Argumente zum Für und Wider der Thermoöltechnik zu Ringrohr-Dampfbacköfen
Diese Argumente haben sich bestätigt über 2 Jahrzehnte. Unsere Idee 2001, die Pelletverbrennung in Bäckerei Backöfen zu integrieren mit dem Gilles Brenner, die Rauchgase herunterzukühlen auf 120′C und die Kältetechnik Energien zu speichern war eine Erfolgsgeschichte.
————————————————————————————————————————————————————
Im Backofenbau gibt es verschiedene Prinzipien, um die Energie aus Gas oder Heizöl vom Brenner zum Backprodukt zu bringen. Genannt seien hier die Zyklothermtechnik, also das Beheizen der Backkammern mit Rauchgasen, weiterhin die Thermoöltechnik, bei der in einem Wärmetauscher heißes Öl erzeugt wird, um damit die Backkammern zu beheizen, und schließlich das Ringrohr-Dampfsystem, bei dem in einem geschlossenen Rohr Wasser verdampft wird und die Energie dieses heißen Dampfes zum Backen genutzt wird.
Sehr wichtig für das Backverhalten ist die Temperaturdifferenz zwischen Heizmedium und der Backtemperatur. Bei Thermoöl und Dampfrohr liegt sie zwischen 5 und 10 °C, ist also relativ gering. Bei Heizgassystemen ist sie sehr viel höher, sie kann bis zu 100 °C betragen. Dies ist der Grund, warum Heizgasumwälzer beim Aufheizen stets weit über die Solltemperatur hinaus steigen und warum sie allgemein als sehr agressiv bezeichnet werden, insbesondere, wenn eine Kammer längere Zeit leergestanden hat.
Die Backeigenschaften der Thermoöl- und Ringrohrbacköfen werden dagegen allgemein als gutmütig bezeichnet, was begründet liegt in der niedrigen Temperaturdifferenz. Demzufolge sind auch die Backeigenschaften beider Systeme sehr ähnlich: hohe Grundhitze, sehr gute Gleichmäßigkeit, universell einsetzbar für alle Backprodukte.
Immer wieder aber treten im Wettbewerb die Fragen auf, welche Vorteile die Thermoöltechnik gegenüber der Ringrohrtechnik wirklich bringt, da sie sehr viel teurer ist. Dabei wird dann in vielen Fällen mit der Unwissenheit der Kunden hinsichtlich der physikalischen Grundlagen spekuliert, um entsprechende Unwahrheiten zu formulieren. Im folgenden sollen deshalb einige Grundlagen erläutert werden, um dann auf die jeweiligen Vor- und Nachteile zwischen Thermoöltechnik und dem Ringrohrdampfsystem einzugehen.
Ein immer wieder gebrauchtes Argument ist, daß die Thermoöltechnik einen geringeren Energieverbrauch (angeblich bis zu 50 % weniger!) aufweist. Es wäre schön, wenn es eine Technik gäbe, die 50 % Energie sparen würde, aber leider ist diese Behauptung eine reine Lüge! Um dies zu beweisen, muß allerdings zum besseren Verständnis auf einige Grundlagen des Energieverbrauchs eingegangen werden.
