Effizienzsteigerung bei der Druckluftversorgung

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Die Chemie- und Verfahrenstechnik zählt zu den industriellen Druckluftgroßverbrauchern. Die hier zur Druckluftversorgung aufgewendeten Kosten machen gemäß der Energieagentur NRW mitunter bis zu 20 % des betrieblichen Energiebedarfs aus. Es lohnt sich also, gezielt die Effizienz der Druckluftversorgung zu analysieren. Durchschnittlich lassen sich so Einsparungen von rund einem Drittel realisieren.

Der Autor: Dieter Richter Geschäftsführer, Boge Anlagenbau

Bei Druckluftanlagen können durchschnittlich bis zu 33 % Energie eingespart werden (gem. Studie Save II), wobei die meisten Effizienzmaßnahmen mit Amortisationszeiten von weniger als zwei Jahren wirtschaftlich sehr attraktiv für Unternehmen sind. Um diese Potenziale zu erschließen, ist eine gesamtenergetische Bewertung mit anschließender systemorientierter Optimierung der Druckluftanlage erforderlich. Hierbei ist das Aufnehmen der Eckdaten und Mitschreiben (Loggen) des Laufverhaltens der Kompressorstation über ein bis zwei Wochen die Grundlage der Bewertung. Ob punktgenaue Druckluftaufbereitung, die Nutzung von Kompressorabwärme oder kontinuierliche Leckagemessung – gerade für bereits vorhandene Anlagen gibt es heute viele Maßnahmen, um die druckluftspezifischen Energiekosten zu senken.
Weniger ist mehr
Viele Unternehmen betreiben ihr Netz mit erhöhtem Druck, um auf Nummer sicher zu gehen und verbrauchen dadurch zu viel Energie. In den Dokumentationen der Pneumatikanlagen wird ein Druck von 7 bar gefordert. Die eingesetzten Kompressoren liefern aber in der Regel 8,5 bis 10 bar, um sichere 8 bar ins Netz zu speisen. Für jedes bar Druckluft, das mehr erzeugt wird, muss jedoch ein um 6 bis 8 % erhöhter Energiebedarf einkalkuliert werden. Ein Blick in die Unterlagen reicht oft aus, um sicherzugehen, dass das Druckniveau tatsächlich den Anforderungen entspricht. Wenn nicht, lassen sich durch Anpassung des Drucks auf einfache Weise Energiekosten sparen.
Die Temperatur im Kompressorraum nimmt Einfluss auf die Liefermengen. Im Idealfall ist es kühl. Eine um 20 °C erhöhte Temperatur hat einen Liefermengenverlust von ca. 7,3 % zur Folge. Wichtig sind daher eine ausreichende Be- und Entlüftung sowie eine möglichst saubere Ansaugluft, die einen geringen Feuchtanteil aufweisen sollte. Denn jede Schmutz- und Feuchtbeladung wird durch den Kompressionsvorgang noch konzentriert und verkürzt somit die Wartungsintervalle oder muss anschließend aufwendig durch die nachgeschaltete Aufbereitung entfernt werden.
Leerlaufzeiten minimieren
Wenn der Druckluftbedarf nicht völlig konstant ist, empfiehlt es sich, als Spitzenlastmaschine einen drehzahlgeregelten Verdichter zu verwenden. Auf diese Weise werden unnötige Leerlaufzeiten minimiert. Wer bislang nur Kompressoren mit Festdrehzahl einsetzt, wird bei der Anschaffung eines drehzahlvariablen Verdichters die Erfahrung machen, dass sich diese Investition in einem vertretbaren Zeitraum amortisiert. Dasselbe gilt – sofern mehrere Verdichter im Einsatz sind – für eine übergeordnete Steuerung. Sie erfasst den aktuellen Druckluftbedarf und schaltet die zur Verfügung stehenden Kompressoren zu und ab, sodass immer die effizienteste Art der Drucklufterzeugung gewählt wird. Hier reagieren intelligente Steuerungen dynamisch und sehr schnell auf die Druckänderung, erkennen also den Trend bei Druckabfall bzw. Druckanstieg, bevor die Grenzen erreicht werden. Zudem lassen sich über die Steuerung weitere Energiesparmaßnahmen realisieren, zum Beispiel durch eine Nachtabschaltung.
Effizienz nachrüsten
