Meilleure pratique : récupération de chaleur haute performance

Le système KMA ULTRAVENT permet une récupération et une utilisation efficaces de la chaleur.

Protection de l’environnement et efficacité économique Meilleure pratique : récupération de chaleur haute performance

Auteur / Editeur : Lena Arenz / Nicole Kareta

L’Europe veut devenir le premier continent climatiquement neutre d’ici 2050 avec l’aide du Green Deal européen. Une étape importante est la réduction des émissions de CO2 de 55 % déjà d’ici 2030 par rapport à 1990. Cela affecte particulièrement les industries énergivores, qui doivent désormais supporter les coûts du CO2 en plus de la hausse des prix de l’énergie. La société STIHL Magnesium Die Casting économise 85 % de CO2 avec un système de récupération de chaleur, par rapport à un système de chauffage de hall conventionnel.

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Le système KMA ULTRAVENT permet une récupération et une utilisation efficaces de la chaleur.
Le système KMA ULTRAVENT permet une récupération et une utilisation efficaces de la chaleur.

(Source : KMA Umwelttechnik GmbH)

Le magnésium est désormais considéré comme le matériau de construction du 21st siècle. Le métal léger se caractérise par sa légèreté, ses excellentes propriétés de coulée et sa facilité d’usinage. De plus, le magnésium peut être recyclé presque indéfiniment par rapport à d’autres matériaux. La société STIHL avait déjà établi une usine de moulage sous pression de magnésium à Weinsheim en 1971. Avec une capacité de moulage d’env. 6000 tonnes par an, l’usine est aujourd’hui considérée comme l’une des usines de moulage sous pression de magnésium les plus grandes et les plus modernes en Europe. Plus de 20 machines de coulée sous pression de technologie à chambre chaude et froide avec des forces de serrage allant jusqu’à 1000 tonnes sont utilisées dans la production entièrement automatisée. 790 employés créent plus de 26 millions de composants par an pour les tronçonneuses et autres outils électriques de la société mère, mais aussi pour des clients externes.

Systèmes d'évacuation d'air innovants et économes en CO2

Focus sur la durabilité

L’entreprise s’engage pour la protection de l’environnement et l’efficacité énergétique à un niveau élevé et à leur amélioration continue, à la fois dans les processus d’entreprise et dans les produits. Conformément à ces principes, l’accent a été mis sur l’éco-efficacité lors de la sélection d’un nouveau système de filtration d’air d’échappement. De plus, les conditions climatiques ont été prises en compte dans la conception de la technologie d’évacuation d’air. À Weinsheim, en Rhénanie-Palatinat, le thermomètre oscille autour du zéro degré pendant les mois d’hiver. C’est pourquoi, lors de l’attribution du projet, STIHL a non seulement attaché de l’importance à une purification fiable de l’air extrait, mais également à une récupération de chaleur très efficace. En 2015, KMA Umwelttechnik GmbH a installé un système unique de récupération de chaleur (Fig. 1) qui chauffe l’ensemble de la fonderie sous pression à une température constante de 18 °C pendant les mois d’hiver sans introduire de sources d’énergie conventionnelles telles que l’électricité ou le gaz. Le système de récupération de chaleur à plusieurs étages est basé sur deux circuits hydrauliques dans lesquels 45,6 m3 et 22,8 m3 d’éthylène glycol comme milieu porteur toutes les heures.

Fig. 1 : Schéma du système de récupération de chaleur installé à Stihl Magnesium.
Fig. 1 : Schéma du système de récupération de chaleur installé à Stihl Magnesium.

(Source : KMA Umwelttechnik GmbH)

Fig. 2 : Système KMA ULTRAVENT, vue détaillée de l'entrée du filtre.
Fig. 2 : Système KMA ULTRAVENT, vue détaillée de l’entrée du filtre.

(Source : KMA Umwelttechnik)

Récupération en plusieurs étapes de la précieuse chaleur résiduelle du procédé

Douze systèmes de filtrage d’air d’évacuation d’une capacité totale de 236 000 m3/h sont installés dans un boîtier étanche sur le toit du hall de la fonderie de moulage sous pression. En plus des éléments filtrants (Fig. 2), les systèmes sont équipés d’échangeurs thermiques d’air extrait afin de récupérer la chaleur contenue dans l’air extrait. L’air extrait de la production, contaminé par les fumées d’huile, est aspiré sous le plafond du hall via des ventilateurs et s’écoule d’abord à travers les filtres d’air extrait. En aval se trouvent les unités d’échangeur de chaleur. Étant donné que l’air évacué a une température d’au moins 29 °C même en hiver, il dispose d’une énergie thermique précieuse qui est extraite dans l’échangeur de chaleur au moyen d’un fluide vecteur hydraulique pendant la saison froide. Chaque échangeur de chaleur a une capacité de max. 112,5 kW/h. Le circuit de fluide caloporteur mène au sous-sol sous le hall de la fonderie. Le système d’alimentation en air central pour l’alimentation en air frais de la fonderie se trouve ici. Les ventilateurs aspirent l’air frais de l’extérieur. Via un premier échangeur de chaleur (Fig. 3), l’énergie récupérée de l’air extrait est transférée à l’air d’alimentation au moyen d’un système de cycle composé. De cette manière, l’air soufflé peut être chauffé à au moins 11 °C même pendant les froides journées d’hiver. Afin d’amener l’air soufflé à la température d’entrée requise de 18 °C, le système dispose d’un deuxième étage d’échangeur de chaleur (Fig. 4).

