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Intelligentes Kühlmaschinen-Update spart Energie

Energieeffizienz beim SpritzgießenIntelligentes Kühlmaschinen-Update spart Energie

Moderne Kühltechnologie aufbauen und dabei vorhandene Komponenten in ein modernes Konzept intelligent integrieren – das verspricht hohe Einsparungen bei einem Spritzgießer, der das realisiert hat.

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Großkühlanlage zur Hydraulik- und Werkzeugkühlung von 70 Spritzgießmaschinen (1.000/400 kW Kühlleistung). Bilder: Weinreich)

Im Rahmen der Produktionserweiterung stand bei einem der europaweit führenden Elektroinstallationsmaterial-Hersteller die Erneuerung der Kühlanlagen an. Der Wunsch nach hoher Energieeffizienz und Nachhaltigkeit gehörte zum Kern dieser Projektausschreibung. Im Lastenheft stand außerdem die sinnvolle Integration vorhandener Strukturen und ausreichend Kühlleistung für bis zu 50 Spritzgießmaschinen und weitere Hydraulikkreisläufe. Dabei war eine intelligente Verknüpfung mit dem Gebäudeenergie-Management gewünscht und eine Redundanz der Kühlkreisläufe. Die bisher verbaute Weinreich-Anlage war nach Unternehmensangaben immerhin mehr als 35 Jahre fast störungsfrei im Vier-Schichtbetrieb im Einsatz.

Basis der neuen, ebenfalls von Weinreich realisierten Lösung ist eine Steuerung, die entsprechend des aktuellen Leistungsbedarfs und der Außentemperaturen den geringsten Energieaufnahmebedarf der Gesamtanlage sicher stellt. Geplant wurde der Einsatz von zwei wassergekühlten Kältemaschinen mit energieoptimierten Bitzer-Schraubenkompressoren der Baureihe CSW, Hochleistungs-Rohrbündelverdampfer aus Edelstahl und wassergekühlte Rohrbündel-Verflüssiger mit erhöhtem Korrosionsschutz.

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Kältemaschine seltener nutzen

Für die wassergekühlten Kältemaschinen und zur Sicherstellung eines geringen Energiebedarfs wurde R134a als Kältemittel gewählt – dies kann in einem niedrigen Druckbereich betrieben werden. Auch der Einsatz der gleitenden Verflüssigungstemperatur Regelung GVTe sorge für hohe Effizienz. Da ein Großteil der bisherigen Kühlanlagen bereits vorhanden war, integrierte das Projektteam Teile davon kostengünstig. So wurden beispielsweise die vor mehreren Jahren verbauten Edelstahlkühltürme um eine Regenwassernutzung erweitert: Die bauseits vorhandenen Regen- und Löschwasserzisternen stellten ausreichend Volumen für dieses energetisch vorteilhafte Kühlverfahren bereit. Die Kühlleistung kann so hoch sein, dass die Kältemaschinen vollständig entlastet werden, wenn die Außentemperatur entsprechend gering ist. Lediglich bei hohen Außentemperaturen unterstützen die Kältemaschinen die Kühlung. Bis zum Erreichen der vollständigen Abschaltung wird die Verflüssigungstemperatur der Kältemaschinen gleitend geregelt, um die höchstmögliche Energieeffizienz durch die geringste Energieaufnahme der Gesamtanlage zu erreichen.

Die niedrige Temperatur des Kühlturmwassers kann sich allerdings auch negativ auf die Energieeffizienz der Hydraulikpumpen auswirken, da sich die Öl-Viskosität bei sinkender Temperatur verändert. Hier wurde zusätzlich eine Temperaturregelung eingebaut, die den Hydraulikkreislauf der Spritzgießmaschinen auf optimaler Öltemperatur hält, um auch hier geringe Stromaufnahmen der Hydraulikölpumpen zu erreichen.

Wasser ist auch im Kühlkreislauf ein wertvoller Rohstoff. Dementsprechend aufwändig wird es aufbereitet. Ein Feinfilter mit Verschmutzungsüberwachung sorgt für eine kostengünstige Filterung ohne zusätzlichen Energiebedarf. Schmutzpartikel und organische Reststoffe werden aufgefangen und verringern somit den Frischwasserverbrauch. Auch die konsequente Trennung von Rückkühl- und Verbraucherwasser in Plattenwärmetauschern gewährleiste eine geringstmögliche Verschmutzung der Rohrleitungen und einen minimalen Einsatz von Wasserbehandlungschemie.

Zur technischen Ausstattung der neu zu installierenden Kältemaschinen gehörten energieoptimierte Schraubenkompressoren, Edelstahl-Rohrbündelverdampfer, wassergekühlte Rohrbündelverflüssiger sowie das Kältemittel R134a. Wie nach Unternehmensangaben bei Weinreich üblich, wurden frequenzgeregelte Pumpen, moderne Kompressor-Kühltechnik und technische Komponenten ausschließlich „made in Germany“ verbaut. Somit muss immer nur die Menge an Antriebsenergie aufgewendet werden, die zwingend benötigt wird. Vor allem im Teillastbereich könne so ein großer Anteil elektrischer Energie eingespart werden.

Um den Energieverbrauch und die Regelung der einzelnen Kühlkreisläufe zu dokumentieren, sind umfangreiche Mess- und Protokollierungsgeräte in der Anlage verbaut. Denn eine weitere Herausforderung bestand in der anspruchsvollen Regelung der Gesamtanlage: Eingesetzt wurde eine SPS in Verbindung mit Touch Panels und verschiedenen Mess- und Regelsensoren. Zum einen wird die genutzte elektrische Energie mit einem Sentron PAC3200 Energiemessgerät erfasst. Es liefert die Daten via Ethernet an die SPS, in der sie archiviert werden. Zum anderen werden über diverse Durchfluss-, Druck- und Temperatursensoren die Betriebszustände überwacht und die thermische Leistung der Kühlkreisläufe errechnet. Alle erfassten Betriebsdaten lassen sich auch bei Einbindung der Anlage in das Intranet auf dem firmeneigenen Netzlaufwerk archivieren.

Im Ergebnis wurde in dieser Installation nach Unternehmensangaben – trotz mehr als verdoppelter Kühlleistung – der Energieverbrauch um bis zu 70 Prozent, also auf ein Drittel, gesenkt. Bestehende Infrastrukturen und Anlagenteile konnten aufgrund ihrer robusten und langlebigen Bauweise sinnvoll und kosteneffizient integriert werden.

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