Systematische Abwärmenutzung mit Potentialanalyse

Wir machen Ihre Abwärme systematisch nutzbar!
Das reduziert den Energieverbrauch und die Betriebskosten.

Vorteile für Ihr Unternehmen

Die effiziente Nutzung von Abwärme eröffnet Unternehmen nicht nur im Rahmen gesetzlicher Verpflichtungen zahlreiche Vorteile. Die gezielte Integration von Abwärme in den Produktionsprozess kann eine herkömmliche Wärmeerzeugung aus konventionellen Energiequellen erfolgreich ersetzen. Dies führt nicht nur zu einer Reduktion von CO2-Emissionen, sondern auch zu erheblichen Einsparungen in Bezug auf Energie und den damit verbundenen Kosten. Insbesondere angesichts steigender Energiekosten und des prognostizierten Anstiege des CO2-Preises eröffnen sich bedeutende Möglichkeiten zur Kosteneinsparung. Die Nutzung von Abwärme stellt somit nicht nur einen wirtschaftlich sinnvollen Ansatz zur Optimierung des Energieverbrauchs dar, sondern markiert ebenso einen bedeutsamen Schritt weg von fossilen Brennstoffen hin zu einem nachhaltgien industriellen Prozess.

Wissenswert: Das Energieeffizienzgesetz (EnEfG) „Gesetz zur Steigerung der Energieeffizienz in Deutschland“ wurde im November 2023 verabschiedetet, welches besagt:
Die Entstehung von Abwärme ist nach Möglichkeiten zu vermeiden und die unvermeidbare Abwärme wiederzuverwenden. Alle Unternehmen mit einem Energieverbrauch >2,5GWh/a sind verpflichtet das Abwärmepotential zu ermitteln und zu melden.

Abwärmenutzung mit Wärmepumpen

Jede Kältemaschine ist auch eine Wärmepumpe. Dies kann am Beispiel eines Kühlschrankes beschrieben werden. Wird warmes Bier bei +4°C in den Kühlschrank gestellt, erfolgt eine Wärmeübertragung vom Bier zum kühlen Innenraum des Kühlschranks. Der Kältemittelkreislauf entzieht die Wärmeenergie aus dem Bier. Diese "Bierenergie" wird dann mit dem Kompressor, der mit elektrische Energie angetrieben wird, auf ein höheres Temperaturniveau z.B. +30°C gebracht. Die "Bierenergie" zusammen mit der elektrischen Energie aus der Kompression werden dann als Abwärme an die Küche abgegeben. In der Regel ist die "Bierenergie" um ein Vielfaches größer als der eingebrachte Strom. Die Gesamtenergiemenge liegt auf höherem Temperaturniveau vor und macht somit die "Bierenergie" nutzbar. Das Verhältnis aus "nutzbarer Wärme" und "Strom" ist die Leistungszahl; auch bekannt als Coefficient of Performance (COP). Mit einem COP von 5 kann mit 1 kWh el. Energie 5 kWh Wärme auf nutzbares Niveau gehoben werden. Bei einer Elektroheizung ist maximal ein Verhältnis von 1 möglich. Damit kann mit Wärmepumpen sehr effizient Wärme auf ein nutzbares Niveau gehoben werden.

Abwärme nutzen statt verschenken

Bei einer Kälteanlage wird die abzuführende Energie auf ein Temperaturniveau gebracht, auf dem sie an die Umgebung abgegeben werden kann. Damit liegt die Energie auf einem höheren Niveau als beispielsweise aus der Umgebungsluft vor. Die Nutzung dieser Abwärme aus kältetechnischen Prozesse ist effizienter als die Gewinnung von Umgebungswärme und sollte direkt genutzt werden. Wichtig ist, dass Wärmepumpen für industrielle Prozesse, d.h. für Temperaturen über 70 °C, meist nur dann wirtschaflich sind, wenn die Wärme aus unternehmenseigenen Prozessen als Abwärme genutzt wird. Diese Quellen wollen können teils mit wenige Aufwand angezapft werden. Die meisten Kältemaschinen können bereits Temperaturen von über 40 °C erreichen, womit erste Wärmesenken nur mittels Wärmeübertrager und Verteilnetzen bedient werden können. Mit weiteren Systemen wie Wärmepumpen können Prozesse bedient werden, die höhere Temperaturen benötigen, was noch bis zu einer Temperatur von 200 °C technisch sinnvoll ist.

In dem Bild sind zum Beispiel Kühltürme zu sehen, die Wärme bei tiefen Außentemperaturen an die Umgebung abgeben. Statt die Energie an die Umgebung abzugeben, kann die Wärme zum Beheizen von Gebäuden, als Heißwasser, Prozesswärme und zur elektrischen Dampferzeugung genutzt werden. Dies spart fossile Primärenergie und reduziert sowohl die CO2-Emissionen als auch die Betriebskosten.

