Großes Potential

Energie, die in gewerblichen und industriellen Prozessen eingesetzt wird, wird immer wertvoller.

Dies ist nicht nur der globalen Entwicklung der vergangenen zwei Jahre geschuldet – Stichwort: Krieg und Energiekrise. Schon vorher waren Klimaschutz sowie CO₂-Reduktion die beherrschenden Treiber in der Energie- und Gebäudetechnik. Die Wärmerückgewinnung (WRG) aus Abgasen sollte daher priorisiert im Fokus stehen.

Die Zeit, als Abgas und damit Wärme ungenutzt durch Schornsteine entwich, ist vorbei. Zu sehr wirken sich die Energiepreise auf der Kostenseite aus. Doch mittel- und langfristig werden alle energetischen Prozesse auf dem Prüfstand stehen. Die Wärmerückgewinnung (WRG) mit Abgaswärmeübertragern kann bisher ungenutztes Potential ausschöpfen und die (Produktions-)Kosten verringern. Die positiven Effekte spüren insbesondere Unternehmen, die in ihren Produktionsvorgängen mit hohen oder sehr hohen Temperaturen arbeiten, von der Großbäckerei über die Lebensmittelindustrie, Härtereien und Gießereien bis hin zu metallverarbeitenden Unternehmen.

Gesetzliche Veränderungen wirken sich zusätzlich aus: So werden die Anforderungen sukzessive höher – größere Unternehmen müssen den Primärenergieverbrauch durch Energieaudits und Energiemanagementsysteme verringern. Darüber hinaus wird eine umweltfreundlichere Produktion wichtiger, weil sowohl bei der Auftragsvergabe als auch bei den Baubeteiligten verstärkt auf Ressourcenschonung geachtet wird.

Mithilfe von Wärmeübertragern lässt sich die bisher nicht genutzte Energie an anderer Stelle einsetzen. Das funktioniert folgendermaßen: Heiße Abgase durchströmen den Wärmeübertrager, der die Wärme an wasserführende Registerrohre überträgt. Die Abgase kühlen ab und das Wasser wird erwärmt. Diese Energie steht dann für die verschiedensten Nutzungen zur Verfügung. Dazu zählen etwa die Beheizung von Gebäuden und Produktionsstätten, Luftheizungen, die Vorwärmung von Produktionswasser oder die Brauchwarmwassererzeugung.

In welchem Umfang diese Rückgewinnung möglich ist, hängt von den örtlichen Gegebenheiten ab, unter anderem von der Abgastemperatur, der Brennerleistung und den Betriebsstunden, um nur einige Größen zu nennen. Aus den relevanten Faktoren kann beispielsweise NET, ein Unternehmen der Raab-Gruppe, ein maßgeschneidertes Konzept erstellen, das auch eine voraussichtliche Amortisation beinhaltet. Dabei verfolgt NET den Ansatz, eine Komplettlösung anzubieten, und steht dem Auftraggeber bei jedem Projektschritt zur Seite.

Im Detail: die Vorgehensweise

Den Beginn bildet die Bestandsaufnahme anhand einer umfangreichen Datenerfassung. Dazu zählen zahlreiche Daten zum Wärmeerzeuger, unter anderem die Art der Feuerstätte, der Brennstoff, die Laufzeit in Voll- und Teillast, Vor- und Rücklauftemperaturen, Menge des Brauchwarmwassers und die nutzbare Heizleistung. Des Weiteren ist relevant, für welches abzukühlende Medium die Wärmerückgewinnung erfolgen soll. Dies können Abgas, Abluft oder auch Kochschwaden sein, beispielsweise in Großküchen. Dazu ist der Massenstrom, der gemessene Volumenstrom, die Temperatur und der Feuchtegehalt zu ermitteln. Handelt es sich um Backanlagen, bei denen Wärme aus Backschwaden gewonnen werden soll, ist die Größe der Backfläche relevant.

Auch die Einzelheiten über die vorhandene Abgasanlage, etwa Durchmesser, Gesamtlänge, wirksame Schornstein-höhe und Anzahl der Bögen, wird erfasst. Verbindungsleitungen sind ebenfalls zu beachten. In der Regel erfolgt eine Begehung, um den oder die Installationsorte für Wärmeübertrager zu ermitteln. Hier ist auch zu klären, welcher Platz zur Verfügung steht, ob die Umsetzung im laufenden Betrieb geplant oder ob ein Bypass vorgesehen wird. Aus all diesen Informationen entwickelt NET einen exakt zugeschnittenen Plan, der mit den Verantwortlichen finalisiert wird. Dann steht auch fest, welcher Wärmeübertrager und welche Komponenten zu installieren sind.

