Kompressor als Heizer

Wärmerückgewinnung bei der Drucklufterzeugung spart 575000 kWh im Jahr

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17.03.2010 Der überwiegende Teil der bei der Drucklufterzeugung eingesetzten Energie wird zu Wärme. Dass sich diese effizient nutzen lässt, verdeutlicht das Beispiel Mars Petcare: Mit einem ausgeklügelten Wärmerückgewinnungssystem erhitzt das Unternehmen Wasser für Reinigungszwecke und spart damit rund 575?000 kWh an Heizenergie im Jahr.

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Entscheider-Facts Für Betreiber



  • Durch die Nutzung der bei der Drucklufterzeugung entstehenden Verdichtungswärme kann teure Heizenergie eingespart werden.
  • Durch den Einsatz drehzahlgeregelter Kompressoren fällt diese Wärme kontinuierlich an.
  • Die anfallende Wärme kann beispielsweise zum Aufheizen von Wasser zu Reinigungszwecken verwendet werden.

Schon nach den ersten vier Wochen kann ich definitiv sagen, dass wir mit dem neuen Wärmerückgewinnungssystem pro Jahr rund 575?000 Kilowattstunden an Heizenergie sparen“, sagt Werner Ahlden. Er ist bei Mars Petcare in Verden an der Aller für die Energieversorgung zuständig. „Außerdem sinkt unser Stromverbrauch für die Erzeugung der Druckluft durch den neuen Kompressor um 23 Prozent – aufs Jahr hochgerechnet sind das allein über 70?000 Euro!“

Die Werte scheinen gigantisch – obwohl das Unternehmen auf den ersten Blick gar nicht viel verändert hat; es wurde „nur“ ein neuer, ölfrei verdichtender ZR-132-Schraubenkompressor mit Drehzahlregelung (VSD, Variable Speed Drive) angeschafft, der mit einem modernen Wärmerückgewinnungssystem ausgestattet ist. Insgesamt versorgen nun acht Kompressoren das Werk mit Druckluft, darunter drei ZR-3-Kompressoren, die schon um die dreißig Jahre alt sind.

Weil der ZR 132 VSD Kompressor einerseits die Leerlaufzeiten der getakteten ZR 3 deutlich reduziert und zudem weit effizienter verdichtet als die übrigen Kompressoren im Team, spart der Hersteller allein bei der Drucklufterzeugung 23 % elektrische Energie: Da die alten ZR-3-Maschinen über keine Drehzahlregelung verfügen, mussten sie immer im Wechsel unter Volllast oder im Leerlauf betrieben werden, um sich dem Druckluftbedarf anzupassen. Speziell die Leerlaufphasen aber gingen ins Geld.

Durch den neuen Kompressor spart das Unternehmen umgerechnet 575?000 kWh an Heizenergie, da diese über eine weitläufige Wärmeückewinnungsanlage nutzbar gemacht wird. Diese gesamte Anlage – die zum Teil schon bestand und in die nun die Rückgewinnung des Kompressors eingebunden wurde – ist auf zwei Gebäude verteilt. Das Rohrleitungsnetz verbindet die Systeme in beiden Gebäuden sowie Produktion und Sozialbereich miteinander.

Dauerbetrieb statt Leerlauf

Im Kompressorenhaus stehen die drei alten Kompressoren – von denen jetzt immer nur einer läuft, alle 48 Stunden wechseln sie sich ab – sowie der neue ZR 132 VSD. Hinzu kommt ein Nachkühler des Typs HD 16, der die warme Druckluft abkühlt, bevor sie in den neuen Kältetrockner gelangt; dort wiederum wird die Druckluft entfeuchtet, so dass bis zu einer Temperatur von +3 °C kein Kondensat ausfällt. Außerdem befindet sich in diesen Räumen der Wärmeübertrager für die Wärmerückgewinnung, mit dem sich bis zu 90 % der vom ZR 132 VSD aufgenommenen Wellenleistung in Form von Warmwasser der Rückgewinnungsanlage bereitstellen lassen. In den Kühlwasser-Rücklauf wird zusätzlich das Kühlwasser des jeweils laufenden ZR 3 eingespeist. Weil der VSD-Kompressor immer läuft, erzeugt er auch kontinuierlich verfügbare Wärme, so dass die Wärmerückgewinnung an dieser Maschine am sinnvollsten ist.

