Im Winter warm, im Sommer kühl

Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung im kunststoffverarbeitenden Betrieb

Ein Diesel-Blockheizkraftwerk sorgt bei der Geka Brush im Winter für warme Gebäude, und auch im Sommer wird die Motorenabwärme der Kraft-Wärme-Kopplung sinnvoll genutzt: Nachgeschaltete Absorptionsflüssigkeitskühler kühlen Kunststoffmaschinen.

17. April 2001

Contracting-Gesellschaften errichten und finanzieren für ihre Kunden Energieanlagen, betreiben sie und rechnen mit den Auftraggebern die Kosten für Strom, Heizung und Kälteerzeugung zu genau vorher angebotenen und vertraglich vereinbarten Energiekosten ab. Damit wird für die Kunden der Contractoren Kapital freigesetzt, das bisher in dem Bau von Heizungs-, Klima- und Kälteanlagen und in deren Wartung und Service gebunden war.

Der Trend, die Energieversorgung Contracting-Spezialisten zu übertragen, ist bei vielen Unternehmen zu beobachten. So haben schon Industriebetriebe, Banken, Versicherungsgesellschaften, Handelsunternehmen und andere Unternehmen, in denen Strom, Wärme und Kälte benötigt werden, ihre Energieversorgung nach diesem Modell fremdvergeben - auch die Geka Brush in Waizendorf. Partner für dieses Contacting-Geschäft ist Schmeink & Cofreth in Chemnitz. Für die Berechnung und Planung war das Ingenieur-Büro Energie-Management in Tiefenbronn-Mühlhausen verantwortlich. Mit der Lieferung und Montage der Blockheizkraftwerke, der Kältemaschinen und Kühltürme wurde die York International GmbH beauftragt.

Mittelpunkt der Gesamtanlage sind zwei Blockheizkraftwerke, je mit einer maximalen Leistung von 206 kWel. Die bei diesem Stromerzeugungsprozess zwangsläufig anfallende Wärmeleistung von 180 kWth wird ganzjährig genutzt. Die Blockheizkraftwerke von Haats aus Köln werden durch Standarddieselmotoren Typ BF8M 1015c aus dem Hause Deutz angetrieben.

Die wichtigsten Komponenten der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung sind die zwei Diesel-Blockheizkraftwerke, der Absorberflüssigkeitskühler, der Kompressionskaltwassersatz als Spitzenkältemaschine und der Verdunstungskühler zur Abfuhr der Verflüssigerwärme der Kältemaschinen. Reicht die aus den Blockheizkraftwerken gewonnene thermische Leistung nicht aus, wird ein konventioneller Heizkessel zur Unterstützung zugeschaltet.

Im Winterbetrieb wird die anfallende thermische Leistung zur Heizung des Gebäudes eingesetzt. Im Sommer ist der Heizbedarf niedrig. Deshalb wird ein Absorptionsflüssigkeitskühler zur Grundlastdeckung der Kälteerzeugung und für die Klimatisierung und die Kühlung der Kunststoffmaschinen eingesetzt. Dieser verwertet zur Bereitstellung von Kaltwasser die Abwärme der Blockheizkraftwerke. So wird die bei der Stromerzeugung entstehende Wärme ganzjährig genutzt. Wenn die aus der Abwärme des Blockheizkraftwerkes erzeugte Kälteleistung zur Deckung des Kältebedarfs bei extremen Außentemperaturen nicht ausreicht, wird zur Spitzenkältedeckung ein elektrisch angetriebener Kaltwassersatz eingesetzt. Den Kältemittelverdichter dieses Kälteaggregates treibt ein Elektromotor an.

Wärme des BHKW wird ganzjährig genutzt

Sollte die aus dem Kälteprozess des Absorptionsflüssigkeitskühlers produzierte Kälteleistung zur Deckung des Kältebedarfs von Kunststoffspritzmaschinen und der Klimaanlage nicht ausreichen, wird über die MSR-Technik in Folge der Flüssigkeitskühler zugeschaltet.