Im Zentrum: das Register

Das Kernelement eines jeden „Thermojekt“-Wärmeübertragers bildet das Register mit den Rippenrohren. Hier sitzen je nach Größe unterschiedlich viele wasserführende Rohre, die dem Abgas im Kreuzgegenstrom-Prinzip die Wärme entziehen. In der Ausführung „Thermojekt R“ sind es 12,5 mm hohe Rippenrohre, die wie das gesamte Produkt aus Edelstahl 1.4571 oder 1.4521 gefertigt werden. Ihr Einsatzspektrum wird von NET wie folgt angegeben: saubere und leicht verschmutzte heiße Luft oder Abgase aus der Öl- und Gasfeuerung sowie aus Prozessluft bis maximal 600 °C.

Das Modell „Thermojekt G“ wird stattdessen mit Glattrohren ausgestattet, die sich besonders leicht reinigen lassen. Dementsprechend werden diese Wärmeübertrager bei festen Brennstoffen wie Holzpellets, Hackgut und Biomasse bei einer Prozessluft bis 600 °C eingesetzt. Bei allen Bauteilen kann das Register für die Reinigung einfach aus dem Gehäuse gezogen und mit Wasser abgespült werden.

Vorteil Bypass

In zahlreichen Anlagen mit Wärmerückgewinnung wird ein Bypass installiert. Dies macht immer dann Sinn, wenn beispielsweise eine Stilllegung für Wartungszwecke oder im Fall einer Störung massive Konsequenzen nach sich ziehen würde. Ohne einen Bypass – durch den das Abgas zeitweise ohne Einsatz des Wärmeübertragers übers Dach entweicht – kann die Feuerstätte nicht betrieben werden. Produktionsausfälle würden womöglich hohe Kosten verursachen.

Dabei gibt es zwei Varianten: Der interne Bypass ist im Wärmeübertrager integriert. Über einen wartungsfreien Stellmotor außerhalb des Gehäuses lassen sich die Bypassklappen steuern. Eine solche Ausführung kann in Unterdruck-Abgassystemen eingebaut werden. Bei einem externen Bypass wird vor dem Abgaseintritt in den Wärmeübertrager eine Abgasweiche in eine separate Abgasstrecke installiert. Diese führt in die ohnehin vorhandene Anlage. Welche der beiden Optionen sinnvoll ist, muss objektspezifisch geklärt werden.

Sinnvolles Zubehör

Um die optimale Wärmerückgewinnung zu realisieren, lassen sich verschiedene Zubehör-Bauteile wählen. So ist eine angepasste Regelung ein wichtiger Baustein in der Gesamtanlage. Der elektronische Regler „TJ-HRC“ bietet dazu eine Fülle von Einstellungen für die Vorlauftemperatur, die Schaltung der Bypassklappen oder des 3-Wege-Mischventils. Durch Funktionsmodule lässt er sich frei programmierbar auf viele unterschiedliche Anlagenkonfigurationen abstimmen. Da jedes Funktionsmodul mehrfach verwendbar ist, können auch komplexe Anlagensysteme mit maximal sechs Wärmeübertragern und mehreren Pufferspeichern realisiert werden. Als weitere Ergänzung bieten sich Rauchsauger an. Sie bewirken den zuverlässigen Abtransport der Abgase und unterstützen damit die Betriebssicherheit der kompletten Anlage.

Die eigentliche Umsetzung wird zusammen mit den NET-Experten akribisch geplant, um die Abläufe im jeweiligen Unternehmen so wenig wie möglich zu beeinträchtigen. Die Installation selbst liegt in den Händen eines Fachbetriebs. Bei der Montage eines Wärmeübertragers werden unter anderem die Sicherheitsabstände, der wasserseitige Anlagendruck, der korrekte Kondensatablauf, das Sicherheitsventil gegen Überdruck oder die Platzierung des Sicherheitstemperaturbegrenzers beachtet. Letzterer stellt die maximal zulässige Vorlauftemperatur am Wasser-austritt sicher. Auch die Befestigung und die Übergänge an die – meist metallische – Abgasanlage sind akkurat umzusetzen.

Kosten und Amortisation

Wird ein Wärmeübertrager in ein bestehendes System integriert, ist damit auch ein finanzieller Aufwand verbunden. Setzt man aber Installations- und Wartungskosten in Relation zur Energieeinsparung, ergibt sich rasch ein positives Bild. Die Amortisation wird denn auch im Planungsprozess anhand der Daten für jedes Objekt prognostiziert. Damit ist die Installation ein wertvoller Beitrag, um dauerhaft Energie zu sparen.

[Alexander Root]