Flachkollektoren und Wärmepufferspeicher im Brauprozess

In der Hütt-Brauerei Bettenhäuser GmbH & Co KG, einer mittelständischen Privatbrauerei im Raum Kassel, die bereits in der 9. Generation in Familienbesitz ist, wird seit 1752 Bier gebraut. Produziert wird in der sogenannten Knallhütte in Baunatal. Hütt beschäftigt derzeit ca. 45 Mitarbeiter, die gut 60.000 hl Bier pro Jahr produzieren. Zusätzlich werden jährlich etwas weniger als 10.000 hl an alkoholfreien Getränken produziert. Insgesamt werden dadurch jährlich ca. 8 Mio. € Umsatz generiert. Einen Teil seiner Wärmeenergie bezieht die Brauerei durch Flachkollektoren, die mit einem Wärmepufferspeicher in den Brauprozess integriert sind.

Für den Produktionsprozess werden ca. 4 GWh/a Wärmeenergie benötigt, bereitgestellt durch einen mit Gas beheizten Dampfkessel. Zur Reduktion des fossilen Energieverbrauchs und der Energiekosten entschied sich die Hütt-Brauerei im Rahmen eines vom BMU geförderten und von der Universität Kassel durchgeführten Projektes für die Umsetzung eines neu entwickelten Energiekonzeptes für das Sudhaus und die Errichtung einer solaren Prozesswärmeanlage.

Das Energiekonzept für das Sudhaus umfasste eine Erneuerung der Anlagentechnik durch den Austausch der bis dahin atmosphärischen Würzekochung durch ein Vakuumkochverfahren, wodurch der Prozess bei niedrigeren Temperaturen betrieben werden kann. Darüber hinaus wurde die Wärmerückgewinnung im Sudhaus optimiert.

Für das Kollektorfeld der neu installierten solaren Prozesswärmeanlage wurden 22 dachintegrierte Flachkollektoren mit einer Größe von jeweils 7,69 m² installiert. Diese 170 m² große Kollektorfläche (155 m²ap) wurde in das Dach des Verwaltungsgebäudes eingebracht. Hierfür war es nötig das Dach der Verwaltung abzudecken und die Sparren zu erneuern, um die Tragfähigkeit des Daches zu erhöhen. Die Anlage liefert seit der Inbetriebnahme in 2010 jährlich bis zu 70 MWh Wärme an den 10 m³ Pufferspeicher, der bis maximal 95 °C aufgeheizt werden kann.

Angebunden wurde der Solarspeicher an den Entleerungsspeicher der Brauwasserreserve. Das kalte Brauwasser wird dabei über einen externen Wärmetauscher auf bis zu 80 °C durch die im Puffer gespeicherte Solarwärme aufgeheizt und in den 50 m³ Entleerungsspeicher mit einem variablen Füllstand eingebracht. Dieser ist Teil der Brauwasserreserve, die aus zwei Speichern mit je ca. 50 m³ Fassungsvermögen besteht. Der zweite Speicher der Brauwasserreserve, der Verdrängungsspeicher, ist stets vollständig gefüllt und wird im oberen Teil immer auf 80…98 °C gehalten. Aus diesem Speicher heraus werden hauptsächlich das Maischen und das Läutern mit Heißwasser versorgt. Das obige Bild zeigt die Hydraulik der solaren Prozesswärmeanlage bei der Hütt-Brauerei.

Die Regelung für die Beladung des Entleerungsspeichers sieht vor, dass er nachgefüllt wird, sobald das Volumen in diesem Speicher unter 35 m³ sinkt. Dieses Brauwasser wird dann mit einem Volumenstrom von 1 m³/h über den Entladewärmetauscher des Solarspeichers geführt und auf bis zu 80 °C aufgeheizt.

© Hütt-Brauerei
Über einen externen Wärmetauscher beheizen die dachintegrierten Flachkollektoren den 10 m³ Pufferpeicher, der wiederum im Durchlauferhitzerverfahren das Kaltwasser für den Entleerungsspeicher vorwärmt.

Für die Anlage wurde die Detailplanung, Ausschreibung und Bauüberwachung von der Firma FSAVE Solartechnik übernommen, die Installation wurde von der Firma ThüSolar GmbH durchgeführt. Die Universität Kassel war maßgeblich an der Entwicklung des neuen Energiekonzeptes für das Sudhaus der Hütt-Brauerei beteiligt, unterstützte die Detailplanung der solaren Prozesswärmeanlage und führte ein Monitoring der Anlage durch.

Die Gesamtkosten für die solare Prozesswärmeanlage betrugen inkl. den Integrationskosten 96.000 €, wovon 50% durch das BMU im Rahmen des Projektes Solarthermie-2000plus getragen wurden. Insgesamt ergibt sich somit mit dem durch Simulationsstudien projektierten Ertrag ein solarer Wärmepreis von 50 €/MWh.