Energiatakarékossági lehet!ségek innovatív épületkoncepciókkal Az Arburg új ügyfélközpontja *

Átírás

1 Energiatakarékossági lehet!ségek innovatív épületkoncepciókkal Az Arburg új ügyfélközpontja * Ege, Klaus ** ügyvezet! igazgató, Hoyer, Martin *** alkalmazástechnikai vezet! Az ARBURG új ügyfélközpontja (1. ábra) építésénél a primerenergia-felhasználás lehet! legalacsonyabb szintre való csökkentését t"zte ki célul, és ennek megvalósításához integrált energiahasznosítási koncepciót alkalmazott. A koncepció ötvözi a geotermikus berendezéseket alkalmazó innovatív épületgépészetet, valamint a gyártás során keletkez! hulladékh!, az alacsony h!mérséklet" fogyasztók és a szabad szell!ztetés használatát. Elosztásának köszönhet!en, az ügyfélközpont minden tekintetben hasonlít egy hagyományos fröccsönt! üzemhez, így a koncepció minden bizonnyal ötleteket kínál a feldolgozók számára. Integrált energiahasznosítás 1. ábra. Az Arburg ügyfélközpontjának látképe A primerenergia-igény csökkentése nagy kihívást jelent világszerte. A megújuló energiák többszörös felhasználása megfelel! megoldást jelenthet, különösen a hatékonyság javítása céljából. Az energiahatékonyság ebben az összefüggésben az elérni kívánt haszon és az ehhez szükséges energiaráfordítás arányát fejezi ki, amely az adott rendszer összhatásfokának jelzésére szolgál. A rendszerben egymás után kapcsolt egységek hatásfoka másfel!l befolyásolja a rendszer hatásfokát. Így tehát minél több alkotóeleme van a rendszernek, annál rosszabb lesz az összhatásfok, és annál nagyobb lesz az energiafelhasználás. Az eddigi gyakorlat szerint, a veszteséget h!ként vezetik el, amely természetesen az energiael!állítást is befolyásolja. Németország összes primerenergia-igényének 27%-ából átalakítási veszteség lesz. A fennmaradó energiamennyiség mintegy 28%-át az ipar használja fel (2. ábra). Még ennél is nagyobb a fröccsöntési folyamat hatásfokláncában jelentkez! átalakítási veszteség. Az elektromos energiával történ! ellátás és a helyszíni energiatermelés önmagában 57%-os átalakítási veszteséget idéz el!. A fennmaradó 43%-ból körülbelül 12% a m"anyag felolvasztásához szükséges energiafelhasználás, és 31% szintén átalakítási veszteséggé alakul át hulladékh! formájában (3. ábra). Az átalakítási veszteség, és ezáltal a primer energiafel- 2. ábra. Az energiael!állítás hatásfoka Németországban (Forrás: Szakszervezeti energiamérlegek augusztus becsült értékek) * A VDI Wissensforum GmbH által Münchenben szervezett Energiahatékonyság a m"anyagiparban cím" konferencián március 22-én elhangzott el!adás szerkesztett anyagának magyar nyelv" változatát az Arburg Hungária Kft. bocsátotta a folyóirat rendelkezésére. ** Fact GmbH, Böblingen *** Arburg GmbH & Co. KG, Loßburg évfolyam 2. szám 41

2 3. ábra. Hatásfokvizsgálat a végfelhasználó számára (fröccsöntési folyamat) használás olyan mértékben csökken tehát, amilyen mértékben a végs! energiafelhasználást mérsékelni tudják. Az energiahatékonyság kétféleképpen javítható: az egyes elemek vagy a gépek és berendezések alkotóelemei hatásfokainak javítása, a keletkezett hulladékh! felhasználása a primer - energia-igény csökkentése érdekében. Az ipari üzemek rendszerként való megközelítése Az ipari üzemeknek és a kapcsolódó épületeknek az elektromosenergia mellett meleg- és hidegvíz-, valamint s"rítettleveg!