1Andreas Harig, technotrans AG
Effiziente Maschinenkühlung & Wärmerückgewinnung
VDD Jahrestagung
Freitag 30. September 2011
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Effiziente Maschinenkühlung
� Kühlstellen und Temperaturniveaus
� Verfahren der Kälteerzeugung
� zentrale Wasserkühlung
� Optimierungspotenziale
� Einsparpotenziale und Wirtschaftlichkeit
Wärmerückgewinnung aus Peripheriegeräten
� Grundregeln
� Abwärmequellen
� WRG aus zentralem Glykol Rückkühlkreis
� WRG aus UV Trocknung
Effiziente Maschinenkühlung & Wärmerückgewinnung
3 Vielzahl von Kühlstellen unterschiedlicher Funktion und Temperaturniveaus!
Aktuelle Situation an einer Bogenmaschine
Kühlstellen und Temperaturniveaus
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� freie (trockene) Kühlung mittels Außenluft, (Glykolrückkühler) bei erforderlicher Kälteträgertemperatur > 40°C Leistungsbedarf: ca. 0,05kWel./kWth.
� Kombinationen aus vorstehenden Verfahren
� adiabatische (nasse) Kühlung mittels Verdunstung von Wasser, (Verdunstungskühlturm) bei Kälteträgertemperatur von ca. 25 – 35°C Leistungsbedarf: ca. 0,08kWel./kWth.Wasserverbrauch: ca. 5l/kWh (incl. Abschlämmung)
Grundregel: Je höher die Kälteträgertemperatur, um so energieeffizienter die Kälteerzeugung!
Übliche Verfahren der Kälteerzeugung
� mechanische Kühlung mittels Kaltdampf Kompressionsverfahren, (Kompressor-Kühlaggregat) bei Kälteträgertemperatur < 25°CLeistungsbedarf: ca. 0,4kWel./kWth.
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Trocknung, Luftversorgung und Antriebe werden bereits heute mittels effizienter Freikühlung gekühlt.Optimierungspotenzial besteht bei der Farbwerkkühlung und Glykolkreispumpe.
Zentrale Wasserkühlung als Basis für effiziente Kühlkonzepte!
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� Kombinierte Freikühlung des Farbwerk Kreislaufes
� Drehzahlregelung der Glykolkreis Pumpe
Optimierungspotenzial für Farbwerkkühlung und Glykolkreispumpe
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ca. 410 h/a / 5% über 27°C
27°C, FRT Sollwert
ca.6900 h/a / 78% unter 17°C
ca.1450 h/a / 17% zwischen 17°C und 27°C
100%
Fre
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Optimierungspotenzial für Farbwerkkühlung
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Optimierungspotenzial für Glykolkreispumpe
Bei einer zentralen Wasserkühlung mit Glykol-Rückkühler bietet eine Drehzahlregelung der Glykolkreis Pumpe erhebliches Einsparpotenzial
In der Praxis können Einsparungen von ca. 50%, bezogen auf den Energieverbrauch der Pumpe, pro Jahr erreicht werden.
Eine Halbierung des Volumenstroms ver-ringert den elektrischen Leistungsbedarf auf 1/8.
Q
H
Q
BP1
BP2
n2
n1
Q1
Q2 = 0,5 x Q1
Q2
p1
p2
n1
n2
p2 ≈ 0,125 x p1
Faustformel:
Affinitätsgesetz: Q ~ n
H ~ n2
p ~ n3
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Optimierungspotenzial für Farbwerkkühlung und Glykolkreispumpe
Versuchsaufbau
variable Randparameter:
• Farbwerktemperatur• Feuchtmitteltemperatur• Temperatur am Rückkühler• Maschinenauslastung• eco Betrieb ( ja / nein )
Messung der el. Leistungsaufnahme des Gesamtsystems aus
beta.c 220 eco + beta.ps 12/50 modul+ Glykolrückkühler
FM-Temperatur: 10°CFW-Temperatur: 27°CDifferenz FW- zu Außenluft Temp.: 15 / 10 / 5KKühllast: 20 / 40 / 60 / 80 / 100%
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Auf Grundlage eines angenommenen Jahres-Lastgangprofils von:
5% Betriebszeit/a mit 100% Last25% Betriebszeit/a mit 80% Last35% Betriebszeit/a mit 60% Last20% Betriebszeit/a mit 40% Last15% Betriebszeit/a mit 20% Last
und Stromkosten von 0,12€/kWh ergeben sich folgende Stromkosten
