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Machine Heat Recovery System – igus värmekoncept med spillvärme
Seit dem Jahr 2021 beziehen wir am Produktionsstandort in Köln zu 100 % Ökostrom. Wir haben alte Spritzgussmaschinen gegen neue ausgetauscht, die 40 % energieeffizienter sind. Dadurch konnten wir den Stromverbrauch in Relation zu den gestiegenen Produktionsstunden um 11 % reduzieren. Für unsere Heizungen in den Produktions- und Bürogebäuden nutzen wir Gas und 2021 sind wir auf klimaneutrales Gas umgestiegen. Uns hat aber beschäftigt, dass wir somit Ressourcen zum Heizen verwenden, wo doch an den Spritzgussmaschinen genug Wärme anfällt. Stand 2023 haben wir rund 800 dieser Maschinen, verteilt auf mehrere Gebäude. Wie schaffen wir es also, diese Abwärme zu nutzen? Das fragte sich ein Team von igus Ingenieuren und fing an, zu testen und auszuprobieren.
Das Ergebnis: Unser Machine Heat Recovery System (MHRS) als Konzept für eine Heizung, die die Abwärme der Maschinen nutzt und die ohne Gas auskommt.
Unser Plan: Wir möchten unsere Gebäude am Standort Köln zukünftig ohne Gas heizen und MHRS unterstützt uns bei diesem Vorhaben. Außerdem möchten wir das Konzept Ingenieur:innen, Maschinenbauer:innen und der Industrie frei zugänglich machen.
Schematische Darstellung des Heizkonzepts
Die Idee des Heizkonzepts
Innerhalb des Spritzgießprozesses werden die Hydraulikmotoren der Spritzgussmaschinen warm. Damit sie nicht überhitzen, werden die Motoren mit Wasser gekühlt. Das Kühlwasser wird dabei durch Kühltürme bereitgestellt, von denen aus das 18-24 Grad kalte Wasser zu den Maschinen gepumpt wird. Dort nimmt das Kühlwasser die Abwärme des Motors auf, wird auf etwa 35-45 Grad erwärmt und zum Heizlüfter geführt. Durch einen Ventilator, der sich auf dem Heizlüfter befindet, wird die angesogene Luft auf ca. 30 Grad erwärmt und heizt damit die Halle. Gleichzeitig kühlt bei diesem Vorgang das erwärmte Kühlwasser ab und wird zurück zum Kühlturm gepumpt, wo der Prozess dann wieder von vorne beginnt.
Das System ist variabel anpassbar und erlaubt, auch in bestimmten Produktionsbereichen konstante Temperaturen sicherzustellen. Es nutzt dabei nicht den Umweg über einen Wärmetauscher, dieser würde zu Temperaturverlusten führen. Auch zusätzliches Erwärmen des Wassers mithilfe von Kompressoren ist nicht erforderlich. Da dem Warmwasser beim Durchlaufen des Heizlüfters Wärme entzogen wird, sinkt zudem der Kühlbedarf des Kühlturms, was wiederum Energie spart.
Voraussetzung für unser MHRS Konzept ist ein geschlossenes Kühlwassersystem, das an einer Stelle durch einen bestimmten Prozess erwärmt wird. Es funktioniert besonders effizient in Bereichen, in denen das Warmwasser nicht weit transportiert werden muss, da so kaum Wärme verloren geht. Um die Effizienz noch weiter zu steigern, sollten die Rohre immer gedämmt werden.
Detaildarstellung Regelgerät
Das Regelgerät im Detail
Das von unseren Ingenieuren entwickelte Gerät regelt, dass ein Heizlüfter innerhalb der Produktionshalle mit einem Maximum an Wärmeenergie versorgt wird und verhindert gleichzeitig, dass Maschinen durch zu hohe Temperaturen im Rücklauf geschädigt werden. Über den Zulauf auf der rechten Seite des Gerätes gelangt das erwärmte Kühlwasser von den Maschinen in das Gerät. Wasser fließt über den elektrisch verstellbaren Kugelhahn zu einem Durchflussmesser, der die Temperatur misst. Die Temperatur des Kühlwassers in diesem Bereich muss mindestens gleich groß der gewünschten Raumtemperatur sein, damit das Wasser weiter über den Schmutzfänger und den manuellen Kugelhahn zum Heizlüfter geleitet werden kann. Andernfalls sperrt der elektrische Kugelhahn den Durchgang und öffnet den Bypass über den elektrischen Kugelhahn.
Das Wasser kühlt sich beim Durchlaufen des Heizlüfters ab. Diese Temperatur wird über den Temperatursensor erfasst. Aus der Temperaturdifferenz und dem Durchfluss lässt sich die Heizleistung des Lüfters berechnen, welche über das Display angezeigt wird. Da sich innerhalb der Leitungen warmes Wasser befindet, ist das Gerät abschließbar, um Verbrennungen zu vermeiden. Da sich in den Rücklaufleitungen immer auch Schmutz befindet, dient ein Schmutzfänger der Filterung grober Partikel. Damit dieser auch von Zeit zu Zeit getauscht werden kann, lässt sich der Kugelhahn manuell umlegen. Dadurch wird verhindert, das sämtliches Wasser aus dem Heizlüfter wieder nach unten fließt und das Gerät überflutet.
Wie geht es mit dem Heizkonzept MHRS weiter?
Manchmal geht es schnell von der Idee zur Umsetzung, so auch bei unserem Projekt der "Hallenheizung". Man testet und probiert aus und plötzlich kommt der Durchbruch und die Kolleg:innen können im T-Shirt arbeiten, obwohl das Gas abgedreht ist. Unser Konzept werden wir noch so aufbereiten, dass wir es kostenlos zur Verfügung stellen können. Wenn Sie erfahren möchten, ab wann und wie Sie von unserem Abwärme-Konzept profitieren können, abonnieren Sie unseren Newsletter oder schauen Sie regelmäßig auf dieser Seite vorbei.
Mehr über igus
Offen & flexibel – Die igus Fabrik
Nicht nur unser Heizsystem ist besonders, unsere Gebäudestruktur an sich ist es auch. Die Architektur unseres Hauptsitzes in Köln folgt dem Leitgedanken, dass die Kunden als Sonne im Zentrum unseres Handelns stehen. Aus der Ferne sieht man die sonnengelben Pylonen in den Himmel ragen, die das alte und das neue Fabrikgebäude stützen. Sie kommen ohne Wände aus und lassen sich flexibel umgestalten und erweitern.