Zum Backen wird jeder Backofenanlage Energie in Form von Gas oder Heizöl zugeführt. Der Brennstoff wird durch den Brenner verbrannt und es entsteht Wärmeenergie in Form von heißem Abgas. Die Aufgabe des Backofens ist es, diese Verbrennungsenergie zu nutzen, um das eigentliche Backen zu ermöglichen und um Schwaden zu erzeugen. Leider kann nicht die gesamte Energie genutzt werden. Es treten Verluste auf durch Wärmeabstrahlung und durch noch heiße Abgase, die in den Kamin gelangen. Um einen Vergleich des Energieverbrauchs durchzuführen, müssen demzufolge 4 Teilenergien betrachtet werden:
- Backenergie:
Der Backvorgang ist – vereinfacht ausgedrückt – ein Verdampfen von Wasser. Wenn ein bestimmtes Produkt nach dem vollständigen Backen z.B. 15 % Gewicht verloren hat (bezogen auf sein Teiggewicht), so heißt dies nichts anderes, als das Wasser verdampft worden ist, dessen Menge gleich dem Backverlust ist. Die erforderliche Energie zum Backen eines bestimmten Produktes ist daher annähernd gleich der Verdampfungsenergie des Wassers für diesen Gewichtsverlust. - Schwadenenergie:
Bei vielen Produkten ist es erforderlich, zu Beginn des Backens Dampf (Schwaden) zu geben. Zur Erzeugung des Schwadens muß sehr schnell eine große Menge Wasser verdampft werden. Auch bei dieser Energie handelt es sich also um Verdampfungsenergie. Diese Energie ist für bestimmte Produkte erforderlich, sie kann aber auch als Energieverlust angesehen werden, da der Schwaden anschließend komplett wieder an die Umgebung abgegeben wird. - Wärmestrahlung:
Jeder heiße Körper strahlt Wärme (Energie) an die Umgebung ab, was gleichzusetzen ist mit Energieverlusten. Verringert wird dieser Verlust durch eine gute Isolierung. Bei einem Backofen können nicht alle Seiten gleich gut isoliert werden. So ist die Vorderseite mit den Beschickungstüren nur sehr schwer zu isolieren, da dies der Zugänglichkeit des Backofens und damit einer leichteren Arbeitsweise entgegensteht. - Abgasverluste
Die Abgasverluste entstehen dadurch, daß die durch den Kamin abgeführten Heizgase des Brenners, der zum Beheizen des Backofens (der Dampfrohre oder aber des Thermoöls) eingesetzt wird, nicht kalt sind, sondern meist noch Temperaturen von 200 bis 400 °C aufweisen. Je besser der Wärmetauscher des Backofens oder des Kessels ist, um so niedriger sind die Abgastemperaturen, um so niedriger sind die Verluste und um so geringer ist der Energieverbrauch. Für jeden Backofen kann ein feuerungstechnischer Wirkungsgrad bestimmt werden, der angibt, wie hoch die Abgasverluste sind.
Betrachtet man diese 4 Teilenergien, so erkennt man leicht, daß die ersten beiden Energien (Backen und Schwaden) nur vom jeweiligen Backprodukt abhängen, während die Letzteren (Abgas und Abstrahlung) vom Backofen abhängig sind. Will man den Energieverbrauch zweier unterschiedlicher Backöfen vergleichen, darf man folglich nur die Isolierung und den feuerungstechnischen Wirkungsgrad betrachten.
Die Güte einer Isolierung kann z.B. gemessen werden, indem man bei gleichen Bedingungen den Temperaturverlust eines leeren Backofens (ausgeschalteter Brenner) in einer bestimmten Zeit erfaßt. Leicht ist aber erkennbar, daß die Güte der Isolierung (Dicke, Material, Vermeidung von Wärmebrücken) von vielen Parametern abhängt, allerdings nicht vom Backofenprinzip (Thermoöl oder Ringrohr). Dampf-Backöfen von Mondial Forni sind seitlich so gut isoliert, daß man die Wärme beim Berühren nicht fühlt. An der Vorderseite ist die Isolierung hingegen schwierig zu realisieren, allerdings gilt dies für alle Backofentypen, auch für Thermoölbacköfen. Meiner Meinung nach befinden sich die Dampf-Backöfen von Mondial Forni auch bezüglich der Isolierung auf einem sehr hohen Niveau, welches ein Thermoölbackofen erst einmal erreichen muß!
Bei der Beheizung unterscheiden sich die Systeme Thermoöl und Ringrohr allerdings erheblich. Jeder Ringrohrofen besitzt einen eigenen Brenner und demzufolge auch einen eigenen Kamin. Die Thermoölöfen haben dagegen keinen eigenen Brenner, sondern eine zentrale Kesseleinheit, wo ein großer Brenner das Thermoöl erhitzt. Mittels eines Rohrsystems wird dann das heiße Öl zu den Backöfen und das abgekühlte zurück zum Kessel geführt. Der Kessel dient nur zum Aufheizen des Öls. Da das Öl eine Temperatur von ca. 300 °C aufweist, sind auch die Abgase relativ heiß, der Wirkungsgrad ist schlecht und die Verluste sind hoch. Bei unseren Dampfbacköfen hingegen (z.B. ECOMONDIAL) werden nach dem Aufheizen der Dampfrohre mit dem noch heißen Abgasen zusätzlich die Schwadenapparate erhitzt. Die Schwadenapparate werden so mit Abwärme beheizt, die sonst ungenutzt durch den Kamin entweichen würde. Dadurch können die Abgastemperaturen deutlich gesenkt, der Wirkungsgrad verbessert und die Verluste verringert werden. Bei den Thermoölöfen ist dies prinzipbedingt nicht möglich, da im Kessel nur ein Wärmetauscher für das Thermoöl vorhanden ist. Die Schwadenapparate werden mit dem Öl, welches zum Ofen kommt, aufgeheizt, also nicht mit Abwärme, sondern mit Nutzwärme.
