Kälte aus Abwärme: Bei der Kälteerzeugung Geld sparen

24.07.18 12:48 von David Wagenblass

KälteanlageKälte wird in Industrie und Gewerbe aus ganz unterschiedlichen Gründen erzeugt. Der Energieeinsatz ist dabei meist hoch und entsprechend teuer, denn die klassischen Kompressionskältemaschinen werden mit Strom betrieben. Eine interessante Alternative ist die Erzeugung von Kälte aus Abwärme. Das Verfahren ist kostengünstiger und umweltfreundlich dazu – deshalb winken hier verschiedene Fördermöglichkeiten.

Kälte aus Abwärme statt Strom: Energieverbrauch senken

Kälte kommt in Industrie und Gewerbe für vielfältige Zwecke zum Einsatz: zur Gebäudeklimatisierung, zur Kühlung von Rechenzentren, Maschinen oder Werkstoffen oder bei der Herstellung und Lagerung von Lebensmitteln. Energieintensiv ist die Kälteerzeugung immer und für Unternehmen damit entsprechend teuer.

Gleichzeitig produziert fast jedes Unternehmen Abwärme, die häufig ungenutzt verpufft. Dabei bietet das scheinbare Abfallprodukt – gezielt eingesetzt – große Sparpotenziale, um den Energieverbrauch und die Kosten im Unternehmen zu senken. Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, Abwärme zu nutzen. Außer in der Produktion, zur Verstromung oder zum Heizen von Gebäuden und Aufbereiten von Warmwasser kann die Abwärme auch zur Kälteerzeugung eingesetzt werden.

Welche Abwärmequellen gibt es?

Der Vorteil der Nutzung von Abwärme: Sie fällt im Unternehmen meist dauerhaft an und kann deshalb kontinuierlich zur erforderlichen Kälteerzeugung eingesetzt werden. Zudem ist die Erzeugung von Kälte durch Abwärme wirtschaftlicher als andere Formen der Kältegewinnung.

Abwärme entsteht in vielen verschiedenen Bereichen eines Unternehmens:

  • Prozessabwärme bei der Produktion, Abgas-, Abluft- oder Rauchgasströme
  • Wärmeverluste bei der Klimatisierung der Gebäude etwa durch raumlufttechnische Anlagen (RLT-Anlagen)
  • Abwärme von Öfen und Trocknern (wie in der Metall- und Baustoffindustrie)
  • In KWK-Anlagen und Blockheizkraftwerken
  • In Abwässern aus Krankenhäusern oder anderen Einrichtungen

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Kälte aus Abwärme sinnvoll nutzen

Die häufigste Art Kälte zu gewinnen, ist die Kälteerzeugung durch Strom. Dabei wird im geschlossenen Kreislauf einer Kompressionskältemaschine ein flüssiges Kühlmittel kontinuierlich komprimiert, verflüssigt, wieder entspannt und verdampft. Beim Verdampfen nimmt das Kühlmittel Wärme aus der Umgebung auf und sorgt so für Kühlung.

Thermische, also durch Abwärme angetriebene Kältemaschinen, nutzen die Kälte, die durch Verdunstung von Flüssigkeiten entsteht. Beim Verdunsten entzieht die Flüssigkeit der Umgebung Wärme – die Temperatur der Umgebung sinkt. In der thermischen Kältemaschine wird das Kältemittel entweder in einer chemischen Lösung (Absorption) oder an der Oberfläche eines Festkörpers (Adsorption) gebunden. Die zugeführte Abwärme lässt das Kältemittel aus der Verbindung entweichen, wodurch der Druck im Kühlkreislauf steigt. In einem Kondensator wird der entstehende Wasserdampf wieder verflüssigt und einem Verdampfer zugeführt. Es entsteht Verdunstungskälte.

Ablauf in einer Absorptionskältemaschine

Sorptionsanlagen: Voraussetzungen für den Einsatz

Um Temperaturen zwischen null und fünf Grad Celsius produzieren zu können, benötigen absorptionsbasierte Kältemaschinen Abwärme-Temperaturen zwischen 80 und 160 Grad Celsius. Bei Abwärme-Temperaturen zwischen 60 und 95 Grad Celsius kommen adsorptionsbasierte Kältemaschinen zum Einsatz. Diese erzeugen Kaltwasser mit fünf bis zwölf Grad Celsius. Je höher die Abwärme-Temperaturen sind, desto effizienter arbeitet die Sorptionsanlage. In jedem Fall müssen die Temperaturen der Abwärme den Vorgaben der eingesetzten Sorptionsanlage entsprechen.

Sorptionskälteanlagen sind teuer in der Anschaffung. Bei dauerhaft entstehender Abwärme kann der geringere Energieverbrauch die hohen Investitionskosten aber kompensieren. Zu beachten ist dabei, dass Sorptionsanlagen für einen konstanten Grundlastbetrieb ausgelegt sind, nicht zur Abdeckung von Lastspitzen. Entsprechend muss dies bei der Berechnung der Wirtschaftlichkeit einer Anlage kalkuliert werden. Wichtig ist auch, den Kältebedarf im Unternehmen und die verfügbaren Abwärme-Temperaturen genau zu ermitteln. Mit dem Einsatz von Kältespeichern oder zusätzlichen Kompressionskälteanlagen können Nachfragespitzen abgedeckt und eine Überdimensionierung der Sorptionsanlage verhindert werden. Wärmepumpen können helfen, die Abwärme-Temperatur auf das gewünschte Niveau zu bringen. Denn durch höhere Abwärmetemperaturen verbessert sich die Effizienz der Sorptionskälteanlage, da weniger Erzeugungskapazität installiert werden muss. Als Energiequelle nutzen Wärmepumpen dabei überwiegend Wärme aus der Umgebung oder auch die im jeweiligen Betrieb anfallende Abwärme.

