Kühl- und Klimatechnik der Werkhalle

Energieeffizienzsteigerungen der Kühlung und Klimatisierung von Werkshallen erfordern eine integrierte Betrachtung von Produktionsplanung, Maschinen und der eingesetzten Kühl- und Klimatechnik. Unternehmen können so neue Wege entdecken, Kosten zu sparen und ihren Beitrag zur globalen Erwärmung zu reduzieren.

Bild: Jo Lin – Fotolia / ifu Hamburg

Wenn im Frühjahr die Außentemperaturen steigen, schnellen auch die Produktionskosten der SWU Textil GmbH in die Höhe. Das 150 Jahre alte Unternehmen mit 100 Mitarbeitern produziert an zwei Standorten in Baden-Württemberg Textilprodukte: In Waldkirch am Rande des Schwarzwalds werden qualitativ hochwertige Garne gesponnen, in Uhingen im Stuttgarter Umland webt SWU Schleifmittelgewebe, Drucktuch und weitere technische Gewebe. Spinnen und Weben sind energieintensive Vorgänge und erzeugen große Abwärmemengen. Die hohen Qualitätsansprüche an das Produkt und die auf Volllast ausgelegten Produktionsanlagen erfordern zugleich die Einhaltung enger Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsniveaus. Entsprechend hoch sind Stromverbräuche und Kosten der Kühl- und Klimatechnik in den Werkshallen der beiden Standorte, die sich auf ungefähr vier Gigawattstunden und knapp 400.000 Euro jährlich belaufen.

Förderprojekt im betrieblichen Einsatz

Ein Forschungsvorhaben mit dem Titel ‚Energie- und hilfsstoffoptimierte Produktion‘ (Enhipro) hat dem Unternehmen neue Perspektiven und Ideen zur Energieeffizienzsteigerung erschlossen. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert und vom Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der TU Braunschweig koordinierten Enhipro-Vorhabens wird das gesamte Produktionssystem inklusive aller wichtigen Hilfsprozesse wie Dampferzeugung oder Klimatisierung integriert untersucht. Dafür werden detaillierte Energiemessungen einzelner Anlagen durchgeführt und kontinuierliche Verbrauchsmesser installiert. Die Ergebnisse der Messungen können dann in die Betriebsdatenerfassung und Produktionsplanung eingehen und als Grundlage für die ökonomische und ökologische Bewertung von Effizienzmaßnahmen herangezogen werden.

Effizienzsteigerung als strategisches Ziel

Angesichts steigender Energiepreise und nationaler und internationaler Anstrengungen zum Klimaschutz ist die kontinuierliche Steigerung der Energieeffizienz von Kühlung und Klimatisierung für SWU von strategischer Bedeutung. Am Standort Waldkirch werden daher die Luftumwälzungsanlagen und die in den wärmeren Monaten des Jahres zugeschalteten Kältemaschinen optimiert. Mithilfe kontinuierlicher Energieverbrauchsmessungen der Anlagen können Veränderungen im Lastprofil sofort erkannt und Ursachen dafür ausfindig gemacht und behoben werden. Weitere wichtige Stellgrößen sind die Ausrichtung der Rotorblätter und die bestmögliche Isolierung einzelner Komponenten der Kältemaschine.

Hohes Potenzial im Anlagenbetrieb

Ein weit über die optimale Auslegung und Überwachung der Umluft- und Klimatisierungsanlagen hinausgehendes Potenzial für Effizienzsteigerungen ist die optimale Nutzung der Anlagen. Diese neue Sichtweise auf Kühl- und Klimatisierungsfragestellungen geht vor allem auf die integrierte Betrachtung der Produktionssysteme von SWU zurück, in der neben den eigentlichen Produktionsprozessen auch alle wichtigen Hilfsprozesse wie die Drucklufterzeugung, die Dampfbereitstellung und die Klimatisierung analysiert werden. Neben Kostengrößen werden dabei durch den Einsatz der Stoffstrommanagementsoftware Umberto auch systematisch die Hauptenergie- und Materialverbräuche berücksichtigt und einzelnen Produktgruppen zugeordnet. So verdeutlicht das integrative Vorgehen beispielsweise den Zusammenhang zwischen Produktion und Klimatisierung: Je häufiger und intensiver die Maschinen für Spinnen, Spulen, Zwirnen oder Dämpfen laufen, umso mehr Abwärme wird erzeugt, die von der Umluft- und Klimaanlage unter Energieeinsatz abtransportiert werden muss.

