In der Indus­trie ent­steht häufig Abwärme. Die für den Prozess in Jackons Muurla-​Werk erfor­der­li­chen Tem­pe­ra­tu­ren sind sehr hoch, aber die Hoch­tem­pe­ra­tur­tech­no­lo­gie der indus­tri­el­len Wär­me­pum­pen von Oilon kann diese Anfor­de­run­gen erfül­len.

Die Jackon-​Gruppe ist der füh­rende Dämm­stoff­her­stel­ler in den nor­di­schen Ländern. Ende letzten Jahres fusio­nier­ten Therm­i­Sol, Tupler, Epsira und Poh­jo­is­mai­nen Solu­muovi zu Jackon Finland Oy, Teil der in Fami­li­en­be­sitz befind­li­chen nor­we­gi­schen Jackon-​Gruppe. Die Gruppe pro­du­ziert ener­gie­ef­fi­zi­ente Lösun­gen für das Bau­we­sen und die Indus­trie mit einer breiten Palette von EPS-, XPS- und EPP-​Isolatoren, Gehäu­sen und Kom­po­nen­ten.

Die Fabrik der Jackon-​Gruppe in Muurla ist Finn­lands füh­ren­der Her­stel­ler von Kom­po­nen­ten und Ver­pa­ckun­gen aus expan­die­ren­dem Kunst­stoff­schaum.

Das Thema Ener­gie­ef­fi­zi­enz wird schon seit langem unter­sucht

Nach einem ver­hee­ren­den Brand am fin­ni­schen Unab­hän­gig­keits­tag, dem 6. Dezem­ber 2008, konnte das Werk in Muurla Anfang 2009 wieder nahezu voll­stän­dig her­ge­stellt werden.

Die ver­schie­de­nen Schaum­stoff­pro­dukte des Unter­neh­mens – mit Aus­nahme von Dämm­plat­ten – werden mit Hilfe der Schaum­stoff­ex­pan­sion in einer Form pro­du­ziert. Als Roh­stoffe werden Poly­sty­rol (EPS), Poly­ethy­len (EPE) und zuneh­mend auch Poly­pro­py­len (EPP) ver­wen­det. Das Schäu­men oder Sintern erfolgt mit Satt­dampf bei einer Tem­pe­ra­tur von ca. 120°C für Poly­sty­rol und ca. 140°C für Poly­pro­py­len.

Das Sintern erfolgt in 20 großen „Öfen“. Der Expan­si­ons­zy­klus dauert nur 1-2 Minuten, danach wird die Form auf etwa 90°C abge­kühlt. Dieser Vorgang benö­tigt sehr viel Energie. Darüber hinaus wird Wärme in vier Wär­me­be­hand­lungs­öfen benö­tigt, in denen EPE- und EPP-​Produkte nach dem Sintern zur Ver­fes­ti­gung ein­ge­legt werden. EPS benö­tigt diese Nach­be­ar­bei­tung nicht.

„Vor zehn Jahren began­nen wir mit der For­schung für eine effi­zi­en­tere Ener­gie­nut­zung“, sagt Jukka Mäl­kö­nen, Pro­duk­ti­ons­lei­ter im Werk Muurla. „Bei der Kühlung der Formen ent­steht 50-60°C warmes Wasser, das übli­cher­weise in einem Kühl­turm auf 30-40°C abge­kühlt wird. Jähr­lich wurden dabei 3.000 Mega­watt­stun­den (MWh) Energie ver­braucht.“

„Schon damals haben wir die zusätz­li­che Wärme in vollem Umfang genutzt, aber zum Bei­spiel waren wir nicht in der Lage, die für die Wär­me­be­hand­lungs­öfen benö­tigte hohe Tem­pe­ra­tur – knapp 100°C – zu erzeu­gen. Damals waren Wär­me­pum­pen tech­nisch nicht imstande, diese Tem­pe­ra­tu­ren zu erzie­len.“

Die Shape Moulding-​Automaten der Jackon Gruppe pro­du­zie­ren expan­dierte Kunst­stoff­schaum­pro­dukte in 1-2-​minütigen Zyklen bei 120-140°C.

Die Planung bedurfte umfang­rei­cher Berech­nungs­kennt­nisse

Einige Jahre später las Mäl­kö­nen einen Artikel, aus dem her­vor­ging, dass Wär­me­pum­pen Tem­pe­ra­tu­ren von über 100°C erreicht hatten. Er setzte sich mit einigen Fach­leu­ten in Ver­bin­dung und traf sich mit einigen von ihnen, aber keiner von ihnen bot die Tech­no­lo­gie von Oilon an. Sie boten Kom­plett­lö­sun­gen an, doch ihre Ange­bote erschie­nen sehr teuer.

