Auf die Spitze kommt es an

Wenn die Temperaturen und die Luftfeuchtigkeit steigen, kommt auch so mancher Trockner ins Schwitzen, vor allem, wenn er ursprünglich auf Temperaturen ausgelegt wurde, die nur den Durchschnittsjahreswerten entsprechen. Bei höheren Temperaturen kann die Luft mehr Wasser aufnehmen. Ist die Trocknung dafür nicht ausgelegt, gerät Wasser ins Druckluftnetz. Schon bei einer durchschnittlichen Fertigung (Bild 1) fallen im 24-Stunden-Betrieb 140 l Kondensat pro Tag an. Aus der Leitung ist das Kondensat dann nur schwer zu entfernen, vor allem, wenn das Druckluftnetz viele Windungen aufweist. Dieses Risiko lässt sich leicht ausschließen.

Das Wichtigste ist die richtige Auslegung der Trockner. Hier stellt sich zuallererst die Frage, wie der vorangeschaltete Kompressor dimensioniert und ausgestattet ist. Erster Ansatzpunkt ist der Nachkühler und seine Leistung. Am besten sollte die Druckluft-Eintrittstemperatur am Kältetrockner möglichst niedrig sein. Dann ist die erforderliche Leistung des nachgeschalteten Trockners wesentlich geringer. Das heißt, schon Konfiguration und Qualität des vorgeschalteten Kompressors spielen eine wichtige Rolle bei der Druckluftaufbereitung. Dieser sollte mit einem Nachkühler ausgerüstet sein, der dafür sorgt, dass die Temperatur der Druckluft möglichst nahe bei der Umgebungstemperatur liegt. In einem zweiten Schritt gilt es, die möglichen Höchsttemperaturen eines Jahres zu ermitteln. Trockner sollten so dimensioniert sein, dass sie auch Spitzentemperaturen abfedern können. Nachdem auch in Deutschland stellenweise bis zu +40 °C erreicht wurden und die Klimaerwärmung sich fortsetzt, empfiehlt es sich, diese Temperaturen etwas höher zu veranschlagen.

Die dritte Frage ist: Wie ist die Lüftung des Raumes und damit die Frischluftzufuhr beschaffen? Daraus ergibt sich Frage 4 nach der höchsten Umgebungstemperatur am Trockner. Und zum Schluss ist es wichtig, dass der Nachkühler am Kompressor und der Kondensator am Kältetrockner möglichst sauber gehalten werden. Stehen alle Parameter fest, lässt sich die richtige Auslegung ermitteln, bei der der Trockner auch unter Extrembedingungen Druckluft in der erforderlichen Trockenheitsstufe liefert.

Selbstverständlich ist in diesem Zusammenhang Energieeffizienz ein wichtiges Thema. Schließlich darf drei Tage Spitzentemperatur im Jahr nicht über dreihundert Tage Volllauflast des Trockners und damit eine Spitzenstromrechnung bedeuten. Moderne Drucklufttrockner (Bild 2) passen sich jedoch dem tatsächlichen Bedarf an. Grundlage für diese Schaltungsmöglichkeit bietet ein Kältespeichersystem, das sowohl aus einem Massespeicher als auch aus einem System mit phasen-verändernden Komponenten bestehen kann. Das sind Trockner mit einer sogenannten Aussetzungssteuerung, die ihre elektrische Leistungsaufnahme dem Durchsatzvolumen anpassen. Daraus ergeben sich Energieeinspareffekte von bis zu 80 % gegenüber herkömmlichen Kältetrocknern mit Heißgas-Bypass-Regelung (Bild 3). Diese energiesparenden Teillastregelungslösungen sind auch für Adsorptions- und Membrantrockner verfügbar.