-ellátásra is szükségük van. Az eddigi gyakorlat szerint a termelés és az épületek energiaellátásáról külön-külön gondoskodnak. Az épületek f"tésére fosszilis energiahordozókat használnak, a gyártó területen található gépekhez, berendezésekhez és rendszerekhez szükséges elektromos áramot pedig küls! forrásból biztosítják. A korábban említett hatásfokveszteséget nem veszik figyelembe. Ehelyett sokkal hatékonyabb lenne, ha a gyártóterületet és az épületeket egy rendszerként kezelnék, és az energiahatékonyság javítása érdekében egy mindent magába foglaló integrált energiahasznosítási koncepciót dolgoznának ki. A primerenergia-igény csökkentése érdekében. pl. a gyártás során keletkezett hulladékh!t fel lehet használni az épületek f"tésére. Az évszakok változása miatti szükségletingadozások tárolási technológiákkal ellensúlyozhatók. Mindez rávilágít arra, hogy a gyártásnak és az épületgépészetnek már a gyártóüzem tervezése során össze kell kapcsolódnia, mivel az energia másodlagos felhasználása ennek megfelel!en összetetté teszi az energiahasznosítási koncepciót. Az Arburg ügyfélközpontja tények és számok Az ARBURG már régóta nagy hangsúlyt fektet a fröccsönt! gépek energia- és er!forrás-takarékos el!- állítására. A vállalat ehhez korszer" és modern technológiákat alkalmaz. Így magától értet!d! volt, hogy az új ügyfélközpont építéséhez egy integrált energiahasznosítási koncepciót fejlesztenek ki és alkalmaznak. A cél az volt, hogy a gyártás során keletkez! hulladékh! és a természetes er!források hasznosításával, valamint a környezetben fellelhet! energia bevonásával a primerenergia-igényt a lehet! legalacsonyabb szintre csökkentsék. Az ügyfélközpont, amelynek alagsorában raktár, földszintjén fogadóhelyiség és bemutatóterem, emeletén értékesítési- és a vezet!ség irodái helyezkednek el, kialakítását tekintve minden szempontból megfelel egy átlagos fröccsönt! üzemmel szemben támasztott követelményeknek. A bemutatóteremben, amely teljes képet nyújt a gyártóterületr!l, az ARBURG-program minden gépe megtekinthet!. A gépek el vannak látva minden szükséges tápés közegcsatlakozással, így bármikor üzembe helyezhet!k a valódi gyártási körülményeknek megfelel!en. Így az alkalmazott energiahasznosítási koncepció egy képzeletbeli fröccsöntési folyamaton keresztül is bemutatható. Két üzemi állapot összehasonlítása A következ! összehasonlítás kiindulási alapjaként egy gyártó üzemet kell elképzelni. Az üzem épületei saját energiaellátással rendelkeznek, amelyhez nem használják fel a gyártás során keletkez! hulladékh!t. Ezzel állítjuk szembe az ARBURG ügyfélközpontjának szimulált m"ködését az ügyfélközpont energiaellátása a helyszínen kialakított integrált energiahasznosítási koncepción alapul (4. ábra). Ehhez meg kellett állapítani az épületek által igényelt teljesítményt és energiaáramot a gyártás energiafel- 4. ábra. Az Arburg ügyfélközpontja és az összehasonlítás alapját képez! gyártó üzem évfolyam 2. szám

3 használása vagy a gyártás során keletkezett hulladékh! figyelembevétele nélkül. Ez a megközelítés lényegében megfelel az általános ipari üzemek és energiahasznosítási koncepciók energiafelhasználásának (5 7. ábra). 8. ábra. A termelés teljesítmény- és energiamérlege 5. ábra. Az Arburg ügyfélközpontjának beépítettségi arányai teljesítményigény lesz jellemz!. Két m"szakban, 4000 üzemórában történ! gyártás esetében az éves energiafelhasználás a következ!képpen alakul: 1850 MWh az elektromos energiához, 1572 MWh a gépek h"téséhez és 268 MWh a szerszámok h"téséhez (9 10. ábra). 