Klug kombiniert

Ob Windkraftanlagen, Landmaschinen oder Autobahninfrastruktur: In vielen technischen Systemen kommen Verbindungselemente zum Einsatz, die hohen Belastungen standhalten müssen und sicherheitsrelevante Aufgaben erfüllen. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an Stabilität, Lebensdauer und Zuverlässigkeit. Auf die Herstellung solcher Bauteile hat sich Graewe spezialisiert und gilt weltweit als etablierter Partner für Zulieferer in wichtigen Schlüsselbranchen.

Präzision in jedem Fertigungsschritt – made in Europe

Ein zentrales Produkt sind hochfeste Gewindestangen und Gewindebolzen nach DIN 976-1 für industrielle und bautechnische Anwendungen. Bereits beim Umformen und in der mechanischen Bearbeitung dieser Verbindungselemente sind höchste Genauigkeit und stabile Prozesse erforderlich. Die geforderten mechanischen Eigenschaften entstehen durch eine gezielte Wärmebehandlung, die bei Graewe im eigenen Haus erfolgt. Ziel ist ein feinkörniges und gleichmäßiges Vergütungsgefüge, das die erforderlichen mechanischen Eigenschaften sicherstellt. Grundlage dafür ist eine präzise gesteuerte Temperaturführung beim Erhitzen und bei der kontrollierten Abkühlung.

Bei diesem qualitätsrelevanten Prozessschritt kommt im Werk Finnentrop eine neue Kälteanlage zum Einsatz, die von L&R Kältetechnik projektiert, gebaut und installiert wurde. Neben der präzisen Einhaltung der Zieltemperatur spielte bei der Projektierung die Energieeffizienz eine zentrale Rolle.

Die Ventilatoren werden von EC-Motoren angetrieben.

Im Fokus: Die Energieeffizienz

Die Anlage mit einer Kälteleistung von 570 kW stellt 20 °C kühles Wasser bereit, die Temperatur im Rücklauf beträgt 26 °C. Zwei Kältekreisläufe gewährleisten die geforderte Redundanz, und die Aufteilung auf acht Leistungsstufen schafft die Voraussetzung dafür, dass die Anlage auch in Teillastbereichen mit hoher Energieeffizienz arbeitet.

Ein weiteres Konstruktionsmerkmal mit großer Auswirkung auf die Energieeffizienz ist die „Winterentlastung“ der Kälteanlagen. Bei niedrigen bis mittleren Außentemperaturen erzeugen Freikühler die zur Rückkühlung benötigte Kälte aus der Umgebung und können dann die gesamte Kälteerzeugung quasi zum Nulltarif übernehmen. Das bedeutet für Graewe: Bei Volllastbetrieb können bis zu 86 kW elektrische Antriebsenergie eingespart werden.

Sowohl die Ventilatoren der Freikühler als auch die Ventilatoren der beiden außen aufgestellten Kondensatoren mit je 345 kW Kühlleistung werden von EC-Motoren angetrieben, die ihre Drehzahl an den aktuellen Bedarf anpassen. Die Pumpenantriebe in den Flüssigkeitskreisläufen der Kälteanlagen sind ebenfalls drehzahlgeregelt und entsprechen der Effizienzklasse IE5.

Gleitende Kondensationstemperaturregelung

Zum „Effizienzpaket“, das L&R für seine Kälteanlagen anbietet und für das sich Graewe entschied, gehört auch die VariKon-Steuerung. Sie passt die Kondensationstemperaturregelung selbsttätig an die Außentemperatur an. Das spart Energie, weil Industriekälteanlagen auf maximale Umgebungstemperaturen von ca. 35 °C ausgelegt sind. An solchen warmen Tagen muss der Kältemittelverdichter eine sehr hohe Druckdifferenz aufbauen, um die Produktionsabwärme abtransportieren zu können. Die VariKon-Steuerung sorgt dafür, dass diese Druckdifferenz jederzeit mit Hilfe von elektronischen Expansionsventilen aktiv auf das notwendige Minimum geregelt und an die Umgebungstemperatur angepasst wird. Das kann im Praxisbetrieb bei der Anlage von Graewe bis zu 38 kW Leistungsbedarf einsparen.

Die FU-geregelte Wärmepumpe stellt eine Wärmeleistung von bis zu 125 kW bereit.

Das Kältemittel: Selbstverständlich natürlich

Aus Sicht sowohl von L&R als auch von Graewe gehört der Einsatz von natürlichen Kältemitteln mit geringem GWP-Wert („Global Warming Potential“) und ODP-Wert („Ozone Depletion Potential“) zum Nachhaltigkeitskonzept von Kälteanlagen. Hier bewährt sich Propan (R 290, GWP = 3, ODP = 0) auch deshalb, weil es im Temperaturbereich von 20 °C die Gestaltung von effizienten Kältekreisläufen erlaubt. Zudem sind die Kosten für dieses natürliche, PFAS-freie und weltweit verfügbare Kältemittel gering – und Anlagen, die R290 als Kältemittel nutzen, sind BAFA-förderfähig. Gaswarnanlagen und eine automatische ATEX-Belüftung sorgen für einen sicheren Betrieb.

