Produktneuheit
Der „Hidden Champion“ der Industrie: Nachhaltigkeitsziele erreichen und Betriebskosten sparen mit Wärmepumpentechnik von GEA
09 Jun 2020
Es gibt viele Gründe für die Installation von Wärmepumpen-Technologie in der Industrie. Unternehmen tun dies, um die Betriebskosten zu senken und damit ihre Wettbewerbsfähigkeit zu erhöhen. Immer mehr entscheiden sich im Rahmen ihrer langfristigen Nachhaltigkeitsziele im Einklang mit dem Unternehmens-Image für die Nutzung von Wärmepumpen.
Ein bei Aurivo installiertes GEA-Wärmepumpensystem, basierend auf einem GEA Grasso 65HP Kolbenkompressor. (Foto: GEA)
Und schließlich gibt es keine geringe Zahl, die ihre Heizungslösung weg von der Verbrennung fossiler Brennstoffe umstellen müssen, um die gesetzlichen Anforderungen zur Verringerung der Umweltauswirkungen zu erfüllen.
Es gibt also viele Gründe, warum Wärmepumpen-Lösungen installiert werden. Was auch immer der Grund ist: Energieeffiziente Wärmepumpen von GEA entwickeln sich rasch zur Technologie der Wahl auf dem Weg in eine kohlenstoffneutrale Zukunft. Die hohe Effizienz und der geringe Wartungsaufwand von GEA-Wärmepumpen sorgen für eine kurze Amortisation und kommen dem Kunden während der gesamten langen Lebensdauer (mindestens 20 Jahre) der Anlage zugute. Durch den Ersatz der Verbrennung fossiler Brennstoffe: CO2-Emissionen, die dem globalen Klima schaden, und NOx-Emissionen, die insbesondere der lokalen Umwelt schaden, werden vermieden. Darüber hinaus kommen umweltfreundliche natürliche Kältemittel wie Ammoniak zum Einsatz. Vor allem die Lebensmittelindustrie erkennt die erheblichen finanziellen und ökologischen Vorteile des Einsatzes von Wärmepumpen in Produktionsprozessen.
Der Großteil der heutigen Lebensmittelverarbeitung ist eine Kombination aus Wärmebehandlung und anschließender Kühllagerung für eine lange Haltbarkeit. Diese Kombination von Heizung und Kühlung maximiert den Nutzen von Wärmepumpenanlagen. Die GEA-Wärmepumpentechnologie bietet unabhängig von der Branche und dem Umfang ihres Einsatzes Energiesparvorteile. Neben Anwendungen in der verarbeitenden Industrie werden Wärmepumpen auch häufig in umweltfreundlichen Fernwärmesystemen eingesetzt, wo sie nicht nur zur Bereitstellung Wärme-Grundlast, sondern auch als regulierbare Wärmequelle verwendet werden. Ihre schnelle Schaltzeit passt gut zu großen Fernwärmenetzen. In diesen Systemen spielen Wärmepumpen auch eine wichtige Rolle beim Schutz des Stromnetzes als Teil intelligenter Energiesysteme, bei denen die Lasten je nach Anfrage des Stromversorgers online angepasst werden können.
Klimaschutz mit Kostensenkung verbinden
Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) macht Wärme mehr als die Hälfte des weltweiten Endenergieverbrauchs aus, wobei der größte Teil davon aus fossilen Brennstoffen erzeugt wird. In Industrie und Gewerbe ist der Bedarf an Warmwasser und Prozesswärme sehr spezifisch. Er kann oft mit Wärmepumpen gedeckt werden. Ihre Effizienz und kurze Amortisationszeit machen sie zu einer umweltfreundlichen und wirtschaftlich attraktiven Alternative zu konventionellen Heizsystemen. Eine Wärmepumpe wandelt Wärme aus der Umwelt – Umwelt Prozessabwärme – von einem niedrigen Temperaturniveau auf ein höheres um.
