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Hygienisch und effizient: Warmwasser mit Abwärme erzeugen Mit Hilfe einer neuen Heizzentrale hat Konservenhersteller Valenzi seine Energiekosten für die Wärme-, Kälte- und Drucklufterzeugung um etwa ein Drittel gesenkt, denn nun kann zur Warmwasserbereitung auch die Abwärme der Kälte- und Druckluftkompressoren genutzt werden. Möglich ist dies dank eines Schichten-Wärmespeichers, der alle Wärmequellen und -senken des Betriebs einbezieht, und einer hygienisch arbeitenden Frischwassererwärmung.
Bild: Valenzi
Durch Integration aller Wärmequellen und -verbraucher in einem übergreifend gemanagten System erzielte Konserven hersteller Valenzi große Einsparungen.
Die Valenzi GmbH & Co. KG produziert am Standort Suderburg in der Lüneburger Heide u. a. Pilzkonserven, Beerenkonfitüren, Chutneys und Suppeneinlagen. Das Werk ging 1969 nach einem Firmenumzug in Betrieb und ist seitdem schrittweise gewachsen; heute arbeiten dort über 100 Mitarbeiter. Im Zuge der Expansion wurde auch die Medienversorgung erweitert, allerdings erfolgte die Optimierung von Warmwasser-, Wärme- und Dampfversorgung sowie Kälte- und Drucklufttechnik unabhängig voneinander. Sebastian Vogt, der Valenzi in der dritten Generation leitet, erkannte das Potenzial eines ganzheitlichen Konzepts: Das Einbinden sämtlicher Wärmequellen und -senken, auch der Abwärme der Kälteanlagen in den Kühlhäusern (zusammen 210 kW Wärmeleistung) und der drei bedarfsorientiert laufenden Druckluftkompressoren (insgesamt bis zu 71 kW Wärme), versprach große Energieeinsparungen. Die Maßnahmen durften aber die Trinkwasserhygiene nicht beeinträchtigen, denn Wasser ist Zutat für die Lebensmittel und unentbehrlich zur Anlagenreinigung. Daher muss auch das Warmwasser höchsten Ansprüchen genügen. Gemeinsam mit einem Technikteam erarbeitete Vogt auf Basis von Anlagen- und Verbrauchsdaten eine Grobplanung. „Anschließend haben wir bei Fachbetrieben eine Detailplanung in Auftrag gegeben und ließen in den Jahren 2012 und 2013 große Teile des Anlagenparks erneuern“, erläutert Vogt. Die unter energetischen Gesichtspunkten wichtigste Neuerung war der Bau einer Heizzentrale.
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Speicher bringt Wärmequellen und -senken zusammen In der neuen Heizzentrale steht ein junger Erdgaskessel mit 350 kW Spitzenleistung, der zwei ölbefeuerte Dampfkessel abgelöst hat. Um alle Wärmequellen in die zentrale Versorgung einzubinden und Energieerzeugung und -verbrauch zeitlich zu entkoppeln, ließ Valenzi neben der neuen Zentrale einen Wärmespeicher bauen. Die varmeco GmbH & Co. KG hat den Speicher geplant, geliefert und Support geleistet, die Installation hat die Hamelner Firma Arendt, Mildner & Evers GmbH (AME-Technik) vorgenommen. Anhand der Wärmeerzeugungs- und -bedarfsdaten errechnete varmeco, dass ein Schichtenspeicher mit 52 m³ Inhalt und einer Temperatur in der Kuppel bis 75 °C für Valenzi ausreichend ist. Der Speicher bezieht Wärmeenergie aus drei Quellen: Im unteren Temperaturniveau lädt ihn die Abwärme der Kälteanlagen bei etwa 40 °C. Die Abwärme der Druckluftverdichter fließt in der Mitte des Speichers mit etwa 65 bis 70 °C ein. Der Erdgaskessel wiederum liefert mit maximal 90 °C die höchste Vorlauftemperatur und bedient den oberen Teil des Warmwasserbehälters. Um eine hohe Betriebssicherheit zu gewährleisten, sind die Wasserkreisläufe und der Speicher durch Gegenstromwärmetauscher hydraulisch voneinander getrennt. „Ähnlich wie die Einspeisung geschieht auch die Wärmeentnahme auf verschiedenen Ebenen. Die Energie wird dadurch mit der jeweils passenden Temperatur ausgekoppelt“, sagt Vogt. Ein Mischen mit Kaltwasser ist so entbehrlich. Der Anschluss für den 173
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Dampferzeuger und Heizungsvorlauf befindet sich oben am Speicher beim 75-Grad-Niveau, der zugehörige Rücklauf erfolgt in der Mitte bei etwa 60 °C. Auf diesem Wärmeniveau wird die Energie zur Trinkwassererwärmung ausgekoppelt, der entsprechende Rücklauf bedient den unteren, kühlen Teil des Behälters. Wie die Energiequellen sind sämtliche Wärmesenken mit dem Speicher indirekt über Wärmetauscher verbunden.