„Bei der Sys­tem­aus­le­gung wurden viele Berech­nun­gen vor­ge­nom­men, doch wir wussten am besten damit umzu­ge­hen, weil wir den Prozess genau kannten“, fährt Mäl­kö­nen fort. „Bisher hatten wir eine starke Bezie­hung zu Oilon, da wir ihre Brenner bei­spiels­weise im Dampf­kes­sel ein­setz­ten. Wir began­nen, das gesamte System mit ihnen zu ent­wer­fen, da sie über eine lange Erfah­rung mit Hochtemperatur-​Wärmepumpen sowie über das Know-​how zur Durch­füh­rung der Berech­nun­gen ver­fü­gen“.

„Wir beschlos­sen, die not­wen­di­gen Wär­me­tau­scher selbst her­zu­stel­len und das System selbst zu instal­lie­ren. Oilon half uns bei der Aus­le­gung und Bemes­sung ver­schie­de­ner Details und lie­ferte die geeig­nete Wär­me­pumpe für den vor­ge­se­he­nen Einsatz.“

In Muurla bestand bereits eine solide Geschäfts­be­zie­hung zu Oilon, deren Flüs­sig­gas­bren­ner den hie­si­gen Dampf­kes­sel beheizt.

Diverse Hochtemperatur-​Wärmeströme

Das Kühl­was­ser aus den Formen wird in einen 20 m3 großen Tank gelei­tet, der eine Tem­pe­ra­tur von etwa 50-60°C hat. Die Wär­me­pumpe nutzt diesen Kühl­kreis­lauf als Wär­me­quelle und kühlt das Wasser auf 40°C ab, wobei die Not­wen­dig­keit des Ein­sat­zes von Kühl­tür­men redu­ziert wird.

Die Wär­me­pumpe erzeugt etwa 95°C warmes Wasser, das zur Behei­zung der Nach­be­hand­lungs­öfenund Räum­lich­kei­ten ver­wen­det wird. Dadurch wird der Einsatz von Dampf und Elek­tri­zi­tät weit­ge­hend über­flüs­sig. Ande­rer­seits wird die Wär­me­pumpe auch zur Erwär­mung des Kes­sel­spei­se­was­sers ein­ge­setzt.

Sin­ter­dampf wird in der Fabrik nach wie vor in einem mit Flüs­sig­gas (LPG) beheiz­ten Kessel erzeugt. Das Spei­se­was­ser des Dampf­kes­sels kommt aus dem städ­ti­schen Was­ser­netz mit einer Ein­tritts­tem­pe­ra­tur von 6-7°C und wird durch direkte Wär­me­rück­ge­win­nung auf etwa 60°C erhitzt. Die Wär­me­pumpe erwärmt das Kes­sel­spei­se­was­ser weiter auf etwa 80°C.

Hohe Tem­pe­ra­tu­ren – von nahezu 100°C – werden auch bei der Imprä­gnie­rung des Roh­ma­te­ri­als benö­tigt und es steht auch mehr als genug Energie zur Ver­fü­gung, um die Räum­lich­kei­ten zu behei­zen. Alles in allem steht mehr Wär­me­en­er­gie zur Ver­fü­gung, als die Anlage benö­tigt. Ein Teil der Wärme geht an den Kühl­turm, da zum Bei­spiel die Stadt­ver­wal­tung kein Inter­esse daran hat, sie für Fern­wärme im Dorf Muurla zu nutzen.

Viel Leis­tung bei guter Effi­zi­enz

„Wir haben uns für die Wär­me­pumpe Oilon Chill­Heat P 150 ent­schie­den“, sagt Martti Kukkola, Geschäfts­lei­ter für indus­tri­elle Wär­me­pum­pen und Käl­te­ma­schi­nen bei Oilon. „Sie hat die rich­tige Größe für dieses System und erreicht sehr hohe Tem­pe­ra­tu­ren. Die beiden Ver­dich­ter der Wär­me­pumpe sind inver­ter­ge­re­gelt, was einen aus­ge­zeich­ne­ten Wir­kungs­grad und einen sehr großen Leis­tungs­re­gel­be­reich ermög­licht“.

Jukka Mäl­kö­nen (links), Sakari Rus­ko­järvi und Martti Kukkola unter­su­chen die Oilon-​Wärmepumpe und ihre Imple­men­tie­rung.

 „Jackon verfügt bei 50-60°C über eine beträcht­li­che Abwärme. Die erfor­der­li­chen Pro­zesstem­pe­ra­tu­ren sind jedoch so hoch, dass es nicht möglich wäre, die Abwärme mit einer kon­ven­tio­nel­len Wär­me­pumpe zu nutzen. Kon­ven­tio­nelle Wär­me­pum­pen errei­chen Leis­tun­gen im Bereich von 50-60°C, was für die hier gestell­ten Vor­aus­set­zun­gen gerade erst der Start­wert ist.“

Kukkola lobt aus­gie­big die Sach­kennt­nis von Mäl­kö­nen und seinen Mit­ar­bei­tern, z.B. hin­sicht­lich der anspruchs­vol­len Imple­men­tie­rung wich­ti­ger Rohr- und Man­tel­wär­me­tau­scher. „Der Kunde hat das System selbst gebaut. Sie ver­fü­gen über viel Fach­wis­sen“.

