Industrie

 

Abwärme

Die in Produktionsprozessen anfallende oder während der Produktion benötigte Wärme geht meist am Ende der Prozesskette in Form von Abwärme durch Abkühlung an die Umwelt verloren. Allgemein wird ein grosser Teil der in der Industrie eingesetzten Energie nach der produktiven Verwertung, je nach Wirkungsgrad der verwendeten technischen Umwandlung, als Abwärme an die Umwelt abgeführt. Dabei anfallende Abwärmemengen werden oftmals nicht registriert, obwohl für diese Wärme beträchtliche Nutzungspotentiale bestehen. Einsparungen von Energiekosten werden durch konsequente Nutzung der Abwärme in Kühlanlagen und Kühlträgern wie Luft und Wasser aus den industriellen Prozessen erzielt, z. B. aus der Metallverarbeitung, Kunststoffverarbeitung, Elektronikfertigung. Der Einsatz von CO2 relevanten Energiequellen wie Öl und Gas wird deutlich reduziert.

Um die anfallende Wärme (Abwärme) nutzbar zu machen, muss diese in weitere Prozesse überführt werden. Die Übertragung erfolgt je nach Temperaturniveau mit Hilfe von Wärmetauschern oder einer Weiterverwertung mit anderen technischen Hilfsmitteln, wie z. B. Wärmepumpen, Dampfturbinen, Sorptionskältemaschinen.

 

Druckluft

Druckluft ist eine der teuersten Energieformen im Betrieb. Die Energiekosten betragen ca. 80% der Lebenszykluskosten. Durch koordinierte Effizienzmassnahmen bei der Drucklufterzeugung, der Verteilung und der Entnahme an den Verbrauchern, können bis zu 30% der Erzeugungskosten eingespart werden. Energieeinsparungen ergeben sich beispielsweise bei druckluftangetriebenen Verarbeitungsprozessen durch regelmässige Überwachung und Regelung der Erzeugung und Verteilung und der Nutzung von Abwärme.  Betrachtet man das gesamte System als Einheit, ist eine optimale Abstimmung von Druckerzeugung, Speicherung, Luftqualität (Filter, Trocknung), Wärmerückgewinnung, Leitungen, Verteilungen, Biegungenen, Medienwechsel, (Leitung – Ventil - Schlauch, Luft – Antrieb), Armaturen und Verbrauchern  erforderlich. Besondere Beachtung finden sollten dabei Wirkungsgrade, Dimensionierungen, Verschleisserscheinungen, Leckagen, Verunreinigungen, Betriebsstunden, Standby-Zeiten, Abschaltungen und Nutzerverhalten. Laufzeitoptimierte Steuerung, Kompressorregelung und Auslastungsplanung hilft bei der Auslegung, Optimierung und Reduzierung von Druckluftanlagen.

Verluste werden z. B. verursacht durch Undichtigkeiten an den Anschlussstücken, verschiedene Leitungsquerschnitte, Biegungen und Abzweigungen, Leitungsdefekte, Druckanpassungen / Druckminderer.

Druckverluste in der Leitung in Höhe von einem Bar, verursachen einen Energieverlust von ca. 10%.

  • Ein   1 mm Loch verursacht Verluste von ca.    1,2 l/s (6bar),   0,3 kW
  • Ein   3 mm Loch verursacht Verluste von ca.   11   l/s (6bar),   3,1 kW
  • Ein 10 mm Loch verursacht Verluste von ca. 124   l/s (6bar),  33    kW

Verluste können verringert werden durch:

  • Anordnung von Verbrauchern mit gleichem Druckbedarf an Leitungen mit   homogenem Druck
  • Verdichtung kalter Aussenluft
  • Verbrauchsabhängige Steuerungen, (Grundlast und Spitzenbedarf)
  • Kondensatableitung

Eingesetzte Wärmetauscher verringern den Gesamtenergieverlust am Kompressor und nutzen die Abwärme für Heizwasser (bis 70°C) oder erwärmen Brauchwasser über Sicherheitswärmetauscher (um ca. 35K).
Erst eine genaue Leistungsanalyse der Drucklufterzeugung und der verbundenen Komponenten ermöglicht eine detaillierte Aussage über mögliche Energieeinsparungen. Hierzu ist eine Erfassung von Druck- und Wärmeverlusten und eine bedarfsgerechte Verteilungsoptimierung bei der Drucklufterzeugung und Bereitstellung erforderlich. Aus 10kW elektrischer Energie am Kompressor erhalten Sie ca. 1kW Druckluft und 9kW Abwärme. Messungen am Kompressor (ohne Druckbehälter) von Einschaltzeiten, Druckdifferenz und Druckvolumen lassen Rückschlüsse auf die Qualität und Druckverluste der Anlage zu.

