Proefproject van Kinderboerderij
SHT berichtte enige tijd geleden al over de Rendemix-oplossing. Na ongeveer tien jaar is het de moeite waard om eens te kijken naar de ervaring die is opgedaan met het gebruik ervan. Destijds optimaliseerde de Schönram brouwerij in Petting in Opper-Beieren de gehele hydraulische integratie van de afzonderlijke stations met de Rendemix multi-poort mengventieltechnologie, die de temperatuur van de brouwsel- en ruwbierstromen met minimaal energieverbruik regelt en naar de afzonderlijke productie-eenheden leidt.
De renovatie van de interne logistiek van de brouwerij was de derde fase van een algemene renovatie. Dit begon jaren geleden met aardgas in plaats van stookolie, toen de brouwerij een aardgasleiding liet aanleggen van het externe netwerk naar het gebouwencomplex. Vervolgens werd de verwarmingsvoorziening volledig omgeschakeld naar warmteterugwinning uit de afzonderlijke installaties van de tussenproductie. Tot slot werd in 2015 aan het expertbedrijf Lorenz Mayer de opdracht gegeven om de hydraulische circuits te optimaliseren.
Energievereisten en -kosten
Hydraulische optimalisatie en brandstofprijzen: Wat kost aardgas? Groothandelaars verdelen hun aanbod meestal in drie tarieven: Huishoudelijke klanten met een jaarlijks verbruik van minder dan 100.000 kWh, commerciële klanten (handelsgas) boven de 100.000 kWh tot ongeveer 1,5 miljoen kWh en industrieel gas voor klanten met een afname boven het commerciële niveau. Deze grenzen liggen niet vast en laten afwijkingen toe. De derde groep is niet fundamenteel energie-intensieve industriële bedrijven in de context van de verplichte CO2-beprijzing van deze producenten. Producenten worden als energie-intensief beschouwd als de olie- of gasaankopen meer dan 15 procent van de bruto toegevoegde waarde uitmaken (porselein- en glasindustrie, papier, chemicaliën, delen van de metaalindustrie, petroleumindustrie). Bruto toegevoegde waarde omvat de toegevoegde waarde of inkomsten die in een bedrijf worden gegenereerd door de verwerking van (ingekochte) halffabricaten. Per definitie geeft de staat energie-intensieve bedrijven een bepaald emissievolume, bijvoorbeeld door middel van gratis certificaten, maar wordt er een CO2-heffing geheven voor emissies boven deze hoeveelheid. Dit is bedoeld om bedrijven te stimuleren hun productieprocessen minder energie-intensief te maken.
De hoofdrolspelers van de hydraulische renovatie (vanaf rechts): Brouwerij eigenaar Alfred Oberlindober, fabrieksingenieur Lorenz Mayer, Sascha Unterrainer.
De afvalwarmte stroomt in de 10 m hoge opslagtank van 85.000 liter. Aan de achterkant heeft de tank zes aansluitingen waardoor de leveranciers van afvalwarmte hun verschillende temperaturen invoeren. Het regelsysteem maakt het mogelijk om als het ware de koers te bepalen afhankelijk van de vraag of de hoeveelheid en bijvoorbeeld de aansluiting voor water van 40 graden te vullen met water van 50 graden als de situatie daarom vraagt.