2 Schicht Betrieb (16h/d)beta.c 220 G + Pumpenmodul Standard + Rückkühler 6.192,-€/abeta.c 220 G eco + Pumpenmodul mit FU + Rückkühler 3.417,-€/aEinsparung 2.776,-€/a >> 44,8%
3 Schicht Betrieb (24h/d)beta.c 220 G + Pumpenmodul Standard + Rückkühler 9.288,-€/abeta.c 220 G eco + Pumpenmodul mit FU + Rückkühler 5.124,-€/aEinsparung 4.164,-€/a >> 44,8%
Betriebskosten und Einsparung
0
2000
4000
6000
8000
10000
Euro/a
2 Schicht 3 Schicht
Stromkostenvergleich
beta.c 220G Std. [€]
beta.c 220G eco [€]
Einsparung [€]44
,8%
44,8
%
6.19
2,-€
9.28
8,-€
3.41
7,-€
5.12
4,-€
� Für die erf. Mehrinvestition ergeben sich ROI Zeiten von ca. 1,5 – 2 Jahren
� Diese Ergebnisse ergeben CO2 Einsparungen von 13878 bzw. 20822 kg CO2/a(Basis 0,6KgCO2/KWhel., Strommix Deutschland)
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Zertifiziert von derBerufsgenossenschaftund von der Initiative Energie Effizienzder Bundesregierung
beta.c …. eco Kombinationsgeräte für FM-Aufbereitung und FW-Temperierung
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� Energie wird niemals vernichtet, sondern nur in eine andere Energieform umgewandelt. (Energieerhaltungssatz)
ca. 50 % Umwandlung in Bewegung und Wärme, Abgabe durch Konvektion und Strahlung
100 % elektrischer Energieeinsatz
ca. 50 % Umwandlung in Wärme
Abgabe durch Peripherie
� Je höher die Temperatur der Abwärme, um so höher ihre Wertigkeit!
� Für eine möglichst effektive Wärmerückgewinnung sollte die Wärme dort abgenommen werden, wo die Temperatur am höchsten ist!
Einige Grundregeln
Wärmerückgewinnung aus Peripheriegeräten
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Vorteile: � Die gesamte Abwärmeleistung aller Peripheriegeräte
kann gebündelt der WRÜ zugeführt werden
� Relativ geringer apparativer Aufwand
Nachteile: � Das mäßige Temperaturniveau von 40-45°C ist nur eingeschränkt
nutzbar, z.B. zur direkten Lufterwärmung
� Eine gleichzeitige Kombination dieser Art der WRÜ mit der kombinierten Freikühlung des beta.c...eco ist nicht möglich > Glykolkreis wird auf ca. 20-25°C gehalten!
LVS beta.c Trockner
10-40°C
Pumpstation
Glykol-Rückkühler
Anschluss Wärmerückgewinnung
ca. 30 - 40°C
A) Wärmerückgewinnung aus dem zentralen Glykol Rückkühlkreislauf
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� Nutzung der Abwärme um den Unterschied zwischen Drucksaal- und Papierlager – Klima gering zu halten.
� direkten Nutzung zu Luftheizzwecken mit Temperaturniveau von 40 – 45 °C sinnvoll
� wirtschaftlich machbar durch relativ geringen apparativen Aufwand
Fallbeispiel 1: Direkte Beheizung eines Papierlagers im Winter
Wärmerückgewinnung aus Peripheriegeräten
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Vorteile: � Abwärme auf höherwertigem, besser nutzbarem
Temperaturniveau
� gleichzeitige Kombination dieser Art der WRÜ mit der kombinierten Freikühlung des beta.c...eco ist möglich
Nachteile:� höherer apparativer Aufwand (Wärmetauscher + Regelung)
� nur ein Teil der Maschinen Abwärmeleistung wird genutzt
Anschluss Wärmerück-gewinnung
55 – 60°C
40 – 45°C
UV-Lampe
UV-Kühlerz.B. beta.t ... PW
Die höchsten Temperaturen und bis zu 60% der Gesamt-abwärme an der Druck-maschine stehen im Primär-kreis der UV Kühlung an.
B) Wärmerückgewinnung direkt aus der Quelle der höchsten Temperatur
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Fallbeispiel 2: Wärmerückgewinnung aus UV Trockner Primärkühlkreis
Wärmerückgewinnung aus Peripheriegeräten
� Einspeisung der Abwärme über WRG Modul in die Gebäudeheizung und WW - Bereitung
� Gleichzeitige Nutzung der Freikühlung für Farbwerke möglich
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Vielen Dank!