Wärmerückgewinnung in Vakuumsystemen

Vakuumpumpen sind für zahlreiche Produktions- und Verarbeitungsanwendungen unverzichtbar, erzeugen jedoch auch Wärme. Obwohl moderne Vakuumpumpen effizient arbeiten und Wärmeverluste minimieren, entsteht bei der Vakuumerzeugung zwangsläufig Wärme, die sich nicht vollständig vermeiden lässt. Üblicherweise wird ein großer Teil dieser Wärme ungenutzt an die Umgebung abgegeben.

Angesichts steigender Energiepreise und immer ambitionierterer Nachhaltigkeitsziele kann die Rückgewinnung und Wiederverwendung dieser Wärme den Energieverbrauch deutlich senken und erhebliche Einsparungen ermöglichen. Ziel der Wärmerückgewinnung ist es nicht nur, die Energieeffizienz zu verbessern, sondern auch ein Nebenprodukt Ihres Prozesses in eine wertvolle Ressource zu verwandeln.

Was ist Wärmerückgewinnung?

Wärmerückgewinnung beschreibt einen Prozess, in dem Abwärme aus Industrieanlagen aufgefangen und für einen anderen Zweck wiederverwendet wird. Bei Vakuumsystemen wird dies in der Regel durch die Integration eines Kühlsystems erreicht, das die Wärme aus der Vakuumpumpe in einen Wasserkreislauf überträgt. Bei diesem Kühlsystem handelt es sich meist um einen den Verdichtungsraum umgebenden Kühlmantel.

Das erwärmte Wasser kann dann gespeichert oder auf verschiedene Weise direkt verwendet werden, zum Beispiel für folgende Zwecke:


Indem Sie diese Energie auffangen, bevor sie in die Umgebung entweicht, können Sie den Bedarf an separaten Heizsystemen, die Energiekosten und Ihren CO₂-Fußabdruck verringern.

Wie funktioniert Wärmerückgewinnung?

Bei der Wärmerückgewinnung wird Wärme von einem Medium auf ein anderes übertragen, in diesem Fall von der durch die Vakuumpumpe erzeugten erwärmten Luft auf eine Flüssigkeit. Dieser Prozess beginnt mit einem Kühlmantel.

Ein Kühlmantel ist eine Kammer, die mit Wasser oder einer anderen Kühlflüssigkeit wie Glykol gefüllt ist; diese Flüssigkeit dient als Medium für die Wärmeübertragung. Der Kühlmantel ist in das Gehäuse der Vakuumpumpe integriert und umgibt den Verdichtungsraum. Während des Betriebs der Vakuumpumpe wird die von ihr erzeugte Wärme von der Flüssigkeit im Mantel absorbiert. Diese Flüssigkeit zirkuliert durch den Mantel und nimmt dabei die von der Vakuumpumpe erzeugte Wärme auf. Anschließend wird die erwärmte Flüssigkeit zur Verwendung in anderen Anwendungen aus der Vakuumpumpe abgeleitet.

Der positive Nebeneffekt: die Ableitung überschüssiger Wärme

In Arbeitsumgebungen, in denen die Temperaturen konstant bleiben müssen, ist ein Ausgleich der von Vakuumpumpen in den Raum abgegebenen Wärme erforderlich. Das bedeutet in der Regel, dass eine Klimaanlage betrieben werden muss, die die zusätzliche Wärme abführt. Je kühler die Umgebung bleiben soll, desto mehr Leistung muss das Kühlsystem erbringen. So erhöhen sich Energieverbrauch und -kosten drastisch.

Durch Wärmerückgewinnung wird weniger Wärme in den Produktionsbereich abgegeben. Dies kann folgende Vorteile bieten:

Wie viel Energie kann zurückgewonnen werden?

Die genauen Zahlen hängen zwar vom verwendeten Vakuumpumpenmodell, den Betriebsstunden und der Auslegung der Wärmerückgewinnung ab, das Potenzial ist jedoch oft beträchtlich. Beispielsweise verbraucht eine COBRA NX 0650 A von Busch (eine trockene Schrauben-Vakuumpumpe mit 650 m3/h) im Betrieb bei 1 hPa (mbar) 10 kW elektrische Leistung, von denen 8,5 kW über ihr Kühlsystem zurückgewonnen werden können. Bei effektiver Nutzung werden mit dieser Energie Tausende Liter Warmwasser pro Tag erzeugt.

Hochgerechnet auf ein Jahr können die eingesparten Energiekosten zu einer relativ schnellen Amortisation führen, insbesondere in Betrieben mit hohen Energiekosten oder ganzjährigem Heizbedarf.

Eignet sich Wärmerückgewinnung für meine Anwendung?

Nicht jedes Vakuumsystem profitiert gleichermaßen von einer Wärmerückgewinnung. Der erste Schritt besteht darin, Ihre Anforderungen und Ressourcen zu ermitteln:

1. Identifizieren Sie mögliche Verwendungszwecke für Warmwasser: etwa für Prozessanforderungen, Sanitäranlagen, Heizung oder
sogar zum Vorwärmen von Wasser für Heizkessel.
2. Ermitteln Sie Ihren Bedarfsverlauf: Bei Anlagen, die ganztätig oder ganzjährig Warmwasser benötigen, lohnt es sich am meisten.
3. Prüfen Sie die Kompatibilität Ihrer Vakuumpumpe: Nicht jede Vakuumpumpe ist für die Wärmerückgewinnung geeignet. Einige
Vakuumpumpen sind bereits für die Wärmerückgewinnung ausgerüstet, während andere möglicherweise Nachrüstsätze erfordern.
4. Prüfen Sie, ob ausreichend Platz für das Equipment vorhanden ist: Möglicherweise benötigen Sie einen isolierten Speichertank für
Warmwasser und Rohrleitungen für die Verteilung.

Beispiele für geeignete Vakuumpumpentypen

Bestimmte Vakuumpumpen, wie Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen und einige trockene Schrauben-Vakuumpumpen, eignen sich besonders gut für die Wärmerückgewinnung. Sie verfügen bereits über ein wassergekühltes System, dessen Wärme an anderer Stelle in der Anlage genutzt werden kann. Doch auch eine Reihe weiterer Vakuumpumpentypen kann für eine effektive Wärmerückgewinnung angepasst werden.

Zum Beispiel

Praktische Überlegungen

Bei der Auslegung eines Wärmerückgewinnungssystems sind einige wichtige Faktoren zu beachten.

Fazit

Mit der Rückgewinnung von Wärme aus Vakuumsystemen wird Abwärme in eine Ressource verwandelt. Unternehmen, die Energie auffangen und wiederverwenden, die andernfalls als Wärme verloren ginge, können ihre Energiekosten und Emissionen senken sowie das Wohlbefinden am Arbeitsplatz verbessern.

Ob zum Heizen, Reinigen oder Erfüllen von Prozessanforderungen: Zurückgewonnene Wärme kann eine schnelle Amortisation bieten – insbesondere in energieintensiven Branchen. Mit dem richtigen Equipment und Setup kann die Wärmerückgewinnung zu einem integralen Bestandteil eines effizienten, nachhaltigen Vakuumsystems werden.