De meeste brouwerijen gebruiken industrieel gas, omdat 100.000 hectoliter of meer per jaar alleen kan worden vergist met een hoog elektriciteits- en brandstofverbruik. Dit is duur. Zelfs (nog) zonder CO2-heffing lonen optimaliseringsmaatregelen. In de afgelopen zeven jaar is de gasprijs voor industriële klanten in Duitsland verdubbeld van 2,7 cent per 1 kWh tot momenteel 5,44 cent (Brouwerij Schönram 2024/2025), en in juli 2022 verviervoudigd. De gaskosten per 1 euro omzet stegen gemiddeld over alle producten van ongeveer 4,1 cent naar 16,2 cent. Met andere woorden, aardgas maakte ongeveer 16 procent uit van de verkoopprijs (wat merkbaar was aan de kassa in supermarkten). Hoewel de groothandelstarieven sinds begin 2023 weer genormaliseerd zijn tot onder de 30 euro/MWh, kan een bedrijf als de particuliere brouwerij Landbrauerei Schönram in Petting, Opper-Beieren, op een steenworp afstand van de Oostenrijkse grens, die jaarlijks 120.000 hectoliter Schönramer Hell, Pils, Dunkel en Weiße produceert, dit volume alleen bereiken met 3,5 miljoen kWh aan energieaankopen. Afhankelijk van de kostensituatie op de elektriciteits- en gasmarkt kan dit oplopen tot 200.000 euro per jaar. Een besparing van 10 procent, bijvoorbeeld door geoptimaliseerde hydraulica in de procesketen alleen, bespaart al 20.000 euro. En dat elk jaar opnieuw. Na tien jaar is er al een "winst" van 200.000 euro, zonder verdere ingrepen. Lorenz Mayer, planner en fabrieksingenieur bij Schönram en eigenaar van het gelijknamige HVAC-bedrijf in Petting, gebruikte cijfers als deze om het managementteam onder leiding van eigenaar Alfred Oberlindober en Sascha Unterrainer in 2015 te overtuigen van de modernisering van het vloeistoftransportnetwerk voor de procestechniek. Vandaag, sinds augustus 2024, is het bewijs te zien op de energierekening. Hoewel Sascha Unterrainer het succes van veel meer dan 10 procent niet uitsluitend wil toeschrijven aan de nieuwe hydrauliek met het meerwegmengprincipe Rendemix van de firma Baunach uit Hückelhoven, omdat er ook bepaalde verouderde componenten, zoals pompen met een slecht rendement, werden vervangen en er verdere ingrepen werden gedaan in verband met de hydraulische revisie, is de geoptimaliseerde routing van de vloeistoffen zeker de grootste bijdrage.
De stoomketels op aardgas hebben elk een vermogen van 1 MW.
Wervelbuiswarmtewisselaar (Spirax Sarco) voor het genereren van de maximale temperatuur in de buffertank. De in de buizenbundel geïntegreerde wervelbuizen zorgen voor een hoge spreiding. De heetste temperatuur wordt geleverd door de damp uit het condensaatterugwinningssysteem.
Een flow 1 en een flow 2 lopen gedurende de hele bewerking vanaf de buffervat. Flow 1 voor temperaturen tot 80 °C wordt echter niet regelmatig gebruikt. Flow 2 zorgt voor de lage temperatuur van ongeveer 50 tot 55 °C.
Beter dan met de hand
SHT had het Rendemix-proces al in eerdere uitgaven gepresenteerd, maar de 10 jaar ervaring van Pettinger Bierkocher met het Hückelhoven-proces stimuleerde hen om de installatie ter plaatse nog eens te bekijken en mogelijk de bevestiging te krijgen dat het niet altijd uitgebreide, kostbare renovatiemaatregelen met een omschakeling naar duurzame energie hoeven te zijn om het milieu te ontlasten. En dat de hydraulische balancering die vereist is door de GEG en de KfW-subsidierichtlijnen gebaseerd kan worden op een eindproduct dat zowel vereenvoudigt als beter presteert dan alle handmatige pogingen om exacte energiestromen aan te passen in termen van efficiëntie. Sleutelwoord exact: Het is algemeen bekend dat efficiëntie leidt tot sufficiëntie, tot gedeeltelijke afstand. Dit is al van groot voordeel voor klimaatbescherming. Daarom moeten we hiermee beginnen als, om welke reden dan ook, de grote oplossing niet kan worden gerealiseerd. De oorsprong van de Rendemix ligt in de serieschakeling van een hoge- en een lagetemperatuurcircuit. De vloerverwarming op de begane grond gebruikt bijvoorbeeld de retourstroom van de radiatoren in de kinderkamer en slaapkamer op de eerste verdieping als stroom, met als gevolg dat er in principe maar half zoveel verwarmingswater wordt verwarmd en hoeft te circuleren. Vanwege de verschillende volumes water beneden en boven in huis schakelden de meeste systeembouwers over op twee circuits, wat onder andere leidt tot een hoger energieverbruik. De ontwikkelaar van het gepatenteerde proces in die tijd, Hans-Georg Baunach, studeerde elektrotechniek aan de TH Aken, dus hij weet het een en ander over stromen. Ergens rond het millennium zette hij volt en ampère om in hydraulische maten en eenheden en kneedde en schroefde hij zijn idee van krachtigere hydrauliek met regeltechnische componenten aan elkaar tot een intelligent meerpoorts mengventiel.
