unteren, kühlen Teil des Niedertemperaturspeichers bedient. Die eXergiemaschine ist so eingestellt, dass der Rücklauf etwa 7 K kühler ist als die Abwärmeeinspeisung und beim Nacherhitzen ein Temperaturhub von ca. 25 K erreicht wird. Durch dieses Nacherhitzen kann die Abwärme für die Warmwassererzeugung im Frischwassererwärmer (links im Bild) verwendet werden.
Bild: varmeco
Schema der Heizanlage bei der Schinkensalzerei und -räucherei August Meschede
Bild: varmeco
Auswertung des eXergiemaschinen-Betriebs bei der August-Meschede GmbH: Die Maschine arbeitet etwa sechs Stunden täglich, erreicht einen COP von 5,2 und ermöglicht das Nacherhitzen zur Warmwasserbereitung ohne Einsatz der Erdgastherme.
Bild: varmeco
Die eXergiemaschine ist als kompaktes Wandgerät mit 3 oder 5 kW thermischer Leistung oder als etwa kühlschrankgroßes Standgerät mit 5 bis 40 KW Wärmeleistung erhältlich.
