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Stofflicher Speicher
BMWi
Latentwärmespeicher 1.10.2015

Die Visualisierung zeigt die komplette Batterieform.
© SMK Ingenieure

Abwärme für Herstellung von Betonfertigteilen nutzen

Im Projekt ENBELAT entwickeln Forscher neue Anlagenkomponenten. Zur Nutzung der Hydrationswärme statten sie Betonfertigteilformen mit einer Wärmerückführung aus und speichern die Wärme in einem Latentwärmespeicher. Das steigert die Qualität und hilft den Energieverbrauch um 45 Prozent zu senken.

Projektstatus Projekt abgeschlossen
Speichereffekt Temperaturänderung (Beton), Latentwärme (Paraffin)
Speichermedium Paraffin
Speicherkonstruktion Stahl
Hilfseinrichtung Sensorik
Speicherung/Ladung Direkt
Speicherkapazität 4.500 x 103 kJ (bzw. 4.500 MJ)
Energiespeicherdichte 4.186 kJ/m³
Zyklenzahl 4.800
Speicherzeit kurz (Stunden bis Tage)
Ladetemperatur 60 °C
Entladetemperatur 50 °C
Temperaturtyp Niedertemperatur
Projektlaufzeit Oktober 2012 bis September 2015

Ziel des Projektes ENBELAT ist die Senkung des Energieverbrauchs in der wärmebeschleunigten Betonfertigteilherstellung um rund 45 Prozent bei gleichzeitiger Qualitätssteigerung der erzeugten Produkte. Erreicht wird dies durch die Rückführung, Speicherung und Nutzung bisher ungenutzter industrieller Abwärme.
Im Projekt konstruieren und testen Forscher neue innovative Anlagenkomponenten. Zur Nutzung der Hydrationswärme werden Betonfertigteilformen mit einer Wärmerückführung ausgestattet. Die Wärme wird in einem Latentwärmespeicher zwischengespeichert. Sie dient der Warmwasservorwärmung der Betonausgangsstoffe im flutbaren Silo oder alternativ in der Mischanlage. Das Gesamtsystem wird im Anlagenverbund getestet.

  • Energieflussdiagramm © SMK Ingenieure
  • Anlagensystem © SMK Ingenieure
  • Die Visualisierung zeigt die komplette Batterieform. © SMK Ingenieure

Das Gesamtziel des Vorhabens bestand zu Projektbeginn in der Verfahrens- und Anlagenentwicklung zur energieeffizienten, rationellen und Qualität steigernden Betonfertigteil-Herstellung in zur Prozess-Beschleunigung beheizten Formen. Dafür entwickelten die Wissenschaftler ein Anlagensystem bestehend aus Batterieform, flutbaren Lagersilos, einem systemintegrierten Latentwärmespeicher, Mischanlage und Dampferzeuger einschließlich der benötigten Energieeffizienztechnik zur Gewinnung und Speicherung bisher ungenutzter Ressourcen an Prozessabwärme und deren Rückführung in den Betriebsprozess der Betonfertigteilerzeugung.
Die Formenbeheizung mittels Dampf wurde im Projekt-Bearbeitungszeitraum durch die wesentlich effektivere Warmwasserbeheizung ersetzt.

Bessere Qualität und höhere Lebensdauer

Die Energieeffizienz des Fertigungsprozesses wird durch die nachhaltige Energieeinsparung bei der temperaturbeschleunigten Betonerhärtung um circa 80 Prozent erreicht. Die CO2-Bilanz des Produktes wird dadurch erheblich verbessert. Durch die verbesserte Gefügequalität und die längere Lebensdauer der Betonelemente dank thermischer Prozesskontrolle wird eine erhebliche Wertsteigerung des Produktes erreicht.

Durch Energieeinsparung und Wertsteigerung wird die Wirtschaftlichkeit der mit dem zu entwickelnden Verfahrens- und Anlagensystem hergestellten Betonfertigteile durch Kostensenkung und erhöhten Gebrauchswert erheblich verbessert.
Mit erfolgreicher Umsetzung erhält die Betonfertigteilherstellung den Status einer Hochtechnologie. Eine Forschungseinrichtung ist die Voraussetzung für die interdisziplinäre Kooperation von kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU), wie Anlagenentwickler, Formenbauer und Betonfertigteilhersteller.

Hydrationswärme speichern und Heizwärme rückführen

Die mit dem ENBELAT-Projekt zu entwickelnde Systemlösung bietet für Betonfertigteilhersteller aller Unternehmensgrößen — also auch für KMU — die Möglichkeit:

  • mit höchster Energieeffizienz zu produzieren,
  • die Gefügequalität der erzeugten Betonelemente durch Prozesskontrolle und innovative Technologie nachhaltig zu verbessern,
  • nach hohen Qualitätsstandards zu fertigen und
  • die Rückflussdauer der Investition erheblich zu verkürzen.

Die angestrebte Systemlösung eröffnet die Möglichkeit, durch Speicherung und Rückführung der Hydratationswärme und Heizwärme in den Prozess bei gleichzeitiger Gefügeverbesserung mit weniger als 20 Prozent Fremdenergieeinsatz für das Beheizen der Formen gegenüber dem Stand der Technik zu produzieren.
Besonderer Forschungsgegenstand ist dabei die Gewinnung von Prozessenergie durch Entwicklung einer Batterieform für bewehrte Betonplatten als Wärmetauscher im Zusammenspiel mit einem zu entwickelnden Wärmespeicher für die Zwischenlagerung und kontrollierte Wärmeein- und Auskopplung in den Fertigungsprozess in Verbindung mit der Entwicklung und Prüfung der für den zu entwickelnden Prozess optimierten Betonrezepturen.

Verbessertes thermisches Energiemanagement

Gegenüber dem praktizierten Stand der Technik ohne Wärmerückgewinnung hat das ENBELAT-Projekt das Ziel, nicht nur einen erheblichen Teil der technologisch benötigten thermischen Energie aus ohnehin vorhandener und abzuführender Prozessabwärme zu decken, sondern durch thermisches Energiemanagement die Produktqualität erheblich zu verbessern.

Unter Bezugnahme auf Kennziffern des Produktionsvolumens für im Jahr 2009 in der Bundesrepublik gefertigte flächige Betonfertigteile von rund 32 Millionen Kubikmeter und einen angenommenen Anteil in beheizten Formen hergestellter Fertigteile von 20 Prozent sowie mit Verweis auf die Berechnungen zur Energiebilanz des Gesamtprozesses ergibt die Hochrechnung eine mögliche jährliche Energieeinsparung von circa 24 GWh/a sowie eine jährliche Reduzierung der CO2-Emissionen von rund 15.000 Tonnen pro Jahr bei anteiligem Einsatz der zu entwickelnden Fertigungs- und Speichertechnologie. Diese Größen entsprechen vergleichsweise dem Verbrauch von etwa 14.400 Privatpersonen an elektrischer Energie im Jahr 2009.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Termine

23. Oktober 2017
E-Mobility Power System Integration Symposium

24. Oktober 2017
Wirtschaftliche Energiespeicher

7. November 2017
Energiespeicher & Wärmepumpentechnologie

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Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.