Bei der Planung und Auswahl einer Wärmepumpenanlage ist die Art der Anwendung entscheidend: Die Vielfalt der industriellen Wärmepumpen macht sie für zahlreiche Verwendungen interessant, bei denen sowohl geheizt als auch gekühlt werden muss. Je kleiner der Temperatursprung für die Wärmepumpe ist, desto weniger elektrische Leistung wird benötigt. Bei der Installation einer Wärmepumpe ist es wichtig, die Wärmequelle mit der höchsten Temperatur zu finden und das Heizsystem so zu optimieren, dass es die niedrigste praktische Warmwassertemperatur liefert. Ändert sich der Heiz- und Kühlbedarf jahreszeitlich bedingt, typischerweise in Bürogebäuden oder Gewächshäusern, kann eine GEA- Wärmepumpe im Winter heizen und im Sommer kühlen. In den Jahreszeiten, in denen sowohl geheizt als auch gekühlt werden muss, kann der Wirkungsgrad mehr als zehnmal höher sein als bei einer herkömmlichen Installation mit Kessel zum Heizen und Klimaanlage zum Kühlen.
GEA-Erfahrung mit Kühlsystemen als entscheidender Vorteil
Die Techniker von GEA sind Experten sowohl für Kühlsysteme als auch für Wärmepumpen. Mit mehr als einem Jahrhundert an Erfahrung in der Herstellung von Ammoniak-Kühlsystemen und mehr als zehn Jahren Erfahrung mit Hochtemperatur-Wärmepumpenanlagen liegen die Gründe dafür auf der Hand. Wärmepumpen und Kältesysteme nutzen das gleiche physikalische Prinzip – und sie bestehen alle aus den gleichen Hauptkomponenten wie Kompressoren und Wärmetauschern. Das Prinzip der Wärmepumpe wird auch zum Kühlen verwendet (wie beim Kühlschrank), während der Begriff „Wärmepumpe" nur für die Heizeinheit verwendet wird. Beim Kühlprozess ist die Nutzenergie die aus dem zu kühlenden Prozess/Kältespeicher aufgenommene Wärme, die zusammen mit der Antriebsenergie als Abwärme an die Umgebung abgegeben wird.
Wenn eine Wärmepumpe mit einem Kühlaggregat kombiniert wird, ist sowohl Kühlen als auch Heizen möglich, so dass aus der einmaligen Nutzung ein kontinuierlicher Kreislauf wird, was die Energiekosten um 30 Prozent oder mehr reduziert. Dies ist eine erhebliche Einsparung, wenn man bedenkt, dass in der Lebensmittel-, Milch- und Getränkeindustrie bis zu 60 Prozent des Energieverbrauchs für Heizung und Kühlung verwendet werden können.
Die Herzstücke: GEA Kolben- und Schraubenkompressoren
Sie sind das Herzstück und damit buchstäblich die Pumpe der Wärmepumpe: GEA-Kolben- und Schraubenkompressoren. GEA verfügt über die größte Palette an Hochdruck-Ammoniak-Schraubenkompressoren, die für Wärmepumpenanwendungen geeignet sind. Durch sein großes Portfolio an Wärmepumpenanlagen hat GEA die Palette für niedrige Schwingungspegel und hohe Effizienz optimiert. Mit der für höhere Drücke erhältlichen Baureihe von V-Kolbenkompressoren mit kleinen Zylindern ist GEA nun in der Lage, die effizienteste Ammoniakkompressor-Lösung auf dem Markt anzubieten. Diese Kompressoren sind speziell für den hohen Verdichtungsenddruck in einer Wärmepumpe ausgelegt. Sie bieten Kondensationstemperaturen, die je nach Auslegung für den Betrieb mit Niedertemperatur-Warmwasser ebenso geeignet sind wie für die Bereitstellung von Prozesswärme.
GEA setzt auf umweltfreundliche Kältemittel
Da fluorierte Gase weltweit schrittweise aus dem Verkehr gezogen werden, um den Ausstoß von Treibhausgasen zu verringern, werden natürliche Kältemittel immer beliebter. Insbesondere ist hier Ammoniak zu nennen, ein umweltfreundliches und kostengünstiges Kältemittel, das keine Auswirkungen auf die globale Erwärmung hat und keine schädliche Anhäufung von Fluoridverbindungen in der Natur verursacht. Ammoniak wird in Lebensmittelverarbeitungsbetrieben, in der Getränke- und Milchindustrie sowie in Brauereien und Kühlhäusern weit verbreitet eingesetzt. Dank Verbesserungen in der Kompressor-Technologie können Ammoniak-Wärmepumpen jetzt höhere Temperaturen erzeugen. Dies hat den Weg für ihren breiteren Einsatz in der Lebensmittel-, Getränke- und Milchindustrie geebnet, wo Abwärme für das Waschen, Reinigen und Trocknen von Produkten, die Erwärmung von Wasser für Reinigungs- und Verarbeitungszwecke und die Pasteurisierung optimiert genutzt werden kann.
