Eine energieeffiziente Modellfabrik

Auf dem Campus Lichtwiese der technischen Universiät Darmstadt wurde eine Fabrik errichtet, die als Forschungs- und Demonstrationsanlage dient. / Quelle: Gerhard Hirn

Die ETA-Fabrik auf dem Campus der Technischen Universität Darmstadt ist zugleich Forschungsgegenstand, Großdemonstrator und Lernort. Sie vernetzt Gebäudehülle und industrielle Prozesskettetechnologie-und disziplinübergreifend in Einzel- und Verbundlösungen: Dadurch steigt die Energieeffizienz des Gesamtsystems. Gegenüber einer konventionellen Fabrik ergeben sich durch Verschieben der Systemgrenzen zwischen Maschinen und Gebäude wirtschaftlich realisierbare Energieeinsparpotenziale von bis zu 40 Prozent. ETA steht für Energieeffizienz-, Technologie- und Anwendungszentrum. In den Ingenieurwissenschaften bezeichnet der griechische Buchstabe „eta“ den Wirkungsgrad, eine zentrale Kenngröße von Energieeffizienz.

Bei der ETA-Fabrik ist das Gebäude, anders als bisherige Hallen, nicht bloß Hülle für die Produktionsanlagen: Maschinen und Gebäude sind energetisch vernetzt; die Energieströme werden in Produktionsprozessen, Gebäude, Versorgungs- und Gebäudetechnik optimal abgestimmt genutzt. Wie eine Fabrik ganzheitlich energieeffizient erarbeiten kann, demonstrieren die Forscher anhand einer Produktionsprozesskette aus der Metallbearbeitung. 36 Projektpartner aus Wissenschaft und Wirtschaft arbeiten an dem Projekt; koordiniert wird das interdisziplinäre Team aus den Bereichen Maschinenbau, Bauingenieurwesen und Architektur, Elektro- und Kommunikationstechnik sowie Versorgungstechnik durch das Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschine n(PTW) der TU Darmstadt. Industrie-Arbeitskreise unterstützen die Umsetzung von Ergebnissen in die betriebliche Praxis der Produktionstechnik. Über die Forschung für eine energie- und ressourcenoptimierte industrielle Produktion von morgen hinaus dient die multifunktionale Forschungsfabrik der Vernetzung und dem Wissensaustausch zwischen Forschern und Anwendern, sie ist Lernumgebung für Industrie und Lehre und unterstützt den Wissenstransfer in die Praxis.

Das Energiesystem verstehen und optimal einsetzen
Bei der Konzeption der Fabrik ging es darum, den Energiebedarf zu senken und zugleich die Lastflexibilität zusteigern. Für die Forscher bestand die Herausforderung darin, jeweils die richtige Energieform in der notwendigen Menge zur richtigen Zeit am richtigen Ort einzusetzen.

Gleichzeitig sind Überkapazitäten in der Infrastruktur, bei Erzeugung, Verteilung, Speicherung und Wandlung zu vermeiden. In der ETA-Fabrik zeigen sie, welche Einsparungen erreichbar sind, wenn das Energiesystem einer Fabrik als Gesamtheit erkannt wird. Einsparungen wurden erreicht durch die Optimierung von:

  • Produktionsmaschinen und Querschnittstechnologien im Maschinenbau,
  • Technischer Gebäudeausrüstung und Versorgungstechnik,
  • Gebäudehülle, Fassaden und Konstruktion,
  • Monitoring, Energiedatenmanagement und -mining durch „Industrie 4.0“-Ansätze,
  • Lastflexibilität und Regelungsoptimierung sowie
  • Simulationsansätze zum Planen und Betreiben von Produktionsstätten.

Für jedes einzelne der Handlungsfelder, wie der Bearbeitung und Reinigung der Werkstücke, der Gebäudenutzung sowie der Systemsteuerung, lassen sich die Einsparerfolge verdeutlichen.

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