 

Beleuchtung

Einen deutlichen Sicherheits- und Komfortgewinn und zusätzlich erhebliche Kosteneinsparungen erzielen Sie durch verbrauchsoptimierte Beleuchtungseinrichtungen, die bedarfsgerecht gesteuert und optimal der jeweils erforderlichen Beleuchtungssituation angepasst werden. Der Einsatz von stromsparenden Leuchtmitteln (LED) erhöht nicht nur die Energieeffizienz, sondern trägt durch die Langlebigkeit zur Verringerung der Wartungskosten und damit der Betriebskosten bei. Wird die Beleuchtung in Bereichen, die nicht dauerhaft belegt sind, mit Präsenzmeldern, Zeitschaltungen und Dämmerungssensoren von Dauerbeleuchtung auf eine bedarfsgesteuerte Beleuchtung umgestellt, so können gegenüber den ansonsten oftmals sehr langen Beleuchtungszeiten hohe Energieeinsparungen erzielt werden. Der Einsatz von Lichtsensoren ermöglicht eine tageslichtabhängige und raumorientierte Anordnung und Einteilung der Beleuchtung mit Konstantlichtregelung. Der bedarfsgerechte Gebrauch der einzelnen Beleuchtungen in den Räumen bietet erhebliche Potentiale zur Energie- und Leuchtmitteleinsparung. (Ausrichtung von der Fensterfront zur Raummitte, Einzelregelung der Leuchten).

An optisch anspruchsvollen Arbeitsplätzen, die einen hohen Lichtbedarf auf relativ kleiner Fläche benötigen, ist eine gezielte Arbeitsplatzbeleuchtung einer Raumbeleuchtung vorzuziehen. Der Einsatz von Arbeitsplatzleuchten ermöglicht durch den geringeren Abstand zum Arbeitsplatz geringere Leistungen in den Leuchtmitteln, bei optimaler, schattenfreier und flexibler Beleuchtung. Zudem ist es möglich die Leuchtmittel schneller einer Bedarfsänderung anzupassen (Lichtstärke, Farbtemperatur). Eine geschickte Anordnung der Beleuchtung ermöglicht eine gleichmässige und schattenfreie Ausleuchtung. Dies erzeugt Sicherheit und verhindert Unfälle. Optische Barrieren entstehen durch ungünstigen Schattenwurf an unübersichtlichen Stellen und können so zu Unfällen führen.

Alle Beleuchtungen sollten grundsätzlich anwendungsorientiert (Büro, Produktion, Arbeitsplatz, Reinraum, Feuchtraum, Explosionsschutz usw.), ausgeführt werden und müssen die jeweiligen Vorschriften und Anforderungen an den Arbeitsplatz erfüllen.
 

 

Bürobeleuchtung

Bedarfsgerechte Arbeitsplatzbeleuchtungen sind eine Grundvoraussetzung für ein Arbeiten ohne vorzeitige Ermüdungserscheinungen. Typisch für Büroarbeitsplätze sind heute Arbeiten am Bildschirm. Dafür sollte die Beleuchtung blendfrei und helligkeitsgesteuert sein. Reflexionen an Decken, Wänden, Böden und Arbeitsflächen können die Bildschirmqualität deutlich verschlechtern. Durch zu hohe oder zu niedrige Lichtkontraste zwischen Bildschirm und Umgebungslicht ermüden die Augen schneller. Qualitativ hochwertige, tageslicht- und richtungsabhängige Beleuchtungen erhöhen die Arbeitsqualität und Barrierefreiheit am Arbeitsplatz.