6. ábra. H!mérleg termelés nélkül 9. ábra. H!mérleg termelésnél 7. ábra. H"tési mérleg termelés nélkül A további vizsgálatokhoz az ARBURG új ügyfélközpontjának következ!, feltételezett teljesítményjellemz!it vesszük alapul (8. ábra): #gépösszetétel a meghajtás- és eljárástechnikákra vonatkozóan, valamint kn záróer!höz, #a felszereltség körülbelül 30 gépet foglal magában. A teljesítményjellemz!k alapján teljes üzemelés és közepes gépkihasználás esetén a jellemz! anyagáramlás kb. 670 kg/h. Feltételezett alacsony-közepes, 0,7 kwh/kg energiafelhasználás esetén közepes, 460 kw elektromos 10. ábra. H"tési mérleg termelésnél Energiaszállítás különböz! h!mérséklet értékek esetén Az integrált energiahasznosítási koncepciók lényegében azon alapulnak, hogy a gyártás során keletkez! hulladékh!t lehet!leg alacsony, kiegészít! primerenergiaigénnyel az épületek h!igényének kielégítésére használják fel. Ebben jelent!s szerepet játszanak a h!hordozó közegek, valamint a generátorok és a fogyasztók adott h!mérsékleti szintje évfolyam 2. szám 43

4 H!hordozó közegként leveg!, víz és víz-glikol keverék alkalmazható. A leveg! alacsony fajlagos h!kapacitása, valamint az emberek tartózkodási helyével való közvetlen kapcsolata miatt nem megfelel!. Ezenkívül a túl magas h!mérsékletet sem teszi lehet!vé. A víz ezzel szemben ideális erre a célra, mivel megfelel! h!kapacitással rendelkezik, környezetbarát és akár 100 C-on is használható. A víz-glikol keverék vagy a termoolaj h!kapacitása és h!mérsékleti tartománya még kedvez!bb, ellenük szól azonban környezetkárosító hatásuk, a magas költségek és a bonyolultabb kezelés. A termékek h"t!vízkörének, valamint az épületek temperálásához alkalmazott közegek körének h!mérséklete lehet!leg ugyanabba a h!mérsékleti tartományba kell, hogy essen. Törekedni kell a hulladékh! további energiaigény nélküli közvetlen felhasználására, illetve elvezetésére. Ezért fontos szempont a gyártáshoz szükséges h!mérsékletek és energiaszintek ismerete. A felesleges kiadások mellett a túlméretezett épületgépészet jelent!s hatékonyságveszteséget okoz. Ebb!l következik, hogy a h!mérsékleti tartományok terén össze kell hangolni az épületgépészetet, valamint a folyamat-, gép- és berendezéstechnológiát. Az építménybe szerelt, további energiát felhasználó h!szivattyúk vagy h"t!gépek pl. lehet!vé teszik a h!- mérsékleti értékek eltolását, ezáltal szélesebbé válik a felhasználási terület. Az ARBURG ügyfélközpontjában ugyanolyan központi szerepet játszik a hulladékh! közvetlen felhasználása a részegységek aktiválásához, valamint a hulladékh! h!mérsékletének növelése a f"- t!mennyezet számára (h!szivattyú segítségével), mint a geotermikus energiával történ! h"tés. A h!- hordozó közeg szerepét a teljes létesítményben túlnyomórészt a víz tölti be. El!nyös a fröccsöntés során elérhet! h!mérséklet tartomány: a fröccsönt! gépek így a 20 és 40 C közötti, a fröccsönt! szerszámok pedig a szokásos módon, a 10 és Generátorok Magas h!mérséklet" h! gázkazánból, blokker!m"b!l, valamint a légkompresszor h!jének visszanyerése az épületegyüttesben közepes h!- mérsékleten (kb. 80 C-on) Alacsony h!mérséklet" h!szivattyúból (45 C) az épület felújított m"- szaki berendezéseihez H!szivattyús berendezésb!l származó hidegvíz Alacsony h!mérséklet" h! a fröccsönt! gépek h"t!köreib!l H"t!víz nyitott g!ztornyokból kb. 30 C-on, es!víz felhasználásával Hideg víz abszorpciós és kompressziós h"t!gépekb!l kb. 10 C-on 11. ábra. A hulladékh! felhasználásához szükséges h!mérséklet szintek folyamatábrája 12. ábra. H!mérséklet szintek f"téshez és h"téshez 150 C közötti tartományban üzemelnek. A fröccsöntési folyamatok a teljes h!mérséklet tartományban m"ködhetnek, akár fogyasztóként a hideg oldalon, akár el!