 

Beispielrechnung:

100 Kilowatt

0,75 

75 Kilowatt

51.750 Euro

2.200 Stunden

5.721 Euro/a

11 Prozent

thermische Abwärmeleistung

COP Absorptionskältemaschine*

Kälteleistung

Investion inklusive Planung und Installation

Voll-Laststunden

Kosteneinsparung

Kapitalrendite

Quelle: Initiative EnergieEffizienz der Deutschen Energie-Agentur

Einstufige Absorptionsanlagen haben in der Regel eine Arbeitszahl von 0,6 bis 0,75. Das heißt, dass 60 bis 75 Prozent der eingebrachten Wärmeenergie, in Kühlleistung umgewandelt werden und 25 bis 40 Prozent verloren gehen. Der Abwärmebedarf liegt dann entsprechend über dem Kühlbedarf.

 

Quick-Check: Lohnt sich die Nutzung Ihrer Abwärme?

Das Bayrische Landesamt für Umwelt hat einen interaktiven Abwärmerechner für verschiedene Abwärmenutzungsarten entwickelt: https://www.umweltpakt.bayern.de/abwaermerechner/.

Hier können Sie schnell überprüfen, ob sich eine Nutzung der Abwärme in Ihrem Betrieb rechnet. Zudem erhalten Sie eine erste Schätzung der voraussichtlichen Investitionskosten.

 

Welche Fördermöglichkeiten gibt es?

Bund und Länder bieten verschiedene Förderprogramme für die Nutzung von Abwärme und für Maßnahmen an Kälte- und Klimaanlagen an. So unterstützt die Kreditanstalt für Wiederaufbau mit dem „KfW-Energieeffizienzprogramm – Abwärme“ Investitionen in Anlagen, die der Vermeidung oder Nutzung von Abwärme dienen. Möglich sind zinsgünstige Kredite bis 25 Mio. Euro pro Vorhaben sowie ein Tilgungszuschuss.

Das Bundesumweltministerium fördert die Errichtung neuer oder die (Teil-)Sanierung bestehender Kälte- oder Klimaanlagen mit nicht rückzahlbaren Zuschüssen bis 150.000 Euro pro Maßnahme und maximal 50 Prozent der förderfähigen Ausgaben. Die Fördergelder können beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) beantragt werden.

Eine Energieberatung im Mittelstand durch einen externen Energieberater – etwa zur Ausarbeitung eines Konzepts zur Abwärmenutzung – fördert das BAFA mit Zuschüssen von bis zu 80 Prozent. Unternehmen mit jährlichen Energiekosten über 10.000 Euro erhalten maximal 6.000 Euro, Unternehmen mit jährlichen Energiekosten bis 10.000 Euro bekommen Fördergelder von maximal 1.200 Euro.

Fördermöglichkeiten für die Nutzung von Abwärme

Detaillierte Informationen zu verschiedenen Fördermöglichkeiten für die Nutzung von Abwärme sowie für weitere Formen der energetischen Sanierung finden Sie in unseren Blog-Artikeln „Abwärme: das wertvolle ‚Abfallprodukt“, „Förderung von Kälte- und Klimaanlagen: Jetzt sanieren und Energie sparen“ und „Energetische Sanierung in Unternehmen: So nutzen Sie staatliche Förderungen“.

Fazit

Abwärme entsteht in fast jedem Unternehmen. Ob zur Kühlung von Gebäuden, Rechenzentren, Maschinen oder Lebensmitteln: Vielen Betrieben in Industrie und Gewerbe bietet sich die Möglichkeit, durch die Erzeugung von Kälte aus Abwärme die Energiekosten zu senken. Denn bei dauerhaft entstehender Abwärme kann der geringere Energieverbrauch die Investitionskosten für die erforderliche Sorptionskälteanlage kompensieren. Vor der Anschaffung der Anlage sind jedoch der Kältebedarf im Unternehmen und die verfügbaren Abwärme-Temperaturen genau zu kalkulieren – und nicht zuletzt die möglichen Fördergelder zu berücksichtigen, die der Staat für die Nutzung von Abwärme zur Kälteerzeugung bereithält.

Themen: Energieeffizienz und Energiemanagement

David Wagenblass

Autor: David Wagenblass

David Wagenblass ist seit vielen Jahren in der Energiewirtschaft tätig. Der Energieexperte berät u.a. Verbände in Energiefragen und hält regelmäßig Vorträge zur Kostenreduzierung im Energieeinkauf sowie durch Energieeffizienzlösungen. Darüber hinaus ist er der erste Ansprechpartner in Energiefragen für rund 10.000 Verbandsmitglieder in Deutschland. T +49 621 290-1695 E-Mail david.wagenblass@mvv.de

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