Fachartikel: Wärmerückgewinnung in Vakuumsystemen
Schematische Darstellung der Wärmerückgewinnung aus einer Vakuumpumpe, die die Wärmeenergieübertragung an einen Speicher und die Wiederverwendung über eine Wasserzufuhr zeigt. (Bildquelle: Busch Group)
Angesichts steigender Energiepreise und ambitionierterer Nachhaltigkeitsziele kann die Rückgewinnung und Wiederverwendung von Abwärme den Energieverbrauch deutlich senken und erhebliche Einsparungen ermöglichen. Wärmerückgewinnung dient nicht nur der Verbesserung der Energieeffizienz, sondern wandelt ein Nebenprodukt Ihres Prozesses in eine wertvolle Ressource um.
Was ist Wärmerückgewinnung?
Wärmerückgewinnung ist der Prozess, bei dem Abwärme aus industriellen Anlagen aufgefangen und anderweitig genutzt wird. Bei Vakuumsystemen wird dies typischerweise durch ein Kühlsystem erreicht, das die Wärme der Vakuumpumpe in einen Wasserkreislauf abführt. Dieses System besteht üblicherweise aus einem Kühlmantel, der die Kompressionskammer umschließt.
Das erwärmte Wasser kann anschließend gespeichert oder auf vielfältige Weise direkt genutzt werden, beispielsweise:
- Heizung für Produktionsanlagen, Büros oder Werkstätten.
- Heißwasser für Reinigungs- und Desinfektionsarbeiten wie Abwaschen oder Sterilisieren.
- Prozesswärme in Fertigungsprozessen, die Warmwasser benötigen.
Indem diese Energie aufgefangen wird, bevor sie in die Atmosphäre entweicht, können Sie den Bedarf an separaten Heizsystemen reduzieren, die Energiekosten senken und Ihren CO₂-Fußabdruck verringern.
So funktioniert die Wärmerückgewinnung
Bei der Wärmerückgewinnung wird Wärme von einem Medium auf ein anderes übertragen, in diesem Fall von der durch die Vakuumpumpe erzeugten erwärmten Luft auf eine Flüssigkeit. Dies beginnt mit einem Kühlmantel.
Ein Kühlmantel ist eine mit Wasser oder einer anderen Kühlflüssigkeit wie Glykol gefüllte Kammer, die als Medium für den Wärmeaustausch dient. Er ist in das Vakuumpumpengehäuse integriert und umschließt die Kompressionskammer. Während der Betrieb der Vakuumpumpe erfolgt, wird die von ihr erzeugte Wärme von der Flüssigkeit im Kühlmantel aufgenommen. Diese Flüssigkeit zirkuliert durch den Kühlmantel und absorbiert die von der Vakuumpumpe erzeugte Wärme. Die erwärmte Flüssigkeit wird anschließend von der Vakuumpumpe weggeleitet und für andere Anwendungen genutzt.
Zusätzlicher Vorteil: Abfuhr überschüssiger Wärme
In Arbeitsbereichen, in denen die Temperatur konstant bleiben muss, muss die von Vakuumpumpen abgegebene Wärme ausgeglichen werden. Dies bedeutet üblicherweise den Betrieb einer Klimaanlage, um die überschüssige Wärme abzuführen. Je kühler die Umgebung bleiben soll, desto stärker muss das Kühlsystem arbeiten. Dies erhöht den Energieverbrauch und somit die Energiekosten drastisch.
Durch die Nutzung der Wärmerückgewinnung wird die in den Produktionsbereich abgegebene Wärmemenge reduziert. Dies kann zu Folgendem führen:
- Geringerer Bedarf an Klimaanlagen in klimatisierten Umgebungen.
- Stabilere Umgebungstemperaturen, die wärmeempfindliche Geräte wie elektrische Steuerungen schützen und Prozesse unterstützen, bei denen die Temperaturkontrolle entscheidend ist – beispielsweise in der Lebensmittelproduktion.
Wie viel Energie kann zurückgewonnen werden?