Mobile Aufstellung ermöglicht flexible Arbeitsplatzanordnungen und verringern den nachträglichen Verdrahtungsaufwand. Arbeitsplatznahe Beleuchtung verringert die erforderliche elektrische Leistung bei gleicher oder besserer Beleuchtungsstärke. Während Leuchtstofflampen eine durchschnittliche Lebensdauer von ca. 10.000 Stunden erbringen, werden LED Beleuchtungen herstellerseitig mit ca.  50.000 Stunden angegeben, abhängig von den Betriebsbedingungen. Die längere Lebensdauer verringert den Wartungsaufwand und führt zu einer markanten Reduktion von Betriebskosten. Die Farbtemperaturen von LED- Beleuchtungen können mit einem grossen Spektrum gewählt oder eingestellt werden. Abhängig von den jeweiligen Anwendungen können Farben und Helligkeit eingestellt werden, um z. B. die Beleuchtung zur Prüfung der Farbtreue in Druckereien oder lichtempfindliche Prozesse mit spezifischen Lichtspektren auszustatten.
Die Beleuchtung ungenutzter Büroräume ist mittels intelligenter Lichtsensoren,  Präsenzmeldern (Infrarot, Ultraschall, Radar) und intelligenter BUS-Technik  vermeidbar.

 

Büro Elektrogeräte

Elektrogeräte, die in den Standby-Modus geschaltet werden, verbrauchen weiterhin Energie. Die Standby-Energiewerte sind je nach Gerät und Hersteller sehr unterschiedlich. Zu den typischen Büroverbrauchern gehören z.B. Computer, Bildschirme, EDV-Netzwerkgeräte, Kopierer, Kaffeemaschinen, Heizplatten (Wärmeplatten), Kocher usw. Viele dieser Gräte können während den Betriebspausen abgeschaltet werden (automatisch, manuell oder zentral gesteuert). Während den Pausen laufende Bildschirmschoner belasten die Rechenleistung des Computers nicht unerheblich und verbrauchen so viel Energie.
Grosse Druckaufträge, die nicht sofort benötigt werden, können in Druckerspoolern zwischengespeichert auf lastarme Zeiten verlegt werden und entlasten dadurch die Spitzenlastzeiten. Das Ausschalten von Druckern sollte allerdings im Detail betrachtet werden. Häufiges Ein- und Ausschalten von Laserdruckern bedingt viele Aufwärmphasen. Tintendrucker reinigen nach jedem Einschaltvorgang die Druckerdüsen und verursachen einen erhöhten Verschleiss und Verbrauch. Insbesondere für Hotelbetriebe gibt es Fernsehgeräte mit stark reduziertem Standby-Verbrauch.

 

Büroheizung

Heizkörper in Büroräumen werden oftmals zugestellt von Tischen, Regalen oder Druckergestellen. Diese behindern den Wärmefluss und die freie Strahlungsabgabe in den Raum. Abgesehen von der Tatsache, dass elektronische Geräte empfindlich auf Überhitzung reagieren und vorzeitig ausfallen können, wird der Wärmefluss in den Raum behindert und durch längere Aufheizzeiten Energie verschwendet. Die Heizkörper sollten mit Thermostatventilen ausgestattet sein, die sich selbständig auf eine Solltemperatur regeln. Dies bedingt allerdings, dass auch die Ventile nicht verdeckt oder zugepackt werden, um die Temperatur korrekt regeln zu können. Die ideale Raumtemperatur liegt meist zwischen 20°C und 22°C. Eine Nachtabsenkung auf 18°C spart Heizenergie (ca. 6% je 1K Absenkung) in der Nacht. Türen, Durchgänge und Durchreichen zu unbeheizten Räumen und Fluren sollten geschlossen werden.

Bei beengten Verhältnissen, die keine Aufstellung von freistehenden Heizkörpern erlauben, sollten alternative Heizungen geprüft werde. Elektrische Infrarotstrahler geben eine gerichtete Strahlungswärme ab, die selbst in sonst kalten Räumen meist als angenehm empfunden wird. Diese sind flexibel aufstellbar oder als dünne Schichten auf Wände und Decken aufzubringen. Bei Infrarotstrahlern ist der Aufstellungs- oder Montageort für die effiziente Nutzung mit entscheidend.
Warmluft/Umluftheizungen eignen sich meist für grössere Anlagen, da der Installationsaufwand für die Wärmeverteilung zu berücksichtigen ist. Zudem kann eine Warmluftheizung zu einem sehr trockenen Raumklima führen, so dass Luftbefeuchtungen erforderlich sind. Für Umluftheizungen und geführte Lüftungen muss ein beträchtlicher Wartungsaufwand für Filterreinigung, Filterwechsel und Leitungsreinigung eingerechnet werden, um eine hohe Luftqualität zu erhalten.