Sowohl bei dem Absorptionsflüssigkeitskühler als auch bei dem mit Elektromotor angetriebenen Flüssigkeitskühler muss die anfallende Verflüssigungsleistung abgeführt werden. Das ist die Aufgabe des sogenannten Verdunstungskühlers. Das in den beiden Kältemaschinen erwärmte Wasser wird durch Wasserverteildüsen des Verdunstungskühlers über Kunststofffüllkörper versprüht. Gleichzeitig fördern Ventilatoren Außenluft über diese Füllkörper. Durch den intensiven Kontakt der Luft und des versprühten Kühlwassers erfolgt eine Abkühlung des Kühlwassers. Dabei werden Kühlwassertemperaturen erreicht, die nur 5 bis 6 K über der Feuchtkugeltemperatur der Luft liegen.

Das durch diesen natürlichen Kühlprozess verdunstete Wasser des Kühlkreislaufes muss ständig nachgespeist werden. Damit keine Eindickung des Kühlwassers durch die Schmutzpartikel der Außenluft eintritt, ist eine periodische Abschlämmung nötig. Für das dabei abfließende Kühlwasser ist neues, entsprechend aufbereitetes Nachspeisewasser erforderlich. Der gesamte Wasserverbrauch resultiert aus der Verdunstungs- und der Abschlämmmenge.

Bei der Auslegung und Dimensionierung der Total-Energie-Anlage sind die genauen Jahresgangprofile von Strom-, Wärme- und Kältebedarf für jeden Monat zu erfassen. Aus diesen ergibt sich nicht nur die optimale Größe der Blockheizkraftwerke und des dazu passenden Absorberflüssigkeitskühlers, sondern auch die jährlich mit dieser Anlage abzudeckende Arbeit von Strom, Wärme und Kälte. Die richtige Größe der Gesamtanlage ist besonders wichtig, um kurze Amortisationszeiten der Gesamtanlage zu erreichen.

CO2-Emissionen werden reduziert

Mit der Total-Energie-Verbundtechnik ist eine erhebliche Reduzierung der CO2-Emmission verbunden. Nachgewiesen werden gegenüber konventionellem Bezug der elektrischen Energie und der Kälteerzeugung durch konventionelle Kompressionskälteverfahren CO2-Reduzierungen bis zu 38 %. Ein weiterer wesentlicher Umweltaspekt ist die Erzeugung der Kälteleistung in den Absorptionsflüssigkeitskühlern, denn dabei wird Wasser als Kältemittel eingesetzt. Kältemittel von Kompressionskältemaschinen stehen im Verdacht, bei einer Leckage in die Stratosphäre zu gelangen und dort die Ozonschicht zu zerstören. Außerdem tragen sie noch zur Beschleunigung des Treibhauseffektes bei. Das Verfahren der Kaltwassererzeugung mittels Absorptionsflüssigkeitskühler hat kein Ozonschichtzerstörungspotenzial, und auch der Treibhauseffekt wird nicht zusätzlich beschleunigt.

Über die Wirtschaftlichkeit der Anlage entscheiden jedoch nicht nur die Investitionskosten, sondern weitere wichtige Parameter, aus denen dann das Contracting-Unternehmen die spezifischen Energiepreise für seinen Kunden ermittelt. Die Bezugspreise für die Primärenergie und die Einsparraten der Total-Energie-Verbundanlage müssen noch den Kapitaldienst der Anschaffungskosten, die Service- und Wartungskosten und einen unternehmerischen Gewinn ermöglichen. Dann können alle Beteiligten von dieser zukunftsorientierten, energiesparenden und umweltfreundlichen Technologie profitieren.

Dipl.-Ing. Horst Jacobowsky ist Leiter der Abteilung Klimatechnik- Anlagensysteme bei der York International GmbH, Mannheim

Erschienen in Ausgabe: 09/2000