állí- 1. táblázat. A generátorok és fogyasztók h!mérsékleti szintjei Fogyasztók Abszorpciós h"t!gépek, valamint az épület meglév! (régi) m"szaki berendezései f"t!testekkel és szell!ztet! h!cserél!kkel Homlokzatf"tés vagy modern szell!ztet! h!cserél!k Adatfeldolgozás és gyártás Közvetlen felhasználás f"tési célokra, valamint részegységek aktiválásához Gyártóberendezések Szell!z!-, gyártóberendezések, h"t!mennyezetek vagy részegységek aktiválása a h"téshez évfolyam 2. szám

5 tóként a meleg oldalon ( ábra, 1. táblázat). Energiahatékony intézkedések Az ARBURG ügyfélközpontja egy integrált energiahasznosítási koncepció felhasználásával készült, amely az innovatív épületgépészetet #geotermikus energiával, #h!szivattyúkkal/h"t!gépekkel, #részegységek aktiválásával f"téshez és h"téshez, #h"t!- és f"t!mennyezetekkel, #a fröccsöntési folyamat integrálásával a gyártóberendezések h"t!vízköreiben keletkez! hulladékh! hasznosítása révén, valamint #a h!mérséklethez igazított fogyasztókkal ötvözi. A fenti technológiák megvalósítására az épülettervezéssel, az azzal összefügg! tervezési el!írásokkal, a helyi építési szabályzatokkal, valamint a klímaviszonyokkal összhangban került sor. 13. ábra. H!mérséklet szintek a hulladékh! és a geotermikus energia felhasználása mellett A nagy üvegfelületek el!nyei Az ARBURG ügyfélközpontjának teljes homlokzata üvegb!l készült. Els!re ez nem t"nhet optimális megoldásnak, f!ként azért, mert az üveg épületrészek kb. 1,00 W/m 2 K h!átbocsátási értéke (U-érték) jóval roszszabb, mint a jól szigetelt, átlátszatlan szerkezeti elemekre jellemz! 0,20 W/m 2 K körüli érték. Figyelembe kell venni azonban, hogy az üveg épületrészek kedvez!tlen U-értékének csak a hideg téli éjszakákon van jelent!sége. A keletkez! h!mérlegben felhasznált energiával szemben a mi szélességi fokunkon a keleti, nyugati és déli tájolású ablakok, az egész évet alapul véve, a szoláris h!nyereség miatt a f"- tési id!szakban energetikai szempontból sokkal kedvez!bben viselkednek, mint az átlátszatlan falak. Pontosan ezt a hatást használja ki az ARBURG az irodaépület nyugati oldalán kialakított dupla homlokzattal, amely h!csapdaként m"ködik, így szoláris h!energia nyerhet! általa. Sokkal lényegesebb az üvegfelületek viselkedése a nyári h"tési id!szakban. Ebb!l a szempontból el!nyösek az ARBURG ügyfélközpontjának otthont adó Fekete-erd!re jellemz!, viszonylag alacsony éves h!mérséklet középértékek. A h"tési szükséglet geotermikus energiával történ! (majdnem) ingyenes kompenzálása az energiahasznosítási koncepció egyik fontos része (14. és 15. ábra). 14. ábra. A f"tés m"ködési elve télen Részegységek aktiválása: a termikus részegység-aktiválás (más néven: betonmag-aktiválás) a részegységek (falak, tet!k, padlók) felhasználását jelenti az épületen belüli h!mérséklet aktív befolyásolásában. Ehhez a nagy épülettömegek h!tároló kapacitását használják fel. Az épületrészekben vizet keringtet! cs!vezetékeket helyeznek el, amelyeken keresztül a f"tés és a h"tés egyaránt megoldható. A gyártási terület és a raktár f"tése A frissleveg!-ellátást egy kiegészít! f"tés nélküli, h!- visszanyeréssel m"köd! szell!z!berendezés biztosítja. A részegységek aktiválásához a h"t!vízb!l származó hulla évfolyam 2. szám 45