Maximale Hygiene durch Frischwassererwärmung Für ein Maximum an Hygiene wird zur Warmwasserbereitung ausschließlich frisches, etwa 8 °C kühles Trinkwasser verwendet. Es wird im Durchfluss erwärmt. Dazu strömt es durch Gegenstromwärmetauscher von varmeco des Typs FWE 60 HD, die nach dem Tichelmann-Prinzip kaskadiert sind: Bei geringer Last strömt das zu erwärmende Trinkwasser durch nur einen Wärmetauscher, bei höherem Bedarf werden Schritt für Schritt weitere FWE-Module parallel geschaltet. Ein Wechsel der Prioritätenfolge stellt den – über längere Zeit betrachtet – gleichmäßigen Einsatz aller Module sicher. Die Kaskade aus kleineren Einheiten hat gegenüber einem großen Wärmetauscher den Vorzug, dass sie vor allem im Teillastbetrieb eine höhere Regelgüte gestattet.
Die Erwärmung des Frischwassers im Durchflussprinzip bietet zwei Vorteile: Zum einen ist kein Speicher für erwärmtes Trinkwasser nötig, weswegen sich Legionellen nicht im System vermehren können. Daher entfällt der Prozessschritt des regelmäßigen, keimtötenden Erhitzens des Warmwassers auf über 65 °C. Zum anderen fließt das Wasser von der Wärmetauscherkaskade mit etwa 30 °C zum Speicher zurück, was ein effizientes Kühlen der Kälte- und Druckluftverdichter ermöglicht. Dadurch wird Strom, der sonst zur Wärmeabfuhr nötig wäre, eingespart.
Spätere Erweiterung der Frischwassererwärmung Nach Fertigstellung der Heizzentrale im Jahr 2013 zeigte sich, dass an den Wärmetauschern zur Frischwassererwärmung für einige Minuten am Tag starke Fließgeräusche auftraten, was auf einen ungewöhnlich hohen Volumenstrom schließen ließ. Ursache dieser Lastspitze war der Reinigungsprozess einer Konfitürenabfüllanlage. Zwar wurde ihr Warmwasserbedarf bei der Planung berücksichtigt, doch der genaue Spitzenvolumenstrom war anhand der damals ermittelten Halbstundenwerte nicht ersichtlich. „Wir konnten den Wasserdurchsatz für die Reinigung der Abfüllanlage soweit absenken, dass das maximal geplante Zapfvolu-
Grafik: varmeco
Anbindung des varmecoWärmespeichers an die Wärmequellen bei Valenzi (rechts oben: Erdgaskessel/ Dampferzeuger, Druckluftstation und Kälteanlagen) sowie die Abnehmer (links oben: Dampferzeuger und Heizung) sowie die Frischwassererwärmung (links, hier als Dreier-Kaskade dargestellt).
