Konzept zur Wärmeverteilung bei der FATH GmbH

25.11.20 14:02

Im Laufe des Jahres 2020 hat FATH vom Institut für Energietechnik (IfE) aus Amberg ein Energiekonzept erstellen lassen, das sich mit der Verwendung und Erzeugung thermischer Energie am Standort Spalt befasst. Die Erstellung des Energiekonzeptes wurde zu 40 % vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) gefördert. Die Basis des Konzeptes ist die Zusammenfassung und Aufbereitung von Energieverbrauchsdaten. Darunter fallen etwa der Strombezug, der Druckluft- und der Heizölverbrauch.

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Motivation

Die Kernbereiche der Fertigung bei FATH sind Kunststoffspritzguss, Zinkdruckguss, Kunststoffextrusion, Dreherei und Montage. In den ersten drei Bereichen wird Prozesskälte in Form von 18°C kaltem Wasser benötigt. Derzeit wird diese Kälte von zwei Kompressionskältemaschinen mit einer gemeinsamen Kälteleistung von ungefähr 145 kW bereitgestellt. Um sich in diesem Energiekonzept auf eine breitere Datenbasis stützen zu können, wurde zusätzlich die aktuelle Prozesskälteerzeugung vermessen. Die Produktionshalle wird durch die hohen internen Wärmelasten nie beheizt. Stattdessen stehen sogar im Januar meist alle Fenster offen, um den Werkern ein angenehmeres Arbeitsklima zu bieten. Der Bürobereich im Altbau, der gesamte Neubau, eine Schwesterfirma und ein zusätzliches Bürogebäude werden mithilfe eines Ölkessels bzw. Wärmepumpen beheizt. Die Wärmeabnehmer befinden sich innerhalb eines Umkreises von ca. 200 Metern.
FATH hat sich folgende Frage gestellt:
Warum sollten wir die warme Hallenluft ungenutzt nach außen strömen lassen, wenn wir gleichzeitig auch Energie zum Heizen der Gebäude benötigen? Die nachhaltigere und auf lange Sicht günstigere Lösung wäre es, die Abwärme der Maschinen zum Heizen der Gebäude zu nutzen.

Vorgehen und Erkenntnisse

Zuerst haben wir ermittelt, wie viel Wärmeenergie in den Produktionshallen erzeugt wird. Anschließend wurde der Wärmebedarf der Bürogebäude bestimmt. Wir haben festgestellt, dass der gesamte monatliche Wärmebedarf der FATH Gebäude bilanziell mit der vorhandenen Abwärme aus der Produktionshalle gedeckt werden könnte. Nimmt man statt eines Dreischichtbetriebes nur einen Zweischichtbetrieb an, würden die bisherigen Wärmeerzeuger nur in drei Monaten des Jahres benötigt.
Die ersten interessanten Ergebnisse lieferte bereits die Vermessung der aktuellen Kompressionskältemaschinen. Es wurde festgestellt, dass tatsächlich viel weniger Kälteleistung benötigt wird als ursprünglich angenommen. Vorherige Abschätzungen fanden immer auf Basis der addierten Spitzenleistung aller Maschinen statt. Da diese Spitzen nur selten gleichzeitig auftreten und auch in den jetzigen Kälteerzeugern bereits kleine Pufferspeicher integriert sind, wurden die angenommenen Spitzen während der zweiwöchigen Messung nicht ansatzweise erreicht. Bei der Datenabfrage für das Energiekonzept ist an verschiedenen Stellen immer wieder aufgefallen, dass es Probleme mit der Genauigkeit der erhobenen Daten gibt. Teilweise mussten Daten geschätzt werden, da keine verwertbaren Datensätze existieren. Ein Ergebnis des Energiekonzeptes ist, dass nach Möglichkeiten zur Umsetzung eines durchgängigen Messkonzeptes des Energieverbrauchs gesucht werden muss. Bei künftigen Maßnahmen, die den Energieverbrauch des Unternehmens betreffen, kann sich dann auf eine verwertbare Zahlenbasis gestützt werden. Nach dem Aufstellen der Wärmebilanz sind verschiedene Varianten zum Umsetzen eines Wärmenetzes erstellt und Ammortisierungszeiten berechnet worden. Zum Schluss wurden die Ansätze miteinander verglichen.
Ein weiterer Teil des Energiekonzeptes war die Betrachtung von Einsparpotenzialen an den Zinkdruckgussmaschinen. Die identifizierten Potenziale reichen vom Ersatz der Druckluftantriebe durch servoelektrische Lösungen, bis hin zur Erneuerung der Zinköfen durch effizientere Modelle.

Ausblick

Das Energiekonzept hat die angestellte Vermutung, dass die vorhandene Abwärme den Großteil des Wärmebedarfes der Firmengebäude decken kann, bestätigt. Dennoch wurden auch einige Entwicklungsmöglichkeiten aufgedeckt, die bisher noch nicht bewusst waren. FATH wird aufgrund der ermittelten Zahlen ein durchgängiges und technisch detailliertes Energiekonzept zum Wärmemanagement innerhalb des Unternehmens erstellen. Die Optimierungspotenziale, die an den Zinkdruckgussmaschinen erkannt wurden, werden im Rahmen der strategischen Ausrichtung des Bereiches erneut betrachtet. Ein übergeordnetes Messkonzept, das zukünftigen Untersuchungen zu Gute käme, wird separat betrachtet.