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15.07.2018 Troubleshooting
Frage & Antwort

Wann ist die Nutzung von Abwärme sinnvoll?

Wir extrudieren Blasfolie. Wenn ich mich auf einer der Emporen aufhalte, läuft mir selbst im Winter der Schweiß herunter. Welche Möglichkeiten zur Abwärmenutzung sehen Sie?

Antwort:

Abwärmenutzung in der Kunststoffverarbeitung ist ein Thema, mit dem wir uns seit vielen Jahren sehr intensiv auseinandersetzen. Die zwei wichtigsten Faktoren, die über die Wirtschaftlichkeit solcher Maßnahmen entscheiden, sind das Temperaturniveau der Abwärme und die von ihr gelieferte thermische Leistung.

Sie sprechen von hohen Temperaturen unter dem Hallendach, vermutlich im Bereich von 30 - 45°C, was noch kein besonders attraktives Temperaturniveau ist. Hinzu kommt, dass die Abwärme (anders als bspw. bei einem Wasserkreislauf) nicht in einem konkreten Volumenstrom gebündelt, sondern als latente Umgebungstemperatur auftritt. Somit wäre es für eine Nutzung zunächst einmal notwendig, die warme Luft „einzusammeln“ und ihr in einem Folgeprozess die Wärme zu entziehen.

Vorsicht vor Nebenwirkungen

Ein naheliegender Gedanke wäre es, die warme Luft mit Hilfe eines Absaugsystems anzusaugen und dann über einen Wärmetauscher zu führen, damit die Wärme an ein anderes System übertragen und dort genutzt werden kann. Bei derartigen Überlegungen darf aber nicht vernachlässigt werden, dass das Absaugen der Luft eine Luftströmung in der Produktionshalle hervorrufen würde. Folglich könnte es passieren, dass die Extruder und die Blasfolie (von denen die Wärme abgestrahlt wird) durch diesen Luftstrom zusätzlich gekühlt werden.

Ich habe bereits in der Praxis die Situation kennengelernt, dass oberhalb eines Extruders, der sehr viel Wärme abgestrahlt hat, ein Absauggebläse installiert wurde, das die Luft angesaugt und an einen Heizkreislauf überführt hat. Die starke Luftströmung um den Extruder herum hat in diesem Fall bewirkt, dass der Extruder zusätzlich durch die Luftströmung gekühlt wurde (erzwungene Konvektion), worauf letztlich die elektrischen Heizungen des Extruders mit höheren Einschaltzeiten reagiert haben. Die eingesammelte Wärme stammte also zum großen Teil aus einer künstlich hervorgerufenen Beheizung des Extruders, was die Energieeffizienz des Gesamtsystems natürlich nicht steigert!

Generelle Regeln

Abwärmenutzung ist folglich nur dort unproblematisch, wo ein System bereits aktiv gekühlt wird und die Abwärme in einem konkreten Volumenstrom gebunden ist.

Hinsichtlich des Temperaturniveaus ist es so, dass eine Nutzung generell umso wirtschaftlicher möglich ist, je höher das Temperaturniveau liegt. Als Faustregel gilt: Ab etwa 50°C beginnt es interessant zu werden.

Der wichtigste Faktor ist jedoch die thermische Leistung, also das Produkt aus Temperaturdifferenz, Massenstrom und spezifischer Wärmekapazität des Wärmeträgers. Hier kommt es nämlich regelmäßig zu Fehleinschätzungen.

Fehleinschätzungen bei der thermischen Leistung

Bei recht geringen Volumenströmen ist auch zwingend die thermische Leistung sehr gering, unabhängig davon, ob das Temperaturniveau nun sehr hoch ist oder nicht. Bei einer Abwärmequelle, die nur wenige Kilowatt Energie pro Sekunde liefert, ist natürlich auch die erzielbare Ersparnis sehr gering, zumal noch Verluste durch Wirkungsgrade unter 100% einkalkuliert werden müssen. Aus wirtschaftlicher Sicht lohnt es sich daher bei geringen Wärmeströmen nur in den wenigsten Fällen, in eine technische Lösung zu investieren.

Ist jedoch eine Abwärmequelle identifiziert, die die Basiskriterien erfüllt – also hohes Temperaturniveau, hohe thermische Leistung und Abwärme gebunden in einem Volumenstrom – so ist es in vielen Fällen sehr wirtschaftlich, diese Abwärme zum Antrieb von Folgeprozessen zu nutzen.

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Über den Experten

Dr. Kenny Saul

Dr. Kenny Saul ist Geschäftsführer der SHS plus GmbH, leitet Seminare und Fortbildungen zu Extrusion, Kunststoffverarbeitung, Industrie 4.0 sowie Digitalisierung und betreibt als Hauptautor die Schulungsseite www.extrusion-training.de . Er arbeitet auch als Dozent an Hochschulen und ist Mitglied in Normungsgremien der Kunststoffverarbeitung.