Hallenheizung Abwärmenutzung von Maschinen heiß diskutiert

Der Ventilatorenhersteller EBM-Papst hat es vorgemacht: In seinem neuen Gebäude im Werk Hollenbach spart das Unternehmen mehr als 90% an thermischer und elektrischer Energie, vor allem durch Abwärmenutzung. Damit konnte EBM-Papst auch den Energieeffizienz-Preis der Deutschen Energieagentur Dena gewinnen.

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Das Interesse war sehr groß, da das Unternehmen bereit ist, sich mit Strategien und Konzepten auseinanderzusetzen, die eine Energieeinsparung versprechen“, berichtet Robert Mack, der mit seinem Ingenieurbüro die Hallenheizung bei EBM-Papst konzipiert hat, über das Projekt. Dies sei bei den meisten Unternehmen nicht ohne weiteres der Fall, vor allem wenn die Betriebskosten für Energieaufwand in den Produktkosten verschwinden.

Der Ventilatorenhersteller hat mit dem Gebäude eine komplett neue Fertigung aufgezogen. Im Maschinenbereich und der Produktion wird im Neubau die Überschusswärme zur direkten Beheizung über Warmluft der Gebäude von Warenausgang und Wareneingang herangezogen.

Wesentliches Element der direkten Abwärmenutzung ist eine Verdrängungslüftung

Verbleibende Überschusswärme wird im neu gebauten Werk in einen 11 000 hl großen Sprinklerbehälter eingespeist und als Wärmequelle für eine Wärmepumpe genutzt, welche im Wesentlichen das Verwaltungsgebäude beheizt und dafür sorgt, dass nach Produktionsunterbrechungen, zum Beispiel während der Wochenenden, der gesamte Gebäudekomplex auf Temperatur gebracht wird.

Ein wesentliches Element der direkten Abwärmenutzung der frei werdenden Maschinen- und Produktionswärme ist nach Auskunft von Mack die Ausführung einer Verdrängungslüftung. „Hierfür ist eine genügende Gebäudehöhe unerlässlich, um im Aufenthaltsbereich der Mitarbeiter angenehme Temperaturen zu erzielen. Dieses Konzept konnte durch eine realisierte Gebäudehöhe von über 5 m ausgeführt werden“, erläutert Mack. Weiterhin konnten die räumlichen Gegebenheiten der Hallenzuordnung so gestaltet werden, dass eine einfache Abwärmenutzung installiert werden konnte.

Wärmetauscher rechnet sich auch bei kleinen Anlagen schnell

Da Energieeffizienz mit steigenden Energiekosten immer wichtiger wird, versuchen auch andere Unternehmen, Energie aus Abwärme zu nutzen – Quellen für die Abwärme gibt es in Unternehmen jeder Größe. „Auch kleine Gießereien oder Unternehmen mit Glühöfen können die Abwärme nutzen“, sagt Marcus Winkelsträter, technischer Leiter der Maschinen- und Apparatebau Hagen GmbH (M+A).

Prof. e.h. Bernd Schwank, Geschäftsführender Gesellschafter der Schwank GmbH, sieht es ähnlich: „Ob eine Wärmerückgewinnung sinnvoll ist, hängt von der nutzbaren Abwärme ab. Eine kombinierte Abwärmenutzung von beispielsweise Beleuchtung, Maschinenabwärme und Hallenheizung mittels eines Luft-Luft Wärmetauschers kann bereits bei kleineren Anlagen innerhalb von fünf bis zehn Jahren rentabel betrieben werden.“

Abwärme an zentraler Stelle sammeln

Die Abwärme sei außerdem umso besser nutzbar, je näher man an die Quelle herankomme, sagt Winkelsträter. Das ist nicht immer einfach: „In vielen Produktionshallen sind die Voraussetzungen schlecht, weil beispielsweise Kranbahnen den Einbau von Luftkanälen erheblich erschweren oder sogar unmöglich machen.“ Prof. Schwank empfiehlt deshalb, diese Abwärme an zentraler Stelle zu sammeln: „Bei der indirekten Nutzung wird die warme Luft unterhalb des Daches mit einer zentralen Abluftanlage gesammelt und einem Wärmetauscher zugeführt.“

So könne beispielsweise die im Abgas enthaltene Energie einer Dunkelstrahlersammelabgasanlage in ein bestehendes Heiz- oder Warmwassersystem eingespeist werden. Hierdurch könnten bis zu 15 % der beheizten Hallenfläche als Bürofläche autark beheizt werden. Zu achten sei allerdings auf den zeitgleichen Wärmebedarf von Halle und Büro.

