Entwicklung einer Methodik zur Energie- und Exergieanalyse in Produktionsanlagen mit unvollständigen Messdaten

Ziel der Arbeit war die energetische- und exergetische Analyse einer Produktionsanlage für Lebensmittel. Anhand der Modellberechnungen sollen Anlagenoptimierungen vorgeschlagen werden. Hierzu wurde eine Methodik entwickelt die die Erstellung eines Modells, trotz teilweise unzureichender und fehlender Daten, ermöglichen soll. Dies gelang, indem Vereinfachungen physikalischer Zusammenhänge vorgenommen wurden, welche jedoch den Grad der Genauigkeit des Modells verringern. Eine Modellierung der Anlage wäre ohne diese Annahmen jedoch nicht möglich gewesen. Die Methodik wurde so aufbereitet, dass sie als Vorlage für die Lösung vergleichbarer Problemstellungen angewendet werden kann.
Laut dem vorliegenden Modell liegt die Gesamtexergieeffizienz des Modells bei 29 % im Sommer und 39 % im Winter. In der Anlage werden eine Wärmepumpe und drei Kältemaschinen verwendet und sie verfügt über eine Wärmerückgewinnung, welche die Abwärme der Kältemaschinen ins Wärmenetz der Anlage einspeist. Die größten Exergieverbraucher sind die Tief- und Normalkühllager für die Lebensmittelprodukte. Die Exergieeffizienz ist durch den höheren Kühlbedarf im Sommer geringer. Der Anteil der Exergievernichtung and den Gesamtexergieverlusten liegt im Sommer bei 72 % und im Winter bei 90 %. Die Exergieverschwendung liegt im Sommer folglich bei 28 % und im Winter bei 10 % und geschieht hauptsächlich in den Kondensatoren der großen Kältemaschinen der Anlage. Die Berechnungsergebnisse liegen damit mit geringer Abweichung im Bereich vergleichbarer Anlagen, wo für Lebensmittelfabriken laut Literaturrecherche Werte von 40 bis 48 % angegebene sind.
Die entwickelte Methodik ist aufgrund ihrer Einfachheit universell einsatzbar und stellt ein Werkzeug zur Erstellung von Modellen von Produktionsanlagen dar. Das Verfahren kommt dabei nahezu ohne Messung von Massenströmen aus und verringert den Aufwand bei der Erhebung der Messdaten deutlich. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass die zahlreichen Annahmen die zahlreichen Annahmen, die getroffen werden müssen, die Genauigkeit negativ beeinflussen beeinträchtigen. Liegen ausreichend Messdaten vor, um Energie- und Exergiebilanzen berechnen zu können, ist es nicht notwendig die in dieser Arbeit entwickelte Methodik anzuwenden. Dies ist jedoch nicht immer der Fall und es müssen zeitaufwendige und teilweise kostspielige Messsysteme installiert werden.