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.
Ihre Ausbildung zum Energieaudit EN 16247 / ISO 50002
In unserer Ausbildung zum Energieauditor EN 16247 / ISO 50002 erfahren Sie, wie Sie mithilfe eines Energieaudits den Energieverbrauch im Unternehmen optimieren und somit die Energieeffizienz steigern können. Die Schulung steht Ihnen dabei auch als E-Learning zur Verfügung.
Ebenso schulen wir Sie auch zum Thema Energieberechnung, Energiemonitoring & Energiemessung für eine nachhaltige Energieverbrauchsoptimierung. Laden Sie sich für eine komplette Übersicht einfach unseren Katalog kostenfrei herunter.
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.
E-Learning Kurs: Alternativ können Sie diese Schulung auch online als E-Learning Kurs durchführen. Sparen Sie Zeit und lernen Sie in Ihrem optimalen Tempo.
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.
Maßnahmen für eine verbesserte Wärmeversorgung für mehr Energieeffizienz im Unternehmen
Im Idealfall können die Maßnahmen zur energieeffizienten Wärmeversorgung in folgenden Schritten durchlaufen werden:
- Reduktion des (Prozess-)Wärmebedarfs
- Reduktion von Wärmezufuhr durch Prozessintegration und Wärmerückgewinnung,
- Kraft-Wärme-Koppelung
- Effiziente Ofen-/Brenner- und Kesseltechnologien, wo möglich mit erneuerbaren Energiequellen
Reduktion des Wärmebedarfs
Bei älteren Anlagen zur Bereitstellung von Prozesswärme sind oftmals hohe Sicherheiten eingeplant – da diese Geld kosten, sollten Unternehmen die Überdimensionierung in Grenzen halten und sollten die tatsächlich notwendigen Prozesstemperaturen überprüfen. Bei den Verbrauchern können Wärmeverluste durch ausreichende Wärmedämmung von Behältern oder Öfen vermieden werden. Ebenso wichtig ist eine ausreichende Dämmung der Wärmeerzeuger, der Rohrleitungen des Wärmeverteilungssystems und ihrer Flansche, Armaturen und Ventile sowie eventueller Wärmespeicher. Salze, die sich infolge der Verdampfung des Kesselwassers anreichern, führen ebenfalls zu Energieverlusten (und zu Korrosion am Kessel). Daher müssen Unternehmen das Kesselwasserentsalzen. Das regelmäßige Reinigen von Wärmeüberträgerflächen trägt ebenfalls zur Reduktion des Wärmebedarfs bei.
Ihre Ansprechpartnerin bei Fragen zum Energieaudit nach DIN EN 16247
Sie haben Fragen oder wünschen ein Angebot, z.B. für eine individuelle Inhouse Schulung oder Beratung? Ich helfe Ihnen gerne weiter!
Kati Schäfer
Telefon: 07231.922391-0
E-Mail: kschaefer@vorest-ag.de
Eine verbesserte Energieeffizienz durch Prozessintegration und Wärmerückgewinnung
Wenn sich Abwärme durch Wärmeüberträger auf einen anderen Prozess überträgt, spricht man von Wärmerückgewinnung. Diese ist umso lohnender, je höher die Temperatur der zur Verfügung stehenden Abwärme ist. Ideal ist eine ortsnahe und möglichst direkte Nutzung, da Sie dann auch auf Transport und Speicherung weitgehend verzichten können. Wärmerückgewinnung ist auch bei Feuerungsanlagen mit hoher Abgastemperatur möglich. Oft nutzen Betriebe die rückgewonnene Wärme zur Vorwärmung der Verbrennungsluft oder zur Wärmeeinspeisung in den Heizungskreislauf. Ein Economiser ist ein Abgas-Wärmeüberträger, der die Abwärme aus Kesselabgas nutzt. Er verbessert den Wirkungsgrad des Kessels.
Kraft-Wärme-Koppelung (KWK)
Bei dieser Technologie nutzen Betriebe die Abwärme, die bei der Stromerzeugung anfällt. Dies ist wirtschaftlich interessant, wenn ein ganzjähriger Wärmebedarf besteht, der eine Laufzeit der KWK-Anlage von mindestens 5.000 Betriebsstunden ermöglich. (Wird die KWK mit einer thermischen Kältemaschine kombiniert, spricht man von KWKK (Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung) – mit ihrer Hilfe können Sie überschüssige Wärme im Sommer z.B. zur Raumklimatisierung nutzen.)
