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Ausgewählte Ausgabe: 10-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Hohe Kühl- und geringe Kostenlast

Unternehmen, die nicht zu den kleinen und mittelständischen (nicht-KMU) zählen, sind seit dem 22. April 2015 zu einem regelmäßigen Energieaudit verpflichtet oder müssen ein Energiemanagementsystem nach DIN EN ISO 50001 nachweisen. Auf der Suche nach Energieeinsparungen in Unternehmen gilt das erste Augenmerk meist den Querschnittstechnologien. Hier steht die energieintensive Kühlung von Gebäuden ganz oben an.


Bild 1 Im Rahmen des Energiemanagements entschied man sich bei LTi Metalltechnik für eine ergänzende Freikühlung der Produktionshalle

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Im Rahmen des Energiemanagements entschied man sich bei LTi Metalltechnik für eine ergänzende Freikühlung der Produktionshalle

Die LTi Metalltechnik GmbH investierte deshalb am Standort Windischbuch in einen neuen Kaltwassersatz mit Freikühlung. Das hat nicht nur ökologische, sondern auch wirtschaftliche Vorteile. An fünf deutschen Standorten und einem in Großbritannien konstruiert und produziert die Unternehmensgruppe Werkstücke und Komponenten für die Automobilindustrie, den Werkzeug- und Anlagenbau sowie die Medizintechnik und weitere Hightech-Branchen. Im baden-württembergischen Boxberg-Windischbuch ist unter anderem die zerspanende Fertigung der Unternehmensgruppe angesiedelt (Bild 1). Werkstücke bis zu einer Länge von sechs Metern und einem Stückgewicht bis zehn Tonnen können hier bearbeitet werden.

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Eine konstante Raumtemperatur ist Voraussetzung für die exakte Bearbeitung der bis zu sechs Meter langen Werkstücke

Das Besondere ist die Genauigkeit: Maßtoleranzen im μ-Bereich müssen eingehalten werden, was nur bei einer konstanten Innentemperatur in der Fertigungshalle möglich ist. Ansonsten würde schon die Materialausdehnung von Werkstücken und Werkzeugen bei Temperaturwechseln die geforderte Präzision unmöglich machen (Bild 2).

Ökonomisch und ökologisch im Einklang

Eine reibungslos laufende Produktion hat in der Industrie oberste Priorität. Die Infrastruktur zur Versorgung der Fertigung mit sogenannten Querschnittstechnologien, wie beispielsweise Druckluft oder Kühlung, ist in der Vergangenheit dabei häufig nach dem Prinzip „viel hilft viel“ abgesichert worden. Aber es geht auch anders. Aus ökologischer Verantwortung, aber ebenso aus wirtschaftlichen Gründen sind die Zeiten von überdimensionierten und mehrfach abgesicherten Versorgungssystemen vorbei. Mit moderner Anlagentechnik und zuverlässigem Service ist eine sichere Fertigung auch ohne Energieverschwendung möglich, wie es sich am Beispiel einer neuen Kühlanlage für die Produktionshalle nachweisen lässt, in der die zerspanende Fertigung untergebracht ist.

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In der Produktionshalle muss eine Kühllast von bis zu 60 kW abgeführt werden

In der zerspanenden Fertigung, einer 60 m langen und 30 m breiten Industriehalle, nutzt LTi schon länger die Abwärme der Maschinen zur Gebäudebeheizung. Für eine gleichmäßige Temperierung ist gleichzeitig jedoch auch eine Kühlung erforderlich. Rund 60 kW Kühllast fallen hier an (Bild 3). Durch den kontinuierlichen Verbesserungsprozess im Rahmen des firmeneigenen Energiemanagements wurde klar, dass die Kühlanlage modernisiert werden muss. Zum einen, weil der Kaltwassersatz schon in die Jahre gekommen war, zum anderen wegen des hohen Energieverbrauchs. Entsprechend dem Umweltleitfaden des Unternehmens, wonach bei der Auswahl neuer und Änderung bestehender Produktionsverfahren umweltfreundliche Lösungen bevorzugt werden sollen, musste eine ökonomische, ökologische und vor allem sichere Lösung zur Kühlung der hochpräzisen Fertigungseinrichtungen gefunden werden.

Umfängliche Analyse

Externes Know-how holte sich der für das Energiemanagement und die einwandfreie Funktion der Gebäudetechnik zuständige Leiter der Instandhaltung bei LTi, Herwig Ullrich, bei dem Kälteanlagensystemhersteller Systemair und dem Anlagenbauer Lurz ein. Systemair untersuchte dabei als Erstes die Betriebs- und Standortbedingungen. In Abhängigkeit der Jahresarbeitszahlen und der durchschnittlichen Temperaturen am Aufstellungsort ist in vielen Fällen ein Kaltwassersatz mit zusätzlichem Freikühler eine energiesparende Technik. Die Produktion läuft bei LTi in Windischbuch im Dreischichtbetrieb und erreicht damit etwa 8 000 Betriebs-stunden pro Jahr. Auch wenn die Fertigung nicht läuft, ist für die Gewährleistung der Präzision eine konstante Temperaturhaltung der Werkstücke und Werkzeugmaschinen entscheidend. Allerdings sinkt die Kühllast, wenn die Maschinen nicht im Betrieb sind. Im nächsten Schritt wurde analysiert, wie sich die Betriebsstunden auf den Jahresverlauf der Durchschnittstemperaturen in Windischbuch aufteilen. Denn sobald die Umgebungstemperatur 2 K unter der Rücklauftemperatur des Kaltwassers liegt, kann der Freikühler einen Teil der benötigten Kälte bereitstellen. Im Freikühlmodul arbeitet ein Ventilator-gestützter Luft-Wasser-Wärmeübertrager, im Kaltwassersatz hingegen ein Verdichter, der deutlich mehr Energie aufnimmt als Ventilatoren.

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Autoren

 Thomas Kerner

studierter Kälte- und Klimasystemtechniker. Mit umfangreicher Berufserfahrung als Projektleiter für CO2-Kälteanlagen ist er seit 2013 als Produktmanager im Bereich Kälte- und Klimasysteme bei der Systemair GmbH tätig.

Funktion der Freikühlmodule...

...  „SysFreeCool“ von Systemair

Bei einer Außentemperatur < 2 K gegenüber der Rücklauftemperatur des Kaltwassers schaltet ein Dreiwege-Ventil den Kühlkreislauf vollständig über das Freikühlmodul „Sys-FreeCool“. Hier wird das Trägermedium aus Wasser und Glykol auf die gewünschte Vorlauftemperatur heruntergekühlt, unterstützt durch Ventilatoren. Die Drehzahl wird dabei kühllastabhängig über einen Temperaturfühler im Wasserkreislauf stufenlos gesteuert. Der Effizienzgewinn: Die Stromaufnahme der Ventilatoren ist deutlich geringer als die des Kompressors im Kaltwassersatz.
Liegt die Außentemperatur unter der Rücklauftemperatur, aber über der Vorlauftemperatur, wird das Wasser-Glykolgemisch im Freikühlmodul vorgekühlt und im Kaltwassersatz auf die gewünschte Vorlauftemperatur gebracht. Der Effizienzgewinn: Die so reduzierte Temperaturspreizung senkt die Energieaufnahme des Kaltwassersatzes.
Ist die Außentemperatur über Vor- und Rücklauftemperatur, ist kein Freikühleffekt mehr möglich. Somit führt das Dreiwege-Ventil den Kühlkreis vollständig zum Kaltwassersatz.
Der Effizienzgewinn: Der Freikühler nimmt dann keine Energie mehr auf.

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