Hinzu kommt noch, daß je nach Länge der Ölleitungen auch diese Abstrahlverluste berücksichtigt werden müssen, insbesondere dann, wenn die Leitungen, was öfters vorkommt, da ein zusätzlicher Kostenfaktor, nicht ordentlich isoliert sind.
All dies läßt nur den einen Schluß zu, daß die Aussage, Thermoöl verbraucht 50 % weniger Energie, eine glatte Lüge ist. Meine Erfahrung ist, daß Thermoölkessel einen Wirkungsgrad von ca. 84 % aufweisen, unsere Dampfbacköfen (Mondial/Ecomondial) liegen dagegen zwischen 88 und 90 %. Unsere Isolierung ist zumindest nicht schlechter als bei Thermoölöfen (meines Erachtens nach eher besser!) daher ist der Energieverbrauch unserer Backöfen niedriger als bei Thermoölöfen.
Ein Fehler, der allerdings immer wieder festzustellen ist, ist die Gleichsetzung der Brennerleistung mit dem Energieverbrauch: hohe Brennerleistung = hoher Energieverbrauch. Diese vollkommen falsche Behauptung wird immer wieder im Wettbewerb aufgestellt, um über eigene Schwächen hinwegzutäuschen. Die Wahrheit ist, daß, gleicher Energiebedarf vorausgesetzt, ein Brenner mit kleinerer Leistung entsprechend länger brennen muß. Beispiel: Ein Brenner mit halber Leistung muß doppelt so lange brennen, um die gleiche Energie zu erzeugen. Der Verbrauch ist proportional dem Produkt aus Leistung und Brennzeit. Abgesehen von Extremwerten ist der Energieverbrauch also unabhängig von der Brennerleistung, immer vorausgesetzt, daß der Energiebedarf gleich ist. Ein kleinerer Brenner bietet lediglich den Vorteil (für den Ofenhersteller!), daß seine Kosten niedriger sind. Ein größerer Brenner bietet dahingegen den Vorteil (für den Bäcker!) einer höheren Flexibilität, der Backofen steigt schneller.
Betrachtet man zwei gleich große Backofenanlagen mit Thermoöltechnik und Dampfrohrtechnik, so kann durchaus die Summe der Brennerleistungen der Dampfbacköfen höher sein als die Brennerleistung der Heizkesselzentrale. Eine Aussage auf den Energieverbrauch kann man aber allein mit diesen Leistungen nicht ableiten.
Soweit zum Energieverbrauch. Im folgenden möchte ich nun weitere Argumente für das Pro und Contra zwischen Thermoöltechnik und Ringrohr-Dampfsystem aufführen, wie sie sich mir nach meiner Erfahrung darstellen:
- Störanfälligkeit
Ein besonders wichtiger Unterschied ist, daß beim Ringrohr-Dampfsystem der Kreislauf „flüßiges Wasser-Energiezufuhr-Verdampfung-Aufsteigen-Wärmeabgabe-Kondensation-flüßiges Wasser“ von allein, also ohne Pumpen oder sonstige Energiezufuhr stattfindet. Das System ist absolut geschlossen. Es kann nichts hineingelangen, es kann nichts entweichen, es kann nichts verstopfen oder verkalken, es gibt keine Ventile oder Pumpen, die ausgetauscht werden müßten und es muß auch nichts reguliert werden. Ein solches System, Mißbrauch einmal ausgeschlossen, hält „ewig”. Dahingegen sind für die Thermoöltechnik Pumpen und Ventile unerläßlich. Es gibt eine Kesselpumpe, jeder Backofen hat mindestens eine weitere Pumpe, es gibt Primär- und Sekundärkreisläufe, die alle über Ventile gesteuert werden müssen und schließlich wird die Backtemperatur über Ventile gesteuert. Pumpen und Ventile haben aber (mit Ausnahme von Magnetpumpen, die sehr teuer sind und einen sehr schlechten Wirkungsgrad haben) den Nachteil, daß immer eine Leckage vorhanden ist, die mit zunehmender Betriebsdauer größer wird. Außerdem sind Pumpen und Ventile Verschleißteile, die eine bestimmte Lebensdauer aufweisen und dann ausgetauscht werden müssen. Da das Thermoöl sehr heiß ist, sind dafür geeignete Pumpen und Ventile entsprechend teuer. Auf alle diese Nachteile kann ein Dampfbackofen verzichten. - Stromverbrauch