Betriebssicherheit, Transparenz und Energiemonitoring

Die produktionsrelevanten Betriebspumpen der neuen Kälteanlage von Graewe sind redundant ausgelegt, so dass z.B. bei Wartung oder Störung an einer Pumpe automatisch die Ersatzpumpe läuft. Das sorgt für eine hohe Betriebssicherheit. Auf dem Touch Panel der Anlage kann der Anwender in Klartext alle relevanten Betriebsdaten und Störmeldungen ablesen – das vereinfacht die Wartung. Der in die Steuerung integrierte Stromzähler und dessen Abgleich mit der abgeführten Wärmemenge ermöglichen die kontinuierliche Ermittlung des Anlagenwirkungsgrades und der Gesamtenergiekosten der Kühlanlage, die auch an das übergeordnete Energiemanagementsystem übertragen werden.

Im Vergleich zu einer „normalen“ Kälteanlage beträgt das Potenzial zur Energieeinsparung deutlich mehr als 50%.

Das Beste zu m Schluss: Wärmepumpe zur Raumbeheizung

L&R bietet die hier beschriebenen Energiespartechnologien jeweils einzeln an und gibt während der Projektierung neben den Kosten auch die zu erwartende Energieeinsparung an, so dass der Anwender für jede Maßnahme den (oftmals sehr kurzen) Amortisationszeitraum erkennt. Graewe hat sich für das ganze „Paket“ der Maßnahmen entschieden und in Zusammenarbeit mit L&R auch noch eine besondere, keinesfalls alltägliche, effizienzsteigernde Maßnahme realisiert: die Kombination mit einer ebenfalls von L&R projektierten und gebauten Wärmepumpe.

Abwärme aus der Kälteerzeugung sinnvoll genutzt

Das Grundkonzept: Die Wärmepumpe bezieht 26 °C warmes Wasser aus dem „Warmtank“ im Rückkühlkreislauf. Sie ist ganz ähnlich aufgebaut wie die Kälteanlage: Verdampfer, Kondensator, Kältekreislauf mit Wasser als Übertragungsmedium und R 290 als Kältemittel. Nur funktioniert sie quasi „umgekehrt“ und erwärmt das Wasser auf 40 °C – diese Temperatur benötigt die Fußboden-Hallenheizung.

Die FU-geregelte Wärmepumpe stellt eine Wärmeleistung von bis zu 125 kW bereit. Dabei beträgt die zugeführte elektrische Antriebsenergie der Wärmepumpe nur etwa 20 kW, woraus ein hervorragender COP von 6,2 resultiert. Und die Abwärme aus dem Kühlprozess der Vergütungsbäder wird sinnvoll genutzt. So spart Graewe Energiekosten auch bei der Hallenbeheizung. Genau wie bei der Kälteanlage ermöglicht ein Touch Panel mit L&R-eigener Visualisierung Transparenz an der Mensch-Maschine-Schnittstelle. Eine von L&R programmierte – Siemens SPS S7 übernimmt die Steuerung. Die Wärmepumpe ist zusammen mit der Kälteanlage in einem Technik-Container untergebracht. Dieses immer häufiger (auch in Innenräumen) genutzte Konzept ist platzsparend, flexibel und überzeugt auch durch eine zeitsparende Installation: Die Anlage wird komplett verrohrt angeliefert und muss vor Ort nur noch angeschlossen und in Betrieb genommen werden.

Mit der neuen Kälteanlage hat Graewe den energetischen „Goldstandard“ bei der Kälteerzeugung für die Vergütung der Befestigung­selemente realisiert.

Fazit: Alle Register der Energieeinsparung gezogen – und noch mehr

Mit der neuen Kälteanlage hat Graewe den energetischen „Goldstandard“ bei der Kälteerzeugung für die Vergütung der Befestigungselemente realisiert – mit Winterentlastung, gleitender Kondensationstemperaturregelung, drehzahlgeregelten Ventilatoren- und Pumpenantrieben und natürlichem Kältemittel. Im Vergleich zu einer „normalen“ Kälteanlage beträgt das Potenzial zur Energieeinsparung deutlich mehr als 50%. Zusätzliches Potenzial erschließt die Wärmepumpe, die als integrierte Lösung mit der Kälteanlage kombiniert wurde. Die Abwärme aus der Industriekälteerzeugung wird für die Hallenbeheizung genutzt. Weil das Temperaturniveau einer Fußbodenheizung relativ niedrig ist, lässt sich das besonders effizient realisieren: Ein COP von 6,2 ist beeindruckend. So spart die Kälte- bzw. Wärmetechnik dauerhaft Energie und Emissionen. Damit sind die Verantwortlichen im Unternehmen zufrieden. Olaf Graewe, geschäftsführender Gesellschafter der Graewe GmbH & Co. KG: „Mit der effizienten Kälteanlage sparen wir nicht nur Kosten, sondern auch wertvolle Ressourcen und reduzieren so unseren CO₂-Fußabdruck.“

www.lr-kaelte.de