Bei der Veredlung von Textilien sind Trocknungsprozesse besonders energieaufwendig. Die verschiedenen Trocknungsverfahren wurde bereits hier beschrieben. Unsere energetische Betrachtung bezieht sich in diesem Beispiel auf die Konvektionstrocknung am Spannrahmen.

Um den Trocknungsprozess zu verstehen, unterteilen wir ihn in die verschiedenen Phasen:

1. Aufheizen der nassen Ware
   1. Aufheizen des Wassers im Textil
   2. Aufheizen des textilen Materials
2. Aufheizen der Frischluft
3. Verdampfen des Wassers
4. Abstrahlungsverluste

 

Trocknungsbedingungen

Für die energetische Berechnung setzen wir folgende optimierten Trocknungsbedingungen voraus:

• Wasserdampfgehalt in der Abluft bei 20 Vol-% zur optimalen Ausnutzung der erhitzten Luft im Spannrahmen
• Abluftmenge sollte so eingestellt sein, dass pro kg verdampftes Wasser rund 10 m³ Frischluft angesaugt werden
• Anzahl der Felder n = 6
• Laufgeschwindigkeit = 30 m/min
• Raumtemperatur = 20°C
• Umlufttemperatur des Trockners = 160°C
• Temperaturdifferenz = Umlufttemperatur – Raumtemperatur = 140°C

Als feste Kenngrößen verwenden wir folgende Tabellen:

Spezifische Wärmekapazitäten

Dichte von Luft bei unterschiedlichen Temperaturen

Heizwerte von Energieträgern

 

Materialdaten

• Partiegewicht = 1 500 kg
• Material = 100% Baumwolle
• Warenbreite = 1,50 m
• Quadratmetergewicht = 150 g/m² = 0,15 kg/m²
• Eingangsfeuchte in den Trocknungsprozess = 75%
• Ausgangsfeuchte Trocknungsprozess = 5%
• Wasser in Ware = Eingangsfeuchte – Ausgangsfeuchte = 70% vom Warengewicht

 

Aufheizen von Wasser im Textil

Zuerst muss die zu verdampfende Wassermenge G_w ermittelt werden

G_w = Partiegewicht x (Wasser in Ware) = 1500 kg x 70% = 1050 kg Wasser

Dieses Menge an Wasser muss von der Raumtemperatur auf 100°C aufgeheizt werden.
Die spezifische Wärmekapazität von Wasser ist c_w = 4,2 kJ/kg °C.
Die benötigte Wärmeenergie Q_W errechnet sich durch folgende Formel:

Q_W = G_W x c_w x (100°C – 20°C) = 1050 kg x 4,2 kJ/kg °C x 80°C = 352 800 kJ

 

Aufheizen des textilen Materials

Die Masse des textilen Materials muss von der Raumtemperatur auf die Umlufttemperatur im Spannrahmen aufgeheizt werden.

Die spezifische Wärmekapazität von Textil liegt durchschnittlich bei c_Tex = 1,40 kJ/kg °C.

Die aufzuwendende Energie zum Aufheizen der Ware lässt sich wie folgt berechnen:

 

Q_Tex = Partiegewicht x c_Tex x (Umlufttemperatur – Raumtemperatur)
= 1500 kg x 1,40 kJ/kg °C x (160°C – 20°C) = 294 000 kJ

 

 

Aufheizen der Frischluft

Die zugeführte Frischluft muss im Spannrahmen auf die Umlufttemperatur aufgeheizt werden.

Die spezifische Wärmekapazität von Luft liegt durchschnittlich bei c_air = 1,00 kJ/kg °C.

Die optimale Umluftmenge beträgt das 10 fache der zu verdampfenden Wassermenge. Auf Grund der veränderten Dichte der Luft bei unterschiedlichen Temperaturen muss die Dichte der Luft bei Umlufttemperatur mit einkalkuliert werden.

Dichte Luft bei 160°C = d_air = 1,293 x 273 / (273 + Umlufttemperatur) = 0,815 kg/m³

Für die Frischlufterwärmung berücksichtigen wir noch den Nutzgrad der Maschine mit NG = 75%

Die aufzuwendende Energie zum Aufheizen der Luft lässt sich wie folgt berechnen:

Q_air = G_W x 10 x d_air x c_air x (Umlufttemperatur – Raumtemperatur) / NG

= 1050 kg x 10 m³/kg Wasser x 0,815 kg/m³ x 1,00 kJ/kg °C x (160°C – 20°C) / 0,75= 1 597 400 kJ

 

 

Verdampfen des Wassers

Zum Verdampfen von einem kg Wasser wird die Energiemenge von 2257 kJ benötigt.

Somit lautet die spezifische Verdampfungswärme von Wasser r = 2257 kJ/kg

Die Formel zur Berechnung der benötigten Wärmemenge für die Verdampfung lautet somit:

Q_Vap = G_w x r = 1050 kg x 2257 kJ/kg = 2 369 850 kJ

 

Abstrahlungsverluste

Für den Abstrahlungsverlust setzen wir 20000 kJ pro Feld und Stunde ein. Anzahl der Felder n = 6
Die Partiezeit t wird wie folgt berechnet

t = Partiegewicht  / (Laufgeschwindigkeit x Warengewicht x Warenbreite)

t = 1500 kg / (30 m/min x 0,15 kg/m² x 1,50 m) = 222 min / 60 min/h = 3,7 h

 

Für die Abstrahlungsverluste berücksichtigen wir noch den Nutzgrad der Maschine mit NG = 75%

Den Abstrahlungsverlust für die gesamte Partiezeit errechnet sich dann wie folgt:

Q_rad = 20000 x n x t x NG= 20000 kJ/Feld h  x  6 Felder  x  3,7 h / 0,75 = 592 000 kJ

 

Gesamter Wärmeverbrauch

Der gesamte Wärmeverbrauch ist dann die Summe von

Energiebedarf zur Trocknung	Anteil Wärmemenge	Anteil am Gesamtverbrauch
Aufheizen Wasser QW	352 800 kJ	6,78 %
+ Aufheizen Textil QTex	294 000 kJ	5,65 %
+ Aufheizen Luft Qair	1 597 400 kJ	30,68 %
+ Verdampfen Wasser QVap	2 369 850 kJ	45,52 %
+ Abstrahlungsverlust Qrad	592 000 kJ	11,37 %
Gesamte Wärmeenergie = QGesamt	5 206 050 kJ	100,00%

 

Wie man aus der Tabelle erkennen kann, sind die großen Energiefresser das Verdampfen des Wassers und die Erhitzung der Frischluft mit einen Anteil vom Gesamtverbrauch von zusammen 76,2%.

Daraus ergeben sich folgende Maßnahmen:

• Reduzierung der Eingangsfeuchte
• Reduzierung der Frischluftzufuhr
• Erhöhung des Nutzgrades

 

Umrechnung der Heizenergie

Die gesamte Energiemenge von 5 206 050 kJ entspricht

Menge an Dampf = 5 206 050 kJ / 2100 kJ/kg Dampf = 2479 kg Dampf

Menge an Heizöl  = 5 206 050 kJ / (41800 kJ/kg Öl x 80% Nutzgrad) = 156 kg Heizöl

Menge an Gas     = 5 206 050 kJ / 33 400 kJ/Nm³ = 156 Nm³ Gas