Projekt Wärmepumpe/BHKW für eine Wäscherei

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  • Projekt Wärmepumpe/BHKW für eine Wäscherei

    Um es gleich vorauszuschicken:
    Meine gestrige Untersuchung zur Energieeinsparung in einer Wäscherei (vorwiegend Kochwäsche) fiel relativ enttäuschend aus. Trotzdem habe ich die Hoffnung nicht ganz aufgegeben, die Hälfte der jährlichen Energiekosten, reine Stromkosten, von ca 2000 Euro im Monat, einsparen zu können.
    Alle Maschinen arbeiten ca 10 Stunden pro Tag, sechstägig.
    6 Waschmaschinen mit getrenntem Kalt- und Heißwasseranschluss mit 11 bis 18kW Heizleistung und Motoren, die zwischen 1 und 2kW Stromaufnahmevermögen haben.
    Das Gerät mit der höchsten Leistungsaufnahme ist die Mangel mit 42kW. Trotzdem nimmt diese bei weitem nicht die meiste Energie auf. Auch lässt sie sich nur rein elektrisch betreiben, die Heiztemperaturen der elektrischen Heizung liegen viel zu hoch. Diese könnte also nur vom erzeugten Strom profitieren. Leider takten die vorhandenen Heizkreise, sodass ein BHKW sehr ungleich beaufschlagt würde.

    Die mit Abstand meiste Energie verbraucht der Trockner, mit 24 kW Heizleistung, daneben steht ein zweiter mit 11kW Aufnahmeleistung.
    mein Plan, mit Hilfe einer Wärmepumpe vorgeheizte Umluft zu erzeugen, wurde bitter enttäuscht. Die Trockner fahren zwar mit beheizter Luft morgens an, diese wird aber schnell durch reinen Wasserdampf ersetzt, der im "Umdampfbetrieb" auf 115 Grad elektrisch überhitzt wird. Wasserdampf ist ein gut 1,5 mal besserer Wärmeübertrager als Luft, nicht nur wegen der Leichtheit der Wassermoleküle, Atomgewicht 18 statt 29, sondern auch wegen der höheren Zahl an Freiheitsgraden des dreiatomigen Gases.
    Leider ist mir keine geeignete Wärmepumpe bekannt, die bei ca 150 Grad Celsius kondensieren kann, die Abwärme von BHKWs scheidet da ganz aus.
    Die volle Abwärme der Trockner befindet sich anschließend in den 100 Grad heißen Abdampfleitungen, die nutzlos über Dach abblasen.
    Als effektive Möglichkeit bleibt also nur die Vorwärmung des Waschwassers in einem Speicher auf nahe Siedetemperatur von 100 Grad, die allerdings einfach zu bewerkstelligen ist. Dazu wäre ein BHKW unangebracht, die Abwärme der Trockner, die weit höher ist, steht schließlich kostenlos zur Verfügung.
    Zu prüfen ist jetzt nur, ob die Trockner auf den Betrieb mit vorgeheizter Luft umgebaut werden können. Dann wäre auch der Einsatz einer Wärmepumpe und teilweiser Vorheizung mittels des Kühlwassers eines BHKWs denkbar. Die Leistungsfähigkeit des Trockners würde dann aber auf einen Bruchteil der jetzigen zurückgehen.

    Nun suche ich eine Wärmepumpe, die mit einem COP möglichst größer als 1,5 Wasserdampf auf 115 Grad überhitzen kann, um die Leistungsfähigkeit der Trockner erhalten zu können und den Einsatz eines BHKWs sinnvoll zu machen. Bei der Suche nach Herstellern bin ich aber nicht fündig geworden.

    Mein ursprünglicher Plan, sämtliche in der Wäscherei anfallende Abwärme durch die angesaugte Luft der Trockner und weitere Vorheizung mit dem BHKW erfolgen zu lassen, ist mangels Absaugung hinfällig geworden. Ideal wäre natürlich eine große Trockenkammer, die mit vorgeheizter Luft trocknet. Das würde allerdings nahezu eine ganze weitere Arbeitskraft erfordern, die die Wäsche ganztägig in der Hitzekammer aufhängt und abnimmt. Dann wäre der energetische Vorteil finanziell maximal nur aufgewogen.
    Ein weiterer Vorteil dieser Einrichtung wäre, dass die Luft laufend erneuert würde und eine Absaugung und Klimatisierung des Raumes entfallen könnte.
    Die restliche Abwärme des BHKW würde das Waschwasseraufheizen.