Rund drei Viertel der Lebenszykluskosten einer Druckluftstation sind Energiekosten. Das heißt: Einkäufer sollten sich beim Kauf eines Kompressors nicht vom günstigen Anschaffungspreis täuschen lassen, denn was langfristig ins Gewicht fällt, sind die Folgekosten, die während der gesamten Laufzeit anfallen. Natürlich sind neue Baureihen von Kompressoren effizienter als Maschinen, die sieben oder zehn Jahre alt sind, da die Kompressorenhersteller große Anstrengung darauf verwenden, den Wirkungsgrad der Anlagen kontinuierlich zu steigern. Doch nicht immer steht das nötige Budget zur Verfügung, um in eine neue Kompressorstation zu investieren. Für solche Fälle bietet Boge unterschiedliche Nachrüst-Kits an, die die Effizienz vorhandener Anlagen um rund 10 % erhöhen, so zum Beispiel für die S-Baureihe.
Auch mit der Untersuchung des Druckluftnetzes auf Leckagen lassen sich Effizienzgewinne erzielen – denn selbst in gut gewarteten Druckluftnetzen treten Leckageverluste von mehr als 10 % der Gesamtleistung auf. Hierzu ein Beispiel: Ein einziges Leck von 4 mm Durchmesser in einem 8-bar-Netz hat zur Folge, dass 1100 l/min Druckluft entweichen. Bei neueren Generationen der Boge-Kompressorsteuerungen ist ein Leckagemonitor bereits serienmäßig integriert. Damit sind Leckagen sofort nachweisbar, und da sie sich mit gängigem Equipment z. B. durch den Boge-Service leicht orten lassen, kann man diese Ursache für Energievergeudung schnell und mit geringem Kostenaufwand beheben.
Ein Druckluftfilter benötigt keinen Anschluss ans Stromnetz. Trotzdem verbraucht er indirekt Energie: Zwei beladene Filter können jeweils einen Differenzdruck von 0,5 bar aufweisen und damit den erforderlichen Netzdruck um 1 bar erhöhen – was einen zusätzlichen Gesamtenergiebedarf von 6 bis 8 % zur Folge hat. Da jede zusätzliche Komponente im Druckluftnetz den Differenzdruck mehr oder weniger erhöht, gilt die Devise: So viel Aufbereitung wie nötig, so wenig wie möglich. In vielen Fällen bewährt es sich auch aus energetischen Gründen, eine zentrale Grundaufbereitung vorzusehen und dezentral beim Druckluftabnehmer zusätzliche kleine Trockner oder Filter zu installieren. Unerlässlich ist dabei die regelmäßige Wartung der Aufbereitungskomponenten.
Intelligente Wärmerückgewinnung
Rund 94 % der Energie wird bei der Drucklufterzeugung in nutzbare Wärme umgewandelt. Diese verpufft in vielen Fällen ungenutzt – ein erhebliches Manko in Sachen Energieeffizienz. Wird die Wärme aber für den Produktionsprozess oder die Raumbeheizung genutzt, können beeindruckende Wirkungsgrade von deutlich über 90 % erzielt werden. Die Druckluft wird dann zwar, bezogen auf den Kubikmeter, nicht günstiger, aber der Betreiber kann an anderer Stelle, beispielsweise bei den Kosten für Heizung oder Brauchwassererwärmung, erhebliche Summen einsparen. Das gilt ganz besonders für Unternehmen der Chemie- und Verfahrenstechnik, weil diese Branchen oft Prozesswärme benötigen – zum Beispiel für die Erhitzung von Vor- und Zwischenprodukten, für die Dampferzeugung oder für Destillationsprozesse. Moderne Kompressoren sind entsprechend vorgerüstet. Mit dem Duotherm-System bietet Boge einen Wärmetauscher an, der sich sowohl an vorhandene Boge-Anlagen als auch an Fremdfabrikate anschließen lässt. So wird der Kompressor – unabhängig von Baujahr und Leistung – zur Energiesparmaschine, deren Gesamtwirkungsgrad sich sprunghaft erhöht. Um das gesamte Potenzial zu erschließen, empfiehlt sich die Zusammenarbeit mit Experten. Das Instrument des AIReport ermittelt auf Basis einer ausführlichen Ist-Analyse konkrete Optimierungspotenziale einschließlich geschätzter Amortisationszeiträume.
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