Brenner- und Kesseltechnologien für eine bessere Energieeffizienz im Unternehmen
Großraumwasserkessel sind in der Regel energieeffizienter als andere Alternativen, da der große Wasserinhalt einen Energiepuffer darstellt, der Bedarfsschwankungen ausgleichen kann. Wo immer möglich, sollten Unternehmen diese daher nutzen. Auch im Industriebereich werden bei Warmwasserkesseln zunehmend Brennwertanlagen verfügbar, die die Abgastemperatur durch Wärmerückgewinnung unter 100 °C senken und damit auch die Kondensationswärme rückgewinnen – sie sind besonders effizient (können aber in der Regel nur bei Neuanlagen umgesetzt werden, da das Kondensat korrosionsbeständige Werkstoffe in Wärmeüberträgern und feuchtigkeitsunempfindliche Kamine erfordern). Mit einer Kesselfolgesteuerung passen Sie die Dampf-/Warmwassererzeugung so an, dass Sie mehrere drehzahlgeregelte Kessel möglichst am optimalen Lastpunkt betreiben. Eine weitere Verbesserung stellt eine Mehrkesselregelung dar. Im vom Verbrauchskreislauf entkoppelten Erzeugungskreislauf können Sie die Brenner-/Kesselleistung dem Bedarf im Verbrauchkreislauf anpassen.
Erneuerbare Energiequellen
Thermische Solaranlagen (Sonnenkollektoren) können in unseren Breiten in der Regel Prozesswärme bis max. 120 °C bereitstellen. Zudem können sie z.B. die Energie zum Reinigen, Sterilisieren, Verdampfen, Bleichen und für die Bereitstellung von Raumwärme sowie Sanitär-Warmwasser liefern.
Umwälzpumpen
Pumpen dienen dem Transport des Wärmeträgermediums zu den Verbrauchsstellen. Moderne, effiziente Pumpen sind drehzahlgeregelt und ggf. an das Gebäudeleitsystem (GLT) angeschlossen (effiziente Pumpen senken zwar nicht den Wärme-, wohl aber den Stromverbrauch).
Mit der Pinch-Analyse den Wärmeverbrauch messen und die Energieeffizienz im Unternehmen optimieren
Der gesamte thermische Energiebedarf von Prozessen kann mit Hilfe der Pinch-Analyse dargestellt werden. Hierbei addieren Sie Prozessschritte, bei denen sich Medien erwärmen sollen („kalte Ströme“) und solche, bei denen sie sich abkühlen sollen („warme Ströme“) zur Summenkurve. Die Kaltstromverbundkurve und die Warmstromverbundkurve stellen den gesamten Heiz- und Kühlbedarf des untersuchten Systems/Prozesses/Unternehmens dar und können in einem einfachen (Temperatur-/Wärmeleistungs-)Diagramm dargestellt werden. An diesem kann man das Potenzial für die Wärmerückgewinnung sowie den minimalen Kälte- und Heizbedarf ablesen. Bei der Neukonzeption von Anlagen können Unternehmen damit den Zielverbrauch von Anlagen ermitteln, da der minimal notwendige Energiebedarf des Prozesses erkennbar ist. Bei bestehenden Anlagen ermitteln Unternehmen, ob sie eine Wärmerückgewinnung wirtschaftlich umsetzen können. In der Praxis lassen sich hiermit typische Einsparpotenziale von 10 bis 30 Prozent erreichen.
Ihre Energieaudit Ausbildung
Alle Ausbildungsinfos zum direkten Download
Sie möchten sich im Bereich Energieaudit ausbilden?
Wir haben zahlreiche Schulungen in unserem Ausbildungsprogramm! Schauen Sie sich in unserem PDF-Katalog um und suchen Sie den für Sie passenden Fachbereich aus!
Dabei haben Sie bereits heute bei vielen Schulungen die Wahl zwischen: Präsenzschulung, Virtual-Classroom Training, E-Learning oder Blended Learning!