Neben dem Nachteil der Störanfälligkeit der Pumpen und Ventile der Thermoöltechnik kommt als weiterer Nachteil der Stromverbrauch hinzu. Auch wenn dieser Energieverbrauch im Vergleich zum Brenner relativ gering ist, so ist er jedenfalls auch nicht zu vernachlässigen, insbesondere da Strom immer teurer ist als die Energie aus Gas oder Heizöl. Der Ringrohr-Dampfbackofen braucht hingegen zur Aufrechterhaltung des Dampfkreislaufes keine Energie. - Kamin
Die Dampfbacköfen haben jeweils einen eigenen Brenner. Dies erfordert natürlich auch einen eigenen Kamin für jeden Backofen. Bei Thermoölöfen ist hingegen nur für die Heizkesselzentrale ein Kamin erforderlich, der allerdings deutlich größer sein muß. Trotzdem werden die Kaminkosten für Thermoöltechnik geringer sein. Diesem Vorteil steht aber ein viel gravierenderer Nachteil der Thermoöltechnik gegenüber. Wenn mehrere Thermoölöfen an einer Heizkesselzentrale angeschlossen sind, sind natürlich alle diese Backöfen bei einem Defekt am Brenner, der Heizkesselzentrale oder des Kamins stillgelegt. Daher werden aus Sicherheitsgründen oft 2 Heizkesselzentralen zusammengeschaltet, was aber gleichzeitig auch wieder höhere Kosten bedeutet, die die zusätzlichen Kaminkosten für die Dampfbacköfen bei weitem übersteigen. - Thermoöl
Das Thermoöl ist ein Spezialöl mit einem sehr hohen Flammpunkt, da es über 300 °C heiß werden kann. Sobald es aber mit Sauerstoff (Luft) in Verbindung kommt, kommt es zu Verkokungen. Daher ist ein aufwendiges Ausdehnungssystem erforderlich, welches auf jeden Fall Sauerstoffkontakt verhindern muß. Trotzdem altert das Öl. Es muß jährlich kontrolliert werden und bei Bedarf ergänzt werden. Als Lebensdauer rechnet man mit 7 Jahren, dann ist ein kompletter Austausch fällig. Neben den Materialkosten des Öls ist außerdem die Entsorgung des Altöls problematisch, die zusätzliche Kosten verursacht. Wenn dies der Öllieferant trägt, dann ist dementsprechend der Neupreis höher. Die Entsorgung muß bezahlt werden, und dies tut der Bäcker, so oder so. Zumindest sporadisch in der Diskussion ist auch das generelle Verbot des Thermoöls aus gesundheitlichen Gründen. Die Dampfbacköfen kennen eine solche Problematik nicht. Das Medium ist Wasser, absolut umweltverträglich, es muß nicht ausgetauscht werden, es hält ewig und wenn doch einmal der Fall einer Entsorgung auftreten sollte, läßt man es in den Abfluß laufen. Ein Verbot des Wassers ist jedenfalls nicht im Gespräch. - Preise:
Entscheidend bei Preisvergleichen ist, daß man stets die Gesamtpreise einer Backofenanlage betrachtet. Dampfbacköfen benötigen jeweils einen eigenen Brenner, während Thermoölanlagen mit einem großen Brenner in der Heizkesselzentrale auskommen könnten. Der einzige Nachteil diesbezüglich ist, daß mehrere kleine Brenner teurer sind als ein großer. Diese Mehrkosten sind der Preis für die höhere Betriebssicherheit. Dieser Punkt ist aber auch der einzige, wo das Thermoölsystem hinsichtlich der Preise und Kosten Vorteile aufweist. Die Thermoöltechnik weist viele Komponenten auf, die beim Dampfbackofen nicht gebraucht werden, und die sehr teuer sind, weil sie aufgrund der hohen Temperaturen keine Standardteile sind: Pumpen, Ventile, Absperrhähne, Rohrleitungen mit Isolierungen, Ausdehnungsgefäße, Thermoöl usw.. Die dafür erforderlichen Kosten übertreffen die ev. Minderkosten für die Kamine und Brenner bei weitem. Hinzu kommt die Montage, die