Die Erzeugung von Prozess- und Raumwärme ist für gewerbliche Energieverbraucher der mengenmäßig mit Abstand wichtigste Energieeinsatz. In der Industrie gehen durchschnittlich fast drei Viertel des Energieverbrauchs an den Standorten in die Erzeugung von Prozesswärme, Raumwärme und Warmwasser; in Gewerbe, Handel und Dienstleistungen rund 60%. Dabei macht in der Industrie die Prozesswärme den mit weitem Abstand größten Anteil – alleine fast zwei Drittel des gesamten Energieverbrauchs am Standort – aus, während in Gewerbe, Handel und Dienstleistung die Erzeugung von Raumwärme (fast die Hälfte des Energieverbrauchs) die größte Rolle spielt. Es gibt also gute Gründe, sich im betrieblichen Umwelt- und Energiemanagement sowohl um die Erzeugung als auch um die Verwendung von Prozess- und Raumwärme intensiv zu kümmern. Auf dieser Seite erfahren Sie, wie Sie Ihren Wärmeverbrauch messen und bewerten und durch entsprechende Maßnahmen die Energieeffizienz im Unternehmen optimieren können.
Wärmeverbrauch messen und Energieeffizienz in Industrie, Gewerbe, Dienstleistung und Handel
Prozesswärme, also die Nutzung von Wärme für technische Verfahren, macht in der Summe mehr als ein Fünftel des gesamten Endenergieverbrauchs in Deutschland aus. Wärme benötigt man für viele Prozesse. Zum Beispiel zum Schmelzen von Metall und Glas, zum Sintern oder Kalzinieren (z. B. Zement- und Kalkherstellung), zum Trocknen, Kochen, Backen etc. Prozesswärme wird überwiegend in Brennöfen und in Kesselanlagen zur Erzeugung von Dampf- oder Heißwasser erzeugt. Zu den Brennöfen, die rund die Hälfe des industriellen Prozesswärmebedarfs decken, gehören etwa die Hochöfen der Eisenherstellung, die Schmelz- und Tiegelöfen der Stahlindustrie oder die Drehrohröfen der Zementindustrie. Mitunter werden Temperaturen von weit über 1.000 °C benötigt (Eisen- und Stahlindustrie, Zementwerke). Die Herstellung von Eisen, Stahl, Aluminium, Papier, Zement und die Verarbeitung von Kohlenwasserstoffverbindungen in der Chemieindustrie (Herstellung von Ethylen 1, Naphtha) sind besonders energieintensiv. Mittlere Temperaturen (100-500 °C) werden insbesondere in der Chemieindustrie, aber auch in der Lebensmittelindustrie (Bäckereien, etc.) benötigt.
Die verwendeten Technologien und Einsparmöglichkeiten sind jedoch überwiegend branchenspezifisch und können daher hier nicht weiter behandelt werden. In Kesselanlagen wird dagegen Dampf oder Heißwasser erzeugt. Dampf und Heißwasser können Sie als Wärmeüberträger oder auch direkt (etwa zum Reinigen von Anlagen und Behältern wie Gläser und Flaschen in der Lebensmittelindustrie) verwenden. Die Kesselanlage besteht aus einem Brenner, der Wärme erzeugt (chemische Energie aus dem Brennstoff in thermische Energie umwandelt), dem eigentlichen Kessel, in dem die Wärme auf den Wärmeträger übertragen wird und damit Heißwasser oder Dampf erzeugt wird. Dazu kommen die Wärmeverteilung (Rohrleitungen, Pumpen, Speicher) und Systeme zur Wärmerückgewinnung. Auch die Bereitstellung von Raumwärme (sowie Warmwasser im Sanitärbereich) erfolgt in der Regel über Kesselanlagen. Die Erzeugung von Raumwärme macht in der Industrie weniger als 10 Prozent des Energieverbrauchs aus, bei Gewerbe, Handel und Dienstleistung aber fast die Hälfte.
Bestandsaufnahme zur Verbesserung der Energieeffizienz im Unternehmen
Wenn Sie den Wärmeverbrauch messen, sollte die Bestandsaufnahme bei der Prozesswärme mit der Erfassung des Wärmebedarfs beginnen, da auch beim Wärmeverbrauch messen vor allem die Verbraucher die Kosten bestimmen. Erfassen sollten Sie, welche Wärmemenge in welcher Form und mit welcher Temperatur sowie ggf. mit welchem Druck Sie benötigen. Hierzu wird zu ermitteln sein, welche Volumina oder Massen bei Inbetriebnahme des Prozesses erhitzt werden müssen und welche Volumina oder Massen auf welcher Temperatur ein- und austreten sowie die thermischen Verluste der Prozessanlagen im Betrieb.
Letzterer Punkt ist oft nicht bekannt, kann aber abgeleitet werden, wenn z. B. ermittelt werden kann, auf welche Endtemperatur die Anlage nach einer gewissen Zeit (z. B. in der Nacht) abkühlt. Bei der Raumwärme sollte zudem auch die Gebäudehülle überprüft sowie geprüft werden, ob die Raumtemperaturen in der Heizperiode nicht zu hoch sind (hierbei sind die Vorgaben der Arbeitsstättenverordnung zu beachten) und ob ggf. Möglichkeiten wie Nachtabsenkung etc. berücksichtigt werden.
Erfassung des Wärmeversorgungssystems
Der zweite Schritt besteht aus der Erfassung des Wärmeversorgungssystems: der Öfen und/oder der Kesselanlagen, der Wärmeverteilung und ggf. der Systeme zur Wärmerückgewinnung. Dies gilt es für die einzelnen Komponenten zu erfassen:
- Hersteller
- Bezeichnung
- Typ
- Baujahr
- Leistung
- Wirkungsgrad
- Verwendungszweck der Komponente
- Betriebsstunden/Volllaststunden
- Teillastbetrieb (Dauer, Anteil der Last)
- Regelung (keine/Stufenregelung/Drehzahlregelung)
- übergeordnete Steuerung: ja/nein
Diese Informationen können Sie in der Regel anhand der Typenschilder und/oder Datenblätter der Komponenten erfassen. Bei Rohrleitungen zur Wärmeverteilung sollten Sie Länge und Durchmesser von Rohren, Temperatur- und Druckniveau sowie Durchflussraten und Isolierung erfassen. Bei Wärmespeichern Volumen, Temperatur- und Druckniveau sowie Isolierung und bei Wärmetauschern technische Daten und Betriebsbedingungen (Durchflussrate, Temperaturen auf der warmen und kalten Seite). Im folgenden Schritt beurteilen Sie die Energieeffizienz des Wärmesystems.
Dabei wird sowohl die technische Ausstattung (Vergleich mit Benchmarks), die Anpassung des Wärmeversorgungssystems an den tatsächlichen Wärmebedarf als auch der Wartungszustand (Ablagerungen an Wärmeübertragungsflächen behindern den Wärmeübergang, unzureichende oder fehlende Dämmung führt zu Wärmeverlusten) betrachtet. Wenn Sie oder Ihre Mitarbeiter den Wärmeverbrauch messen, werden als letztes überall da, wo die Energieeffizienz im Unternehmen verbessert werden kann, mögliche Maßnahmen identifiziert und nach Umsetzbarkeit, Aufwand- / Nutzenverhältnis o. ä. Kriterien priorisiert. Die Maßnahmen, die umgesetzt werden sollen, werden mit Verantwortlichkeiten, Mitteln und Terminen versehen und können z.B. in den Aktionsplan eines Energiemanagementsystems einfließen.
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