Energiekonzept für einen Industriebetrieb

In den Fertigungshallen der Gealan Formteile GmbH laufen die Produktionsanlagen rund um die Uhr. 24 h in drei Schichten pro Tag, sechs Tage in der Woche formen hochmoderne Spritzgussmaschinen Granulat zu großflächigen Kunststoffteilen. Größter Abnehmer für die Präzisionsprodukte ist die Automobilindustrie. Die neuen Maschinen in der im Juli 2008 eingeweihten neuen Produktionshalle des Unternehmens (Gesamtfläche ca. 3500 m²) arbeiten mit einem Druck von 2000 bar. Dabei entstehen große Mengen an Abwärme sowie Stäube, Dämpfe und Gerüche. Kühlung, Klimatechnik und Lüftung müssen hier verlässlich, leistungsstark und genau auf die Abläufe in der Produktion abgestimmt sein.

Mit dem CoolStream aus dem Hause Colt International hatte Gealan bereits im Jahr 2006 beim Bau einer Fertigungshalle gute Erfahrungen gemacht: Als es um die Entscheidung für das neue Energiekonzept ging, vertraute Gealan dieser Erfahrung. Colt International kombinierte den CoolStream dieses Mal mit natürlichen und mechanischen Lüftungsanlagen und mit einer individuellen Lösung für eine optimale Tageslichtökonomie.

Das Kühlkonzept des CoolStream, dem Herzstück der neuen Anlage, baut auf dem Prinzip der adiabatischen Kühlung auf, also dem Kühlen von Luft durch Verdunsten von Wasser. Die Energie, die für das Verdunsten benötigt wird, wird der Luft entnommen, dadurch kühlt die Luft sich ab. Die Außenluft wird jeweils mit einem langsam drehenden, sehr leisen Axialventilator durch das Kühlmedium geleitet. Gleichzeitig wird das Medium mit Leitungswasser gesättigt.

RLT-Anlagen und Tageslichtnutzung

Montiert wurden die CoolStream-Einheiten auf dem Dach der Fertigungshalle. Über spezielle Gewebeschläuche wird die kühle Luft gezielt in die gewünschten Einsatzzonen in der Fertigungshalle geleitet. In den Aufenthaltsbereichen – also in der Regel in der Nähe der Fertigungsmaschinen – entstehen auf diese Weise in Bodennähe regelrechte Frischluftseen. Diese verdrängen die verbrauchte und belastete warme Luft, die unter Ausnutzung der Thermik, die durch die Produktionsmaschinen entsteht, nach oben abtransportiert wird und dabei Staub, Dämpfe und Gerüche „mitnimmt“. Unter der Hallendecke wird die verbrauchte Luft über spezielle mechanische Lüfter aus der Halle geleitet. Dieses Verdrängungsprinzip stellt sicher, dass die Frischluft sich nicht verwirbelt. Schadstoffe können nicht wieder in den Arbeitsbereich zurück strömen oder abfallen.

Zusätzliche Sicherheit bieten spezielle Feinstaubfilter, mit denen der CoolStream ausgerüstet ist. Für die mechanische Entlüftung wurden auf der Gealan-Fertigungshalle insgesamt sechs Typhoon T 08-Lüfter installiert. Sie gewährleisten einen Gesamtluftdurchsatz von 120 000 m³/h.

Mit diesem Kühl- und Lüftungssystem verbunden sind zwei weitere für die Umwelt- und Sicherheitsbilanz der neuen Gealan-Fertigungshalle wesentliche Vorteile: Brandschutz und Tageslichtökonomie. Die Typhoon-Lüfter dienen gleichzeitig als Rauch- und Wärmeabzug für den Brandfall. Sie wurden in Oberlichtstraßen auf dem Dach der Produktionshalle integriert. Bei den Oberlichtern handelt es sich um das Colt Azur System, ein trigonales Shed-System mit variablem Neigungswinkel. Das Lichtstraßen-System verfügt über eine Öffnungsbreite von 600 cm. Die verwendeten Aluminium-Strangpressprofile zur Aufnahme der Lichtmodule sind durch spezielle Kunststoff-Distanzhalter thermisch getrennt. Bei Gealan wurden die Azur-Lichtstraßen mit einer speziellen ausschmelzbaren Verglasung aus Polycarbonat ausgestattet. Diese Verglasung schmilzt ohne zu brennen bei 300 °C, was im Brandfall für eine größtmögliche Wärmeabzugsfläche im Dach der Halle sorgt – dies ist eine optimale Brandschutzkonzeption für die Stahlkonstruktion der Halle, die insbesondere vor Verformungen durch Hitze geschützt werden muss.

Das Colt-Azur-Lichtstraßensystem garantiert zudem eine optimale Ausnutzung von Tageslicht. Das ist sowohl der Aufenthaltsqualität im Innern der Halle zuträglich als auch ein Pluspunkt für die Energiebilanz. Um den Tageslichteinfall über die Oberlichter zu optimieren – und gleichzeitig Blendwirkungen und Überhitzung zu verhindern – wurde eine Verschattung mit Strukturlamellen in die Lichtstraßen integriert.

