FreiEntfeuchtung

Effizientes Gesamtsystem

BacktechnikEurope / 3/2010

Energie, Klima und Produktionslayout sind untrennbar von einander abhängig

Das Thema Wärmerückgewinnung ist sehr komplex und die Installation kostet zunächst erst einmal Geld. Hinzu kommt, dass Bäckereien immer mehr überschüssige Energie produzieren, als sie selbst wieder verbrauchen können. Grundsätzlich sollte man sich als Firmeninhaber intensiv mit dem Thema Energie auseinandersetzen, um mittel- und langfristig Geld zu sparen und sich so einen Wettbewerbsvorteil zu sichern. Das Interessante an einer detaillierten Modellrechnung im Vorfeld der Planung ist deshalb auch die wirtschaftliche Analyse des Gesamtprojekts. Auf Basis einer Modellrechnung lässt sich ermitteln, mit welchen Systembausteinen die beste Rentabilität erzielt werden kann. Baut man beispielsweise zuerst Wärmetauscher an die Kälte oder deckt der Bäcker seinen Bedarf besser ab, indem er die beiden größten Öfen an das Energiesystem anschließt?

Es folgt die Frage, wohin eigentlich mit der so zurück gewonnen Energie? Zum Beispiel klassisch zur Erzeugung von Warmwasser für die Spülmaschine und Heizung. Dafür lohnt sich die Investition in Wärmerückgewinnung aber nicht alleine. Viel effektiver ist der Einsatz für die Klimatisierung der Räume, die Verteilung der Wärme und Feuchtigkeit unter Berücksichtigung von Jahreszeiten und des zeitlichen Produktionsablaufs. Die Rentabilität einer Wärmerückgewinnung hängt an der effektiven und möglichst direkten Nutzung der zurück gewonnenen Energie, dem tatsächlichen Bedarf und der richtigen Auslegung der Speicher. Die wenigsten Betriebesind 24 Stunden rund um die Uhr in Betrieb, sondern verteilen ihre Arbeitsabläufe über den Tag.

Alle Erzeuger von Abfallwärme produzieren zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedliche Mengen an Energie. Die Kälteanlage läuft kontinuierlich auf einem niedrigen Temperaturniveau und liefert zwischen 35 und 60°C. Die Öfen erzeugen die höheren Temperaturen, aber nicht über den ganzen Tag. Zeitversetzt benötigen zudem unterschiedliche Wärmeverbraucher (Heizung, Spülmaschine usw.) Energie. Das heißt konkret: Zeitweise nehmen die Wärmetauscher mehr Wärme ab, die gar nicht verwertet werden kann und ein anderes Mal wird aus dem laufenden Betrieb zu wenig Wärme abgenommen, um beispielsweise Großverbraucher wie die Spülmaschine direkt zu versorgen.

Die Spülmaschine läuft angenommen hauptsächlich nachmittags, wenn die Fahrzeuge die leeren Körbe aus den Filialen mitbringen, zu einer Zeit, an der die Öfen schon längst ausgeschaltet sind. Das heißt, das Wärmerückgewinnungssystem muss zum Zeitpunkt des Starts der Spülmaschine genügend heißes Wasser mit einer Temperatur von rund 85 °C (je Maschinentype unterschiedlich) zur Verfügung stellen, um den Betrieb gewährleisten zu können.

Berücksichtig man bei der Planung oder der Verteilung der Energieströme einen so großen Energieverbraucher nicht, wird beispielsweise ein großer Teil der Energie einfach für Heizung oder Klimatisierung verbraucht und für die Spülmaschine steht nur noch lauwarmes Wasser zur Verfügung. Auf Basis dieser Daten kann das Zusammenspiel von direkten Energieströmen und gespeicherter Energie in den Wärmespeichern abgestimmt werden – quantitativ und qualitativ. Man muss der Logik einer Bäckerei folgen, um diese energetisch optimieren zu können. Dazu gehört auch das Wissen um die speziellen Anforderungen an die Arbeitsbereiche.

