加热能耗减半？改装塑化装置可以做到！

现在，能效是塑料加工商在购买新注塑机时的一个重要考虑标准，因为高能耗会带来沉重的经济负担。例如，2018 年德国工业用电价格达到平均17.17（欧）分/kWh的新高， 相当于自 2000 年以来上涨了 184%。此外，通过执行 EN 16247 能源审计或按照 ISO 50001 引入能源管理体系而从事能效提升的企业，可以期待迎来获得相当有吸引力的利好，例如部分免除可再生能源税。因此，对高能效解决方案需 求正在上升是完全合乎逻辑的。

近年来，注塑机制造商为满足这一需求做了大量工作。几乎没有一家制造商不极力渲染其机器低能耗、驱动技术效率高。过去，由于加热能耗通常仅占注塑机总能耗的 25% 或更低，因此人们大多将注意力集中于注塑机的驱动而非筒体加热似乎也就不难理解了，因为驱 动方面显然有更高的节能潜力。

但时代改变了。过去不灵活的液压泵是由耗能高、且尺寸过大的异步电机驱动的，而现在有了从伺服液压到电动螺杆驱动的混合机型，再到高效全电动 机器的节能解决方案。因此，是时候关注一下被忽视得太久的筒体加热了。而 inmex塑化装置的正立面图，从外部无法看见集成在筒内的加热元件（© inmex） 且，由于高效的驱动技术，目前塑化料筒加热能耗在现代机器总能耗中的占比达到了 50%。

余热损失警报

与现代驱动技术不同，筒体加热毫 无效率。即使安装了保温带式加热器， 仍会有大约 60% 的热量在低产量下散失 到环境中（图 1）。如果没有隔热，这个数字可以达到 75% 或更高，这还没有考 虑通过进料区冷却系统的冷却水消耗的 能量。即使在产量增加的情况下，这些 都已超出警报值。

德 国 Sankt Augustin 的 inmex GmbH 通过一种新型加热系统（图 2） 来解决这一问题，该系统可以减少余热损失：最高可减少 20% 的热能输入（图 1）。其诀窍是：与从外部封闭塑化机筒的传统带式加热器不同，加热元件被集成到机筒内部。这大大促进了从加热元件到筒体的热传递，并结合有效隔热材料的使用，加热能耗最多可降低 55%。

本文所讨论的应用系在280°C下， 用注射成型机（型号：All-rounder 270 C 500-100； 制造商：Arburg GmbH+Cokg，罗斯堡）对聚碳酸酯（PC）进行加工，锁模力 500 kN，螺杆 25 mm，材料 产量2 kg/h。尽管原塑化装置的第一个（也是最耗能的）加热区已经安装了隔热层， inmex 塑化装置仍能将加热能耗从 1025 W 降低到 450 W。

加热快、热分布均匀

改装注塑机的成本微乎其微。无论是哪种型号的机器，inmex GmbH 都可提供整体塑化装置（图 3），同时保留了相同数量的加热区和原有的所有插头或 连接。喷嘴和螺杆也能与原机器制造商的喷嘴和螺杆兼容，让机器操作人员能像往常一样安装塑化装置，并按相同的设置操作。如有必要，即使是加热元件， 只需支付合理费用就可独立进行更换。

除了节能外，用户还能从其它优势中受益，其中一些甚至超过了单纯的节能。例如，塑化装置的升温速度是原来的两倍多，而且由于金属外壳的存在， 它能够有效地防止污染（如在喷嘴和模具之间发生泄漏的情况下）。此外，由于加热区之间不存在未加热区域，因此 inmex 筒体具有更好的热分布。德国科 隆 Heinrich Axmann GmbH & Co. KG 的 运营经理 Andreas Brüggemann 说：“由 于均匀性提高，我们无需预先制备尘雾弥漫的配混材料，而是可以直接在机器上对其上色。”

快速冷却和能效分析解决方案

然而，从能量角度来看合情合理的塑化装置隔热单元，也可能成为批评的焦点，例如需经常更换材料。这是因为， 隔热材料延长了筒体的保温时间，即使在需要使其冷却下来以便加工其它材料时也是如此。 但 inmex 对此也有一个解决方案——一个可选的水冷系统，即使采用了隔热材料，仍能在创记录的短时间内让筒体冷却下来。另一种批评的声音是， 在高螺杆转速和动态压力下，完全隔热的装置的压缩段可能会出现过高的温度。

但是，这通常可以通过调整机器设置来加以解决，例如，通过降低螺杆速度， 从而利用整个冷却时间进行计量。进一步的可能性是降低通常不必要的高背压设定值，以及调整温度曲线。

自从其创立以来，inmex 一直致力于解决这一问题。作为波恩 - 莱茵 - 西格应用科学大学（Bonn-Rhine-Sieg University of Applied Sciences）的衍生资产，该公司具有强大的科学精神，不断从事研究，并将研究结果纳入产品开发。这也推动了 inmex 在塑化装置之外提供节能分析服务的发展。其重点是测量与塑化过程相关的所有能量流，这些能量流是由外部传感器记录的。它揭示出热能输入最终会逸散到：

◆被螺杆额外消耗熔化的聚合物；

◆环境空气；

◆给料区冷却系统中的冷却水，它 也会消耗大量能量。

这里的决定性因素是以上提到的最后一个（即给料区冷却系统中的冷却水） 是在连续水流下运行还是在温度控制下运行。在受控运行和高进料温度下，能量损失接近于零；如果是连续水流，则可以浪费数千瓦（图 4）。因此，inmex 塑化装置设置了简单的热隔离：筒体加热区和冷却进料区之间的凹槽。这个简单的措施可以带来几百瓦的能量节省。

促进投资计划

但是节能是有限度的，因为熔化聚合物需要一定的能量，而这些能量无法进一步降低。在单位时间内将给定量的聚合物加热到规定温度所需的最低能量被称为焓。根据温度的不同，每种聚合物都有一个比焓（kJ/kg），乘以材料产量， 就得到焓。聚合物、加工温度和产量决定了塑化过程中焓的比例（图 5）。

理想情况下，只需为塑化过程提供焓所要求的实际能量，但这可能永远也无法实现。但通过使用 inmex 塑化 装置并控制进料区冷却，就可以减少巨大的能量损失。科隆联邦能效促进协会 （Bundesverband zur Förderung der Energieeffizienz e. V.，简称 BVFE）董 事会成员 Annette Fischer 指出，这是一项明智的投资，甚至可以得到补贴， “塑料加工企业尤其具有巨大的节能潜力，而他们常常拼命寻找进一步降低能耗的方法。inmex 技术是这方面的一个重要起点，可以通过各种项目获得资金支持。”

而且，事实上，联邦和州的层面上就有好几个资助项目，资助对新节能工厂的投资。由 Thüringer Aufbaubank 运营的“Green Invest”（“绿色投资”）， 可能是联邦德国州层面上最合算的项目， 它将补贴 80% 的合理费用。不过，在联邦德国层面上也提供了极具前景的机会，入由联邦经济与能源部提供的“Step up!”（“加紧行动！”）计划，每年会进行两次竞争性招标，成功的候选人可获得高达 30% 的投资成本补偿。

结论

从能源和技术的角度来看，无论是否得到补贴，投资 inmex 节能技术都是值得的。该系统具有更多的吸引力，因为它可以为所有制造商所用，而且旧机器也可以进行升级以提高其能效。在集成的筒体加热系统中，该公司提供了一 种简单的替代技术，并为更加可持续的生产——德国制造——做出了重要贡献。

本文翻译自KUNSTSTOFFE INTERNATIONAL杂志