Schönram schakelt over op moderne persluchtgeneratoren (op de voorgrond). De apparaten leveren ongeveer 3 kubieke meter per minuut. De schroefcompressoren voeden de steriele luchtruimte, produceren proceslucht voor automatisering, voor het schakelen van kleppen en nog veel meer.
Het Baunach-principe - op de foto de mengers zonder behuizing - is ontworpen om een stratificatie met een hoge delta T tussen koud en warm in de opslagtank te bereiken en de hoge temperaturen zo lang mogelijk te behouden door bij voorkeur de hoeveelheid water uit het midden van de buffertank te gebruiken en hoogwaardige warme energie als het ware druppelsgewijs te injecteren.
Opwarmen wordt tot een minimum beperkt
De oplossing met één circuit bespaart een aanzienlijke hoeveelheid energie. Maar dat is nog niet alles. Met de meerwegmenger kan de inhoud van een buffervat stabiel worden gelaagd op basis van temperatuur, met een koude zone onderaan, een warme zone in het midden en een warme zone bovenaan. Als warm bijvoorbeeld voldoende is om aan de gewenste behoefte te voldoen, hoeft de bovenste warme zone niet te worden aangesproken. Als de warme zone daarentegen wel toegankelijk moet zijn, wordt er warm toegevoegd in plaats van koud. Dit betekent dat de warme retourstroom van één verbruiker altijd wordt gebruikt om een tweede verbruiker van een koude retourstroom te voorzien. Deze warme retourstroom van de eerste verbruiker komt niet meer in het midden van de buffer terecht, maar als verwarmde retourstroom van de tweede verbruiker onderin de opslagtank, zodat de gelaagdheid niet wordt beïnvloed. Dit blijft stabiel en de opgeslagen waardevolle exergie blijft grotendeels behouden. En dus een grote delta T in de cilinder. De warmteopwekker hoeft veel minder vaak bij te verwarmen.
In een eerdere presentatie legde Hans-Georg Baunach het voordeel van een hoge spreiding uit aan de hand van een eenvoudig voorbeeld: "Stel je voor dat je een goed gelaagde opslagtank hebt met warm water van 80 °C bovenin en koud water van 30 °C onderin. Als je het nu volledig mengt, zul je overal 55 °C hebben. Je hebt geen warmte verloren, maar de gelaagdheid is vernietigd. De warmteopwekker moet opstarten. Niet omdat de boiler leeg is, maar omdat er geen warm water meer is. Als de boiler moet starten terwijl de boiler niet leeg is, kan de buffer een van zijn taken niet uitvoeren, namelijk de warmteopwekker beschermen tegen te vaak starten en stoppen. Met de gebruikelijke gevolgen van hoge slijtage en verhoogde opstartverliezen en dus nutteloze energieverspilling." De gedachte achter de Rendemix is daarentegen als volgt: Het behoudt de hoge kwaliteiten. Zonder de laadtemperatuur aan te tasten, verhoogt dit de capaciteit van een ketel in de dynamische laad- en ontlaadmodus met wel 160 procent, zoals de Hogeschool Biberach in een test heeft vastgesteld.
Langetermijntest op de Hogeschool Biberach: buffer laden en ontladen volgens het twee-zone-principe. De opslagcapaciteit neemt met 160 procent toe bij werking in twee zones en de ketel hoeft veel minder vaak bij te verwarmen.
