Optimale Wärmerückgewinnung bei Heizungen

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In einem Betrieb entsteht an verschiedenen Stellen Wärme, die sich optimal weiterverwenden lässt. Schätzungen zufolge ergeben sich in der deutschen Wirtschaft durch die Nutzung von Abwärme Einsparpotenziale bei den Energiekosten in Höhe von circa 5 Milliarden Euro (bei einem angenommenen Brennstoffpreis von 0,04 €/kWh). Was Wärmerückgewinnung genau ist, wie sie funktioniert und wie Sie sie optimal einsetzen, erklären wir in diesem Artikel.

 

Was ist Wärmerückgewinnung?

Wärmerückgewinnung ist ein Sammelbegriff dafür, wie Sie Wärme (thermische Energie) innerhalb eines Prozesses auffangen, ableiten und für weitere Prozesse nutzbar machen – anstatt sie ungenutzt entweichen zu lassen.

Das kann auf verschiedenen Wegen geschehen: Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung zum Beispiel besagt, dass Maschinen im Betrieb immer auch Wärme erzeugen, die weiter genutzt werden kann. Zudem können Sie in Lüftungssystemen die Wärme der verbrauchten Luft (Abluft – meist mindestens 20 Grad Celsius warm) dazu verwenden, Frischluft aufzuwärmen. Eine dritte Option hat mit dem Brennwertprinzip zu tun: Wenn ein Brennstoff verbrennt, ist im heißen Abgas etwa ein Fünftel der freigesetzten Energie enthalten, die noch häufig ungenutzt abgeleitet wird.

Wärmerückgewinnung macht also Energie nutzbar, die sonst über Fenster, die Lüftungs- oder Abgasanlage sowie die Abwasserleitung verloren geht. Und bereits existierende Wärme nicht zu nutzen, ist ganz offensichtlich Verschwendung. So aber eröffnet sich die Chance, Energie und Heizkosten zu sparen, die Energieeffizienz Ihres Betriebs zu erhöhen und CO2-Emissionen zu reduzieren, was gut fürs Klima ist und die Energiewende unterstützt. Erfahrungen aus der Praxis zeigen, dass sich durch einen Großteil der Maßnahmen zur Energieeffizienz Renditen im zweistelligen Prozentbereich erzielen lassen.

 

Wie funktioniert Wärmerückgewinnung konkret?

Bei der Wärmerückgewinnung geht es darum, dass die Energie eines Stoffes auf einen anderen übertragen wird. Je nachdem, wie dabei vorgegangen wird, lassen sich verschiedene Formen unterscheiden:

Bei der rekuperativen Wärmerückgewinnung mit getrennten Stoffströmen kommt zwischen den Kanälen ein Wärmetauscher zum Einsatz – meist ein Platten- oder Rohrwärmetauscher. Dieser gibt die Wärme der bereits im Gebäude befindlichen beziehungsweise ausströmenden Luft an die im einströmenden Kanal weiter. Da dabei die beiden Luftströme keinen direkten Kontakt zueinander haben, können sich keine Partikel und damit auch keine Gerüche übertragen. Das kann an Orten mit hohem hygienischen Anspruch wichtig sein.

Statt eines Wärmetauschers funktioniert die regenerative Wärmerückgewinnung über ein festes oder flüssiges Zwischenmedium, das die Energie zwischenspeichert und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgibt. Bei einem Rotationswärmetauscher werden zum Beispiel Zu- und Abluft abwechselnd über das Speichermedium geleitet, um die thermische Energie zu übertragen. Auch die Feuchte der Luft lässt sich weitergeben, was zum Beispiel im Winter für ein angenehmes Raumklima wichtig sein kann. Sind die Kanäle von Ab- und Zuluft räumlich voneinander getrennt, bietet sich ein Kreislauf-Verbund-System an: Dabei nimmt beispielsweise das Medium Wasser die Wärme auf und transportiert sie über Rohre an die Stelle, wo sie benötigt wird.

 

Bei der Wärmerückgewinnung mittels Wärmepumpe wird eine Kraft-Wärme-Maschine verwendet.

Bei der Wärmerückgewinnung mittels Wärmepumpe wird eine Kraft-Wärme-Maschine verwendet. Diese entzieht der Abluft die Wärme und gibt sie an die Zuluft weiter, was sich allerdings erst bei einem großen Luftvolumen wirklich lohnt. Dabei kann der Effekt auch umgekehrt eingesetzt werden, weshalb Sie mit einer Wärmepumpe im Sommer auch Räume kühlen können. Als Wärmequelle kommt darüber hinaus auch Abwasser in Betracht. Neben der Lufterwärmung lässt sich die entzogene Wärme auch gut zum Heizen, zur Warmwasseraufbereitung oder als Prozesswärme nutzen, wobei das Temperaturniveau durch einen technischen Prozess zusätzlich angehoben werden kann.

Bei größeren Betrieben fallen durch Rückgewinnung schnell so große Mengen an Wärme an, dass diese den internen Bedarf übersteigen. Der Betrieb kann die Wärme dann zum Beispiel in einem Pufferspeicher sammeln und zu einem späteren Zeitpunkt damit Wasser erwärmen und Räume heizen. Dabei sollte allerdings auf jeden Fall die Wirtschaftlichkeit genau überprüft werden. Zudem kann die Wärme auch über Nahwärmenetze an andere Verbrauchsstellen wie benachbarte Wohn- oder wirtschaftlich genutzte Gebäudekomplexe weitergegeben werden.