Die Amortisationsdauer wird vom Verhältnis der eingesparten Betriebskosten zur Leistungszahl bestimmt. Je höher die Leistungszahl (COP) im Vergleich zum Verhältnis der Stromkosten für die Wärmepumpe zu den Kosten eingesparter fossiler Energieträger, desto schneller amortisiert sich die Wärmepumpe. Bei einem kleinen Verhältnis vom Strom- zu Gaspreis können sich Wärmepumpen bereits unter einem Jahr amortisieren. Steigende Preise für CO2-Emissionen verschiebt dieses Verhältnis perspektivisch zugunsten der Wärmepumpe.

Laufender Rückkühler bei tiefen Außentemperaturen

Technische Details Abwärmenutzung

Kälte-Wärme-Kopplung

Abwärme von Prozessen, wie beispielsweise aus Kältemaschinen, kann mittels Wärmeübertrager entkoppelt werden und je nach Temperaturniveau direkt genutzt oder mittels einer Wärmepumpe nutzbar gemacht werden.
Wärmequelle

Als Wärmequelle dient ein zu kühlender Prozess, welche Wärme abgibt. Zum Beispiel geben Kältemaschinen und Klimageräte die den Prozessen entzogene Wärme als Abwärme ab. Die Wärme kann aus Lagerräumen, Kaltwassererzeugung, Kühlprozessen aber auch aus Rechenzentren und Trocknungsprozessen entnommen werden.
Wärmeverteilung

Die entnommene Wärme wird mit einer intelliegenten Wärmeverteilung effizient und der Senke angepasst verteilt, umgewandelt oder gespeichert. Dies geschieht mit Wärmepumpe und Wärmeübertragern. Aber auch Rückkühler sind teil des Systems, um Wärme an die Umgebung abzugeben, wenn kein Bedarf für sie vorliegt.
Wärmesenke

Eine Wärmesenke ist eine Prozesskomponente, die Wärme aufnimmt. Statt diese benötigte Wärme mit fossiler Verbrennung bereitzustellen, kann diese Wärme aus dem Verteilnetz entzogen werden. Prozesse, die Wärme benötigen sind beispielsweise Heizkörper und Lüftungsgeräte für die Raumklimatisierung, Reaktoren und Fermenter, aber auch alle Anwendungen, die Dampf benötigen, sind Wärmesenken. Falls kein unmittelbarer Bedarf vorliegt und die Speicherung nicht möglich ist, besteht die Möglichkeit, die Wärme in ein Wärmenetz einzuspeisen.

Das Vorgehen von Refolution

In unserer Herangehensweise legen wir besonderen Wert darauf, mit Ihren unternehmenseigenen Daten zu arbeiten. Hierbei analysieren wir die erforderlichen Temperaturniveaus und führen eine detaillierte Potentialanalyse durch, um die optimale Lösung in Bezug auf Energieeffizienz und Nachhaltigkeit zu ermitteln. Dieser Prozess beinhaltet die Ausarbeitung verschiedener Konzepte mit umfassender Wirtschaftlichkeitsberechnung. Dabei werden auch die Kostenentwicklungen wie CO2-Steuern berücksichtigt, aber auch Fördermöglichkeiten für Wärmepumpen und Konzepte zur CO2-Einsparung geprüft.

6 wichtige Schritte

1. Ermittlung des Potentials mittels Erzeugerdaten
Im ersten Schritt wird das Potential der Energierückgewinnung ermittelt. Dies geht meist einfach über die Erzeugerdaten anhand Jahresabrechnungen für Primärenergieträger wie Gas und Öl und den Stromverbrauch der Hauptkomponenten wie Kälteerzeuger, die über das Kaltwasser die Wärme aus dem Werk einsammeln. Damit ist ersichtlich, wieviel Primärenergie mit Abwärme substituiert werden kann.

2. Ermittlung realer Bedarf - Sammeln, Messen und Analysieren der Daten
Um den realen Bedarf zu ermitteln, werden die wesentlichen Verbraucher identifiziert und analysiert. Dies erfordert eine Begehung vor Ort, Unterlagen und Messdaten der verschiedenen Anlagen. Hier ergeben sich oft zusätzlich weitere lokale Potentiale durch einfache Maßnahmen wie Senkung der Temperaturniveaus, Regelung, Dämmung und hydraulische Abgleiche.

3. PINCH-Analyse der Wärmequellen und -senken
Die Daten werden systematisch in einer PINCH-Analyse zusammengeführt und verschiedene Zustände zeitlich aufgeschlüsselt wie Tag & Nacht, Sommer & Winter und Lastspitzen wie Batch-Verfahren aufgeteilt. Hier sind jetzt detailliert die einzelnen Potentiale mit notwendigen Temperaturhüben ersichtlich.