Was sich letzten Endes als Abwärme zurückgewinnen lässt, ist umstritten, von 10 bis 20% gehen die Befragten aus. „Ein Problem gibt es dann, wenn die Anlagen zur Abwärmenutzung auf Volllast ausgelegt sind, der Betrieb die Volllast aber nicht mehr erreicht“, warnt allerdings Winkelsträter. Wenn wie derzeit viele Unternehmen kurzarbeiten würden, wirke sich das auch auf die Abwärmenutzung aus. Dann seien auch die Rentabilitätsberechnungen hinfällig.

Hallenmaße determinieren Abwärmenutzung

Nach Aussage von Mack hängen die technischen Voraussetzungen für die Abwärmenutzung ganz wesentlich von den Hallenmaßen und der überschüssigen inneren Last, die in der Halle anfällt, ab, außerdem von der Lage der Halle, welcher die Überschusswärme zugeführt werden soll.

„Vorausgesetzt, es lässt sich eine Verdrängungsströmung in der Halle ausbilden und die Zuluft im Bodenbereich beruhigt zuführen, dann muss lediglich die Hallenluft im Deckenbereich abgesaugt und der zu beheizenden Halle im Aufenthaltsbereich zugeführt werden“, erläutert Mack. Würden die beiden Hallen aneinandergrenzen, dann könne die Luft zum Beispiel mittels Überströmöffnungen in Bodennähe einfach zurückgeführt werden.

„Für diesen einfachsten Fall betragen die Kosten bei einer abzuführenden Überschusswärme von zum Beispiel 100 kW insgesamt zirka 50000 Euro“, schätzt der Ingenieur. Diese Summe würde sich sofort amortisieren, wenn die Halle mit Wärmebedarf dann auf eine zusätzliche Beheizung verzichten kann oder lediglich ein Nachheizregister benötigt.

Je größer die Heizungsanlage, umso günstiger die Abwärmenutzung

Winkelsträter ist da skeptischer: „Löcher in die Nachbarhalle zu bohren und Axialventilatoren einzusetzen ist vielleicht das Billigste, aber nicht das Günstigste.“ Wenn man eine 100-kW-Hallenheizung als Beispiel nehme, müsse man für die Abwärmenutzung in Abhängigkeit von der eingesetzten Anlagentechnik durchaus bis zu 30000 Euro zusätzlich veranschlagen. Je größer die Heizungsanlage, desto günstiger werde im Vergleich die Abwärmenutzung. „75 bis 100% der Kosten für die Heizungsanlage kann man für die zusätzliche Wärmerückgewinnung veranschlagen“, schätzt der technische Leiter von M+A.

Technisch sei zwar alles möglich, die meisten Vorhaben würden jedoch am Geld scheitern. „Der Einsatz einer Abwärmenutzung kann im Vergleich zur Anschaffung energieeffizienter Hallenheizungen nur eine ergänzende Maßnahme sein, entsprechend müssen die Investitionskosten im Verhältnis zur Gesamtanlage stehen“, sagt auch Prof. Schwank.

Präzise Bestandsaufnahme als Herausforderung

In jedem Fall muss die mögliche Abwärmenutzung vorab individuell berechnet werden, wie die Befragten betonen. „Eine individuelle Betrachtung und die kompetente Beratung sind sowohl für einen Ressourcen schonenden als auch wirtschaftlichen Betrieb einer Energierückgewinnungsanlage maßgeblich“, sagt Prof. Schwank.

Dass dies nicht unbedingt zum Nulltarif zu haben ist, darauf verweist Winkelsträter: „Die Herausforderung bei bestehenden Heizungen und Lüftungsanlagen besteht darin, eine präzise Bestandsaufnahme durchzuführen.“ Das gelte selbstverständlich für die bereits installierte Anlagentechnik und den Hallenbau als solches gleichermaßen.

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