Fig. 3 : L'échangeur de chaleur central chauffe l'air frais au moyen d'un fluide vecteur hydraulique.
Fig. 3 : L’échangeur de chaleur central chauffe l’air frais au moyen d’un fluide vecteur hydraulique.

(Source : KMA Umwelttechnik GmbH)

Ici, l’alimentation en énergie est assurée par intégration dans le circuit d’eau de refroidissement des machines de coulée. L’eau de refroidissement est normalement évacuée via une tour de refroidissement. Avec une température d’env. 30 °C, c’est un fluide vecteur idéal pour le deuxième étage d’échangeur de chaleur pendant la saison froide et chauffe ainsi l’air du hall à 18 °C requis. Toutes les heures, 236 000 m3 de l’air frais chauffé est introduit dans le hall via des fentes d’aération dans le sol du hall.

Fig. 4 : Deuxième étage de l'échangeur de chaleur, vue détaillée de l'échangeur de chaleur à plaques.
Fig. 4 : Deuxième étage de l’échangeur de chaleur, vue détaillée de l’échangeur de chaleur à plaques.

(Source : KMA Umwelttechnik GmbH)

Système de chauffage indépendant de la production

En parallèle, un autre système autonome chauffe 120 000 m2 supplémentaires3 d’air frais. Quatre des douze systèmes de filtration sur le toit ne sont pas reliés au grand circuit hydraulique, mais forment le leur afin de protéger le hall du gel même lorsque la production est à l’arrêt, comme pendant les périodes de vacances. Ici aussi, l’air entrant de l’extérieur est d’abord chauffé à env. 11°C. Mais le deuxième échangeur de chaleur diffère de celui du plus grand système. Il ne fonctionne pas exclusivement avec de l’eau de refroidissement chauffée, mais peut également fonctionner avec de l’eau chauffée de manière conventionnelle.

Économie et écologie : pas de contradiction

La fonderie fonctionne cinq jours ouvrables par semaine avec une durée de fonctionnement quotidienne de 24 heures. La période de chauffage pendant les mois d’hiver est en moyenne de 12 semaines, le calcul est donc basé sur 1440 heures. En raison de la forte charge de fumée, il y a un renouvellement d’air de 13 fois par heure dans la fonderie. Cela correspond à un débit d’air de 360 ​​000 m3. Si un système de chauffage de hall conventionnel au gaz était utilisé, les coûts de chauffage pour ces 12 semaines s’élèveraient à environ 36 000 euros. En revanche, les coûts d’exploitation du filtre et du système de récupération de chaleur KMA ULTRAVENT ne s’élèvent qu’à 5 900 euros environ. Ils sont constitués de la consommation d’énergie électrique pour les ventilateurs, les pompes et le système de nettoyage. Le système KMA permet ainsi d’économiser près de 84 % des coûts de chauffage annuels en comparaison. Dans le même temps, l’environnement bénéficie d’un air pur car la fumée huileuse et les substances aérosols sont filtrées.

#expert

Avec l'utilisation d'un système de récupération de chaleur, env.  3 000 t de CO2 peuvent être économisées en 10 ans.

Mais encore plus impressionnant est l’éco-effet du système de récupération de chaleur utilisé chez STIHL. Alors qu’un système de chauffage conventionnel entraînerait un rejet annuel de CO2 impact d’environ 363 tonnes dans les conditions d’exploitation mentionnées, l’empreinte carbone avec un système de filtre KMA n’est que de 55 tonnes, ce qui signifie 85 % de CO en moins2 émissions. Et l’introduction d’un CO2 la taxe va encore creuser cet écart, puisque 25 euros par tonne de CO2 est due depuis 2021, augmentant successivement pour atteindre 55 euros d’ici 2025.

Résumé

Le traitement durable de l’air d’échappement de production est un enjeu majeur pour tous les acteurs de l’industrie du moulage sous pression. La large gamme de paramètres spécifiques au client et les conditions locales conduisent à des solutions personnalisées qui permettent aux fonderies du monde entier d’atteindre un niveau environnemental élevé. KMA propose à ses clients un système de filtration optimisé en énergie, adapté aux besoins individuels de la fonderie et aux conditions locales. Le système ULTRAVENT développé par KMA comprend tous les composants pour la purification de l’air d’échappement et la récupération de chaleur. Il combine la protection de l’environnement et la protection du climat avec des avantages tangibles en termes de coûts d’exploitation pour la fonderie. L’exemple de l’usine exploitée chez STIHL montre que les principaux fabricants de moulage sous pression ont pris des mesures pour assurer une purification durable de l’air évacué sur tous leurs sites de production.

Cet article a été publié pour la première fois dans le GIESSEREI (GIESSEREI 05_2021, p. 59-61).

* Lena Arenz est spécialiste marketing chez KMA Umwelttechnik GmbH

(Réf : 47483818)