Im Kesselhaus wird Dampf für diverse Prozesse erzeugt. Hier stehen neben dem Speisewasserbehälter, in dem das Wasser für den Dampf vorgehalten wird, zwei weitere Wärmeübertrager, die hinter die Wärmerückgewinnung der Kompressoren geschaltet sind. Genutzt wird die Wärme, um Wasser, das im gesamten Werk für Reinigungszwecke benötigt wird, auf 60 °C aufzuheizen. Der Behälter, der dafür zur Verfügung steht, fasst allerdings nur 5 m3, so dass man in Verden derzeit noch nicht die gesamte anfallende Wärme nutzen kann. In einem nächsten Schritt soll ein weiterer, 15 m3 großer Behälter für CIP-Wasser angeschlossen werden, der die Heizung noch weiter entlastet.

Wasser für die CIP-Reinigung aufheizen

Der neue drehzahlgeregelte Schraubenkompressor wurde bereits ab Werk für die Wärmerückgewinnung vorbereitet. Dabei wurde der interne Kühlwasserkreislauf so ausgelegt, dass das Kühlwasser mit Temperaturen von 80 °C, maximal sogar 90 °C, austreten kann. In den ersten Wochen des Betriebs fuhr der Betreiber zunächst nur mit Temperaturen von 62 °C, mit dem 15-Kubikmeter-Behälter soll die Temperatur dann bis auf 80?°C erhöht werden.

Konkret sieht die Wärmenutzung dann so aus: Das 62 °C heiße Kühlwasser aus dem Kompressor läuft in der Wärmerückgewinnungsanlage über den Wärmeübertrager. Auf dessen warmer Seite erhitzt es den Kreislauf für das warme Reinigungswasser von Stadtwasser-Temperatur auf zunächst ca. 38 bis 39 °C; auf der anderen Seite kühlt das Stadtwasser das Kühlwasser auf 31?°C Vorlauftemperatur ab. In den beiden folgenden Wärmeübertragern im Kesselhaus wird das Reinigungswasser von den knapp 40 °C zuerst auf 50 °C und dann auf 60 °C angehoben. Dazu wird im Kesselhaus die Wärme zweier Prozessschritte genutzt, nämlich beim Entgasen des Speisewasserbehälters und beim Absalzen der Kesselanlagen. Pro Stunde kann der Hersteller mit der Wärmerückgewinnungsanlage 4 bis 5 m3 heißes Reinigungswasser bereitstellen.

Weil bislang alles so gut läuft und der Betreiber das Potenzial der Wärmerückgewinnung für die sehr diskontinuierlich laufende Produktion möglichst noch besser ausnutzen möchte, hält er die Anschaffung eines weiteren drehzahlgeregelten Kompressors für ideal. In der Anschaffung ist dies zwar teurer als ein getakteter Verdichter, doch damit lässt sich der Leerlaufanteil vermeiden. Denn in diesen Phasen könnte die Wärmerückgewinnungsanlage nicht gespeist werden.

Rechnerisch ein Perpetuum Mobile

Technisch gesehen, können die neuen ZR-Kompressoren von Atlas Copco übrigens sogar eine Wärmemenge aus dem System herausholen, die über dem Wert der hineingesteckten elektrischen Energie liegt – rechnerisch also mehr als 100% beträgt. Denn die zugeführte Umgebungsluft enthält Wärme und Feuchtigkeit, die sich mit Hilfe der Wärmerückgewinnungskomponenten energetisch nutzen lassen, zum Beispiel indem man die Kondensationswärme nutzt. Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann man damit seine Druckluft rechnerisch also sogar zum Nulltarif erhalten, heißt es beim Kompressorenhersteller.

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Heftausgabe: März 2010
Reimund Scherff, Business Line Manager Oil-free Air, Atlas Copco Christoph Angenendt, Kommunikation,

Über den Autor

Reimund Scherff, Business Line Manager Oil-free Air, Atlas Copco Christoph Angenendt, Kommunikation,

Reimund Scherff, Business Line Manager Oil-free Air, Atlas Copco

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