Zielvorgabe war eine wesentliche energetische Optimierung in der Produktion, eine Verbesserung des Hallenklimas, eine deutliche Verringerung der CO2-Emissionen und nicht zuletzt eine signifikante Kostenreduktion. Das Ergebnis: Ein nachhaltiger und ressourcenschonender Produktionsprozess als Basis für eine konzernweite Umsetzung einer ganzheitlichen Energieverbrauchsoptimierung. Das vom Ingenieurbüro für Technische Gebäudeausrüstung IPH Klawonn.Selzer GmbH, Weimar/Frankfurt am Main, geplante System wandelt die Wärme des Velux Nahwärmenetzes in Kälte um, stellt dabei eine Gesamtkälteleistung von 350 kW zur Verfügung, verbessert das Hallenklima deutlich und senkt durch den Einsatz des Absorptionskältesystems die CO2-Emissionen um etwa 90 Tonnen pro Jahr.
Der Velux Produktionsstandort Sonneborn umfasst neun Produktionshallen, die teilweise untereinander verbunden sind, drei Lagerhallen und ein Zentrallager für die fertigen Produkte. Insgesamt erstreckt sich die beheizte Produktionsfläche auf ca. 36 400 m² sowie etwa 12 600 m² unbeheizte bebaute Fläche. Seit mehreren Jahren hat die energetische Optimierung am Standort Sonneborn sehr hohe Priorität. So wurden bereits umfangreiche Maßnahmen umgesetzt, wie zum Beispiel die Errichtung einer Photovoltaikanlage, der Austausch ungeregelter Pumpen, die Optimierung des Heizsystems durch Überrechnung der Hydraulik, sowie der Einsatz effizienter Hallenbeleuchtung und Torluftschleieranlagen. Velux setzt dabei auf ein Energiemanagementsystem und ist nach ISO 50001 zertifiziert.
Mit dem Projekt in Sonneborn hat Velux die dortigen Produktionsbedingungen durch Konstanthaltung der klimatischen Bedingungen unter Maßgabe eines sinnvollen Energieeinsatzes verbessert und eine daraus resultierende CO2-Einsparung sichergestellt. Hierzu wurden die vorhandenen Ressourcen (Holzspäne) genutzt und der zusätzliche elektrische Energieaufwand minimiert. Da ein Großteil der wärmetechnischen Verbraucher im Sommer keinen Bedarf hat, der Späneanfall aus dem Fenster-Produktionsprozess aber trotzdem besteht, kann das vorhandene Velux Nahwärmenetz nun auch im Sommer voll genutzt und aus der Wärme über die Absorptionskältesysteme Kälte erzeugt werden.
Um die hohe Produktionsqualität weiterhin sicherzustellen, wurde eine Teilklimatisierung in der Produktionshalle vorgesehen. Bisher existierte eine Kompressionskältemaschine zur Kühlung der hydraulischen Aggregate. Aufgrund der hohen Wirtschaftlichkeit der Absorptionstechnologie durch die kostenlos zur Verfügung stehende Wärme (Holzspäne), wird sich die Absorptionsanlage innerhalb von drei Jahren amortisiert haben. Die elektrische Leistungsaufnahme der Absorber ist etwa 90 Prozent geringer als die der Kompressionskältemaschinen. Dadurch sinkt auch die CO2-Emission. Für die technische Umsetzung kamen zwei von SolarNext entwickelte chillii Cooling Kits zum Einsatz. Ein Kit enthält neben dem chillii System Controller – dem Herzstück der Anlage – u. a. als weitere wichtige Bestandteile einen Absorber mit einer Kälteleistung von 175 kW und einen Naßkühlturm. Außerdem wurden noch ein 10-m³-Kaltwasserspeicher und ein 5 m³ großer Heißwasserspeicher eingerichtet, um die hydrauliche Verschaltung optimal auszugestalten. In der so neu entstandenen Kältezentrale wurde zudem Platz für ein drittes chillii Cooling Kit vorgesehen, um über ein weiteres Absorptionssystem eine Leistungsreserve für zukünftige Erweiterungen sicherzustellen. Bis zu einer Außentemperatur von 10 °C deckt die bestehende Kompressionskältemaschine mit ihrer integrierten freien Kühlung den Kältebedarf der hydraulischen Aggregate in der Produktionshalle. Bei höheren Außentemperaturen werden die Absorber freigegeben und übernehmen die Kälteproduktion. Parallel dazu speisen die Absorber die Kälteversorgung eines Lüftungsgerätes (Kühlregister) für die Teilklimatisierung der Produktionshalle. Nur zu Spitzenlastzeiten im Sommer werden die Verdichter der bestehenden Kompressionskältemaschine dann noch zugeschaltet, da die beiden Absorptionssysteme zur Deckung einer bestimmten Grundlast ausgelegt wurden.