Die in der Fabrik selbst her­ge­stell­ten Rohr­bün­del­wär­me­tau­scher werden mit hoher Pro­fes­sio­na­li­tät her­ge­stellt.

Die an Jackon gelie­ferte Wär­me­pumpe Chill­Heat P150 hat eine Gesamt­nenn­heiz­leis­tung von 372kW und einen COP (Coef­fi­ci­ent of Per­for­mance) von 3,2, obwohl sie fast 100°C warmes Wasser pro­du­ziert.

Das Käl­te­mit­tel (oder Wär­me­über­tra­gungs­me­dium) der Wär­me­pumpe ist R1234ze. Es handelt sich um ein Käl­te­mit­tel einer neu ent­wi­ckel­ten Tech­no­lo­gie, das zusam­men mit der Wär­me­pumpe der P-Serie eine Tem­pe­ra­tur von 100°C erzeu­gen kann. Die Sub­stanz hat ein sehr nied­ri­ges Treib­haus­po­ten­zial (GWP) von weniger als 1. Das Käl­te­mit­tel ist A2L klas­si­fi­ziert, d.h. ungif­tig,aber leicht ent­flamm­bar. Aus diesem Grund ist die Wär­me­pumpe voll­stän­dig ein­ge­haust und mit einem Gas­leck­sen­sor und einer Belüf­tung aus­ge­stat­tet.

Die Wär­me­pumpe ist über eine Fern­ver­bin­dung mit dem Kon­troll­sys­tem Oilon Global Monitor ver­bun­den, welches die Leis­tung der Anlage, die Nut­zungs­rate und die Strom­erzeu­gung über­wacht und mög­li­che anor­male Betriebs­zu­stände sofort meldet.

Der Oilon Global Monitor über­wacht den gesam­ten Betrieb der Wär­me­pumpe aus der Ferne und kann Para­me­ter fern­ge­steu­ert ein­stel­len, was beson­ders bei anspruchs­vol­len Anwen­dun­gen sehr nütz­lich ist. Die Abbil­dung hier zeigt die wesent­li­chen Infor­ma­tio­nen, wenn das System während einer Nacht von Freitag auf Samstag von der nor­ma­len Wochen­tags­pro­duk­tion in den Wochenend-​Ruhemodus über­geht.

Erschwing­li­ches und funk­tio­nel­les Paket

 „Die Wär­me­pumpe wurde Anfang 2019 in Betrieb genom­men und inzwi­schen ver­fü­gen wir über eine 11-​monatige Betriebs­sta­tis­tik“, fährt Mäl­kö­nen in dem im Januar 2020 geführ­ten Inter­view fort. „Während dieser Zeit pro­du­zierte die Wär­me­pumpe 413MWh Wärme und ver­rin­gerte auch den Kohlenstoff-​Fußabdruck der Pro­duk­tion erheb­lich. Man hätte noch viel mehr pro­du­zie­ren können, aber es gab keinen Ort, an dem wir es hätten nutzen können. Die Wär­me­be­hand­lungs­öfen waren im ver­gan­ge­nen Jahr nicht voll aus­ge­las­tet, aber in diesem Jahr werden alle vier Öfen voll­stän­dig in Betrieb sein. Ande­rer­seits wurde die Heizung des Anwe­sens erst im Früh­jahr an das System ange­schlos­sen.“

„Die Stärke von Oilon besteht zum einen darin, dass sie zu berech­nen wissen, so dass wir eine exakt dimen­sio­nierte Lösung erhal­ten haben und zum anderen kümmern sie sich auch um die Wartung der Maschine. Darüber hinaus ermög­lichte unsere eigene Fach­kom­pe­tenz bei der Umset­zung, das System zu relativ gerin­gen Kosten ein­zu­rich­ten. Die Wär­me­pumpe machte etwas weniger als die Hälfte der Gesamt­in­ves­ti­tion aus und wir erhiel­ten eben­falls Inves­ti­ti­ons­zu­schüsse für unser Projekt. Die Amor­ti­sa­ti­ons­dauer dürfte sehr aus­ge­wo­gen sein.“

“Zu Pro­jekt­be­ginn waren die Risiken hoch, weil wir diese neue Tech­no­lo­gie für eine völlig neue Ver­wen­dungs­art ein­rich­te­ten. Es ist jedoch alles so ver­lau­fen, wie wir gehofft hatten und es gab während des Jahres keine Pro­bleme mit der Wär­me­pumpe. Alles hat perfekt funk­tio­niert. Das freut mich wirk­lich sehr.“

Jukka Mäl­kö­nen ist sehr zufrie­den damit, dass die Oilon-​Wärmepumpe seit nunmehr als einem Jahr pro­blem­los in Betrieb ist.