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Förderfähige Abwärmenutzung aus Prozesskühlung

Industrieunternehmen setzt bei der Prozesskühlung und Gebäudeklimatisierung auf VRV-Technologie

Neue Produktionshalle der Firma Teegen. Herzstück der neuen Gebäudetechnik ist die

„VRV IV“-Anlage von Daikin − eine Luft/Luft-Wärmepumpe mit Wärmerückgewinnung in

Drei-Leiter-Ausführung. Hier kommen insgesamt drei Anlagen mit einer Gesamtleistung von 135 kW zum Einsatz. Bild: Daikin

In der Fertigungshalle wir die Luft über Textilschläuche an der Decke verteilt. Bild: Daikin

Prinzip der Wärmerückgewinnung bei Teegen Formenbau. Bild: ibGenesis

Der Messraum mit den Hochpräszisionsmessinstrumenten, in dem die Formen auf ihre Genauigkeit hin geprüft werden, muss ganzjährig 20 °C warm sein. Um die Messgenauigkeit der Messtechnik zu gewährleisten, darf die Temperatur nur ein Kelvin davon abweichen. Zum Einsatz kommen hier Daikin Roundflow Deckenkassetten. Bild: Daikin

Über den „iTM“ von Daikin lässt sich die Anlage intuitiv bedienen und steuern. Bild: Daikin

 

Für die Errichtung einer neuen Produktionshalle stand bei dem Unternehmen Teegen Formenbau neben einer zentralen Prozesskühlung die Nutzung der Abwärme aus der Maschinenkühlung im Fokus der TGA-Planung. Die Abwärmenutzung, die eine BAFA-Förderung in Höhe von 30 % der Investitionssumme erhielt, wird im Winter für die Beheizung der angeschlossenen Büroräume eingesetzt. Neben einer präzisen Temperaturregelung wurde ein ganzheitliches thermisches Energiemanagement umgesetzt.
Im September 2017 zog die Firma Teegen Formenbau in ein neues Betriebsgebäude im nordrhein-westfälischen Borken. Der Mittelständler ist spezialisiert auf die Anfertigung von Präzisionsspritzgussformen und hochgenauen Maschinenbauteilen. Konstante Raumtemperaturen bei der Herstellung dieser Formen sind für die Qualität des Endprodukts von hoher Bedeutung. Dies gilt insbesondere für einen in das Objekt integrierten Messraum, der zur Überprüfung des Fertigungsergebnisses dient. Die Fertigungshalle ist 730 m² groß, und daran angrenzend befindet sich der sogenannte Messraum, der über eine Fläche von 30 m² verfügt. Das Gebäude wurde als KfW-Effizienzhaus 70 errichtet. Jörg Teegen, Geschäftsführer von Teegen Formenbau, wünschte sich für die neue Fertigungshalle eine zentrale Prozesskühlung sowie die Nutzung der Abwärme aus dieser und eine Kühlung der Fertigungshalle im Sommer. Am alten Standort wurde bisher jede Fertigungsmaschine einzeln gekühlt und eine Klimatisierung der Fertigung fehlte gänzlich, sodass sich die Halle im Sommer tags­über teilweise auf 30 °C aufheizte. Die ursprüngliche Idee von Jörg Teegen war, in der neuen Fertigungshalle die Heizung über eine Gas-Brennwerttherme, die Kühlung der Halle über Kaltwassersätze und die Klimatisierung über Split-Klimageräte zu realisieren. „Wir konnten Herrn Teegen aber schnell von den Vorteilen eines integralen Konzepts überzeugen: Neben einer zentralen Prozesskühlung steht dabei die Nutzung der Abwärme aus der Kühlung der Fertigungsmaschinen für die Beheizung der Büroräume im Mittelpunkt“, erklärt Andreas Pries, Inhaber des Ingenieurbüro Genesis aus Rhede, das federführend für die TGA-Planung des Projektes zuständig war.
Eine wichtige Voraussetzung für die Klimatisierung der Produktionshalle war eine präzise Temperaturregelung mit konstanten Temperaturen von 20 bis 22 °C im Winter und 20 bis 24 °C im Sommer. Im Messraum, in dem die Formen auf ihre Genauigkeit hin geprüft werden, darf es ganzjährig nur 20 °C warm sein. Um die Messgenauigkeit der Messtechnik zu gewährleisten, darf die Temperatur nur ein Kelvin davon abweichen. Die sommerliche Wärmeentwicklung wird durch 150 mm starke ISO-Paneele, mit denen die Wände der Fertigungshalle verkleidet sind, so gering wie möglich gehalten.