Büroräume, die manuell gelüftet werden, sollten mit Stosslüftung/Querlüftung belüftet werden, um den Luftaustausch in kurzer Zeit zu maximieren und die Auskühlung der gespeicherten Wärme im Raum zu verhindern. Für kurze Zeit die Fenster ganz öffnen, um in einem Durchzug die Luft vollständig auszutauschen, bevorzugt in den Pausen. Während den Lüftungsphasen sind die Heizkörperventile möglichst abzudrehen, da diese durch die einströmende Kaltluft ansonsten den Heizkörper auf Vollast betreiben und die Warmluft direkt zum Fenster hinaus fliesst. Verhindern lässt sich dies durch automatische Heizkörperregelungen kombiniert mit Fensterkontakten.

 

KWK, BHKW

KWK   - Kraft-Wärme-Kopplung
BHKW - Block-Heiz-Kraftwerk.

Kraft-Wärme-Kopplung im BHKW bedeutet, dass die von einer Antriebseinheit (z. B. Verbrennungsmotor) erzeugte Kraft auf einen Generator übertragen wird, um daraus Strom zu gewinnen und die im Motor freigesetzte Wärme über Wärmetauscher an ein Wärmeträgermedium (meist Wasser) abgegeben wird, um diese für weitere Prozesse zu verwenden. BHKW nutzen die eingesetzte Primärenergie zu 80% – 90%. Ein wirtschaftlicher Einsatz von BHKW ergibt sich meist ab einer Nutzungsdauer von ca. 4000 Stunden im Jahr. Zum Einsatz kommen Diesel- oder Gasmotoren, Stirlingmotoren, Mikrogas- oder Gasturbinen, Holzvergaser und Dampfturbinen für Ab- oder Restdampf. Die Abwärme im Kühlwasser und im Abgas wird über Wärmetauscher der Heizung, Brauchwassererwärmung oder dem Betrieb von Sorptionskältemaschinen zugeführt. Typische Temperaturniveaus liegen bei 70°C – 80°C, in Heisswasserkühlungen bei ca. 130°C und in Abgas-Wärmetauschern bei 250°C – 300°C (aus Heisswasser-Dampferzeugern). In Gasturbinen werden bis zu 600°C Abwärme direkt aus den Brenngasen erreicht (kein Kühlwasserkreislauf). Der Wirkungsgrad hängt von der Temperaturdifferenz und der Durchflussmenge ab.

Der vom Generator erzeugte Strom wird im Betrieb selbst verbraucht und evtl. Überschüsse in das lokale Netz eingespeist. Im Netzanschluss werden Asynchron-Generatoren mit einem Wirkungsgrad von ca. 90% verwendet. Im netzunabhängigen Betrieb kommen auch Synchronmotoren mit einem Wirkungsgrad grösser 90% für eine dezentrale Stromversorgung und Notstrombetrieb zum Einsatz. Der elektrische Gesamtwirkungsgrad ergibt sich aus dem Verhältnis des eingesetzten Brennstoffes zum Drehmoment und dem Wirkungsgrad des Generators.

 

Blindleistungskompensation (BLK)

Die Blindleistungskompensation senkt die Strombelastung in den Verteilnetzen, reduziert die Netzverluste und damit die Strombezugskosten da meist nur 50% der Wirkarbeit als Blindarbeit zulässig ist. Eine Blindleistungskompensation wird u. a. erreicht durch Kondensatoren, Drosseln und Regler, die auch nachträglich installiert werden können. Hiermit wird eine Regelung des Blindleistungsfaktors auf ein gewünschtes cos Phi erreicht. Vorteile sind geringere Energiekosten, Energieeffizienzsteigerung von Generatoren, Transformatoren, Leitungen und Schalteinrichtungen.

 

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