4. Maßnahmen Entwicklung
Auf der Basis der PINCH-Analyse werden unterschiedliche Maßnahmen erarbeitet wie die Einbringung von Wärmepumpen, Energiespeichern, freie Kühlung und der Vernetzungen von Prozessen. Dabei gilt für Wärmepumpen: Je höher der Hub, desto geringer die Effizienz. Deshalb wird die Deckung des Heizbedarfs von kalt nach warm realisiert.

5. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung mit Engineering-Bericht
Die Punkte 1 bis 4 werden in einem ausführlichen Engineering Bericht zusammengefasst, der Ihnen aussagekräftige Handlungsempfehlungen für Ihre Entscheidungen aufzeigt.

6. Projektbegleitung
Wir unterstützen Sie auch bei der Umsetzung der Maßnahmen wie beisielsweise der Planung von Layout und Hydraulik, Funktionsbeschreibungen, Gefährdungsbeurteilung und den Nachweis der Wirksamkeit der Maßnahmen.

All diese Informationen erhalten Sie von uns in einem ausführlichen Bericht mit Handlungsempfehlungen, der auch die aktuellen sowie voraussichtlichen Gesetzesentwürfe und Verordnungen berücksichtigt. Dabei wird ein Ausblick gegeben, auf die möglichen Veränderungen der Gas- und Strompreise und wie sich dies auf die Präferenzen der verschiedenen Konzepte auswirken könnte.

Unser Ziel ist es, Ihnen nicht nur eine energieeffiziente Lösung zu präsentieren, sondern auch transparente Einblicke in die verschiedenen Konzepte zu ermöglichen.

Bericht mit Handlungsempfehlung

Ausblick

Dank unserer fundierten Kenntnisse als Fachfirma für Kältetechnik sowie unserer Expertise im Bereich Abwärmenutzung sind wir in der Lage, Ihnen eine ganzheitliche Beratung anzubieten. Unser übergeordnetes Ziel besteht darin, eine langfristige und erfolgreiche Partnerschaft mit Ihrem Unternehmen aufzubauen. Wir stehen Ihnen nicht nur bei aktuellen Anliegen zur Seite, sondern möchten Sie auch bei zukünftigen Projekten kontinuierlich unterstützen und beraten.

In bisherigen Projekten haben wir unter anderem Pharmakunden und Verarbeitungsbetriebe beraten. Dabei haben wir innovative Abwärmekonzepte entwickelt, die Amortisationszeiten von unter 5 Jahren erreichen und erhebliche Energie- sowie CO2-Einsparungen ermöglichen. Die effiziente Nutzung von Abwärme stellt nicht nur eine kostensparende Maßnahme dar, sondern auch einen umweltbewussten Ansatz zur Reduzierung von Ressourcenverbrauch und zur Minimierung des ökologischen Fußabdrucks industrieller Prozesse. Gemeinsam möchten wir einen Beitrag zu einer CO2-neutralen Zukunft leisten.

Ihre Vorteile auf einen Blick

Effizient

Energienutzung der bisher abgeleiten Abwärme, Einsparung von Energie und Reduzierung der Kosten, Effizienzsteigerung und Prozessoptimierung

Zukunftssicher

Nachhaltige Nutzung von Ressourcen durch Energierückgewinnung, Weg weg von fossilen Brennstoffen hin zu umweltbewussten Industrieprozessen und einer CO2 neutralen Zukunft

EInhaltung von Gesetzen und Verordnungen

Einhaltung von Vorschriften und gesetzlichen Verpflichtungen wie z.B. durch das Energieeffizienzgesetz

Betriebskostenoptimierung

Wirtschaftliche Optimierung des Industrieprozesses, Kosteneinsparungen durch Reduktion des Energieverbrauchs und Minimierung der CO2 Emissionen mit der einhergehenden CO2 Steuer

Unabhängigkeit

Unabhängigkeit von fossilen Rohstoffen

Umweltfreundlich & sicher

Maximale Energienutzung und Reduktion der CO2 Emissionen, hin zu einer emissionsfreien und klimaneutralen Zukunft

HOF Sonderanlagenbau GmbH

Oliver Fleischer · Head of Service / Head of development - department refrigeration technology

Mit Refolution gelingt die Zukunft der Nachhaltigkeit, gepaart mit Effizienz und Weitsicht.
Der Profi für die Zukunft.

CSL Behring

Christian Berger · Global Director - Process and Technology Owner for Aseptic & Sterility

Refolution supported me in the technical verification of design and dimensioning of a Natural Refrigerant Cooling System for a new Freeze Dryer system.
I was very happy with the immediate support and competence of the Refolution Team. Thanks for your help.