    Möglicherweise hat sich hier schon jemand Gedanken gemacht, wie man Abwärme oder auch Wärmepumpenwärme von 150 Grad erzeugen kann?

    Übrigens könnte man hier nahezu die gesamte elektrische Energie aus einer Photovoltaikanlage nutzbar machen, eine passende Größe wären ca 40kW peak. Ca 10% der Stromkosten ließen sich so einsparen. Die Förderung aus der Umlage für selbst genutzten Strom käme noch hinzu. Den Strom für die Allgemeinheit zu verteuern, lag schon immer im Interesse unserer grünen Partei in NRW.

    Teile der Bundesregierung sind übrigens sehr bestrebt, Industrieabwärme bei Einspeisetemperaturen von ca 150 Grad zurückzuführen. Leider stehen dem die ungebremsten Strompreiserhöhungen und die Abneigung der Grünen gegen Wärmepumpen entgegen. Es würde sehr viele Einsatzmöglichkeiten dafür geben.
  • Eine genauere Energiebilanz

    Diese fehlt noch, aber sicher lässt sich feststellen, dass der Mammutverbrauch in der nicht zurückgewonnenen Wärme des nahezu zu 100% reinem Wasserdampf der beiden Trockner besteht. Die Versorgung der bis zu sechs Waschmaschinen mit auf 95% vorgewärmtem Waschwasser lässt sich so ganz problemlos durchführen:
    dazu genügt es, mit einer Vakuumpumpe den 100 Grad heißen Abdampf durch die Heizschlange eines Edelstahltauschers zu saugen. Dazu bedarf es keiner Wärmepumpe, das arbeitet automatisch ohne zusätzlichen Verbrauch. Da die Waschmaschinen einen mäßig wirksamen Abwassertauscher für das Frischwasser besitzen, werde ich da nicht mehr eingreifen, die Abwasserverluste sind eh vergleichsweise die Geringsten. Allerdings auch, zu einem späteren Zeitpunkt, einer genaueren Betrachtung und Nutzung wert.
    Die Verluste der Heißmangel werden zu 100% an die Raumluft abgegeben.

    Also, ich habe noch mal gründlich nachgedacht: An einer weit voluminöseren Trocknertrommel geht kein Weg vorbei, die dann statt mit reinem Wasserdampf nur mit mäßig vorgewärmter Raumluft arbeitet. So lassen sich, bis auf das Abwasser, sämtliche Wärmemengen zurückführen, mittels Wärmepumpe: Der Raum erhält automatisch ausreichend Frischluft, die dann vorgewärmt in die Wärmetauscher vor dem neu zu installierenden großen Frischluft-Trockner ohne eigene Heizung eintritt. Eine mehrstufige externe Abluft-Wärmepumpe kühlt dessen Abwärme, die nun sämtliche im gesamten Raum anfallenden Abwärmemengen , bis auf das Abwasser, enthält, ab und heizt die Zuluft über Luft- Wärmetauscher vor. Der kleinere der jetzigen Reindampf-Trockner arbeitet unverändert weiter, dessen reiner 100°-Wasserdampf heizt die Zuluft des großen Lufttrockners in der letzten Vorwärmstufe auf die höchste Temperatur, sodass die Wärmepumpen mit einer vergleichsweise hohen Leistungszahl arbeiten können. Die Wärmezufuhr des kleinen Dampftrockners trocknet also genau die doppelte Menge Wäsche wie bisher und reduziert den Stromverbrauch der Wärmepumpen zusätzlich.

    Nach den angekündigten Forschungsprojekten der Regierung zu Wärmepumpen mit 150 Grad Celsius Kondensationstemperatur suche ich noch. So weit ich gelesen habe, ist man noch nicht so weit. Mangels hitzeresistenten und feuersicherem Kältemittel setzt man die meisten Hoffnungen auf Gaswärmepumpen mit überkritischem CO2. Die Leistungszahlen sind allerdings bisher nicht sehr hoch, die Temperaturbereiche passen hingegen ideal.