Wichtig: Welche Geräte und Vorgehensweisen optimal sind, hängt stark von den individuellen Rahmenbedingungen ab. Oft ist ein Mix empfehlenswert.

 

Wärmerückgewinnung bei Heizungen

Bei Heizungen beziehungsweise Brennwertkesseln ist Wärme kein Nebenprodukt, das sich weiter nutzen lässt, sondern das Hauptprodukt. Dennoch ergeben sich auch hier Einsparpotenziale – und das hat mit dem Brennwert-Prinzip zu tun: Wenn ein Brennstoff verbrennt, verbleibt etwa ein Fünftel der freigesetzten Energie in den etwa 300 Grad heißen Abgasen. Diese wurden lange Zeit einfach nur abgeleitet, allerdings lässt sich die Energie über den enthaltenen Wasserdampf mittels Abgaswärmeüberträger für weitere Prozesse nutzen. Moderne Brenner haben eine entsprechende Funktion bereits eingebaut.

Wärmerückgewinnung bei Flüssiggas-Heizungen.

Bei einem Heizungssystem mit Brennwertkessel können Sie aus mehreren Brennstoffen wählen: Ein Betrieb ist mit Öl, Holzpellets oder (Flüssig-)Gas möglich. Die Versorgung mit Gas, besonders mit Flüssiggas, ist besonders attraktiv: Die im Prozess gewünschten hohen Temperaturen lassen sich schnell und exakt erreichen. Flüssiggas – auch LPG (Liquified Petroleum Gas) genannt– arbeitet besonders effizient und wirtschaftlich, da es über einen hohen Heiz- und Brennwert verfügt. Zudem verbrennt es praktisch rückstandslos – es entsteht kein Ruß oder Asche, wodurch es auch für den Einsatz in der Lebensmittelproduktion geeignet ist. Da es in Tanks gelagert wird, kann es auch in Betrieben zum Einsatz kommen, die nicht an das Gasnetz angeschlossen sind. Die Befüllung erfolgt ganz individuell über Tanklaster.

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Energieeffizienz steigern durch Wärmerückgewinnung

Wärmerückgewinnung kann in vielen unterschiedlichen Branchen die Energieeffizienz signifikant steigern. In Wäschereien und Textilreinigungen können dadurch zum Beispiel Einsparpotenziale bei Geräten wie Dampferzeugern, Waschschleudermaschinen, Wäschetrocknern und Finishern entstehen. Manche modernen Geräte haben bereits Funktionen zur Wärmerückgewinnung integriert.

In Bäckereien beispielsweise kann die abgeleitete Wärmeenergie auch aufgefangen, abgeleitet und für weitere Prozesse genutzt werden. So lässt sich durch Schwadenabsaugung die Wärmerückgewinnung zum Beispiel über einen Schwadenkondensator oder Luft-Wasser-Wärmetauscher realisieren. Die etwa 200 Grad heißen Schwaden enthalten rund 20 Prozent der ursprünglich eingesetzen Energie, ein Wärmetauscher kann rund 50 Prozent der Abwärme zur Sekundärnutzung auffangen.

Moderne Öfen wie zum Beispiel ein Thermoölofen, aber auch andere Geräte, haben solche Funktionen zur Wärmerückgewinnung bereits integriert. Abwärme entsteht allerdings nicht nur in den Backöfen selbst: Auch bei der Kälteerzeugung für Kühlgeräte lässt sie sich nutzen. Hier bieten Kälteanlagenbauer oftmals Komplettsysteme an, die eine Wärmerückgewinnung ermöglichen. Gleiches gilt für Druckluftanlagen.

Energieeffizienz in der Bäckerei steigern durch Wärmerückgewinnung.

Mit der zurückgewonnenen Energie können Sie Wasser erwärmen, zum Beispiel für Spülmaschinen, Handwaschbecken oder die Zubereitung des Teigs. Eine Beispielrechnung: Eine Bäckerei mit 15 Quadratmetern Backfläche kann mittels Abwärme am Tag 700 Liter Wasser auf 60 Grad erwärmen. Sie können auch Ihre Räume beheizen sowie speziell die Gär-Räume und Gär-Kammern. Mittels einer Absorptions-Kältemaschine können Sie die Wärme zudem thermisch verdichten und zur Kälte-Produktion für Ihre Kühlanlagen verwenden.

 

Welche Temperatur-Niveaus sind bei der Wärmerückgewinnung möglich?

Aus Anlagen mit Raumlufttechnik lässt sich Wärme im Temperatur-Bereich 20 bis 40 Grad Celsius gewinnen. Bei Prozess-, Trocknungs-, Drucklufterzeugungs- und Kälte-Anlagen sowie warmem Ab- beziehungsweise Kühlwasser sind es 40 bis 90 Grad. Wasserdampf aus Dampferzeugungssystemen ist zwischen 100 und 150 Grad heiß. Abgase aus Verbrennungs- und Wärmeprozessen schaffen es sogar auf 150 bis 600 Grad. Grundsätzlich gestaltet sich die Verwertung der Abwärme einfacher, je höher das Temperaturniveau ist.

 

Artikel veröffentlicht am: 19.12.2023
Fotos: ronstik / Kinek / Virrage Images / antoniodiaz - Schutterstock.com

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