Energie und Klima

Jeder Produktionsbereich muss spezifische Anforderungen erfüllen: Öfen produzieren warme Luft, die abgeführt werden muss, die Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Bereich der Teigaufarbeitung sollte sich über das gesamte Jahr hinweg innerhalb eines engen Korridors bewegen, zudem sollte die Staubbelastung auf einem geringen Niveau liegen, während in der Expedition heiße Backwaren in einem sauberen Klima auskühlen sollen. Um diesen Ansprüchen gerecht zu werden, sollte ein zeitgemäßes Energie- und Hygienemanagement Raumtemperatur, Raumfeuchte, Keimzahl, Sauerstoffgehalt, Frischluftzufuhr sowie die Außentemperatur erfassen, alle Daten in einer zentralen Steuerung verarbeiten und mittels der entsprechenden Anlagentechnik für einen intelligenten Austausch von Wärme, Feuchtigkeit und kühler Frischluft sorgen, um die vorgegebenen Klimabedingungen in den einzelnen Bereichen zu realisieren. In Verbindung mit dem Gebäudelayout und Wärmerückgewinnung lässt sich so der Energieverbrauch stark reduzieren.

Die Luftmengen, die man heute während der Produktionszeit an den verschiedensten Stellen absaugt, sind riesig. Für diese fehlende Raumluft muss Ersatz in Form von hygienisch einwandfreier und spezifisch klimatisierter Luft geschaffen werden. Wenn man viel backt, benötigt man viel Frischluft bzw. Luftersatz und entsprechend hoch ist der Energiebedarf. Wenn man diesen 1:1 durch zurück gewonnene Energie abdeckt, hat man eine Insellösung, die völlig unabhängig und ohne zusätzliche Primärenergie wirkungsvoll arbeitet.

Die Teigmacherei und im Bereich der Aufarbeitung beginnt der Produktionsprozess früher. Hier kann eine Temperatur von 22-24 °C und eine relative Feuchte von 60 Prozent als ideal angesehen werden. Gleichzeitig bedeuten diese Parameter den höchsten Energiebedarf, der innerhalb von Produktionsräumen benötigt wird, da sich die schwere, feuchte Luft viel schwerer aufheizen lässt als zum Beispiel die trockene Luft im Versand. Diese Energie kann aber noch nicht aus den Öfen gewonnen werden, da diese noch nicht in Betrieb sind oder gerade erst langsam aufheizen und muss deshalb zuvor gespeichert werden.

Die Herausforderung ist deshalb, die Energie genau zur richtigen Zeit zur Verfügung zu stellen, unter der Maßgabe, dass jeder Bereich andere Anforderungen an das benötigte Raumklima hat.

Klimaschwankung

Ein großes Problem entsteht, wenn die Produktion beendet ist und die Raumtemperatur, Wände, Anlagen und Geräte sich abkühlen. Die zuvor in der warmen Luft gebundene Feuchtigkeit kondensiert, bindet den Staub und bietet so einen idealen Nährboden für Keime. Ein offensichtliches Merkmal dieses Effekts ist die Bildung von Schimmel. Schwankungen im Raumklima sind deshalb verantwortlich für eine Vielzahl von Hygieneproblemen innerhalb einer Produktion.

Bei der Dimensionierung der Wärmerückgewinnung und der Pufferspeicher muss auch dieser Aspekt beachtet werden, damit genügend Energie auch nach der Produktion zur Verfügung steht, um die Feuchtigkeit durch einen geregelten Luftaustausch abzuführen. In der Praxis wird oftmals nur sehr viel Energie verbraucht, um die Raumtemperatur erwärmen, um so die Feuchtigkeit nicht kondensieren zu lassen. Schaltet man aber diese Art der aktiven Klimatisierung ab oder reduziert die Leistung, schlägt sich das Wasser sofort nieder und es kommt zu den negativen Effekten. Das gleiche Problem entsteht auch an Übergängen zu anderen Bereichen schon während der Produktion, in denen andere klimatische Bedingungen herrschen. Optimal ist deshalb eine Drei-Schicht-Produktion mit einem gleichmäßigen Klima und kontinuierlich arbeitender Wärmerückgewinnung, deren Energie ohne große Pufferspeicher direkt wieder verwertet werden kann. Diese lässt sich aber nicht in jedem Betrieb umsetzen.