    Aber, wie gesagt, es geht auch mit gängigen Wärmepumpen und der übergroßen Trocknertrommel mit einem hohen Trockenluftdurchsatz.
    Die Wärme aus der Abluft plane ich übrigens über einen Wasser-Rieseltauscher zu entziehen, der dem Abluftstrom entgegen gerichtet ist. Das aufgewärmte Wasser übergibt dann seine Wärme an einfache Glattrohrschlangen als Wärmepumpenverdampfer, mit dem entsprechend hohen Wärmeübergang von Wasser und der Unempfindlichkeit gegenüber Flusen. Sämtliche Lufttauscher werden durch Flusenfilter geschützt, denn der Flusenanfall ist überall erheblich...

    Ich rechne so mit einer Halbierung des Gesamtstromverbrauchs.

    Nicht geprüft habe ich, inwieweit die Besitzer der umliegenden Häuser in der überaus dichten Großstadtbebauung an preiswerter Heizenergie interessiert sind. Das würde den Weg zu einem überaus leistungsfähigen BHKW eröffnen, mit ca 50kW elektrischerLeistung und 100KW Heizleistung.

    Das wäre dann ein Konzept ohne jeglichen Umbau der jetzigen Anlage, bis auf die Einspeisung der Abwärme des Dampftrockners in die Heizungsysteme der umliegenden Häuser.
    dann stünden 120 kW Wärmeleistung zur Verfügung...die störende Dampfwolke über dem Dach des Wäschereigebäudes würde verschwinden...
    Noch sinnvoller wäre vielleicht, die umliegenden Häuser mit Brauchwasser zu versorgen, das von dem Abdampf der unveränderten Trockner aufgeheizt ist. Dieses würde den geringsten Aufwand bedeuten.

    Eine andere Lösung wäre eine Wärmepumpe mit Wasser als Kältemittel. Dann kommen, aus Korrosionsgründen und wegen der Unverträglichkeit mit Öl, nur Turbokompressoren in Frage. Der Dampfdruck von Wasser beträgt bei 150 Grad knapp 4 bar. BHKW-Motoren vertragen solch hohe Temperaturen nicht.
    Allerdings ist das Abgas heißer. Ich weiß nicht, ob es entsprechende BHKWs gibt, in denen Abgas- und Kühlwasse- wärmeübergabe getrennt erfolgen. Ein solches BHKW wäre wiederum ideal für die Wäschereianwendung.

    Insgesamt, solch eine Wäscherei, die sechs Tage in der Woche 10 Stunden im Betrieb ist, bildet eine hervorragende Wärmequelle für die Umgebung und eine zuverlässige und gleichmäßige Stromsenke für ein BHKW. Es lassen sich auch verschiedene Betriebsweisen einrichten, angepasst an Jahreszeit und Wärmebedarf.
  • Hallo Bernd,

    frag doch mal bei der Fa H-Tech im Münsterland nach.

    h-tech.de/node/12

    Die sind immer für eine innovative Lösung beim Thema Wärmepumpe zu haben.

    Ich sende dir gerne die Kontakten per PN

    Sonnigen Gruß

    Lutz
    Lutz Nacke
    Projektbetreuer
    Solarfachberater Photovoltaik DGS
    Stromlotse proKlima der enercityFonds
    Calenberger Energie Kontor
    info(AT)calenberger-energie-Kontor.de
  • Danke, ja, und eine neue Idee...

