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Add-on-Wärmepumpe macht Abwärme von Kältemaschinen zu nutzbarer Wärme

Kombination aus Kältemaschinen und Wärmepumpe senkt den Energiebedarf. Besonders geeignet für die Lebensmittelbranche.

Die Herausforderung im Sinne der Nachhaltigkeit:

Die Bereitstellung von Kälte und Wärme ist in vielen lebensmittelverarbeitenden Betrieben wie z.B. der Milchverarbeitung unabdingbar. Steigende Energiekosten und ein zunehmendes Klima- und Umweltbewusstsein der Betreiber sowie der Endkunden haben Investoren motiviert, die Lebensmittelproduktion - und damit auch die sie begleitenden technischen Prozesse - ressourcenschonender und klimafreundlicher zu gestalten. Gefragt sind Lösungen, die einen möglichst geringen spezifischen CO2-Footprint hinterlassen (CO2-Emissionen pro kg Produkt).

Die Ausgangssituation:
Kälte- und Wärmeerzeugung wird in der Regel separat betrachtet. Auch in der Milchbranche, wo es eine hohe zeitliche Überdeckung von Kälte- und Wärmebedarf (Kühlen und Erhitzen von Milch/Milchprodukten) gibt, fand bisher eine technisch getrennte Bereitstellung statt. Wichtig war in erster Linie die Effizienzsteigerung der einzelnen Systeme, bei der insbesondere die Milchindustrie sehr konsequent ist. Diese isolierte Betrachtung ließ Potenzial zur Energie- und Kosteneinsparung sowie zur Vermeidung von Emissionen ungenutzt. Die Kondensationswärme der Kälteanlagen (in der Regel sind große Kälteleistungen von >1 MW installiert) die auf niedrigem Niveau anfällt, wird ungenutzt an die Umgebung abgeführt und Prozesswärme unter Einsatz fossiler Brennstoffe erzeugt.

Die Lösung:

Die Add-on-Wärmepumpe ist die logische Konsequenz aus einem ganzheitlichen Denken, denn hier werden die zeitgleiche Kälte- und Wärmebereitstellung als Gesamtprozess betrachtet. Durch eine „Add-on-Wärmepumpe" lässt sich die Kondensationswärme der Kältemaschinen von etwa 35 °C als Wärmequelle einer Wärmepumpe nutzen. Mit dieser „warmen" Quelle lässt sich sehr effektiv ein Temperaturniveau von beispielsweise 80 °C auf der Abgabeseite der Wärmepumpe erreichen. Wasser dieser Temperatur ist geeignet als Prozessheißwasser (Zwischenanwärmung/Pasteurisierung) oder auch gut nutzbar für Heizung und Sanitärbereich. Das Prinzip der Add-on-Wärmepumpe eignet sich grundsätzlich für alle Lebensmittelbetriebe, in denen es gleichzeitig Kälte- und Wärmebedarf gibt. Die technisch erzielbare Heißwassertemperatur hängt dabei im Bereich zwischen 60 °C und 80 °C nur von den Nutzungsanforderungen ab (Heizen von Tanks in der Margarineproduktion; Warmwasserbereitstellung zu Reinigungszwecken in der Fleischverarbeitung u.v.m.). Die Kälteanlage erfährt bei gleichzeitiger Nutzung als Wärmepumpe einen beachtlichen Mehrwert. Die Komponenten Kältemaschine und Wärmepumpe nutzen bei der „Add-on-Lösung" einen gemeinsamen Kältemittelkreislauf, in dem die „warme" Seite der Kältemaschinen mit der „kalten" Seite der Wärmepumpe verbunden ist. Der Gesamtwirkungsgrad der Kälteanlage kann damit erheblich gesteigert und der CO2-Fußabdruck eines Produktes nachhaltig gesenkt werden. Der Einsatz der Wärmepumpe minimiert den Bedarf an fossilem Brennstoff (zum Beispiel Gas) zur Wärmeerzeugung. Da die Wärmebereitstellung mit der Wärmepumpe dank der bereits warmen Quelle zudem mit deutlich geringerem energetischem Aufwand als bei der Wärmeerzeugung mit fossilen Brennstoffen funktioniert, fallen die CO2-Emissionen deutlich geringer aus (auch unter Berücksichtigung des Brennstoffeinsatzes zur Stromproduktion) und die Kosten werden reduziert.
Der Einsatz der Add-on-Wärmepumpe amortisiert sich bereits innerhalb weniger Jahre. Durch die Verwendung von Ammoniak als Kältemittel können zudem dessen hervorragende Stoffeigenschaften (ODP/GWP = 0) und hohe Effizienz gleichermaßen zur Kälte-und Wärmebereitstellung genutzt werden.