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Mit seinem Innendurchmesser von 3,5 m und mehr als 6 m Höhe bietet der Schichten-Wärme speicher von varmeco ein Volumen von über 50 m³. Am wärmsten ist das Wasser unter seiner Kuppel, wo die Energie zum Heizen mit 75 °C ausgekoppelt wird.
Bild: Valenzi
Warmwasser wird bei Valenzi ausschließlich im Durchlaufprinzip bereitgestellt. Es gibt also keinen Trinkwasserspeicher, in dem sich Legionellen vermehren könnten. Der Systemregler VC380 (zwischen den schwarzen Wärmetauschern) sorgt für ein energieoptimiertes Wärmemanagement.
men der Frischwassererwärmung von 360 Liter pro Minute nur noch geringfügig übertroffen wurde“, berichtet Vogt. Durch eine Erweiterung der Frischwassererwärmerkaskade von drei auf vier Wärmetauscher konnte dem tatsächlichen Spitzenbedarf entsprochen werden. Damit er auch wärmeseitig gedeckt ist, wird der Wärmespeicher – falls erforderlich – kurz vor Start des Reinigungsprozesses durch den Gaskessel nachgeladen. Das Wärmemanagement organisiert ein varmeco-Systemregler des Typs VarCon380. Diesen Regler hat Vogt noch 2013, direkt
Projektdaten Projekt: Abwärmenutzung im Lebensmittel verarbeitenden Betrieb Auftraggeber: Valenzi GmbH & Co. KG, Suderburg Nutzer: Valenzi GmbH & Co. KG, Suderburg Realisierungszeitraum: 2012/2013 Wichtigste Ziele der Modernisierung: Realisierung von Energie- und Kosteneinsparungen unter Beibehalten der Trinkwasserhygiene Wichtigste Ergebnisse der Modernisierung: Energieeinsparung etwa 30 %; bezogen auf alle Druck luftanlagen, Kältetechnik, Heizkessel und Warmwasser bereitung Eingesetzte TGA-Systeme: Neuer Wärmespeicher, Frischwassererwärmung, Wärmeregelung; Integration des ebenfalls neuen Erdgaskessels sowie Nutzung der Abwärme von Kälte- und Druckluftanlagen über den Wärmespeicher Leistungen und Lieferanten: Planung, Herstellung und Lieferung von Wärmespeicher, Frischwassererwärmung und Systemregler sowie Peripheriekomponenten durch die varmeco GmbH & Co. KG, Kaufbeuren
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nach seiner Markteinführung, nachrüsten lassen. „Der VC380 hat gegenüber dem zuerst verbauten Systemregler 018 den Vorteil, dass ich über das Netzwerk auf aktuelle und gespeicherte Betriebsdaten zugreifen kann“, argumentiert er. Vogt kann außerdem dem varmeco-Team via Internet Zugriff auf die Daten gestatten, um Hilfe bei der Programmierung oder einer eventuellen Störungsbehebung zu erhalten.
Energiekosten um etwa ein Drittel gesunken In den ersten zwei Betriebsjahren der neuen Wärmetechnik wurden die Erwartungen des Valenzi-Projektteams übertroffen: „Die Energiekosten für Heizung, Warmwasser, Kälte und Druckluft sind 30 Prozent niedriger als früher“, sagt Vogt. Die größte Einsparung bewirkt die energieeffiziente Abwärmenutzung, die der neue Wärmespeicher ermöglicht. Im Sommer reicht schon die Abwärme zur Warmwasserbereitung. „Nur bei Bedarfsspitzen oder wenn viel Heizenergie benötigt wird, schaltet sich der Erdgaskessel automatisch zu“, erläutert er. Aber vielleicht wird der Kesseleinsatz künftig noch seltener erfolgen: Der Geschäftsführer erwägt den Bau eines Blockheizkraftwerks. Auch dessen Wärme ließe sich problemlos nutzen, um den varmeco-Wärmespeicher zu laden. Eine Information der varmeco GmbH & Co. KG, Kaufbeuren Firmenprofil siehe Seite 236
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