Erfolgreich mit Energieeffizienz?

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Seit circa 20 Jahren setzt man bei Röchling auf Technik aus dem Hause Oni – Die technische Zuverlässigkeit und Energieeffizienz sind Beweggründe für die langjährige Verbindung.

Die weltweit operierende Röchling-Gruppe steht mit einem Umsatz von 1,84 Mrd. EUR im  Geschäftsjahr 2017 und über 9.700 Mitarbeitern an 91 Standorten in 25 Ländern für Kompetenz in Kunststoff. Vom Halbzeug bis zum komplexen System wird das einzigartige Innovationspotenzial dieses Werkstoffs genutzt. Der Unternehmensbereich Industrie bedient nahezu alle Sektoren der Industrie mit anwendungsbezogen optimalen Werkstoffen. Dafür verfügt Röchling über das wohl umfangreichste Produktportfolio thermo- und duroplastischer Kunststoffe weltweit. Hergestellt werden Halbzeuge wie Platten, Rund-, Hohl- und Flachstäbe, Formgussteile sowie Profile und spanabhebend bearbeitete und konfektionierte Präzisionskomponenten.

Der Unternehmensbereich Automobil steht für Komponenten und Systemlösungen auf den Gebieten Aerodynamik, Antrieb und Neue Mobilität. In der Entwicklung nah am Kunden und global präsent, liegt unser Fokus auf den aktuellen Herausforderungen der Automobilindustrie: Verminderung von Emissionen, Gewicht und Treibstoffverbrauch. Der Unternehmensbereich Medizin bietet seinen Kunden eine breite Palette von kundenindividuellen Produkten - aber auch Standards - aus Kunststoff für die Bereiche Pharmazie, Diagnostik, Surgery und Life Science. Die hochwertigen Produkte werden in innovativen Verabreichungs- und Primärverpackungssystemen, chirurgischen Instrumenten und Diagnose-Einwegartikeln verwendet.

Die positive Unternehmensentwicklung führt zwangsläufig an verschiedensten Standorten zu Erweiterungen oder kompletten Neubaumaßnahmen. So wurde der Standort in Neuhaus, der als Produktions- und Entwicklungsstätte führend auf dem Gebiet keimarme, funktionelle und qualitativ hochwertige Verpackungssysteme für die Pharmazie, Diagnostik und Medizintechnik ist, weiter ausgebaut.

„Wir setzen seit ca. 20 Jahren auf energieeffiziente Technik aus dem Hause Oni. Die zuverlässige Technik, die Energieeffizienz und eine erstklassige technische Betreuung sind für uns die wesentlichen Beweggründe für diese langjährige Verbindung. Aus diesem Grund haben wir uns auch für den aktuell fertiggestellten Neubau von den Oni -Fachleuten ein Energiekonzept erstellen lassen. Wie die anderen zwei bei uns installierten Anlagenkonzepte konnte auch das neue Konzept überzeugen und verschafft uns die Sicherheit, dass wir in Bezug auf Versorgungssicherheit und Energieeffizienz optimal für die Zukunft aufgestellt sind“, fasst Geschäftsführer Alexander Stauch die Beweggründe für die Fortführung der Zusammenarbeit mit Oni zusammen.

Weichenstellung für Energieeffizienz

Die Effizienz der Medienversorgung wird entscheidend von der Systemwahl und Konfiguration der Betriebsparameter bestimmt. Aus diesem Grund wurde bei Röchling Medical in Neuhaus durchgängig auf ein Niedertemperatur-Versorgungs- bzw. Nutzungskonzept gesetzt und Systemparameter in allen anderen Bereichen auf Minimalniveau abgesenkt, um bestmögliche Voraussetzungen für eine maximale Nutzung der eingesetzten Primärenergien beziehungsweise deren Mehrfachnutzung durch Einsatz von Wärmerückgewinnungssysteme sicherzustellen. In diesem Zusammenhang wurden daher für die Kaltwasserversorgung drei unterschiedlich temperierte Kreisläufe angelegt, wassergekühlte Druckluft-Kompressoren ausgewählt und Heizsysteme für ein Heizwasser-Temperaturniveau von 35 °C ausgelegt.

Kältemaschinen im Winterschlaf

Für die Kühlung der Spritzgießformen wird ganzjährig Kühlwasser mit einer Vorlauftemperatur von ca. 10 °C benötigt. Zur Erzeugung des Kühlwassers werden heute noch in vielen Fällen über das gesamte Jahr elektrisch angetriebene Kältemaschinen eingesetzt, was zu erheblichen Kostenbelastungen durch einen hohen Stromverbrauch führt. Für die Projektverantwortlichen von Röchling Medical war von vornherein klar, dass ein Kühlsystem zum Einsatz kommen muss, das weitestgehend auf den energieintensiven Einsatz einer Kältemaschine über das Jahr verzichtet. In Neuhaus sieht das Oni-Konzept daher eine Kühlenergieversorgung über Kältemaschinen lediglich in den warmen Sommermonaten und einer kurzen Übergangszeit vor.