    Es geht mal erst darum, überhaupt von dem hohen Verbrauch herunterzukommen. Klar, Wärmepumpen sind mein Spezialgebiet und da kann ich jede Idee gebrauchen. Vielleicht aber erst später:
    es geht zunächst auch ohne, ich habe mich mal ein wenig schlau gemacht bei der Firma "Stahl". Die sind bisher sehr verschwenderisch mit der Energie umgegangen, aber inzwischen mischen die zur Energieersparnis Umluft bei, wie ich es oben beschrieben habe. Die kann man nämlich vorheizen.
    Also, einfach eine zweite, größere Trommel, mit Umluft. 50% der Wäsche kommt in den bisherigen Trockner, dessen fast 100% 100° heißen Wasserdampf in der Abdampfleitung schicke ich durch einen Abwärmetauscher, ohne jede Wärmepumpe und heize die schon von der Raumluft vorgeheizte Ansaugluft weiter auf ca 85 Grad auf. Damit alleine dürfte ich schon den Verbrauch derTrockner halbieren können. Dann steht schonmal ein Ablufttrockner da und der nächste Schritt wäre dann die Wärmepumpe.
    Ein weiterer Vorteil ergibt sich, weil dieser nachgeschaltete Trockner nicht mit auf 115 Grad überhitztem Wasserdampf arbeitet, sondern nur mit 85 Grad heißer Luft. Bei der Temperatur kann man auch empfindlichere Wäsche trocknen und trotzdem steckt fast die gesamte Wärme in dem Wasserdampfanteil der Luft. Den Rest kann man getrost ins Freie blasen. Obwohl auch noch eine dritte Trockenstufe in Form eines Trockenraums möglich wäre, der vom Abdampf/Luftgemisch der zweiten Stufe "kostenlos"beheizt wird...
    ich vermute, der Raum ist vorhanden und die jetzt schon sehr lange Abdampfleitung lässt sich durch diesen verlegen.
    Die Raumluft mit ihren immensen Abwärmemengen würde ebenfalls durch diesen Trockenraum hindurch abgesaugt.
    ich würde mal sagen, der Umsatz ließe sich glatt mehr als verdoppeln.
    Aber vor der Wärmepumpenlösung käme vielleicht dann doch das BHKW ins Spiel. Bei dem garantiert konstanten Strombedarf bei gleichzeitigem Wärmebedarf...Klar, unter Verzicht auf jede Belastung der Verbrauchergemeinschaft durch die unselige Umlage...

    Luxemburg wird größtenteils von Deutschland aus mit Braunkohlenstrom versorgt, der ist frei von jeder Umlage. Folglich ist er sehr viel billiger. Damit werden Wärmepumpen wieder konkurrenzfähig und es spricht alles dafür, dort mit der Energiewende zu beginnen. Es steht ein sehr großes Anwesen, ein Schloss mit vielen Nebengbäuden, zur Versorgung an...Erholungsgebiet mit vielen Wasserquellen als Wärmequellen ...
    Eigentlich hatte ich meine Wärmepumpenprojekte wegen der Politik unserer Regierung schon beerdigt. PN...
  • Nun die letzte Stufe der Energieeinsparung

    Die elf Großwäschereien in der Stadt hier arbeiten fast alle noch mit teurem Strom als Energiequelle. Das liegt einfach daran, dass bei der Einrichtung die Stromkosten keine Rolle spielten, EEG und Finanzierungswünsche gekdgieriger Städte und EVUs waren noch nicht existent. Auch an anderer Stelle wurde hier im Forum festgestellt, dass das Abwärmetemperaturniveau der heute lieferbaren BHKWs nicht einmal an 100 Grad heranreicht, für einen sinnvollen Betrieb sind aber weit über 100 Grad erforderlich.
    Andererseits, der Energieverbrauch für die Motoren der Waschmaschinen, der Mangel und der Trockner ist vernachlässigbar gering. Die muss man nicht noch an ein störanfälliges BHKW binden, das nicht einmal das erforderliche Temperaturniveau liefern kann.

    Die effektivste Art, Energie zu sparen, ist die, die Sekundärenergie Strom für die Heizung durch Primärenergie, sinnvollerweise Gas, zu ersetzen. Da rechnet sich auch die Anschaffung neuer, teurer Gewerbegeräte in absehbarer Zeit. Kostet mich die kWh Strom 25 Cent, ist Gas immerhin 3 1/2 mal billiger, wenn ich die kWh Wärme aus Gas mit 7 Cent ansetze.
    Die Zukunft der Gewerbemaschinen gehört eindeutig dem Gas. Die übrigen Einsparungen , die ich oben erwähnt habe , funktionieren genau so bei Gasheizung, womit nunmehr für den gesamten Wäschereiverbrauch mehr als eine Drittelung möglich ist. Denn auch die Mangel gibt es inzwischen gasbeheizt.

