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Nutztiere

Wärmerückgewinnung lohnt sich

Die Wassererwärmung erfolgt auf Milchproduktionsbetrieben oft mit elektrischen Boilern. Zugleich geht die Abwärme der Milchkühlung an die Umgebung verloren. Mit Wärmerückgewinnung (WRG) bei der Milchkühlung kann der Strombedarf für den Boiler und das Kälteaggregat zusammen um über einen Drittel gesenkt werden.

Publiziert am

Aktualisiert am

Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Agroscope

Diplom-Biologin mit Schwerpunkt Landschaftsökologie und Naturschutz, Agroscope

Geschäftsführer Agro CleanTech

Energie sparen

Für die Milchkühlung setzen Landwirtschaftsbetriebe meist das direkte Kühlverfahren mit Kälteaggregaten und Kältemittelkreislauf ein. Das Kältemittel fliesst in Rohrschlangen durch den Milchtank, nimmt die Wärme der Milch auf und führt diese über den Kompressor und Kondensator des Kälteaggregats nach aussen ab. Bei einer Wärmerückgewinnungsanlage wird der Kältemittelkreislauf vor dem Kondensator durch einen Warmwasserspeicher geführt und mit der Abwärme kann Brauchwasser auf zirka 45 – 50 °C erwärmt werden.

Abwärme nutzen

Agrsocope untersuchte auf vier verschiedenen Milchproduktionsbetrieben die Effizienz der WRG-Anlagen (Grafik 1). Neben dem Strombedarf des Boilers und der Kälteanlage für die Milchkühlung wurde auch der Warmwasserbedarf erhoben. Durchschnittlich benötigen die untersuchten Betriebe für die Reinigung der Melk- und Milchtankanlagen rund 32 Liter Warmwasser pro 100 Liter gemolkene Milch. Der Stromverbrauch für den Boiler konnte mit einer WRG im Mittel um einen Drittel gesenkt werden. Ein Milchviehbetrieb mit 30 Kühen und einer Tagesmilchmenge von etwa 750 kg sowie einem Warmwasserbedarf von etwa 240 Litern pro Tag, kann so täglich gegen 21 kWh Energie in Form von Wärme zurückgewinnen. Bei einem Strompreis von 0.16 Fr. ergibt sich für diesen Betrieb eine jährliche Stromkosteneinsparung von zirka 1226.– Fr..

Für eine effiziente Wärmenutzung aus der Milchkühlung ist die richtige Dimensionierung des Boilers und Warmwasserspeichers wichtig. Aufgrund des Nieder-Stromtarifs werden die Boiler meist während der Nacht geladen. Deshalb ist das Boilervolumen auf den Tagesbedarf plus zehn Prozent Reserve auszulegen. Idealerweise entspricht die Grösse des WRG-Speichers zwei Dritteln des Tagesbedarfes, damit vor jedem Melkgang wieder kaltes Wasser für die Wärmeabgabe aus der Milchkühlung zur Verfügung steht.

Tipps zum Stromsparen

• Die Grösse des WRG-Wärmespeichers sollte ungefähr zwei Dritteln des täglichen Warmwasserbedarfs entsprechen.

• Das Fassungsvolumen des Boilers ist bei Nachtaufheizung auf einen Tagesbedarf plus zirka zehn Prozent auszulegen.

• Je nach Wasserhärte sind die Boiler mindestens alle drei Jahre zu entkalken.

• Für Kälteaggregate sind gut zugäng‑ liche Standorte und möglichst staubarme sowie widerstandsfreie Zu- und Abluftführungen zu wählen.

• Kühlrippen von Kondensatoren sind regelmässig von Staub- und Schmutzablagerungen zu reinigen.

• Der Kältemittelstand sollte jährlich durch den Servicefachmann kontrolliert werden.

Mit Wartung Strom sparen

Die im Trinkwasser enthaltenen Mineralien – Calcium und Magnesium – fällen ab einer Wassertemperatur von 60 °C stark aus. Daraus entstehen Kalkablagerungen speziell auf den Heizelementen der Boiler. Diese Kalkschichten verhindern eine gute Wärmeübertragung vom Heizelement zum Wasser und führen zu einem deutlich höheren Stromverbrauch. Eine Kalkschicht von einem Millimeter bedingt bereits eine Zunahme des Stromverbrauches um etwa acht Prozent, bei zehn Millimetern sind es bereits zirka 50 Prozent. Wegen der, durch den Kalk, gehemmten Wärmeübertragung kann es im Heizelement zu einer Überhitzung und anschliessend zum Bersten eines Heizstabes kommen. Ein Kurzschluss in der Stromzufuhr ist die Folge.

