Das Besondere: Die von Systemair aus einer Hand gelieferte Anlagentechnik ist komplett integriert. So kann die bei der Produktion entstehende Abluftwärme nahezu 100-prozentig wieder dem Energiekreislauf zugeführt werden.
Hohe Temperaturbelastung
Die Energiepreise kennen seit Monaten nur eine Richtung: steil nach oben. Das hat massive Auswirkungen auf energieintensive Produktionsbetriebe, wie Won Ik Quartz Europe (WQE) in Geesthacht bei Hamburg. Das Unternehmen mit etwa 80 Mitarbeitern gilt europaweit als einer der führenden Hersteller von hochwertigen Quarzglas-Produkten beispielsweise für die Halbleiterindustrie, für die Anbieter von PV-Anlagen oder für Lichtwellenleiter – und benötigt für die Schmelze des Quarzglases in der handwerklichen (!) Fertigung Temperaturen von bis zu 2.000 °C.
In den Produktionshallen, die etwa aus den 50er Jahren stammen, wird dabei mit offenen Sauerstoff/Wasserstoff-Brennerflammen gearbeitet. Das Ergebnis ist naheliegend: An den Arbeitsplätzen herrschen temporär Temperaturen von 25 °C und mehr, die punktuell durch die Wärme der Brenner noch weiter ansteigen können und – im Sinne der Mitarbeiter-Gesundheit – umgehend abgeführt werden müssen. Gleichzeitig entsteht zusätzlich Quarzverdampfung. Für die Quarzglas-Verarbeitung, die je nach Produkt höchste Anforderungen an die Reinheit in den Produktionsräumen stellt, ein zusätzliches Manko.
„Durch die hohen Ansprüche an unsere Produkte, speziell für unsere Kunden aus der Chip-Industrie, stießen wir bei der Aus- und Umrüstung unserer Produktionshallen lüftungstechnisch mittlerweile aber an Grenzen“, so Fertigungsleiter Martin Griep: „Als dann noch die ebenfalls in die Jahre gekommene Kälteanlage ausfiel, stand fest, dass unabhängig von den Kosten die Lüftungs- und Kältetechnik im gesamten Gebäudekomplex neu aufgesetzt werden sollte.“
Reduzierter Energiebedarf ein Wettbewerbsfaktor
Diese Entscheidung fiel – im Nachhinein glücklicherweise – genau in einen Zeitraum, in dem die VPW Energy UG (Bleckede) bei der WQE ein automatisiertes Energiemanagementsystem vorstellte, um – siehe oben – den hohen Energiebedarf zu senken und damit einen konkreten Beitrag zur Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens auf dem internationalen Markt zu leisten.
Gemeinsam mit der Bau- und Energieberatung Brokate (Peine) wurde dann ein Konzept entwickelt, das selbst ausgewiesene Kenner der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) aufgrund der Dimensionen und der betriebstechnischen Anforderungen überraschte: Statt wie üblich die Lüftungs- und die Kältetechnik anlagentechnisch separat zu betrachten und später vielleicht energieoptimierend gemeinsam zu steuern, setzte Dipl.-Ing. Olaf Brokate auf ein integriertes Gesamtsystem aus drei verschiedenen Puffersystemen, in denen er die Wärmerückgewinnung und die Einspeisung zusammenführt.
Weil dies unter anderem aufgrund der Volumenströme aber weder mit der etwa zwanzig Jahre alten Lüftungsanlage noch in den beengten Technik-Räumlichkeiten an sich zu realisieren war, dehnte Olaf Brokate den herausfordernden Anforderungskatalog gleich noch ein wenig aus – und platzierte die neue Lüftungs- und Kältetechnik kurzerhand auf dem Dach des Produktionsgebäudes in Geesthacht: „Diese Idee musste zwar vorher von den Statikern sehr genau geprüft werden und schränkte auch die Auswahl der Hersteller von Lüftungs- und Kältemaschinen ein, denn die Anlagen durften ja ein Maximalgewicht nicht überschreiten. Gleichzeitig eröffnet uns der Ansatz aber die Möglichkeit, die kombinierte Lüftungs- und Kältetechnik gewissermaßen parallel zur bestehenden aufzubauen und damit die für den Umschluss notwendige Betriebsunterbrechung auf knapp zwei Wochen zu beschränken.“ Für einen Hersteller, der seit vielen Monaten an der Kapazitätsgrenze arbeitet, ein wichtiger Vorteil ...
Pufferspeicher, Kaltwassersätze, Lüftungsgeräte
Herzstück der kombinierten Lüftungs-/Kältetechnik sind jetzt drei Pufferspeicher mit jeweils 1.000 l Inhalt. Zwei dieser Pufferspeicher dienen nur zur Versorgung der Lüftungstechnik in den Reinräumen des Herstellers, wobei Puffer 1 primär als Energiespeicher für die Wärmerückgewinnung der außen aufgestellten Lüftungsanlagen dient, Puffer 2 wird von der vorhandenen Heizzentrale aus versorgt, wobei die Installation der beiden Pufferspeicher für die Wärmerückgewinnung bei WQE in der Investitionsplanung für dieses Jahr ansteht.