Die genauen Werte hängen vom verwendeten Vakuumpumpenmodell, den Betriebsstunden und der Wärmerückgewinnung ab, das Potenzial ist jedoch oft beträchtlich. Beispielsweise verbraucht eine Busch COBRA NX 0650 A (eine Trockenschrauben-Vakuumpumpe mit einer Förderleistung von 650 m³/h) bei einem Betriebsdruck von 1 hPa (mbar) 10 kW elektrische Leistung, wovon 8,5 kW über das Kühlsystem zurückgewonnen werden können. Bei effizienter Nutzung könnte diese Energie Tausende Liter Warmwasser pro Tag erzeugen.
Über ein Jahr betrachtet, können die Energieeinsparungen zu einer relativ schnellen Amortisation führen, insbesondere bei Betrieben mit hohen Energiekosten oder ganzjährigem Heizbedarf.
Ist Wärmerückgewinnung für meine Anwendung geeignet?
Nicht jedes Vakuumsystem profitiert gleichermaßen von Wärmerückgewinnung. Der erste Schritt ist die Bedarfs- und Ressourcenanalyse:
- Identifizieren Sie mögliche Warmwasserverwendungen: Dies kann für Prozesszwecke, Desinfektion, Heizung oder auch zur Vorwärmung von Kesselwasser sein.
- Beurteilen Sie Ihr Bedarfsmuster: Anlagen, die ganztägig oder ganzjährig Warmwasser benötigen, erzielen die besten Ergebnisse.
- Prüfen Sie die Kompatibilität Ihrer Vakuumpumpe: Nicht jede Vakuumpumpe ist für die Wärmerückgewinnung geeignet. Einige geeignete Vakuumpumpen sind bereits für die Wärmerückgewinnung ausgestattet, während andere Nachrüstsätze benötigen.Prüfen Sie den Platzbedarf für die Geräte: Sie benötigen möglicherweise einen isolierten Warmwasserspeicher sowie Rohrleitungen für die Verteilung.
Beispiele für geeignete Vakuumpumpentypen
Bestimmte Vakuumpumpen, wie z. B. Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen und einige Trockenschrauben-Vakuumpumpen, eignen sich besonders gut für die Wärmerückgewinnung, da sie bereits ein wassergekühltes System nutzen. Die dabei entstehende Wärme kann an anderer Stelle in der Anlage verwendet werden. Auch eine Reihe anderer Vakuumpumpentypen lässt sich für eine effektive Wärmerückgewinnung anpassen.
Zum Beispiel:
- Ölgeschmierte Drehschieber-Vakuumpumpen können mitunter mit Nachrüst-Kühlsätzen ausgestattet werden, um die Wassererwärmung zu ermöglichen.
- Größere Vakuumpumpenmodelle bieten möglicherweise ein höheres Wärmerückgewinnungspotenzial, aber auch kleinere Systeme können sich bei längerem Betrieb lohnen.
Praktische Überlegungen
Bei der Auslegung eines Wärmerückgewinnungssystems sind einige wichtige Faktoren zu beachten.
- Temperaturregelung: Systeme sollten über Regelungen verfügen, um Überhitzung oder die Abgabe von Wasser mit unsicheren Temperaturen zu vermeiden.
- Isolierung: Sowohl der Speichertank als auch die Rohrleitungen sollten isoliert sein, um Wärmeverluste zu minimieren.
- Integration in bestehende Systeme: Wenn Ihre Anlage bereits über Warmwasserbereitungsanlagen verfügt, kann die zurückgewonnene Wärme zur Vorwärmung von Wasser genutzt werden, wodurch die Belastung Ihres Hauptheizsystems reduziert wird.
Zusammenfassung
Die Wärmerückgewinnung aus Vakuumsystemen wandelt Abfall in eine Ressource um. Durch die Erfassung und Wiederverwendung von Energie, die sonst als Wärme verloren ginge, können Unternehmen Energiekosten senken, Emissionen reduzieren und den Komfort am Arbeitsplatz verbessern.
Ob zum Heizen, Reinigen oder für Prozessanforderungen: Die zurückgewonnene Wärme kann eine schnelle Amortisation bieten – insbesondere in energieintensiven Branchen. Mit der richtigen Ausrüstung und Konfiguration kann die Wärmerückgewinnung ein integraler Bestandteil eines effizienten und nachhaltigen Vakuumsystems werden.
Quelle: Busch Group