    Oft kommt man auf die einfachsten Dinge erst verspätet.
    Auch, wenn man den gesamten Maschinenpark auf Gasheizung umstellt, rentiert sich die Investition schon in ein bis zwei Jahren. Gasbeheizt muss nur der erste Trockner und möglichst auch die Mangel sein. Der Rest lebt von deren nun billigerer Abwärme.e

    Das BHKW bleibt jetzt wohl doch außen vor, ehe man sich damit befasst, stünde erst die weitere Nutzung der Abwärme der gesamten Wäscherei zur Behizung der umliegenden Häuser an, dann am besten mit Wärmepumpe, um auch die Abwärme des Raumes (Heißmangel) zu nutzen. Die Wärmepumpe bringt dann auch wieder das BHKW ins Spiel, da die Wäscherei nicht auf dessen ordnungsgemäße Funktion angewiesen ist. Bei Ausfall dieser beiden Geräte würde ein gewöhnlicher Gaskessel, unabhängig von der Wäscherei ,einspringen.
    Nach dem, was ich hier lese, sind BHKWs zu unzuverlässige Geräte, als dass man seine Existenzgrundlage von diesen abhängig machen sollte.

    Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von bernd schlueter ()

  • Nein, alles elektrisch!

    Es ist kaum zu glauben, aber alles ist elektrisch beheizt, der Warmwasseranschluss ist am gleichen Hahn wie der Kaltwasseranschluss. Allerdings findet ein begrenzter Wärmetausch zwischen heißem Abwasser und einem Vorratsgefäß für die nächste Wäsche statt, in den Mieles eingebaut. Eine Augenwischerei.
    Nein, da muss ganz schnell etwas getan werden!
    Da die meisten Kunden Krankenhäuser sind, fast ausschließlich Kochwäsche und Trockner, die mit 115 Grad heißem überhitzten Dampf arbeiten. Da die Wäsche noch Restfeuchte hat, die wird laufend gemessen, wird sie trotzdem nicht über 100 Grad heiß. Die reine Wasserdampf"atmosphäre" hat den Vorteil, dass der Wärmeübergang stark verbessert ist und die Wäsche wegen des fehlenden Luftsauerstoff nicht vergilbt. Aber nicht alle Wäsche braucht diese Temperatur. Lufttrockner arbeiten bei wesentlich niedrigeren Temperaturen. Gastrockner sind noch neu und sehr teuer. Das Gebäude selbst besitzt noch keinen Gasanschluss.
    Nach dem, was ich hier im Forum gelesen habe, ist ein BHKW mit einem zusätzlichen Unsicherheitsfaktor verbunden, den sich eine Wäscherei wegen des Preiskampfes nicht leisten kann. Dazu das zu hohe Temperaturniveau, sodass ich zwar dem Gas, aber nur zur Direktbeheizung der Trockner zuneige. Wärme zur Vorwärmung fällt dann immer noch reichlich an. Die bekannteste Trocknerfirma "Stahl" bietet heute Lufttrockner an, die die angesaugte Luft mit der Abluft vorheizen. Das ist aber nach meiner Abschätzung aufwendig und trotzdem sehr uneffektiv. Gas ist vorzuziehen.
    Motoren und Mangel mit Strom, der erste Trochner gasbetrieben, das halte ich unter den gegebenen Voraussetzungen für das Optimum. Vielleicht tut sich ja noch etwas auf dem BHKW-Sektor in Richtung höherer Temperatur?
    Auf jeden Fall bin ich von der Wärmepumpe abgekommen. Was die heute erhältlichen leisten, schafft ein BHKW auch, dazu eher günstiger.
    Möglicherweise gibt es Gasturbinen-BHKWs, die den Anforderungen genügen? Eine kleine Capstone?
    Mit 20.000 Euro jährlicher Ersparnis kann man schon etwas anfangen...
    Vielleicht gibt es sogar Fördermittel? Dann aber bitte ohne EEG und KWK.
  • Hallo Bernd,

    wenn du vom VNB keinen Gas HA bekommen kannst nimm mal Kontakt zu einem Flüssiggasversorger auf. Die sind bei den Gaspreisen etwas teurer . Neukunden bekommen aber ein super Angebot beim bereitstellen des Flüssiggastanks.
    Ich war auch sehr überrascht.