ebenfalls teurer ist. Das Aufstellen der eigentlichen Backöfen ist vergleichbar, hinzu kommt aber für die Thermoölanlage die Installation der Heizkesselanlage, des Ausgleichsgefäßes und der kompletten Verrohrung. Die Gesamtanlage betrachtend, muß eine Thermoölanlage immer teurer sein als eine vergleichbare Anlage mit Dampfbacköfen, und zwar nicht nur in der Anschaffung, sondern auch im Unterhalt. Aus diesem Grund wird von Wettbewerbern, die Thermoölöfen verkaufen wollen, oft versucht, bei Preisvergleichen nur den Backofenpreis zu nennen. Diese sind vielleicht auf gleichem Niveau wie die Dampfbacköfen, allerdings ist ein Thermoölbackofen ohne Heizkesselzentrale, Rohrleitungen, Ausgleichsgefäße usw. nicht als Backofen zu gebrauchen. Auch die deutlich höheren Montagekosten werden oft verschwiegen. - Backeigenschaften:
Die Backeigenschaften beider Systeme sind ähnlich. Beide bieten ein gutmütiges Backverhalten, im Vergleich zum Heizgasumwälzer sind sie nicht so agressiv: eine Backkammer kann auch einmal leer stehen, ohne daß es beim dann folgenden Einschießen gleich zu Verzunderung am Brot kommt. Ursache dafür ist die im Vergleich zum Heizgas niedrigere Temperatur des Heizmediums, sowohl Thermoöl als auch der Dampf erreichen Temperaturen um die 300°C. Ein Vorteil des Thermoöls ist allerdings die schnellere Aufheizzeit, jedoch kommt er nur vor dem ersten Backen zum Tragen. Denn während des Backens sind die Dampfbacköfen so stark, daß sie kaum mit der Temperatur abfallen. Und mit dem automatischen Nachtstart ist die Aufheizzeit nicht von besonderer Bedeutung.
Ich denke, daß die oben aufgeführten Argumente logisch, einleuchtend und in sich schlüssig sind. Sie bedürfen m.E. keinerlei weiterer Unterlagen. Es ist aber dringend erforderlich, sich mit diesen Argumenten auseinandersetzen und sie zu verinnerlichen.
Eine Frage wird immer wieder an Mondial Forni gestellt, ob wir an Thermoölöfen arbeiten und wann diese fertig sein könnten. Dazu eine Gegenfrage: Ist es sinnvoll, unter Betrachtung all der oben beschriebenen Für und Wider der beiden Systeme, daß Mondial Forni an der Entwicklung von Thermoölöfen arbeitet? Wir sind überzeugt, daß der Ringrohr-Dampfbackofen der bessere Backofen ist. Warum sollten wir dann mit der Entwicklung der Thermoöltechnik beginnen?
Ich sehe eigentlich nur zwei sinnvolle, allerdings kleine Einsatzgebiete, wo die erheblich teurere und anfälligere Thermoöltechnik wirkliche Vorteile bietet:
- Etagenbacköfen mit 8 und mehr Herden, die nur noch von einem vollautomatischem Backofenbelader bedient werden können. Dies kann sinnvoll sein bei sehr engen, aber hohen Backstuben oder sehr hohen Grundstückskosten. M.E. ist dies aber eine sehr kleine Nische, da sehr hohe Kosten der Backofenanlage einem nur kleinem Nutzen gegenüberstehen: Platzersparnis!
- Mehrherdige vollautomatische Durchlaufbacköfen, bei denen jeder Herd eine eigene Temperaturregelung besitzen soll. Hier stellt sich aber immer die Frage, ob die Kunden wirklich eine Einzeltemperatursteuerung brauchen. Ich kenne einige Bäcker, die teure Thermoöl-Durchlaufbacköfen gekauft haben und dann doch in allen Herden mit der gleichen Temperatur backen. Unsere Alternative ist, stattdessen 2 kleinere Durchlauföfen zu installieren, die so eine deutlich höhere Flexibilität aufweisen und zudem noch die Gewähr bieten, bei einer Störung zumindest noch mit einem Backofen arbeiten zu können. Und das normalerweise bei niedrigeren Kosten gegenüber dem Thermoölofen.
Dr.-Ing. Christoph Adams
Technischer Leiter