Die nachhaltigen Stärken:

Durch den Einsatz einer Add-on-Wärmepumpe kann der Einsatz fossiler Brennstoffe bei diversen Produktionsprozessen, insbesondere in Betrieben der Lebensmittelbranche, minimiert werden. Dies schont Ressourcen und wirkt kostensenkend. Selbst wenn Wärme auf einem höheren Temperaturniveau benötigt wird, als von der Wärmepumpe zur Verfügung gestellt werden kann, ist der Energieeinsatz zum Erreichen der Zieltemperatur geringer als bei rein konventionellen Lösungen mit Gaskesseln. Bei dem beschriebenen Design ist der Wirkungsgrad der Wärmebereitstellung über die Add-on-Wärmepumpe deutlich höher ist als beim Erzeugen von Warmwasser oder Dampf durch fossile Brennstoffe. Bei geringeren Betriebskosten können bis zu 40 % der CO2-Emissionen vermieden werden (Basis: CO2-Emissionen bei dem Strom-Mix in Deutschland). Die Kosten für die Anschaffung und Installation der Add-on-Wärmepumpe werden bereits binnen weniger Jahre durch die Energieeinsparung kompensiert. Die Kombination einer oder mehrerer Kältemaschinen mit einer Add-on-Wärmepumpe ist daher wirtschaftlich attraktiv. Betriebe, die maximalen Klimaschutz anstreben, können zudem Strom aus regenerativen Quellen zum Bereitstellen von Kälte und Wärme nutzen und so die CO2-Emissionen minimieren. Anbieter, die auf diese Weise ihre Produktion klimafreundlicher gestalten, können ihre Produkte preiswerter fertigen und dem Wunsch der Kunden nach ressourcenschonend hergestellter Ware nachkommen.

Die Erfinder:

GEA Refrigeration Technologies
Die GEA Refrigeration Technologies, Teil der weltweit tätigen GEA Group, ist ein Synonym für industrielle Kältetechnik. Schon seit Ende des 19. Jahrhunderts ist es unser Geschäft, Prozesse und Produkte zu kühlen oder Transportgut zu temperieren. Unsere Lösungen finden Sie in der Lebensmittel- und Getränkebranche, in der petrochemischen, chemischen und pharmazeutischen Industrie, auf Fangschiffen, in der Erdgasverflüssigung oder im Infrastrukturwesen und in Eisfabriken. Auch mit der Kältetechnik für Freizeitstätten kennen wir uns bestens aus. Denn für uns ist Kälte seit Jahrzehnten Passion. Mit Leidenschaft sind daher unsere Mitarbeiter in der Entwicklung und Fertigung bei der Sache und ebenso bei der Instandhaltung und Wartung Ihrer kältetechnischen Anlagen.

Kurzprofil des Unternehmens:

Name: GEA Refrigeration Technologies
Hauptsitz: Bochum
Gründungsjahr: 1896
Mitarbeiter: 3.147
Lösungen: Kältetechnische Komponenten und Lösungen
Internationalität: weltweit
URL: www.gearefrigeration.com