    Ich vermute mal das du bei den BHKWs nicht über die 90 Grad C raus kommst (auch wenn dir sicher einige Hersteller mehr "versprechen")
    aber als Vorwärmstufe für die Waschmaschinen sollte es doch reichen und den Strom bekommt dein Kunde noch als "Abfall" dazu.

    Ich bin als Niedersachse in NRW Förderprogrammen nicht so im Thema aber es gibt ja diese hier.

    progres.nrw.de/page.asp?RubrikID=6987

    oder

    kwk-fuer-nrw.de/

    und ein guter KMU / BAFA / KFW Berater weiss sicher noch einiges, vielleicht ist ja einer unter uns Einäugigen.

    Mit sonnigen Gruß

    Lutz
    Lutz Nacke
    Projektbetreuer
    Solarfachberater Photovoltaik DGS
    Stromlotse proKlima der enercityFonds
    Calenberger Energie Kontor
    info(AT)calenberger-energie-Kontor.de
  • Hallo Bernd,

    Microgasturbinen haben Abgasströme von etwa 300°.... dies kann man nutzen, um Dampf zu erzeugen...
    Ist nicht so meine Baustelle, aber google das mal....

    Der Strom wird in der Wäscherei ja auch gebraucht....

    Insofern, -wenn die Dinger auch störungsfrei funktionieren, was ich nicht weiß-, ein guter Ansatz...
    Thomas Deus
    -Geschäftsführer-
    Fa. GO BHKW GmbH
    Trinenkamp 50, 45889 Gelsenkirchen
    www.go-bhkw.de
  • Gute Voraussetzungen

    Ja, Hans, die wären ideal für diesen Zweck, allerdings auch ein Kolbenmotor, wenn man das Kühlwasser zur Vorwärmung des Waschwassers verwendet und das Abgas zur Dampfüberhitzung. Das werde ich nicht aus dem Auge verlieren. Zunächst aber reicht mal die Halbierung des Verbrauchs mit den einfacheren Mitteln.
    Morgen bin ich in Düsseldorf. Niederkasseler Kirchweg, gleich um die Ecke...
    Lutz, Gas ist, bis auf die Zeit, die es dauert, dass der Anschluss von der Straße aus gelegt ist, kein Problem.
    Optimal wäre beides, Gasanschluss und Gasturbine. Mischgebiet, da spielt auch Geräuschemission eine Rolle, liegt allerdings an lauter Einfallsstraße.
    spiegel.de/wirtschaft/soziales…t-aussehen-a-1017164.html

    Dieser Artikel im Spiegel sollte für uns alle interessant sein.
    Es geht nicht an, dass wir uns mit den bestehenden Zuständen und Gesetzen zufrieden geben.
    Wir sollten nicht anpassen, sondern ändern.
  • Kältemittel für höhere Temperaturen

    Lutz, ich habe mit Herrn Hanswille gesprochen. Ihm sind auch keine Kältemittel bekannt, die längere Zeit über 100 Grad Celsius vertragen, jedenfalls nicht unbrennbare.
    Alkane sind natürlich beständiger, da kämen die brandgefährlichen Butan, Pentan und vor allem Cyclohexan in Frage. Die sind vielleicht zu verantworten, weil sich die Wärmetauscher während des Betriebs in reiner Wasserdampfumgebung befinden. Trotzdem, wegen der potentiellen Brandgefahr wahrscheinlich nicht zulässig.

    Wasserdampf als "Kältemittel" ist natürlich ideal, verlangt aber ölfreies Arbeiten. Statt dem reinen Capstone-Kraftwerk wäre dann eine direkte Ankopplung einer drei bis vierstufigen Wasserdampfturbine sinnvoll, natürlich ist die nicht käuflich erhältlich. Eine Kompression des Wasserdampfs um 1 bis 1,5 bar würde die geforderte Kondensationstemperatur von 140 bis 150 Grad sicherstellen. Also, das ist noch Zukunftsmusik für gabrielsteuerbefreite BHKWs...
    spiegel.de/wirtschaft/soziales…t-aussehen-a-1017164.html

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    Es geht nicht an, dass wir uns mit den bestehenden Zuständen und Gesetzen zufrieden geben.
    Wir sollten nicht anpassen, sondern ändern.