Neuer Blickwinkel auf Investitionen

Eine effiziente Nutzung der Umluft- und Klimaanlage verfolgt das Ziel, die Abwärmezufuhr zu minimieren ohne die Produktion zu beeinträchtigen. Das Dämpfen des Garns und andere Prozesse, für die nicht zwingend ein vordefiniertes Temperatur- und Feuchtigkeitsniveau eingehalten werden muss, können dazu aus dem Wirkungsbereich der Klimatisierung entfernt werden. In der Produktionsplanung kann der besonders energieintensive Prozess des Zwirnens, der nicht kontinuierlich läuft, vor allem außerhalb der Sommermonate voll ausgelastet werden. Wenn in den Sommermonaten zusätzliche Kältemaschinen laufen, werden die Anlagen für das Zwirnen so kaum eingeschaltet und reduzieren den Stromverbrauch für Kälte und Umluft. Diese umfassende Betrachtungsweise hat unmittelbare Konsequenzen für Investitionsentscheidungen des Unternehmens. Bisher wurde die Idee, Motoren und Spindeln in den Spinnmaschinen durch neuere, energieeffizientere Ausrüstung zu ersetzen, nicht realisiert. Die Amortisationszeit der Investition im Verhältnis zu den Effizienzgewinnen und damit verbundene Einsparungen bei den Stromkosten wurden als zu hoch eingeschätzt. Effizientere Motoren und Spindeln erzeugen jedoch weniger Abwärme als die bisher eingesetzte Technik und verringern somit auch den Stromverbrauch der Umluft- und Klimaanlage.

Beispielhafte Investitionsrechnung ohne/mit Berücksichtigung der Umluft- und Klimaanlagennutzung

Hilfmittel für Controlling und Preisgestaltung

Tatsächlich ist die Gesamteinsparung aus Effizienzgewinn der neuen Technik und Nutzungsverringerung der Umluft- und Klimaanlagen deutlich höher als ursprünglich geschätzt und führt somit zu akzeptablen Amortisationszeiten für die Investition. SWU kann die verursachungsgerechte Zuordnung der Energieverbräuche und -kosten der Umluft- und Klimaanlagen zu Prozessen und Produktgruppen zudem für das Controlling und für die Preisgestaltung nutzen. Aufwände für Klimatisierung, aber auch für andere Hilfsprozesse wie Dampf- und Druckluftbereitstellung, können unmittelbar für Kostenabschätzungen von Produkten und Aufträgen berücksichtigt werden.

Vor dem Hintergrund geringerer Personal- und Energiekosten in anderen Ländern sind permanente Energie- und Ressourceneffizienzsteigerungen eine Grundbedingung für die Wettbewerbsfähigkeit der SWU Textil GmbH. Im Zuge des noch laufenden Enhipro-Vorhabens hat das Unternehmen bereits zahlreiche weitere Einsparungen realisiert, etwa durch die Reduzierung von Druckluftleckagen, das Recycling bestimmter Hilfsstoffe oder die Laufzeitreduzierung von Staubabsaugern. Insgesamt wurden so am Standort Uhingen bereits Energieeinsparungen im zweistelligen Prozentbereich erreicht.

Die integrierte Erfassung, Berechnung, Visualisierung und Analyse von Produktions- und Hilfsprozessen, Energie- und Materialverbräuchen sowie der damit verbundenen Kosten- und Umweltwirkungen wird damit zur informationstechnischen Grundlage für systematische und kontinuierliche Steigerungen der Energie- und Ressourceneffizienz des Unternehmens. Die optimale Auslegung und die intelligente Nutzung der Kühlung und Klimatisierung ihrer Werkshallen leisten dazu einen erheblichen Beitrag.