Gebäude und Energie

Die Form eines Gebäudes sollte seiner Funktion folgen. Dies trifft besonders für Bäckereien zu. Das heißt, man sollte bei der Planung eines Neubaus die Arbeitsbereiche definieren und dann die passende Hülle um sie herum bilden. Konkret hat man bei der Planung die Möglichkeit, mit den Raumhöhen zu variieren, um spezielle Effekte zu erzielen: Die Teigmacherei kann mit einer niedrigen Raumhöhe gebaut werden, um möglichst wenig Luft zu klimatisieren. Im Gegensatz dazu kann man den Ofenbereich sehr großvolumig nach oben ausbauen, damit die heiße Luft genügend Raum zum Entweichen hat und sich nicht am Boden staut. Diese räumliche Struktur findet man auch in der Expedition. Hier empfiehlt sich ein höherer Bereich, in dem die heißen Brote abkühlen können, während der Bereich in dem die Backwaren verteilt werden, deutlich niedriger ausgeführt werden kann. Die Anforderungen an eine Teigmacherei und Aufarbeitung sind konstante, kühlere Temperaturen und eine höhere Luftfeuchtigkeit. Diese niedrigen Bereiche können zum Beispiel durch eine abgehängte Wand vom Ofenbereich abgetrennt werden. Man muss sich das vorstellen, wie in einem umgedrehten Stausee. Durch die abgehängte Wand entsteht eine Glocke oberhalb der Teigmacherei, in der sich die wärmere, feuchte Luft ansammelt – ein Speicher mit feuchter Luft. Durch Beimischung von temperierter, im Sommer eventuell aktiv gekühlter Frischluft lässt sich das Klima in der Teigmacherei sehr genau und mit nur wenig Energiebedarf einstellen.

Ein weiterer Effekt ist die sehr geringe Luftbewegung, die in Kombination mit dem Klima ein Verhauten der Teige verhindert. Darüber hinaus ist der Energieaufwand gering, der für das Erzeugen des Klimas benötigt wird, da natürliche entstandene Feuchte und Temperaturen ausgenutzt werden. Auch durch das geringere Luftvolumen, das durch die niedrigere Decke entsteht, muss weniger Energie aufgewandt werden.

Eine hohe Deckenhöhe hat im Ofenbereich den Vorteil, dass die warme Luft ungehindert nach oben aufsteigen kann und nicht die Temperatur im Arbeitsbereich erhöht. Auch hier muss die Klimaanlage entsprechend abgestimmt werden, damit im unteren Bereich soviel Frischluft nachgeführt wird, wie aufgeheizte Luft durch die Deckenventile entweicht. Anderenfalls kommt es innerhalb der Produktion zu ungewollten Luftströmen zwischen den Abteilungen.

Der thermische Auftrieb im Ofenbereich entsteht durch die ausgebackenen Backwaren und die Luft, die aus den Herden entweicht. Von dieser, in den Raum eingebrachten Energie und dem zur Verfügung stehenden Raum, hängt die Leistung der Klimatisierung ab. Wäre dieser Bereich niedrig, müsste die Klimatisierung rund die doppelte Leistung haben. So hat das Gebäudelayout langfristig direkten Einfluss auf den Energieverbrauch. Abhängig vom Luftautausch ist auch die Hygiene innerhalb der Produktion. Je mehr Luft ausgetauscht wird, desto mehr verdünnt man die Luft. Dadurch kommt es in der Produktion zu einer erheblichen Reduzierung der Staubbelastung.

