Bei Prozessluft-Anwendungen können Betreiber gehörig ins Schwitzen geraten, denn die Drucklufterzeugung ist – physikalisch bedingt – die mit Abstand teuerste Energieform. Den Gesetzen der Thermodynamik folgend, gibt es keine Druckluft ohne Wärme. Diese gilt es gerade angesichts der langen Betriebszeiten von Verdichtern zurückzugewinnen – aus Umweltaspekten genauso wie aus Gründen der Betriebswirtschaft. Entsprechende Lösungen für Neubau und Nachrüstung gehören mittlerweile zum festen Bestandteil des AERZEN Portfolios.
Ausgabe 03/2018 Artikel und Compact News
Artikel
- Artikel Ein heißes Thema: Wärmerückgewinnung bei der Prozesslufterzeugung
AERZEN bietet Lösungen auch für die Nachrüstung
![AERZEN heat recovery solutions Overview of the AERZEN offers heat recovery solutions for the respective
application](/fileadmin/user_upload/01_images/01-05_subpages/01-05-07_customer-journal/2018/edition-0318/heat-recovery-EN.jpg)
Druckluft ist energetisch betrachtet ein heißes Thema. Begrenzte Ressourcen, strenge Umweltauflagen, begrenzte CO2-Emissionen, steigende Energiekosten und zunehmender Preisdruck sind Antreiber für Energieeffizienzprojekte. Dahinter steht auf der einen Seite die präzise Auslegung, damit Anlagen – auch dank des Einsatzes von Frequenzumrichtern zur Drehzahlsteuerung – rund um die Uhr möglichst dicht am optimalen Betriebspunkt arbeiten. Auf der anderen Seite bieten Verdichter, physikalisch bedingt, ein enormes Potenzial, die bei der Druckerhöhung zwangsläufig ansteigende Lufttemperatur zu nutzen. Angesichts des wachsenden Interesses an ökologischer Nachhaltigkeit und betriebswirtschaftlichem Kostenbewusstsein blicken Anlagenbetreiber mit zunehmender Aufmerksamkeit auf die Wärmerückgewinnung.
Gesetze der Thermodynamik
Den Gesetzen der Thermodynamik folgend, hat Luft in einem geschlossenen Raum die Eigenschaft, sich zu erwärmen, wenn der Druck steigt. Der Grund dafür: Die Luftmoleküle müssen aufgrund des geringeren Raums enger zusammenrücken und damit steigt die Reibung. Zur weiteren Analyse kommt für den typischen Bereich der Prozessluftdrücke das Gesetz der idealen Gase zur Anwendung. Zusammen mit dem Wirkungsgrad des Verdichters im jeweiligen Betriebspunkt lässt sich so die Temperatur der Luft nach der Verdichtung berechnen. Diese hängt vor allem vom Druckverhältnis ab. Bei 20 °C Ansaugtemperatur, einem Druckverhältnis von drei und einem isentropen Wirkungsgrad des Verdichters von beispielsweise 74 Prozent wird die Luft bei der Verdichtung auf circa 166 °C erwärmt. Je höher die Temperatur, desto weiter das Anwendungsspektrum der Abwärmenutzung. Die in der Prozessluft enthaltene Wärmemenge nimmt in Anlagen typischerweise etwa 85 Prozent der Gesamtmenge an potenziell rückzugewinnender Wärme ein.
Kompakte Rohrbündelwärmetauscher
![AERZEN Wärmerückgewinnung AERZEN Wärmerückgewinnung](/fileadmin/user_upload/01_images/01-05_subpages/01-05-07_customer-journal/2018/edition-0318/heat-recovery-DE.jpg)
Beim ersten Weg der Wärmerückgewinnung gilt es, den 85-Prozent-Anteil der thermischen Energie zu erschließen – also den der Verdichterluft selbst. AERZEN setzt dafür bereits bei einer Vielzahl von Anwendungen erfolgreich strömungsoptimierte Rohrbündelwärmetauscher ein. Platziert werden die kompakten Einheiten kurz hinter dem Aggregat auf der Druckseite. Die Integration ist einfach. Folglich empfiehlt sich diese Technik auch für Nachrüstungen, um die Energieeffizienz von Bestandsanlagen sowie die CO2-Bilanz spürbar zu verbessern. Die von AERZEN eingesetzten Rohrbündelwärmetauscher sind in ihrem Strömungsverhalten so konstruiert, dass der Leistungsverlust aufgrund des ansteigenden Kanaldrucks mit unter zwei Prozent vernachlässigbar ist. Während sich die thermische Energie aus der reinen Abluft am effektivsten für die direkte Raumbeheizung verwenden lässt, eröffnet sich mit dem Einsatz von Rohrbündelwärmetauschern eine Energiequelle mit deutlich höheren Temperaturen. Daraus erwächst eine Vielzahl an Einsatzmöglichkeiten. Typisch sind die Unterstützung von Heizungssystemen, die Warmwasserbereitung für Duschen und Waschräume sowie die Erwärmung von Nutzwasser im industriellen Umfeld. In der Abwassertechnik kann die Wärme auch dazu dienen, Klärschlamm zu trocknen. Zu beachten ist bei der Planung solcher Systeme, dass sie passend zur Grundlast dimensioniert werden. Basis für die optimale Abwärmenutzung ist die Ermittlung der nutzbaren Wärmemenge. Sie hängt wiederum von der nutzbaren Temperaturdifferenz, dem herrschenden Volumenstrom sowie dem Gleichzeitigkeitsgrad von Angebot und Nutzung ab. AERZEN bietet für den jeweiligen Einsatz passende, smarte Wärmerückgewinnungslösungen an, die die zur Verfügung stehende Energie überaus effektiv in Produktionsprozesse, Warmwasseraufbereitungen oder Heizungen leitet.
Zusammenfassung
Die Drucklufterzeugung ist aufgrund der Thermodynamik automatisch mit Abwärme verbunden. Da sich dieses Gesetz nicht außer Kraft setzen lässt, sind Lösungen gefragt, die bisher ungenutzte Wärme sinnvoll in den eigenen Energiebedarf zu integrieren. Hierbei ist festzustellen, dass das reale Ausmaß an möglichen Einsparungen vom Anlagenbetreiber häufig gar nicht in seiner ganzen Dimension erkannt wird. Der Blick in die Praxis zeigt aber, dass sich diese Technik schnell rechnet und dazu auch noch den CO2-Ausstoß reduziert.