Kühlung mit Abwärme von Druckluft-Kompressoren

In der Industrie ist Druckluft ein unverzichtbares Medium für den Antrieb von Maschinen und Anlagen. Gleichzeitig haben Druckluftkompressoren einen beträchtlichen Anteil am Gesamtstromverbrauch eines Unternehmens. Bei Mondi Steinfeld, einem Unternehmen für die Produktion von nachhaltigen Kunststoffverpackungen, sorgt eine große Kompressor-Station für die Bereitstellung der benötigten Druckluft.

Bisher gaben die luftgekühlten Druckluftkompressoren im Werk ihre Abwärme ganzjährig ungenutzt an die Umgebungsluft ab. Zudem stellten energieintensive Kaltwassersätze die Kühlung der Produktionsmaschinen mit Kaltwasser sicher. Während der Heizperiode diente überdies eine Gasheizung zur Wärmeversorgung. Um diese ineffiziente Nutzung von Energie zu optimieren, wurde eine innovative Lösung verwirklicht, die erhebliche Einsparungen bei Energieverbrauch und Kosten ermöglicht.

Wärmerückgewinnung und effiziente Abwärmenutzung im Sommer

Im Rahmen einer umfassenden Modernisierung wurden die alten Kompressoren durch neue, wassergekühlte energieeffiziente Modelle mit Wärmerückgewinnung ersetzt. Zudem wurde eine Absorptionskältemaschine „Hummel“ der Firma Baelz integriert, die einen wesentlichen Beitrag zur Nutzung der Abwärme leistet [1].

Im Gegensatz zu klassischen Kompressionskältemaschinen, die einen hohen Stromverbrauch zur Kälteerzeugung aufweisen, nutzt die Absorptionskältemaschine die Wärmeenergie von Wasser ab ca. 60 °C als Antriebsquelle. Sie hat eine Nennleistung von 160 kW und benötigt nur einen Bruchteil der elektrischen Energie im Vergleich zu konventionellen Kälteerzeugern. Mit dem CO₂-neutralen Kältemittel Wasser und recyceltem Lithiumbromid als Lösungsmittel unterliegt sie nicht der F-Gase-Verordnung. Weil Absorptionskältemaschinen besonders nachhaltig und umweltfreundlich sind, gibt es von der BAFA hohe Fördermittel [2].

Kühlung im Sommer: Die thermisch angetriebene Absorptionskälteanlage (AKA) nutzt die 185 kW Abwärme der Druckluftkompressoren und erzeugt daraus 150 kW Kälte. Die Kälte steht in Form von Kaltwasser für die Kühlung der Produktionsmaschinen bereit. So ist es durch den Einsatz der AKA möglich, zwei energieintensive Kaltwassersätze abzuschalten.

Mit Abwärme heizen und mit Außenluft kühlen im Winter

Heizen im Winter: Die Abwärme der Kompressoren wird direkt für die Zentralheizung genutzt, wodurch der Gasverbrauch erheblich reduziert wird.

Freikühl-Skid für Winterkälte: Um dennoch Kaltwasser für die Maschinenkühlung bereitzustellen, wurde zusätzlich ein Freikühl-Skid installiert. Es nutzt die kalte Außenluft. In dem Moment, in dem die Außentemperatur in der Übergangszeit und vor allem im Winter kalt genug ist, kühlt das System der freien Kühlung das Prozesswasser. Die Druckluftabwärme steht der Heizung also vollständig zur Verfügung. Der Stromverbrauch reduziert sich weiter, da mechanische Kälteerzeugung in der kalten Jahreszeit kaum erforderlich ist.

Projektumsetzung und Förderung

Die Planung und Umsetzung dieser energieeffizienten Maßnahmen erfolgte durch die Firma Friedrich Jacob aus Weyhe, mit Unterstützung von Baelz in der Planungsphase. Zur wirtschaftlichen Attraktivität des Projekts trägt die Förderung nach der BAFA-Kälte-Klima-Richtlinie bei. Absorptionskältemaschinen werden dabei mit ca. 30-40 % bezuschusst, was die Investitionskosten erheblich senkt.

Diese Maßnahmen zeigen eindrucksvoll, wie durch intelligente Nutzung vorhandener Energiequellen erhebliche Einsparpotenziale realisiert werden können – sowohl ökologisch als auch ökonomisch. Mit dieser Lösung setzt Mondi Steinfeld ein klares Zeichen für nachhaltigen Energieeinsatz in der Industrie.

Nils Kruse, Head of Maintenance bei Mondi in Steinfeld, zeigt sich mit dem Konzept und mit der neuen Anlage sehr zufrieden. Die erfolgreiche Umsetzung der Maßnahmen bringt dem Unternehmen nicht nur wirtschaftliche Vorteile, sondern leistet auch einen wertvollen Beitrag zur Reduzierung des CO₂-Ausstoßes und zur nachhaltigen Ressourcennutzung.

Fazit

Mit der Absorptionskälteanlage „Hummel“ wird die Abwärme, die durch den Betrieb der Druckluftkompressoren in großer Menge entsteht, energiesparend verwendet. Im Sommer stellt die thermisch angetriebene „Hummel“ mit 80°C heißem Wasser das Kaltwasser für die Kühlung der Produktionsmaschinen bereit. In der kühlen Jahreszeit, wenn die Abwärme energiesparend für die Werksheizung verwendet wird, übernimmt ein Freiluft-Skid die Kühlung der Maschinen mit Kaltwasser.

Literatur

[1] Wintgens, C.; Kilpper, R.: Zeitgleich Heizen und Kühlen mit Abwärme. Stuttgart: Gentner Verlag, TGA Fachplaner 10-2019

[2] Kilpper, R.; Bälz, U. TGA Fachplaner 05 2015: Kälte aus Wärme mit niedriger Temperatur