Abwärme im Prozess

Besonders günstig und naheliegend ist eine direkte Verwendung nicht vermeidbarer Abwärme im gleichen Prozess. Die geringen Transportwege und hohe zeitliche Übereinstimmung von Abwärmeangebot und Nutzwärmebedarf sind hier besonders vorteilhaft.

 

In vielen Produktionsmaschinen und -anlagen ist eine prozessinterne Abwärmenutzung bereits standardmäßig vorgesehen, da diese die Wirtschaftlichkeit spürbar erhöhen. Um die Investitionen gering zu halten, werden dabei aber nicht immer alle Potenziale optimal genutzt mit der Folge dauerhaft höherer Energieverbräuche und Energiekosten.  In bestehenden Produktionsprozessen bestehen häufig noch größere ungenutzte Abwärme-Potenziale für deren Erschließung zunächst die Möglichkeiten einer prozessbezogenen Nutzung zu prüfen sind.

Wärmerückgewinnung

Häufig lässt sich die Wärme von Stoffströmen übertragen, um diese zurückzugewinnen. Wird Abwärme wieder dem gleichen Prozess zugeführt, dem sie entstammt, spricht man häufig von einer Wärmerückgewinnung. Für viele Prozesse stehen bereits standardisierte Verfahren der Wärmerückgewinnungen zur Verfügung. Typische Beispiele sind die Wärmeübertragung von Abluft an Zuluft oder von Abwasser an Frischwasser. 

Wärmeübertrager übertragen Abwärme

Als geeignete Technologie für eine Wärmerückgewinnung kommen Wärmeübertrager zum Einsatz. Wärmeübertrager ermöglichen konstruktiv über eine große, gut leitende Oberfläche einen Wärmeübergang von einem wärmeren zu einem kälteren Medium, ohne dass sich diese beiden Medien vermischen.

 

Je nach Anwendungsfall stehen unterschiedliche Bauformen zur Verfügung. Besonders gängige Ausführungen sind geschraubte oder gelötete Plattenwärmeübertrager oder Rohrbündelwärmeübertrager. Daneben gibt es noch eine Reihe von Sonderbauformen je nach Anwendungsgebiet z.B. zur Klimatisierung oder zur Nutzung stark belasteter Abwässer. Wärmeübertrager unterscheiden sich in ihren Einsatzmöglichkeiten nach verwendbaren Medien, Temperaturen, ihren Strömungseigenschaften sowie bezüglich der Investitions- und Instandhaltungskosten. Von ihrem Funktionsprinzip lassen sich Wärmeübertrager in Rekuperatoren und Regeneratoren unterscheiden.

Rekuperatoren (rekuperative Wärmeübertrager)

Rekuperatoren übertragen die Wärme flüssiger oder gasförmiger Medien über eine feste Trennwand. Sie haben keine bewegten Teile und sind daher in der Regel wartungsarm. Häufige Bauformen von Rekuperatoren sind Platten-, Rohrbündel-, Rippen- und Glattrohrwärmeübertrager. 

 

Eine spezielle Bauart sind Abgaswärmeübertrager: sie entziehen heißen Abgasen aus Verbrennungsprozessen ungenutzte Wärmeenergie, um z.B. Speisewasser, Brauchwasser oder Verbrennungsluft vorzuwärmen. In der Heizungstechnik finden auch Abgaswärmeübertrager Verwendung, die auch die Kondensationswärme der Abgase in Verbindung mit Niedertemperaturheizungen ausnutzen (Brennwertnutzung). 

Regeneratoren (regenerative Wärmeübertrager)

Regeneratoren nutzen ihre Speichermasse in dem sie phasenweise von der Abwärme aufgeladen und wieder entladen werden. Der Speichermassen sind entweder feststehend und werden periodisch be- und entladen, oder sie werden zwischen den Medien bewegt. Regeneratoren können z.B. eingesetzt werden, um Hochtemperaturwärme von Hochöfen zu übertragen. Eine spezielle Bauart sind Rotationswärmeübertrager, die zur Wärmerückgewinnung in Lüftungsanlagen in Verbindung mit einer Feuchterückgewinnung eingesetzt werden. 

Kreislaufverbundsysteme

Ist aufgrund von baulichen Gegebenheiten eine direkte Übertragung nicht möglich, können indirekte Wärmeübertrager zum Einsatz kommen, bei denen meist ein flüssiges Medium die Abwärme von der Abwärmequelle zur Wärmesenke transportiert. Kreislaufverbundsysteme werden häufig in Lüftungsanlagen eingesetzt, bei der die Abluft- und die Zuluftführung räumlich getrennt ist. 

Abwärmenutzung zur Vorerwärmung

Die mit Wärmeübertragern zurückgewonnene Wärme weist häufig ein geringeres Temperaturniveau als die benötigte Nutzenergie auf und wird daher häufig zur Vorerwärmung eingesetzt. In einem zweiten Prozessschritt wird das Medium dann durch Zufuhr weiterer Energie weiter erwärmt. In vielen technischen Lösungen sind diese beiden Prozessschritte bereits integriert. Ein typisches Anwendungsbeispiel ist Wärmerückgewinnung mit einer Nacherwärmung in Lüftungsanlagen.

Typische Prozesse direkter Abwärmenutzung

Prinzipiell kann Abwärme in jedem Prozess, der Wärme benötigt, genutzt werden. Besonders typische Prozesse für Wärmerückgewinnungen sind:

  • Wärmerückgewinnung der Abluft zur Erwärmung der ZuluftWärmerückgewinnung des Abwassers zur Vorwärmung des Frischwassers (bzw. des Brauchwassers)
  • Wärmerückgewinnung aus Abgasen zur Vorwärmung der Verbrennungsluft, zur Trocknung von Stoffen oder zur Vorwärmung von Wasser Damit findet eine direkte Abwärmenutzung in einer ganzen Reihe von branchenspezifischen Prozessen Anwendung: Trocknung, Reinigung, Waschen, Kochen, Pasteurisieren, Sterilisieren, Färben, Destillieren, Extrahieren, Eindampfen, Bleichen, Wärmehandlung und Schmelzen.

Fördermittel nutzen

Im Rahmen des Förderprogramms „Förderung hocheffizienter Querschnittstechnologien“ können Maßnahmen zur Wärmerückgewinnung gefördert werden. Die Antragsstellung erfolgt über das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA). Anträge können ebenfalls bei der KfW (KfW-Energieeffizienzprogramm Abwärme) und im Rahmen des Förderprogramms KIT (Energieeffiziente und klimaschonende Produktionsprozesse) gestellt werden.

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