Ganzheitliches thermisches Energiemanagement
Herzstück der neuen Gebäudetechnik bei Teegen ist die „VRV IV“-Anlage von Daikin − eine Luft/Luft-Wärmepumpe mit Wärmerückgewinnung in Drei-Leiter-Ausführung. Sie ermöglicht ein ganzheitliches thermisches Energiemanagement in Gewerbegebäuden: Heizung, Klimatisierung und Lüftung mit nur einem System. Bei der Firma Teegen kommen insgesamt drei VRV-Anlagen mit einer Gesamtleistung von 135 kW zum Einsatz.
Zwei besondere technische Features der „VRV IV“-Anlagen sind die variable Kältemitteltemperatur (VRT-Technologie), die eine optimierte Ganzjahreseffizienz für die Gebäudeeigentümer ermög­licht, sowie ein erhöhter Raumkomfort aufgrund des kontinuierlichen Heizbetriebs während der Abtauphase. VRT-Technologie bedeutet, dass die Verdampfungs- beziehungsweise Verflüssigungstemperatur im laufenden Betrieb an den Leistungsbedarf angepasst wird. Die Leistungsanpassung erfolgte bisher über die Verdichterdrehzahl und wird nun anhand interner Druck- und Temperaturgrößen errechnet. Die Verdichterleistung wird energetisch durch die VRT-Technologie auf dem benötigten Minimum gehalten. Durch diese optimierte Leistungsregelung wird eine saisonale Effizienz mit einem SEER im Kühlbetrieb von bis zu 7,53 erzielt.
Das als Drei-Leiter-System konzipierte Wärmerückgewinnungs-System verfügt, schematisch gesehen, über drei Wärmetauscher: zwei davon im Gebäude, einer im Außengerät. Sofern an einem der beiden Innengerätewärmetauscher (schematisch gesehen) Kühlbedarf besteht, also Wärmeenergie abgeführt werden muss und am anderen Innengerätewärmetauscher geheizt werden muss, findet ein Wärmeaustausch zwischen diesen beiden Wärmetauschern statt. Der Außengerätewärmetauscher wird nur dann benötigt, wenn das Verhältnis zwischen Heiz- und Kühllast unterschiedlich ist und zusätzlich Wärmenergie ab- beziehungsweise zugeführt werden muss.

Förderung des Abwärmekonzepts
In der Halle stehen insgesamt 13 Fertigungsmaschinen wie Fräs-, Bohr- Erosions- und Drehmaschinen, die zusammen einen Kühlbedarf von 50,7 kW haben und ganzjährig gekühlt werden müssen. Die Maschinen werden über Spindelkühler rückgekühlt und die Abwärme zentral zurückgeführt. Die Abwärme aus der Druckluft der Kompressor-Anlage wird im Winter zur Beheizung der Büroräume über die Fußbodenheizung genutzt. Ein 600 l fassender Wasserspeicher wird als Puffer beladen. Erst wenn die Abwärme nicht ausreicht, wird die VRV-Anlage für die Beheizung zugeschaltet. Durch die Abfuhr der Abwärme der Maschinenkühler (ca. 30 kW) aus der Fertigung heraus hin zum zentralen Kaltwasserspeicher, muss diese Abwärme im Sommer nicht zusätzlich klimatisiert werden.
Teegen Formenbau stellte einen Antrag auf Förderung der Abwärmenutzung beim BAFA. Beim Förderprogramm Querschnittstechnologien werden unter anderem Wärmerückgewinnungs- beziehungsweise Abwärmenutzungsanlagen in Prozessen gefördert. Die Firma Teegen erhielt für die Abwärmenutzung einen Zuschuss von 30 % der Investitionssumme.

