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!