Doch welche Trocknungsart eignet sich nun für welche Druckluftgüte am besten? Die üblichen Verfahren der Drucklufttrocknung wie Kälte-, Adsorptions- oder Membrantrockung haben einen ganz unterschiedlichen Energiebedarf. Die Güte der Druckluft ist in der ISO 8573 geregelt. Wird Druckluft der Klasse 4 benötigt, bedeutet das, dass der Drucktaupunkt bei +3 °C liegt. Der Luft muss Wasser bis zu einem Restwert von 6 g Wasser pro m3 Luft entzogen werden. Dazu reicht in der Regel die Installation eines Druckluftkältetrockners aus, solange dieser korrekt dimensioniert ist und mit einer integrierten Teillastlaufmöglichkeit arbeitet, die für einen angepassten Energieverbrauch sorgt.

Wird Druckluft der Qualitätsklasse 3 und 2 benötigt, was bei Minustemperaturen in der Umgebung der Druckluftnutzung, in einigen Bereichen der Pharma-, Elektronik- und der Prozessindustrie der Fall ist, stehen Kombinationstrockner wie der Hybritec zur Verfügung. Dieser verbindet einen klassischen energieeffizienten Kältetrockner mit einem modernen warmregenerierten Adsorptionstrockner. Mit diesem Trockner lassen sich Drucktaupunkte bis -40 % energieeffizient realisieren. Zuerst entfeuchtet der Kältetrockner die Druckluft zu rund 90 % auf einen Drucktaupunkt von bis zu 3 °C und erst danach kommt der Adsorptionstrockner zum Einsatz. Dieser braucht dann nur noch rund 10 % der ursprünglichen Feuchte aus der Luft zu entfernen. Auf diese Art und Weise wird das Trocknungsmittel viel schonender eingesetzt als bei herkömmlichen Trocknern, da der Trocknungsprozess auf einem wesentlich niedrigeren Temperaturniveau ablaufen kann. Herkömmliche warmregenerierte Trockner wechseln zwischen 20 und 170 °C, der Kombitrockner zwischen 20 und 90 °C. Eine schnellere Regeneration des Mittels bei wesentlich geringerem Energieaufwand ist das Resultat. Herkömmliche Adsorptionstrockner müssen 100 % der Feuchte, die vom Kompressor kommt, aufnehmen und brauchen damit gegenüber dem Kombitrockner mehr als drei Mal so viel Energie, um das Trocknungsmaterial wieder zu entfeuchten. Beim Kombitrockner fällt darüber hinaus auch der Wärme- und Taupunktpeak weg, der bei herkömmlichen Adsorptionstrocknern beim Umschalten von einer auf die andere Kammer, auftritt.

Ein weiterer Vorteil der Kombitrockner ist die lange Standzeit des Trocknungsmittels, die sich durch den Teillastbetrieb ergibt, was wiederum zu Schaltzyklen von bis zu 48 Stunden führt. Der ohnehin niedrige Energiebedarf wird durch eine Teillaststeuerung nochmals nach unten gefahren. Bei einem Hybridtrockner kommt somit sowohl ein teillastgeregelter Kältetrockner als auch ein teillastgeregelter Adsorptionstrockner zum Einsatz, was die für den Betrieb benötigte Energiemenge minimiert.

Der Einsatz eines Kombitrockners lohnt sich schon ab einer Förderleistung von 10 m3/min). Darunter sind kaltregenerierte Adsorptionstrockner ein zuverlässiges Mittel, die Klasse zwei und drei zu erreichen. Um den Energieverbrauch möglichst gering zu halten, empfiehlt es sich, Geräte zu wählen, die Teillaststeuerungen ermöglichen. Für kleinere Mengen bis 2,5 m³/min eignen sich auch Membrantrockner, um Druckluft mit einem Drucktaupunkt bis -40 °C zu erreichen. Geräte mit Teillastbetrieb sorgen dafür, dass nur so viel Energie aufgewendet wird, wie benötigt wird. Allerdings sollte dann dem Membrantrockner ein Kältetrockner vorgeschaltet werden, damit der Membrantrockner wirtschaftlich arbeitet. Für die relativ selten erforderliche Druckluft der Qualitätsklasse 1 (Drucktaupunkte von bis zu -70°C) sind wiederum kaltregenerierte Adsorptionstrockner am besten. Auch hier sollte die Eintrittstemperatur der Druckluft in den Trockner so niedrig wie möglich sein.

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