Ein wichtiger Erfolgsfaktor für ein adiabates Kühlungssystem ist eine sichere und umweltfreundliche Steuerung. Sie gewährleistet eine sichere Zirkulation, Temperatur und Erneuerung des Wassers. Dadurch werden Verkalkung und Bakterienwachstum vermieden. Ein Kältemittel wie F(C)KW wird beim CoolStream nicht benötigt. Aluminiumlamellen verhindern Sonnen- bzw. Lichteinfall und schützen das Kühlmedium vor Beschädigung und Wettereinflüssen. Außerdem bleibt das Gerät aufgrund seiner speziellen Bauweise innen komplett dunkel. Dadurch bleibt das Prozesswasser kühl und von hoher Qualität.

Die wesentlichen Eigenschaften des CoolStream auf einen Blick:

Die Investitionskosten sind gering, und das System hat wenig Verbrauch (0,9 kW und 0,055 m³ Wasser für 10 000 m³ gekühlte Luft pro Stunde). Die Verdunstungskühlung ist durchschnittlich vier- bis sieben Mal günstiger als herkömmliche Systeme.

Die Zuluft besteht zu 100 % aus Außenluft, es wird keine verbrauchte Raumluft gekühlt.

Das Gerät erzeugt eine hohe Kühlwirkung mit bis zu 90 % Befeuchtungsgrad adiabatisch.

Die Steuerung sorgt für die sichere Zirkulation, Temperatur und Erneuerung des Wassers, wodurch Bakterienwachstum und Verkalkung vermieden werden. Die Luft, die durch das Kühlmedium gesaugt wird, ist komplett getrennt von der Wasserverteilung. Es gelangen keine (Mikro-)tropfen in den Luftstrom. So haben Legionellen keine Chance.

Es wird kein Kältemittel wie F(C)KW benötigt.

Das Kühlmedium hat eine Tiefe von 150 mm, was zu einer langen Lebensdauer und einem hohem Befeuchtungsgrad führt.

Der Betrieb ist sehr leise.

Alle Bauteile inklusive dem Steuerungskasten sind bequem von außen zugänglich, auch im laufenden Betrieb.

Umfassende Regelungen für Ventilator, Abluft, Mischlust und Erhitzer, Feuchte, Wasser, Trocknung, Wochenprogrammierung etc. sind möglich.

Eine Fernbedienung kann 16 Geräte bedienen und über Mod-Bus an Gebäudeleitsysteme angebunden werden.

Eine All-Jahreszeiten-Lösung

Der CoolStream lässt sich auch als „All Seasons“-Lösung installieren. Eine elektronische Steuerung sorgt dann für eine vollautomatische Regelung während jeder Jahreszeit. Im Sommer liefert das System Kühlung auf der Basis von adiabatischer direkter Verdunstung. In Frühling und Herbst kann nach Bedarf die adiabatische Kühlung ausgeschaltet und durch eine Lüftung gekühlt werden. Die Außenluft wird dann mit interner Wärme auf hohem Niveau gemischt, so dass die Zuluft vorgewärmt ist.

Hierdurch wird zu kalte Zuluft vermieden. In den Wintermonaten ist es möglich, die interne Wärme mit Außenluft zu verbinden. Wenn keine Restwärme mehr zur Verfügung steht, schaltet die Mischluftklappe automatisch auf 100 % Raumluft und bringt die Wärme auf hohem Niveau, oben im Raum, zum Arbeitsbereich unten.

Zum Energiekonzept der neuen Produktshalle der Firma Gealan gehört neben Kühlung, Lüftung und Tageslichttechnik ein sparsames Wärmepumpen-System. Wärmepumpen vom Typ Colt Caloris, die mit Brunnenwasser versorgt werden, (Klimasystem nach ISO 9001) vereinigen die altbewährten Merkmale eines 3-Leiter-VRF-Systems – gleichzeitiges Heizen und Kühlen durch sparsame Wärmepumpentechnologie – mit den Vorteilen von Kalt-/Warmwasserkonvektoren zum kältemittelfreien Energietransport.

Das Colt Caloris Klimasystem erreicht aufgrund speziell entwickelter Wärmetauscher und einer kaskadenförmigen Zusammenschaltung von Außen- und Inneneinheiten einen Jahreswert von nachweislich über 4 (COP). Alle Einheiten bei diesem Klimasystem mit Wärmepumpe sind an einen Wasserkreislauf angeschlossen. Da­raus resultiert ein effektiver Wärmeaustausch.

Zur Koordinierung aller Anlagen, die bei Gealan für Kühlung, Lüftung und Klimatisierung sorgen, wurde das ICS4Link-Steuerungs- und Rege­lungskonzept eingesetzt. Es integriert Lüftung, Heizung, Klima, vorbeugenden Brandschutz und Sonnenschutz harmonisch in ein umfas­sendes Automations-/Gebäudeleitsystem.

Die Firma Gealan bekam für ihre neue Energiekonzeption den Umweltpreis der E.ON Bayern GmbH. Diese Auszeichnung kam komplett den rund 350 Mitarbeitern zu Gute: Mit dem Preisgeld in Höhe von 20 000 € wurde eine Terrasse für die Betriebskantine finanziert.