Kälteoptimierung

Zentrale Kälteversorgung spart 75 % Energiekosten

Ausgangslage

Fakt ist, jedes CNC-Fertigungszentrum braucht Maschinenkühlung. Das gilt z. B. auch für Lasermaschinen zur Metallbearbeitung. Standard ist heute immer noch, dass jede Anlage eine eigene Kältemaschine installiert hat, welche die abgeführte Maschinenwärme in die ohnehin schon warme Fertigungshalle bläst. Um zu vermeiden, dass zusätzlich eine Raumlufttechnik zur Hallenkühlung installiert wird, setzen wir genau hier mit unserem Projektbeispiel an.

Ergebnis der Ist-Analyse

Gemäß unserem Motto „Ohne Messungen kann eine Neuauslegung nicht erfolgen“ wurden die bestehenden Anlagen vom Verbraucher bis zum Erzeuger über mehrere Wochen vollständig gemessen und ausgewertet. Es handelte sich um 8 dezentrale Kältemaschinen für jeweils einen CNC-Bearbeitungsbereich bestehend aus 9 CNC-Anlagen. Die folgende Grafik zeigt beispielhaft Ergebnisse der Messungen, die im Hochsommer durchgeführt worden sind.

Zum Thema
Strom- und Kältemessung Sommer

Gemessen wurden Vor- und Rücklauftemperatur, Volumenstrom und Stromaufnahme. Zusammenfassend konnten folgende Aussagen getroffen werden

  • Alle Systempumpen sind ungeregelt und laufen großteils auch ohne Kühlwasserabnahme
  • Die Kompressionskältemaschinen sind entweder als Schraubenverdichter oder als Scrollverdichter ausgeführt
  • Die insgesamt installierte Kälteleistung liegt bei 900 kW thermisch
  • Benötigt werden in der Spitze 400 kW thermisch
  • Der COP (coefficient of performance = Ptherm/Pel) liegt von der Erzeugung bis zum Verbraucher bei 1,3 bis 2,9
  • Die benötigt Vorlauftemperatur beträgt 18 °C
  • Freie Kühlung wird nicht genutzt

Zusammenführung der Ergebnisse und Neuauslegung

Die folgende Grafik zeigt die Zusammenfassung des tatsächlichen Kältebedarfs.

Zum Thema
Dauerlinie Kühlwasser Mo-Fr

Entsprechend wurde die Kühlung optimiert neu ausgelegt

  • Zentrale Kompressionskältemaschine (= KKM) inkl. Freikühler in Reihenschaltung
  • Installierte Kälteleistung: 405 kW thermisch (= verfügbare Baugröße des Herstellers)
  • COP KKM = 4 bei 35 °C Außentemperatur; COP Freikühler = 30
  • Laufzeit der neuen KKM = 2.760 h/a
  • Laufzeit Freikühler = 6.000 h/a (bis 12 °C Außentemperatur nutzbar, Mischbetrieb nicht berücksichtigt, Meereshöhe des Standortes 860 m)


Auf der Basis dieser Auslegung wurde ein Lastenheft mit den wesentlichen Funktionen erstellt und an die Anbieter verteilt.

Wesentliche Eigenschaften der Anlage

  • Die Kompressoren regeln den Teillastbedarf optimal aus. Deshalb kommen vorzugsweise Kolben- oder Schraubenverdichter mit stufenloser Drehzahlregelung und Ein-/Ausbetrieb zum Einsatz.
  • Anstatt einer Überdimensionierung müssen als Erweiterungsmöglichkeit entsprechende Anschlüsse vorgesehen werden.
  • Ausstattung mit Messtechnik/elektronischen Regelventilen und Einbindung in die Pumpensteuerung.
  • Die Kühlwasserpumpen/Ventilatoren von Kondensator und Freikühler sind mit Frequenzumrichter ausgestattet.
  • Kondensator und Freikühler sind außen, vor Produktionsabluft (Wärme, Verschmutzung) geschützt aufzustellen. Ein geeigneter Standort wird bei einer Vorortbegehung vereinbart.
  • Kühlwasserpufferspeicher

Branche

CNC-Metallbearbeitung

Einsparung

Das Effizienzpotenzial bei dieser Ausgangslage ist enorm. Inklusive Nutzung der freien Kühlung und Aufbau einer zentralen Kälteversorgung konnten wir ca. 75 % der bisherigen Stromkosten einsparen. Bei einer Investition von 380.000 € bedeutet das einen Return of Invest von knapp über 2 Jahren. Für das Unternehmen der größte Vorteil: die Betriebskosten für diesen Bereich werden für die nächsten 10 Jahre um 1,5 Mio. € gesenkt.

Stromkosten vor der Optimierung 200.000 €

Stromkosten nach der Optimierung 50.400 €

bei 15 ct/kWh Einsparung: 75 % oder 150.000 €

Investition: 380.000 €

ohne BAFA-Zuschuss ROI = 2,53 Jahre

Möglicher BAFA-Zuschuss 15 % oder 57.000 € ROI = 2,15 Jahre