Absorptionstechnologie senkt Betriebskosten und CO2-Emission
Das Thema Kühlen wird angesichts der globalen Klimaerwärmung immer wichtiger. Vergleicht man die Mengen eingesetzter Energie für Heizen und Kühlen, so werden weltweit etwa 75 Prozent für die Kühlung und lediglich 25 Prozent für Heizen verwendet, Tendenz steigend. Die konventionelle Technik der Kühlung – die sogenannte Kompressionskältetechnik – verwendet Stromals Antriebsenergie. Zudem werden in den meisten Fällen umweltschädliche Kältemittel eingesetzt, die in die Umwelt gelangen und den Treibhauseffekt fördern. Die thermische Kühlung dagegen nutzt keinen Strom, sondern Wärme als Antriebsenergie. Dabei sind verschiedene Wärmequellen als Antriebsenergie einsetzbar, beispielsweise Solarwärme, Nah- oder Fernwärme, Wärme aus KWK-Anlagen, Abwärme eines BHKW, Biomasse- und Prozessabwärme. Seit 2009 sind Sorptionskälteanlagen förderfähig, sobald deren Antrieb mittels Sekundärwärme oder Solarwärme erfolgt und sie eine Kälteleistung von mindestens 5 kW erbringen (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle, http://www.bafa.de/bafa/de/energie/kaelteanlagen/neue_richtlinie_2014/index.html). Bei Sekundärwärme handelt es sich dabei um jegliche Form von Abwärme (Abgas, Dampf, Heiß- oder Warmwasser usw.).
Betriebliches Energiemanagement hilft Energiekosten systematisch zu senken
Energiemanagement ist ein wirkungsvolles Instrument, um den Energieverbrauch und die Energiekosten eines Unternehmens systematisch zu reduzieren und Strukturen zur Kontrolle und Reduzierung der Energieverbräuche zu schaffen. Darunter versteht man die vorausschauende und systematisierte Koordinierung der Beschaffung, Umwandlung, Verteilung und Nutzung von Energie innerhalb eines Unternehmens. Ein betriebliches Energiemanagement gewährleistet die Transparenz der Energieverbräuche in den verschiedenen Produktionsbereichen und stellt die verursachergerechte Zuordnung der Energiekosten sicher. Es werden Kontrollmechanismen eingesetzt, die es ermöglichen, auf signifikante Änderungen im Energieverbrauch einzelner Bereiche schnell zu reagieren.
Wichtig ist es, die Einführung eines Energiemanagements klar im Unternehmen zu kommunizieren und dessen Bedeutung herauszustellen. Es sollten strategische Energieziele festgelegt und im Laufe des Energiemanagementprozesses so weit präzisiert werden, dass konkrete Verbesserungsmaßnahmen abgeleitet werden können. Ein aus allen Betriebsbereichen zusammengesetztes Energieteam sollte die Umsetzung der Maßnahmen vorantreiben. Geleitet wird das Team von einem Energiemanager, der federführend in Abstimmung mit der Geschäftsführung ein Energiemanagementsystem implementiert, in dem alle notwendigen Organisations- und Informationsstrukturen klar geregelt sind. Erfolgsentscheidend ist das sogenannte Energiecontrolling, also die aktive Kontrolle, Analyse und Steuerung von Verbräuchen, die Definition von Kennzahlen und die daraus folgende Energieanalyse, welche die Energieversorgung, -bereitstellungund -nutzung im Un-ternehmen untersucht. Die Ergebnisse der Energieanalyse werden zur Erarbeitung von Energieeffizienzmaßnahmen herangezogen, was sowohl technische als auch organisatorische Veränderungen sein können. Nach deren Analyse und Bewertung gilt es einen Maßnahmen- und Umsetzungsplan zu verabschieden, der insbesondere auf Basis von Wirtschaftlichkeitsberechnungen bzw. Amortisationsrechnungen bei Investitionen beruht. Unterstützung bei der Einführung eines Energiemanagements bietet das Handbuch für betriebliches Energiemanagement“, das die Deutsche Energie-Agentur (dena) im Rahmen der Initiative Energieeffizienz unter http://www.industrie-energieeffizienz.de zur Verfügung stellt. Seit dem 15. August 2013 werden die Einführung von Systemen zum Energiemanagement (DIN EN ISO 50001) sowie Energiecontrolling (DIN EN 16247-1 oder Alternatives System“) staatlich gefördert. Außerdem werden auch der Erwerb von Mess-, Zähler- und Sensortechnologie oder Software in Verbindung mit der Einführung von Energiemanagementsystemen bezuschusst (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle, http://www.bafa.de/bafa/de/energie/energiemanagementsysteme/index.html).