6 dékh!t közvetlenül felhasználják, a veszteségeket a bels! terhelések ellensúlyozzák. Így a gyártáshoz és a tároláshoz szükséges h!mérleg közel 100%-a fedezhet! a hulladékh! felhasználásával. Az ARBURG ügyfélközpontjában az üveghomlokzat hatását a beépített bordáscsöves homlokzatf"tés, valamint a peremen futó tet!f"tés egészíti ki. A valódi gyártási körülmények között mindkét rendszer elhagyható. 15. ábra. A h"tés m"ködési elve nyáron 16. ábra. Geotermikus berendezés f"tés h!szivattyúval 17. ábra. Geotermikus berendezés h"tés 18. ábra. Geotermikus berendezés hulladékh! tárolás A gyártási terület és a raktár h"tése A gyártási terület és a raktár h"tését nyáron szabad szell!ztetési koncepcióval oldják meg, a leveg! belépése a küls! homlokzaton keresztül, kilépése pedig a tet! felett történik. Mivel az épületnek több f"tési, mint h"tési energiára van szüksége, további h"t!vízfogyasztókat lehet aktiválni. A kellemes h!mérsékletr!l ezenkívül a padlóba beépített egységek is gondoskodnak, amelyeket nyáron megközelít!leg 20 C-ra le lehet h"teni. Ez a kényelmi funkció a valódi gyártási körülmények között elhagyható. A h"téshez a geotermikus berendezés szolgáltat energiát. Geotermikus berendezés földszondákkal Az ARBURG ügyfélközpontja alatt egy 380 kw maximális teljesítmény" geotermikus berendezés (24 furat 199 méterenként) üzemel. F"tésre és h"tésre használható h!kapacitása körülbelül kwh/a. H!hordozó közegként vizet használnak. A víz keringetéséhez a berendezésnek szivattyúkra van szüksége, de az ehhez kapcsolódó áramköltségek viszonylag elenyész!ek. A h!átvitel két irányban történhet: ha a víz hidegebb, mint a környez! talaj, akkor energiát vesz fel, és felmelegszik. Fordított esetben a víz leh"l. Mindkét üzemi állapotot lehet hasznosítani: télen h!forrásként a h!szivattyú energiafelvételéhez, nyáron h!leadáshoz a h"t!mennyezetek h"téséhez, a részegységek aktiválásához és a fröccsöntési folyamatokhoz. Az egész évben állandó h!mérséklet" talajvíz közelében lév! geotermikus berendezések h"- téshez ideálisak. Az ARBURG ügyfélközpontja azonban egy tarkahomokk!-tömbön helyezkedik el, jóval a talajvíz szintje felett. A helyi klímaadottságok (hosszabb telek és alacsonyabb éves középh!mérsékletek) figyelembevételével készített szimuláció kimutatta, hogy h!bevitel nélküli üzemelés mellett a talaj h!mérséklete évi 1 2 K-nel csökken. Az épület üzemeltetésével önmagában nem alakulna ki a f"téshez és a h"- téshez megfelel! egyensúly a szükséges energiák között. Ezenkívül a biztonság kedvéért víz évfolyam 2. szám

7 helyett víz-glikol keverékkel kellene üzemeltetni a geotermikus berendezést. A gyártás során keletkez! hulladékh! visszah"tése a geotermikus berendezésben egyrészt csökkenti a visszah"tési költségeket, másrészt magasabb talajh!mérsékletet eredményez. Utóbbi a h!szivattyú jobb hatásfokával együtt el!nyös a téli f"tési id!szakban. Így a geotermikus berendezés szezonálisan m"köd! földalatti tartályként üzemel, nyári-téli h!mérsékletkiegyenlítéssel, és kiegyenlített energiamennyiségeket biztosít a f"téshez/h"- téshez ( ábra). A két felvázolt koncepció kiegyenlített energiaáramának szembeállítása megmutatja az elérhet! és az elért megtakarítási képességet. Ebb!l kiindulva, amennyiben hagyományos üzemeltetés esetén: #a 30 C-nál magasabb h!mérséklet" vizet h"t!toronyban leh"tik, #a 15 C-nál alacsonyabb h!mérséklet" vízhez (a szerszámokhoz és az irodákban) h"t!gépeket használnak, és #télen f"t!kazánnal f"tenek, a hagyományos fröccsönt! gépek évente 1950 MWh elektromos energiát és 828 MWh földgázt fogyasztanak. Az ARBURG ügyfélközpontja energiahasznosítási koncepciójának alkalmazása esetén a földgáz primerenergiaforrásként teljesen