Die notwendige Kühlleistung – zweimal 200 kW – wird durch zwei wassergekühlte Kaltwassersätze WQL 1004 ELN von Systemair bereitgestellt. Diese Maschinen sind mit je zwei Kältemittelkreisläufen, zwei effizienten Scrollverdichtern in Tandemschaltung je Kreislauf sowie Plattenwärmeübertrager auf Verdampfer und Verflüssiger-Seite ausgestattet. Eine der Außenaufstellung geschuldete Besonderheit ist dabei die Typ-Ergänzung „ELN“. Sie steht für die – nicht serienmäßige – Einhausung der Anlagen aus Lärmschutzgründen, um die Schallgrenzwerte in dem Mischgebiet einzuhalten.
Die auf die verschiedenen Produktionshallen abgestimmte Lüftungsleistung von 30.000, 11.000 und 16.000 m³/h Zuluft bzw. 26.000, 8.000 und 13.000 m³/h Abluft kommt wiederum über drei ebenfalls von Systemair bedarfsgerecht konzipierte Lüftungsgeräte Geniox. Eurovent-zertifiziert zeichnen sich die Anlagen durch ihre überdurchschnittlich hohe Energie- und Wärmerückgewinnungseffizienz aus.
Neben der Effizienz der Anlagen spielte gerade in diesem Fall aber auch die modulare Bauweise mit variablen Baugrößen eine entscheidende Rolle, um den begrenzten Platz auf dem Dach so gut und statisch so wenig belastend wie möglich auszunutzen. Zusätzliches Augenmerk musste bei der Anlagenkonzeption darüber hinaus auf die Ablufttemperaturen (teilweise bis zu 80 °C, gemessen an den alten Lüftungsgeräten) und Quarzverdampfung in der Abluft gelegt werden. Deswegen kam beispielsweise, neben entsprechenden Filtern, anstelle der sonst üblichen Rotations- oder klassischen Kreuzwärmetauscher in diesem Fall ein Kreislaufverbundsystem zum Einsatz.
Regelungstechnik entscheidend
Das Komplettangebot von Systemair für die neue Lüftungs- und Kältetechnik bei WQE umfasst auch eine entsprechende Steuerung im Hintergrund. Die passgenaue Anlagentechnik ist angesichts der stetig wechselnden Betriebsbedingungen in Produktionshallen mit zeitweilig weit öffnenden Toren nur die eine Seite der Medaille. Die andere ist eine intelligente Steuerung des Gesamtsystems im Hintergrund, die zum Beispiel die damit verbundenen Lastwechsel erkennt und entsprechend ausgleicht. Zusätzlich waren als Vorgaben seitens des Auftraggebers in bestimmten Räumen eine (sehr hohe) Luftwechselrate von 27 m³/h sowie ein genereller Überdruck vorgegeben – und zwar auch im Anlaufbetrieb.
Gelöst wurde die anspruchsvolle Aufgabenstellung über eine anlagenübergreifende Regelungssystematik und die Access-Regelung von Systemair, die für die modularen sowie kompakten Lüftungsgeräte Geniox entwickelt wurde. Aus der logischen und intuitiven Menüstruktur der Regelung resultiert der zusätzliche Vorteil, dass die Zu- und Abluftprofile für die einzelnen Hallen nicht nach theoretischen Rechengrößen oder anhand von Simulationen eingerichtet werden müssen, sondern im laufenden Produktionsbetrieb gleitend eingefahren werden können. Das ist deutlich zielführender, gerade im Hinblick auf die Beschäftigten in den Hallen, für die die Lüftungs- und Kältetechnik jetzt selbst unter Volllast nicht spürbar ist. Im Gegensatz zu dem deutlich verbesserten Raumklima selbst im Hochsommer.
Fazit
Wie energiesparend die neue Anlagentechnik mit effizienter Nutzung der Abluftwärme auch für die Kälte am Ende tatsächlich arbeitet, wird jetzt vom Energiemanagement von WQE über ein Monitoring nachvollzogen. „An den alten Kenngrößen“, so Energieberater Olaf Brokate, „kann man sich dabei allerdings nur bedingt orientieren, weil über die neue Kühltechnik deutlich mehr Räume und Hallen konditioniert werden als in der Vergangenheit. Über Hochrechnungen können wir aber davon ausgehen, dass durch die integrierte Anlagentechnik etwa 590 MWh weniger Energie verbraucht wird, als dies bei separat gefahrenen Systemen der Fall gewesen wäre.“
Bild: Systemair / Weniger
Bild: Systemair / Dehnbostel