Dazu wurde das Kühlenergieversorgungssystem für den Werkzeugkreis mit einer Leistung von ca. 350 kW mit einer so genannten Oni-Winterentlastung über glykolfreie, leerlaufende Freikühler ausgerüstet. Diese Systemtechnik übernimmt in der Übergangs- und Winterzeit anstelle der Kältemaschine die Versorgung des Formenkühlkreises. Bei dieser Technik nutzt man in der Übergangs- und Winterzeit die kostenlos verfügbare Umgebungsluft als Kühlmedium. Der elektrische Energieaufwand reduziert sich dabei auf einen Wert von ca. 2 bis 3 % einer Kältemaschine. Bedingt durch die Ortshöhenlage Neuhaus mit mehr als 800 m über NN ist wirklich sichergestellt, dass die Kaltwasserversorgung über Kältemaschinen auf Minimalniveau gehalten wird.

Das Energiemanagement übernimmt ein bei Oni entwickeltes, dynamisches Regelsystem mit energieoptimierender Systemsoftware. Damit wird zu jeder Zeit sichergestellt, dass die Kälteerzeugung mit einem niedrigst möglichen Energieaufwand betrieben wird. Darüber hinaus sorgt sie dafür, dass die Winterentlastung möglichst lange aktiv bleibt, weil jede Stunde, in der die Kältemaschine abgeschaltet bleibt, für den Betreiber bares Geld wert ist.

Mit der Kühlung heizen

Für die Projektverantwortlichen von Röchling Medical war von vornherein klar, dass ein Kühlsystem zum Einsatz kommen muss, das weitestgehend auf den energieintensiven Einsatz einer Kältemaschine über das Jahr verzichtet. Foto: Oni

Um ein Unternehmen mit mehreren tausend Quadratmetern Produktions-, Büro- und Lagerfläche in den Übergangs- und Wintermonaten zu beheizen ist üblicherweise eine Menge Erdgas oder Heizöl erforderlich. Der Heizenergieverbrauch und die daraus resultierenden Betriebskosten sind deshalb nicht unerheblich. Darüber hinaus ist im Normalfall für die Wärmeerzeugung und Verteilung ein Heizhaus mit Heizkessel, Brenner und Abgasanlage erforderlich, was entsprechend hohe Investitionen zur Folge hat. Bei Röchling Medical in Neuhaus hat man durch die Nutzung kostenloser Abwärme einen sehr viel effizienteren Ansatz zur Heizwärmeversorgung gefunden.

Um die Investitionskosten und letztendlich auch die Heizkosten auf möglichst niedrigem Niveau zu halten, wurde bei Röchling Medical Neuhaus daher zu allererst auf die Nutzung von Abwärme aus allen möglichen Bereichen gesetzt. Als besonders attraktive Quellen wurden die Kühlenergieversorgung für die Hydraulik der Spritzgießmaschinen und der Kühlkreis für die wassergekühlten Druckluftkompressoren identifiziert.

Im konkreten Fall benötigen Spritzgieß- und andere Produktionsmaschinen für die Kühlung hydraulischer Aggregate Kühlwasser mit einer Temperaturspreizung von 30/35 °C bei einer Rückkühlleistung von ca. 350 kW. Die Bereitstellung erfolgt über leerlaufende Freikühler. Durch die produktionstechnischen Abläufe bestimmt, ist die Bereitstellung einer hohen Druckluftleistung erforderlich. Um in diesem Bereich eine bestmögliche Abwärmenutzung zu sichern, wurden wassergekühlte Druckluftkompressoren eingesetzt. Die zur Rückkühlung notwendige Kühlleistung von ca. 850 kW bei einer Kühlwasser-Temperaturspreizung von 30/40 °C wird ebenfalls durch leerlaufende Freikühler bereitgestellt.

Danach ist allein in den Bereichen der Maschinen- und Druckluftkühlung eine Kühlwasser-Versorgungsleistung von bis zu 1.200 kW notwendig, die nach der Nutzung als Abwärme zur Verfügung steht. Leider immer noch viel zu häufig wird diese Abwärme ungenutzt über Rückkühlwerke in die Umwelt abgeleitet. Zudem belastet der Energieverbrauch der Rückkühlwerke unnötigerweise die Energierechnung. Im konkreten Fall wird die Abwärme in Übergangs- und Winterzeiten zur Deckung verschiedener Heizbedarfe genutzt. Damit wird einmal bezahlte Energie im ersten Schritt für den Produktionsprozess und im zweiten Schritt für Heizzwecke genutzt.