Luftzufuhr sichern

Bei Kälteaggregaten wird im Kondensator Umgebungsluft durch Kühlrippen geblasen und so das darin zirkulierende Kältemittel bis zu seiner Verflüssigung weiter abgekühlt. Für einen wirkungsvollen Kühleffekt ist eine gute, widerstandsfreie Zuströmung der Umgebungsluft notwendig. Aus diesem Grund sollten mindestens einmal pro Jahr die Kühlrippen des Kondensators mit einer feinen Bürste oder Druckluft gereinigt werden.

Die Kälteaggregate sollten für ungehinderte Wartungsarbeiten und Kontrollgänge gut zugänglich aufgestellt werden. Abstrahlungswärme von Dächern kann die Zuluft und den Kondensator unnötig erwärmen und damit den Kühlvorgang erschweren. Exponierte Standorte unter nicht wärmegedämmten Dachflächen oder an Stellen mit grossen Staub- ablagerungen sind daher zu vermeiden.

WRG-Einbau lohnt sich und wird finanziell unterstützt

Ein Einbau einer WRG lohnt sich schon für kleinere Tierbestände im Bereich von 20 Kühen. Das investierte Kapital kann je nach Situation in rund sieben bis zehn Jahren amortisiert werden. Mit dem Förderprogramm von AgroCleanTech verkürzt sich die Amortisationszeit zusätzlich um bis zu 30 Prozent. Für die Nachrüstung einer WRG bei bestehenden Kühlanlagen, das heisst Milchtank mit Kälteaggregat sowie Elektroboiler bereits vorhanden, liegt die Unterstützung im Bereich von 1100.– Fr. bis 2500.– Fr. pro Betrieb. Interessierte Landwirte können unter http:// foerderprogramm.agrocleantech.chweitere Informationen abrufen oder elektronisch einen Antrag einreichen. Weitere Infos zum Förderprogramm erhalten Sie auch von lokalen Gebietsvertretern oder den kantonalen Bauernverbänden. Die Kontaktdaten sind auf der Website www. agrocleantech.chzu finden. 

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Starke Staubablagerung auf den Kühlrippen eines Kondensators führt zu erhöhtem  Stromverbrauch des Kälteaggregats. 

AutorenMarkus Sax, wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Agroscope, 8356 Ettenhausen Annett Latsch, wissenschaftliche Mitarbeiterin bei Agroscope, 8356 Ettenhausen Simon Gisler, Geschäftsführer von AgroCleanTech, 3000 Bern

Funktion eines Kühlkreislaufs (Milchtanks)

Meist liegt die Temperatur der Umgebungsluft von Milchtank und Milchkühlung über der Solltemperatur, 6 – 8 °C, der zu kühlenden Milch. Deshalb muss für die Wärmeabfuhr aus dem Milchtank ein Kältemittel mit einem tiefen Siedepunkt eingesetzt werden. Beispielsweise liegt, beim in der Praxis oft eingesetzten Kältemittel R134A, der Siedepunkt unter Normaldruck (1 bar) bei ~– 26 °C. Bei 2.5 bar siedet dieses Kältemittel bei ca. – 5.0 °C, was als Verdampfungstemperatur bezeichnet wird. Mit dieser Temperatur strömt nun das Kältemittel durch die Rohrschlangen im Milchtank und wird durch die Wärmeaufnahme aus der Milch in den Gaszustand überführt. Danach wird das gasförmige Kältemittel durch den Kompressor des Kälteaggregats aus den Rohrschlangen angesaugt und auf einen Druck von rund zwölf bar verdichtet. Die Temperatur des gasförmigen Kältemittels steigt dadurch auf ca. 45 °C. Anschliessend strömt es durch den Kondensator, den eigentlichen Kühler des Aggregats, gibt die Wärme an die Umgebungsluft ab und verflüssigt sich wieder. Dadurch ist es möglich, auch bei sommerlich heissen Temperaturen, zum Beispiel über 30 °C noch Wärme an die Umgebungsluft abgeben zu können.

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