Energieeffizienz im Kältemarkt nutzen
Die Veränderung von Umwelt und Klima bringt neue Aufgaben und Herausforderungen mit sich, denen sich Gesellschaft und Wirtschaft stellen müssen. Das Ziel von nationalen Umwelt- und Klimaschutzmaßnahmen ist eine Emissionsreduzierung klimaschädlicher Gase um 40 Prozent bis 2020 und um 80 Prozent bis 2040 (Vergleichswerte von 1990). Zusätzlich dazu erwartet die Bundesregierung eine Verdopplung der Energieproduktivität von 1990 bis 2020, weshalb die Steigerung der Energieeffizienz oberste Priorität besitzt und zudem als wichtiges Kriterium für die Steigerung und Aufrechterhaltung der Wettbewerbsfähigkeit gilt. Der Bedarf an energieeffizienten Produkten und Dienstleistungen steigt, wodurch sich zwar der Markt erweitert, zugleich aber auch Wettbewerbs- und Kostendruck zunehmen. Für die Wirtschaft bedeutet dies vor allem eine Anpassung und Optimierung der eigenen Produkte und Dienstleistungen oder auch ein Umdenken in der Markt- und Wettbewerbsstrategie. Derzeit verbraucht die Kälteerzeugung in Deutschland 14 Prozent der Elektroendenergie bzw. 6,8 Prozent der gesamtdeutschen Primärenergie. Konkret bedeutet dies einen Verbrauch von etwa 90 TWh pro Jahr. Etwa 90 Prozent der Kälte wird derzeit von Kompressionskälteanlagen erzeugt. Andere Techniken nehmen aktuell eher eine Nischenposition ein, wobei beispielsweise Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) und Absorptionskälteanlagen ein großes Potenzial für die Energiereduzierung und Energieeffizienz aufweisen. Die Kälteerzeugung findet vor allem für Kühl- und Klimatisierungsprozesse statt. Größter Abnehmer mit etwa 67 Prozent ist die Nahrungsmittelindustrie, die Kälte für Herstellung, Transport, Lagerung und Verkauf nutzt. Einen weiteren großen Anteil nimmt die Klimatisierung von Gebäuden ein, die etwa 22 Prozent des Kältebedarfs ausmacht. Langfristig betrachtet wird der Kältebedarf steigen, da immer mehr Prozesse in der Wirtschaft und Gesellschaft auf Kühlung angewiesen sein werden. Die Kälteerzeugung bietet ein sehr großes Potenzial für die Reduzierung des Energieverbrauchs. Bereits kleine Optimierungen in der Technik, am Gebäude oder im Nutzungsverhalten ermöglichen eine Einsparung von bis zu 60 Prozent.
Solares Heizen und Kühlen nimmt weltweit zu
Solares Heizen und Kühlen wird künftig eine große Rolle in Gebäuden und in der Industrie spielen – das ist das Fazit der aktuellen SHC 2013-Konferenz Solares Heizen und Kühlen für Gebäude und Industrie, die Ende September 2013 von der IEA SHC (Solar Heating & Cooling Programme der Internationalen Energie-Agentur IEA) und der ESTIF (European Solar Thermal Industry Federation) in Freiburg veranstaltet wurde. Nie zuvor wurde so viel Solarthermie wie heute eingesetzt. Ihre Nutzung für industrielle Prozesse, zur Kühlung oder in Fernwärmenetzen hat sich deutlich erhöht. Mit einem weltweiten Marktwachstum von 14 Prozent im Jahr ist die Solarthermie auf dem Weg, die Hälfte des Niedertemperatur-Wärmebedarfs mit Solarwärme-Energie sicherzustellen. Solares Heizen und Kühlen hat sich in zahlreichen Konzepten für Wohn- und Nichtwohngebäude bewährt. Zudem gibt es mehr und mehr Projekte, in denen die Industrie die Solartechnologie für Prozesswärme nutzt. Vor allem die solare Kühlung wird zunehmend in den sonnigen Regionen der Welt umgesetzt, so die abschließende Zusammenfassung von Werner Weiss, Vorsitzender des IEA Solar Heating and Cooling Programms (IEA SHC).Fast ein Sechstel (16,5 Prozent) des weltweiten Energieverbrauchs für Heizung undKühlung könnten nach Erhebungen der Internationalen Energieagentur (IEA) bis 2050 durch solares Heizen und Kühlen erbracht werden. Die IEA geht in ihrer SHC Roadmap von einem Beitrag von 1,5 Prozent pro Jahr mit einer installierten Leistung von mehr als 1 000 GW aus. Dadurch könnten jährlich rund 800 Megatonnen CO2-Emissionen vermieden werden, diese Menge ist größer als die der gesamten CO2-Emissionen in Deutschland im Jahr 2009. Für das Erreichen des europäischen Ziels von nahezu Null-Energie-Gebäuden könnte der Baustandard ab 2021 die benötigten Impulse geben, um Solarthermie zu einem wirklichen Standard in Neubauten zu machen.
Frank Molter,
Vorstand SolarNext AG, Bernau am Chiemsee