Systeemrendement in plaats van ketelrendement
Hoofdverdeler met meerwegmengkraan
Lorenz Meyer zag de verschillende voordelen van het Baunach-principe in Schönram. Hij las er jaren geleden over in SHT, verdiepte zich erin, testte de technologie en is er sindsdien trouw aan gebleven. Hij verwerkt praktisch geen orders meer zonder deze meerwegblokkering. "Ik beweer dat als ik tweegezinswoningen uitrust met Baunach-stations en bufferopslagtanks, dit leidt tot energiebesparingen van 30 tot meer procent. Natuurlijk moet alles stroomopwaarts en stroomafwaarts van het Baunach-station kloppen, tot en met de integratie van de leidingen in de buffervat, die heel vaak onjuist of inefficiënt is. De boiler is de belangrijkste schakel in een verwarmingssysteem. Ketelfabrikanten beloven rendementen van 92 en 93 procent. Daar heb ik weinig aan als het systeem niet geoptimaliseerd is. Ik weet zeker dat veel, zelfs de meeste verwarmingssystemen een maximaal systeemrendement van 75 procent halen, en niet meer. Dit komt deels doordat er hoge temperaturen worden gemengd in de opslagtank en de energiegenerator constant moet reageren en opnieuw verwarmen." Voor sommige collega's en voor de eindklant is de energiegenerator het eigenlijke verwarmingssysteem. Dat is niet juist. Klanten wordt wijsgemaakt dat hun investering een rendement van 92 en 93 procent heeft. "Ze hebben echter geen enkele indicator om de efficiëntie te beoordelen. Ze accepteren de bewering en weten niet dat hun warmtevoorziening minstens 20 procent zuiniger zou kunnen zijn. Dat is de realiteit." In veel gevallen gaat het om de verkoop, om geld verdienen. Ze maken zich zorgen dat ze de opdracht niet krijgen vanwege de iets duurdere Baunach-mengkraan. "Collega's vinden het moeilijk om de effectiviteit ervan aan de man te brengen. De situatie is als volgt: Als ik het principe uitleg op een vergadering of in een gesprek, zijn ze helemaal blij. Als hen dan gevraagd wordt om het te installeren, hebben ze last van de extra kosten. Ze zijn bang om het contract te verliezen en de efficiëntiewinst te annuleren, waardoor ze afzien van de juiste technologie tussen de energieopwekker, bufferopslag en energieverbruiker. Met het Rendemix-principe zouden ze in een compleet andere competitie zitten als het gaat om energiebesparing."
Vergelijking van het aantal cycli tussen twee zones en conventionele werking
De bierstroom
De mout van gerst of tarwe (graan dat ontkiemd is) wordt gemalen, geplet en samen met water in de beslagkuip gedaan. Deze bevat meestal enkele duizenden
liter. De meesterbrouwer verhit dit beslag. Tijdens dit proces zetten enzymen het zetmeel uit de moutkorrels om in moutsuiker. De volgende stap is het koken van het beslag en de hop gedurende enkele uren in de meestal koepelvormige wortketel, ook bekend als de brouwketel. Dit is waar de hop, een klimplant, zijn bittere stoffen afgeeft en het bier zijn typische bittere smaak geeft. Daarna gaat de partij naar de gistruimte. Bij Landbrauerei Schrönam vindt de gisting plaats gedurende tien dagen in open containers. Door de toevoeging van gist wordt de suiker omgezet in alcohol en CO2. Tot slot slaat de Schönram brouwerij het ruwe bier op in horizontale containers. Horizontaal omdat daar tegenover bepaalde gewenste reacties plaatsvinden die te maken hebben met de speciale drukcondities in de buik van horizontale opslagtanks. De laatste gisting in deze tanks wordt gevolgd door filtratie om gisten en soms schadelijke stoffen te verwijderen. Na de filtratie blijft het bier relatief kort in de rechtopstaande druktanks (drie op de foto) met een begindruk van ongeveer 1,5 bar. Van daaruit wordt het afgevuld in flessen of vaten.