elhagyható. Az épület f"téséhez szükséges h!energiát a gyártás során keletkezett hulladékh!b!l és a h!szivattyúval felszerelt geotermikus berendezésb!l fedezik. A folyamatok és a 15 C-os középh!mérséklet" irodaépületek h"tését ugyancsak a geotermikus berendezés segítségével biztosítják. A 30 C-nál magasabb h!mérséklet" h"t!vizet h"t!toronyban h"tik le es!víz segítségével ugyanúgy, mint a hagyományos megoldás esetében. Az összehasonlításban a kiegyenlített 1950, illetve 1955 MWh éves áramfelhasználás véletlen. Míg az átlagos üzemeltetés során a h"- t!gép évente 108 MWh áramot igényel, az AR- BURG ügyfélközpontjának energiahasznosítási koncepciója alapján üzemel! h!szivattyúnak a geotermikus berendezés f"tési üzemmódjához évente 100 MWh, h"tési üzemmódjához pedig 13 MWh áramra van szüksége. A rendszer el!nye a f"t!kazánban megtakarított f"tési energiában rejlik (19. és 20. ábra). A gazdaságosság megítéléséhez az éves összköltségek kiszámítása a primerenergia és a közegek szokásos értékeinek használatával történt: #elektromos energia: 100 euró/mwh (10 cent/kwh), #h!energia a földgázból: 45 euró/mwh (megfelel 6 cent/kwh hasznosított h!nek) (2. és 3. táblázat). 19. ábra. Az energiafelhasználás mérlege a hagyományos megoldás esetén Összegfoglalás Az ARBURG ügyfélközpontjának példáján jól látszik, hogy a rendelkezésre álló technológiák következetes alkalmazása jelent!s energiamegtakarítást tesz lehet!vé. Ehhez azonban teljes összhangra van szükség a berendezés gyártója és az épületgépészet között. Számos m"szaki megoldás áll rendelkezésre, amelyek figyelembe veszik a helyi követelményeket, és lehet!vé teszik a megtakarítási lehet!ségek kihasználását évfolyam 2. szám 47

8 20. ábra. Az energiafelhasználás mérlege az Arburg ügyfélközpontja esetében Az ARBURG ügyfélközpontját teljes egészében a gyártás során keletkezett hulladékh!vel f"tik. Az épületek h"tését nyáron geotermikus berendezés segítségével oldják meg. Az épületkomplexum kialakítása során a cél a h!- veszteség csökkentése volt. Ezen intézkedések megvalósításához elengedhetetlen az aktiválható padlók és tet!k, valamint a természetes klíma kihasználását lehet!vé tev! szabad szell!z! berendezés megléte. Az eredmény a kibocsátott hulladékh! mennyiségének mintegy 25%-os csökkenése. A csökkentett CO 2 -kibocsátás megközelít!leg 14%. Ezek az összegek igen jelent!sek az energiatakarékosság és a hatékonyságjavítás szempontjából különösen a politikai és ökológiai párbeszédek tükrében. Nem utolsósorban üzemgazdasági el!nyök is jelentkeztek a hosszú távú üzemelés során. 2. táblázat. A primerenergia-felhasználás és a CO 2 -kibocsátás mérlege Mértékegység Általában (100%) Ügyfélközpont Eltérés % Elektromos energia MWh/év % termelési célokra MWh/év ±0% h"tési célokra MWh/év % f"tési célokra MWh/év (+100%) Földgáz alkalmazása MWh/év ( 100%) Hulladékh! összesen MWh/év % küls! leveg!be MWh/év % földbe MWh/év (+100%) CO 2 -kibocsátás összesen t/év % földgáz (565 kg/mwh-val) t/év ±0% elektromos energia (211 kg/mwh-val) t/év ( 100%) Mértékegység Általában Euró/év 3. táblázat. Az éves energiaköltségek mérlege Ügyfélközpont Euró/év H!felhasználás földgáz MWh/év Speciális h!költségek Euró Üzemi h"t!berendezések, W p MWh/év Speciális h"tési költségek Euró/MWh H"t!torony üzemeltetése MWh/év Speciális h"tési költségek es!vízzel Euró/MWh Speciális h"t!torony költségek Euró/MWh 0, Geotermikus berendezés üzemeltetése MWh/év 641 Speciális geotermikus költségek Euró/MWh Évente összesen Euró/MWh évfolyam 2. szám