Praxisbeispiel

Energie Intelligente Investition Energierückgewinnung und Raumklimatisierung ist in der österreichische Firma Haubenberger ein Mittel zu Qualitätssicherung. Es gibt sicherlich nicht viele Unternehmen im Backgewerbe, die auf eine vergleichbare Erfolgsgeschichte wie die Firma Haubenberger zurückblicken können.

Innerhalb von nur 22 Jahren entwickelte sich die Bäckerei vom kleinen Regionalversorger zum weltweit agierenden Teiglingsproduzenten, der mittlerweile rund 500 Mitarbeiter beschäftigt und täglich über 2.800 Kunden mit vorgegarten Tiefkühlteiglingen,Konditorwaren und Brot beliefert. Vor 80 Jahren wurde das Familienunternehmen gegründet. Der Aufstieg vom kleinen Bäckerbetrieb zum modernen Vorzeigeunternehmen verdankt Haubenberger seinen kreativen Konzepten, dem Gespür für Trends und auch den richtigen Investitionsentscheidungen. Zu diesen Investitionen gehört auch ein Wärmerückgewinnungssystem, das im Wesentlichen die Energie aus der Kältetechnik bezieht. Diese Energie wird mittels Wärmetauschern in drei riesigen Tanks unter der Produktion mit je 75.000 Litern Fassungsvermögen gespeichert und auch wieder abgerufen. Dazu kommen acht Tanks je 1.000 Liter für Heißwasser, die sich in der Nähe der Entnahmestationen in der 2.500 Quadratmeter großen Produktion befinden. Haubenberger nutzt diese zurück gewonnene Energie, um Waschanlagen zu betreiben und mittels Klimatisierung die Produktionssicherheit zu erhöhen.

Brötchenproduktion

Die Qualität des Produktes hängt auch vom Klima ab, in dem es hergestellt wird. Lange Gär- und Teigruhestrecken innerhalb von Brötchenanlagen werden in der Praxis deutlich von äußeren Temperaturen beeinflusst. Es kommt bei starken Temperaturunterschieden zwischen Innen- und Außenluft an den undichten Stellen zu einem teilweise sehr starken Austausch, den die Klimatisierung der Brötchenanlage nicht auffangen kann. Selbst wenn hier der Kostenaspekt durch den Primärenergieverbrauch nur sehr gering ist, bleibt das zweite Problem: die Qualität. Die Klimatechnik der Brötchenanlage soll für ein definiertes Klima innerhalb der Anlage sorgen und dabei einen leichten Überdruck erzeugen, um die äußere Luft aus der Anlage zu halten. Das funktioniert aber nur unter Laborbedingungen, das heißt wenn es nahezu keine Differenzen zwischen Innen- und Außenklima gibt bzw. es zu keinen Luftaustausch kommt, gegen den die Klimaanlage angehen muss. Dazu fehlen ihr aber schon systembedingt die Möglichkeiten, da sie nur sanft von oben konditionierte Luft nachführen kann. Kommt es zu einem Luftaustausch, müsste sie theoretisch im gleichen Maße definierte Luft einblasen. Das ist in der Praxis aber nicht möglich, denn das würde die Luftgeschwindigkeit innerhalb der Anlage erhöhen und ab einer Geschwindigkeit von nur 0,2 Metern pro Sekunde verhauten die Teiglinge.

Haubenberger sorgt deshalb für eine hygienisch einwandfreie und exakt klimatisierte Raumluft, um die Qualität der Backwaren auf dem angestrebten hohen Niveau zu halten. Ein anderer Aspekt sind energetische Effekte, die durch eine falsche Klimatisierung entstehen können. Haubenberger produziert viele Backwaren vorgebacken und friert sie anschließend ein. Die hohe Feuchtigkeit im Ofenbereich zog an der übergabestelle in den Spiralfroster und legte sich auf die Verdampfer, die entsprechend oft enteist werden mussten. Durch eine gezielte Abführung der Luftfeuchtigkeit konnte man die Vereisung deutlich verringern und somit viel Energie für den Abtauvorgang sparen.