Aus dem gesamt zur Verfügung stehenden Abwärmestrom, in der Spitze 1.200 kW, wird im ersten Schritt eine Leistung von 650 kW über einen Wärmeaustauscher ausgekoppelt und insgesamt in drei Nutzerkreisläufe eingespeist. Neben der Lüftungsanlage als Hauptabnehmer werden die Bereiche Fußbodenheizung und Raumheizung mit der Abwärme versorgt. In einem zweiten Schritt bzw. nach Umsetzung einer weiteren Baumaßnahme werden die übrigen 550 kW Abwärmeleistung als Heizwärme in dafür ausgelegte Kreisläufe eingespeist. Letztendlich wird durch Einsatz der Wärmerückgewinnung kostenlose Abwärme zu wertvoller Heizenergie, die Erdgas und Heizöl ersetzt und damit unnötige Umweltbelastungen verhindert.

Energierechnung für die Lüftung gekürzt

Sensible Fertigungsbereiche, in denen qualitativ hochwertige Produkte hergestellt werden, verlangen nach einer definierten Raumlüftung. Die Anforderungen an Planung, Ausführung und Betriebssicherheit solcher raumlufttechnischen Anlagen ist entsprechend hoch und sollte daher den Fachleuten überlassen werden, die um die produktionsspezifischen Anforderungen wissen. Bei der Konzeptfindung steht daher die Betriebs- und Funktionssicherheit der Lüftungssysteme im Vordergrund, niedrige Bau- und Betriebskosten folgen dieser Forderung unmittelbar. Bei dieser Zielsetzung geht es also darum, dafür zu sorgen, dass die Zuluft ohne Umwege an die Stelle geführt wird, an der sie gebraucht wird und möglichst wenig Energie für den Heiz- und Kühlbetrieb eingesetzt wird.

„Für die verschiedenen Unternehmensbereiche, speziell in den Produktionszonen, sind die jeweiligen Anforderungsprofile für die raumlufttechnischen Bedingungen klar definiert und durch geeignete Systeme ganzjährig sicherzustellen. Durch das sensible Produktportfolio bestimmt, reicht das Spektrum bei uns von der einfachen Be- und Entlüftung bis zur Reinraumtechnik auf höchstem Niveau. Weil wir wissen, dass der Bereich Klima-/Lüftung einen erheblichen Energieeinsatz notwendig macht, haben wir von vornherein nach Möglichkeiten zur Reduzierung des Energieaufwandes gesucht und letztendlich durch die Oni-Fachleute in der Nutzung unserer eigenen Abwärmequellen gefunden“ beschreibt Alexander Stauch die Problemstellung und die dazu gefundene energieeffiziente Lösung.

Konkret erfolgt die lufttechnische Versorgung für den Spritzgussbereich über ein zentrales Zonengerät. Das Lüftungsgerät ist mit je einer Wärmeaustauschereinheit für den Heiz- und Kühlbetrieb ausgerüstet. Der Wärmeaustauscher für den Kühlbetrieb wurde für eine Leistung von 415 kW bei einer Kühlwasser-Temperaturspreizung von 6/12 °C und der für den Heizbetrieb für eine Leistung von 340 kW bei einer Heizwasser-Temperaturspreizung von 37/32 °C ausgelegt. Durch die entsprechende wärmetechnische Auslegung des Heizregisters kann der Heizwärmebedarf über das Jahr nahezu zu 100 % aus der Abwärme der Spritzgießmaschinen bzw. der Druckluftkompressoren gedeckt und die Energiekosten nachhaltig auf Minimalniveau gehalten werden.

Energiespareffekt pro Ökonomie und Ökologie

In kaum einem anderen Bereich wirkt sich die Umsetzung einer Energiesparmaßnahme so stark aus, wie in der Kühlwasserversorgung. Die richtige Wahl der Systemtechnik und der Temperaturspreizung sorgt bereits im Ansatz für niedrige Kosten in der primären Kühlwassererzeugung. Durch den Einsatz einer Wärmerückgewinnung werden die Heizkosten massiv gesenkt, weil kostenlose Abwärme teure Primärenergieträger wie Heizöl oder Erdgas ersetzt. Die Wärmerückgewinnung sorgt gleichzeitig dafür, dass in der Zeit der Abwärmenutzung eine separate Rückkühlung des Kühlwassers entfällt. In gleichem Zuge entfallen natürlich die Kosten für die Rückkühlung. Durch den Einsatz besonders energieeffizienter Kältemaschinen und einer angelagerten Winterentlastung wird der Stromeinsatz für die Kaltwasserversorgung der Formkühlung auf einen Minimalwert gebracht. In Summe führt die konsequente Umsetzung der von Röchling Medical in Neuhaus definierten Forderungen aber nicht nur dazu, dass der Energiekostenanteil auf ein Minimalmaß reduziert wird. Man setzt mit diesem, von den Oni-Fachleuten geplanten und realisierten Energiekonzept gleichzeitig Maßstäbe im Hinblick auf einen aktiven Umweltschutz. Das Beispiel zeigt, das Ökonomie und Ökologie gleichermaßen vom Einsatz energiesparender Maßnahmen profitieren.

sl

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