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Abb. 5: Die Kollektoren haben einen Neigungswinkel von 30°
© Universität Kassel

Abb. 6: Schema der Solaranlage mit Einbindung in den Brauprozess
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Hütt-Brauerei in Kassel-Baunatal

In einem ersten Schritt erstellten die Wissenschaftler der Universität Kassel eine Energiebilanz. Daraus leiteten sie Maßnahmen zur Erhöhung der Effizienz ab. Kernprozess ist hierbei die Würzekochung. Diese stellten die Betreiber auf ein Vakuumkochsystem um und sparen jetzt bei diesem Schritt rund ein Drittel der vorher benötigten Energie. Danach wurde die innerbetriebliche Wärmerückgewinnung optimiert: Die Abwärme aus der Kochung wird jetzt in einem geschlossenen Kreislauf zur Vorwärmung der Würze von 75 °C auf 95 °C verwendet. Zuvor erfolgte diese Erhitzung mittels Heizdampf, welcher nun eingespart wird. Die aus der Wärmerückgewinnung zur Verfügung stehende Wassermenge auf niedrigem Temperaturniveau reduzierte sich durch die Verbesserungsmaßnahmen ebenfalls. Da aber jede Brauerei einen festen Heißwasserbedarf hat, entsteht hier eine „Versorgungslücke“. Diese wird durch die Installation der Solaranlage geschlossen.

Das Konzept der Solaranlage

Eine 155 m² große Fläche aus nach Südwesten ausgerichteten Flachkollektoren sammelt einen Teil der für die Heißwasserversorgung benötigten Wärmeenergie. Als Energieträgermedium dient ein Wasser-Glykol-Gemisch. Die Energie wird an einen Zehn-Kubikmeter- Pufferspeicher abgegeben. Diese wird dazu verwendet, das kalte Brauwasser aus den Vorlauftanks auf maximal 90 °C zu erhitzen. Die Aufheizung erfolgt über einen externen Plattenwärmeübertrager. Anschließend wird das solar erwärmte Brauwasser in den Entleerungsspeicher eingespeist, wenn dessen Füllstand unter ein bestimmtes Niveau gefallen ist. Allerdings darf er nur zu maximal 80% gefüllt sein, da der Speicher zusätzlich mit Heißwasser aus der Wärmerückgewinnung aus der Würzekühlung gefüllt wird. Hierfür muss während der Produktionszeiten von Sonntagabend bis Freitagmittag entsprechendes Volumen frei gehalten werden. Der Entleerungsspeicher gibt Heißwasser an den Verdrängungsspeicher weiter. Zusätzlich versorgt er den Prozessschritt Maischen, der nur relativ niedrige Temperaturen von knapp 60 °C benötigt. Während der produktionsfreien Zeit kann der Entleerungsspeicher vollständig mit solar erwärmtem Brauwasser befüllt werden.

Beim Brauprozess wechseln sich Phasen ab, in denen kaum Wärmeenergie aus den Tanks benötigt wird, mit Phasen, in denen sehr schnell, sehr viel Wärmeenergie erforderlich ist. Der Verdrängungsspeicher versorgt die zentralen Schritte Läutern, Aufheizen der Läuterwürze sowie sonstige Prozesse (Abfüllen, Filtration, Reinigung) mit Heißwasser. Diese benötigen allesamt relativ hohe Temperaturen von etwa 80 °C. Folglich ist es wichtig, dass der Verdrängungsspeicher immer vollständig gefüllt ist.

Ein Zwischenstand

Im Mai 2010 wurde die thermische Solaranlage in Betrieb genommen. Ein ganzheitliches Vorgehen zieht sich wie ein roter Faden durch das Forschungsprojekt. Auf eine detaillierte Analyse des Ist-Zustandes folgten Maßnahmen zur Erhöhung der Effizienz und schließlich die Integration der Solaranlage. Bereits jetzt wird das Zusammenspiel von Solaranlage und Heißwasserversorgung kontinuierlich messtechnisch überwacht und optimiert. Zusätzlich sollen durch den Aufbau eines detaillierten Energie-Monitorings weitere Schwachstellen identifiziert und die Energieeffizienz verbessert werden. Noch fehlt die Versorgungsleitung des Entleerungsspeichers für den Maischprozess. Dieser wird aktuell noch vom Verdrängungsspeicher bedient. Bis Ende des Jahres soll diese Leitung gelegt sowie zusätzliche Messtechnik im Sudhaus installiert sein.

Erklärtes Ziel der Forscher ist es, ein allgemeines Branchenkonzept zu erstellen, um die wissenschaftlichen Erkenntnisse auch für andere Brauereien nutzbar zu machen. Insgesamt belaufen sich die Investitionskosten für die Solaranlage auf rund 95.500 Euro, die spezifischen Investitionskosten liegen bei etwa 600 Euro pro Quadratmeter Kollektorfläche.

Projektinfo 13/2010:
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Merkzettel

Adressen

Projektleitung und technische Leitung
Hütt-Brauerei Bettenhäuser GmbH & Co KG

Wissenschaftliche und messtechnische Begleitung
Universität Kassel, ITE

Detailplanung der Anlage
FSAVE Solartechnik GmbH

Anlagentechnik
ThüSolar GmbH

Planung und Ausführung
Krones AG

Anlagentechnik
Solarbayer GmbH

Wissenschaftliche und messtechnische Begleitung
TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau

Forschungsförderung

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