Traditionell verwendeten diese Industrien Kessel zum Kochen oder Pasteurisieren von Produkten, die dann wieder abgekühlt wurden, was zu einer massiven Energieverschwendung führte. Die Wärme aus dem Kühlprozess war zu gering, um wiederverwendet zu werden. Eine Wärmepumpe kann jedoch die Temperatur der Abwärme der Kühlanlage auf bis zu 90⁰C erhöhen, so dass sie in den Kreislauf zurückgeführt werden kann. Das bedeutet, dass mehr Kessel mit fossilen Brennstoffen ausgemustert werden können, die Wärme regeneriert oder wiederverwertet werden kann und die CO2-Emissionen stark reduziert werden – in vielen Fällen um mehr als 50 Prozent. Darüber hinaus können die CO2-Emissionen auf „Null“ reduziert werden, wenn „grüner Strom" verwendet wird.
Maßgeschneidertes Getriebe von GEA Wärmepumpen ist ein Riesenschritt nach vorn für die Lebensmittelindustrie
„Die industriellen Wärmepumpen von GEA reichen von 300 kW bis 10 MW. Das bedeutet, dass wir praktisch jede Anwendung von heißem Brauchwasser bis hin zu stadtweiter Fernwärme bewältigen können", sagt Kenneth Hoffmann, Produktmanager Wärmepumpen, GEA Refrigeration Technologies. „Aber jede Anwendung ist anders und erfordert einen maßgeschneiderten Ansatz. Wir haben den Vorteil, dass wir umfangreiches Prozesswissen und Know-how für integrierte Heiz- und Kühllösungen kombinieren können. Wir legen alles so aus, dass die Wärmequelle stabil und dauerhaft verfügbar bleibt, so dass die Nutzung der Abwärme optimiert werden kann“, erklärt Hoffmann.
Konventionelle Systeme mit Gaskesseln sind in der Regel für eine wesentlich höhere Wärmeträgertemperatur ausgelegt, als im Prozess benötigt wird. Dies ermöglicht nur sehr ungenaue Wärmelastberechnungen in der Projektphase und liefert am Ende nur wenig zusätzliche Energie.
Ein Wärmepumpensystem erfordert eine umfassende Analyse der erforderlichen Temperaturen und die Bewertung der richtigen Prozessparameter. In einer Wärmepumpe zählt jedes Grad. Je genauer die ursprüngliche Auslegung, desto mehr Energie kann eingespart werden. Anstatt sich auf kleine Rohrsysteme mit großen Temperaturdifferenzen zu konzentrieren, um die Anfangskosten niedrig zu halten, basiert eine Wärmepumpen-Investition auf kontinuierlichen Einsparungen, die täglich erzielt werden.
„Wir haben aufgrund der von uns gelieferten Kühlsysteme seit Jahrzehnten ausgezeichnete Beziehungen zu Kunden aus der Prozess- und Verarbeitungsindustrie. Hier liegen unsere Stärken und unser Know-how", sagt Maarten Gelens, Kältetechnik-Experte, GEA Refrigeration Technologies Niederlande.
Robert Unsworth, Technical Sales Director GEA Refrigeration Technologies UK, ergänzt: „Gemeinsam mit unseren Kunden streben wir nach Nachhaltigkeitszielen wie Energie-Einsparungen und CO2-Reduzierungen. Der Einsatz von Wärmepumpen im Lebensmittel-, Milch- und Getränkesektor wird einer der größten Entwicklungssprünge in der Lebensmittelproduktion und -kühlung sein.“
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Über GEA
GEA ist weltweit einer der größten Systemanbieter für die Nahrungsmittel-, Getränke- und Pharmaindustrie. Der 1881 gegründete und international tätige Technologiekonzern fokussiert sich dabei auf Maschinen und Anlagen sowie auf anspruchsvolle Prozesstechnik, Komponenten und umfassende Service-Dienstleistungen.