Strömungsarme Luftverteilung im Gebäudeinneren
Für die Luftverteilung innerhalb der Halle wurde bei der Konzepterarbeitung zunächst an klassische Deckenkassetten gedacht. Da jedoch an der Hallendecke eine Kranbahn verläuft, konnte dies nicht realisiert werden. Jetzt kommen Textilschläuche zum Einsatz, die in der Lage sind, die Luftmengen strömungsarm zu verteilen. Die dafür benötigten Kanalanschlussgeräte, die an die VRV-Anlage angeschlossen sind, sind an der Hallendecke angebracht.
Der Messraum und die beiden Büro­räume werden über Daikin Roundflow Deckenkassetten mit selbstreinigender Blende konditioniert. Durch die 360°-Luftausblasung der Deckenkassette wird die Luft gleichmäßig verteilt. Die selbstreinigende Blende steigert die Effizienz der Innengeräte, denn im Laufe der Zeit sammelt sich Staub an, der die Filter der Klimainnengeräte verschmutzt. Dies führt zu einem Anstieg des Energieverbrauchs. Bei einer regelmäßigen Reinigung der Filter wird eine optimale Effizienz sichergestellt. Dank der Selbstreinigungsfunktion wird der übliche Leistungsabfall gegen Ende des Wartungszyklus verhindert. Über eine Leuchtdiode an der Blende und auf dem Display der Fernbedienung wird angezeigt, wenn der integrierte Staubsammler entleert werden muss. Der Filter kann einfach mit einem handelsüblichen Staubsauger geleert werden. Die Innengeräteeffizienz wird so immer auf bestmöglichem Auslieferungsniveau gehalten.

Intuitive Anlagensteuerung
Auch die Anlagenüberwachung spielt eine große Rolle, denn ein Ausfall des Systems kann unter Umständen den störungsfreien Betrieb gefährden. Die Steuerung und intuitive Bedienung der VRV-Anlage erfolgt über den „intelligent Touch Manager (iTM)“ von Daikin. Mithilfe der Gebäudegrundrisse, die im „iTM“ hinterlegt werden können, fällt die Orientierung und Bedienung sehr leicht. Die Anlage arbeitet nach den voreingestellten Werten. Auch das Umschalten zwischen den Funktionen Kühlen und Heizen macht das System vollautomatisch und individuell für jeden Raum. Sollte es dennoch zu einer Abweichung kommen, kann schnell eingegriffen werden. Über die in den einzelnen Büroräumen installierte Fernbedienung können durch das Personal nur geringfügige Veränderungen an der Temperatur und der Lüfterdrehzahl vorgenommen werden. Die Anlage kann auch via Handy von überall aus gesteuert werden.

Integrales Konzept überzeugt
Das vom Ingenieurbüro Genesis erarbeitete integrale Konzept hat den Betreiber überzeugt: „Obwohl das neue Gebäude dreimal so groß ist wie das vorherige, wir eine Prozessmaschine mehr haben und zusätzlich jetzt die Halle klimatisiert wird, verbrauchen wir genauso viel Strom wie am alten Firmenstandort“, so Jörg Teegen. „Auch in unserer Branche wird in Zukunft vermehrt auf den ökologischen Fußabdruck der Produkte geachtet werden. Mit dem neuen Anlagenkonzept sind wir in diesem Bereich ganz klar Vorreiter.“

Autor: Gerold Freitag, Planungsberater bei Daikin Airconditioning Germany GmbH
www.daikin.de

 


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