Invloed via groothandel
Pettinger is ervan overtuigd dat de groothandel ook invloed heeft op dit verhaal. "Zij sturen hun gespecialiseerde installateurs aan, voorzien hen van het materiaal, soms van plannen en ontwerpen. Baunach zit niet op het spoor. De klant zou op eigen initiatief moeten zeggen: stop, ik wil het materiaal niet, ik wil het mengstation, ik installeer het volgens mijn eigen plan. Maar er zijn maar weinig mensen die zo ver gaan." In de brouwerij is de Rendemix aangesloten op praktisch elk verwarmingscircuit en elke tank voor lage en hoge temperaturen. De belangrijkste opslagtank voor proceswater heeft een inhoud van 85.000 liter. Het staat tien meter hoog in een van de hallen en verzamelt energie uit een groot aantal bronnen: van de warmteopwekker, van de warmtewisselaars voor warmteterugwinning uit de processen, van de retourstroom van verwarmingscircuits, proceswarmte van stoomopwekking, afvalwarmte van persluchtopwekking. De condensatiewarmte van de koelsystemen voor het koelen van bier stroomt ook naar de grote container. "Onze brouwerij probeert geen kilowattuur te verspillen. We hebben een groot aantal warmtewisselaars geïnstalleerd voor terugwinning. Vroeger bliezen we een deel af via het dak. Dat doen we nu niet meer. Alle warmte blijft in het proces," zegt Sascha Unterrainer. "Er is ook geen enkele hydraulische scheider die exergie met anergie vermengt en devalueert. De verbruikersgroepen halen hun eisen uit het lage drukverlies in de leidingen. Daarnaast ontstaat er een klein thermisch drijfvermogen in de buffercilinder door het warme en koele water. We maken gebruik van dit drijfvermogen zodat het water bijna vrijwillig naar de consumentengroepen stroomt. We hebben geen enkele stromingspomp nodig."
Schönramer produceert 120.000 hectoliter per jaar.
Lage temperatuur waar mogelijk
Het ammoniakkoelsysteem voor bier en tussenproducten heeft een afvalwarmtevermogen tussen 80 en 220 kW en een aanvoertemperatuur tussen 33 en 39 °C. Dit maakt het een lagetemperatuurgenerator. Dit maakt het een lagetemperatuurgenerator. Daarom zijn veel verbruikers in het gebouwencomplex ontworpen voor lage temperaturen. Vandaar de vloerverwarming, extra grote radiatoren, stralingsplafondpanelen en betonkernactivering. Natuurlijk zijn er ook hoge temperaturen nodig. Bijvoorbeeld 65 °C voor het sanitair warm water van 60 °C. Ook hiervoor is de Baunach menger verantwoordelijk. De 85 °C in het buffervat bovenin de koepel komt uit het ketelhuis. Dit levert ongeveer 90 °C, de luchtcompressoren tussen 50 en 55 °C. Stefan Unterrainer, die verantwoordelijk is voor de exploitatie, benadrukt nogmaals: "Het afval van onze levering van ongeveer 3,5 miljoen kWh, d.w.z. van warmteterugwinning, wordt gebruikt om de verwarmingswaterverbruikers in het gebouwencomplex volledig te voeden. Ook de warmwaterbereiding." 20 jaar geleden waren er veel oliegestookte ketels in bedrijf. Door deze te elimineren, de processen en warmtelevering te moderniseren jaren voor de hydraulische optimalisatie en een eigen gasleiding, kwam de particuliere brouwerij uit 1780 regelmatig in de top 5 in een energievergelijking op nationaal niveau. Deze vergelijking heeft betrekking op de efficiëntie van de productie. Men wil weten hoeveel energie er wordt gebruikt om één hectoliter bier te brouwen. 50 kWh warmte en 15 kWh elektriciteit voor een productie van 100.000 hectoliter. Omdat Schönram aan het uitbreiden is, is het bedrijf met zijn 120.000 hectoliter nu opgeschoven naar het bereik van 100.000 tot 500.000 hectoliter. Het bedrijf vindt het nog steeds moeilijk om een toppositie te verwerven. "Simpelweg omdat concurrenten met bijvoorbeeld 400.000 hectoliter zich nog modernere machines kunnen veroorloven," geeft Sascha Unterrainer toe. Toch gaat het bedrijf er iets aan doen en volgend jaar onder andere warmtepompen gebruiken. Warmtepompen, betonkerntemperatuurregelsystemen en vloerverwarmingssystemen moeten natuurlijk ook hydraulisch uitgebalanceerd worden - en voor Lorenz Mayer is dit een vanzelfsprekendheid, met behulp van het multipoortmengerprincipe.
Download het technische artikel als PDF
