Mehr Druckluft, weniger Energie

Dipl.-Ing. (FH) Erwin Ruppelt, Michael Bahr

Das Effizienzpotenzial von Druckluftanlagen liegt in Europa bei durchschnittlich 33 %. Konkret heißt das: Über 90 % der installierten Druckluftsysteme bieten Einsparmöglichkeiten zwischen ca. 20 und 70 %. Zudem hat sich herausgestellt, dass sich vorhandene Potenziale nicht durch Einzelmaßnahmen, sondern nur durch ganzheitliches Optimieren ausschöpfen lassen. Ausgangspunkt sollte dabei der tatsächliche Druckluftbedarf sein.

Um diesen zu ermitteln, empfiehlt sich ein Druckluft-Audit, das die Verbrauchsstruktur genau analysiert. Aussagekräftige Audits sind heute bereits mit Hilfe leistungsfähiger, einfach handhabbarer Verfahren wie der Analyse der Druckluft-Auslastung (ADA) möglich: Mit Datenloggern und PC-Unterstützung werden dabei alle erforderlichen Daten erhoben. Anschließend ermitteln Fachleute daraus mittels einer speziellen Software Einsparpotenziale und mögliche Systemlösungen. Die Analyse beginnt bei den Anwendungen; sie legen Druck, Menge und Qualität der zu liefernden Druckluft fest. Großen Einfluss auf die Energieeffizienz haben die Druckluftverteilung sowie die Betriebs- und Gebäudestruktur. Daher muss die Analyse des Ist-Zustands die aktuellen Werte von Druckniveau(s), Druckabfall in Rohrleitungen und/oder Aufbereitungssystemen sowie Leckagen umfassen: Nur so lässt sich feststellen, ob dort zusätzliche Optimierungsmaßnahmen erforderlich sind. Nicht zuletzt muss die Druckluft-Verbrauchsstruktur darüber Aufschluss geben, welche Kompressor- und übergeordneten Steuerungen sich am besten eignen.

Wie erfolgreich systematisches Vorgehen ist, zeigt ein Fall aus der Praxis: Kaeser Kompressoren erhielt eine Anfrage/Ausschreibung mit folgenden Angaben: Drei 160-kW-Kompressoren mit 10 bar Enddruck, einer davon drehzahlgeregelt, ein zentraler Trockner mit einem Volumenstrom von 60 m³/min und nachgeschaltetem 5-m³-Druckluftbehälter. Rasch stellte sich heraus: Die erstrebte Lösung enthält ein Regelloch. Es sind weder eine übergeordnete Steuerung und Analyse noch Sicherheitsreserven in der Druckluftaufbereitung vorgesehen. Es fehlen Angaben zu Druckluftbedarf und Druckluftqualität.

Nachfragen ergaben einen Betriebsdruck von 6 bar an den Druckluftverbrauchern. Das bedeutete: Durch moderne Steuerungstechnik ließ sich der System-Höchstdruck auf 7 bar begrenzen. Bereits daraus resultierten ca. 30 % Energieersparnis. Überdies sollten die Kompressoren mit Wasser gekühlt werden, wofür eine Rückkühlanlage fehlte. Dem Betreiber in spe war einfach nicht bekannt, dass es für die benötigte Leistungsgröße inzwischen auch luftgekühlte Kompressoren gibt und nichts gegen deren Einsatz sprechen würde – im Gegenteil: Das Umstellen auf Luftkühlung sollte später hier um 60 % niedrigere Kosten erbringen.

Weiterhin stellte sich heraus, dass die Ausschreibung nur eine von zwei Ausbaustufen umfasste. Für die Planer hieß das: Sie konnten die Kompressoren nach ihrer Funktion von vornherein anders aufteilen, was 10 % weniger Investitionskosten mit sich brachte. Trotzdem war es möglich, bei der Druckluft-Kältetrocknung in allen Ausbaustufen 100 % Sicherheitsreserve zu gewährleisten.

Aus den ursprünglichen drei 160-kW-Kompressoren wurden in der ersten Stufe zwei Spitzenlastkompressoren mit je 37 kW Antriebsleistung, ein Mittellastkompressor mit 55 kW und zwei Grundlastkompressoren mit je 110 kW. Hinzu kamen zwei Kältetrockner mit je 30 m³/min Volumenstrom, ein 5000-l-Druckluftbehälter und eine übergeordnete Steuerung Sigma Air Manager (SAM). Diese stimmt die Leistung der Kompressoren höchst energieeffizient aufeinander sowie auf den Druckluftbedarf ab und übernimmt die kontinuierliche Analyse und die Betriebsüberwachung der Station. In der zweiten Stufe wurden drei weitere 110-kW-Kompressoren – zwei als Grundlast- und einer als Stand-by-Anlage – sowie ein weiterer 30-m³-Kältetrockner installiert. So stand schließlich ein Trockner als Stand-by-Anlage zur Verfügung.

Die Planung umfasste auch das Druckluftnetz. Daraus ergab sich ein Rohrleitungssystem mit hoher Betriebssicherheit. Es lässt sich teilweise absperren, um bei Bedarf Reparatur- oder Erweiterungsarbeiten ohne Unterbrechen der Druckluftversorgung durchführen zu können .

Verglichen mit dem ursprünglichen führte das umgesetzte Konzept zu einer Senkung des spezifischen Leistungsbedarfs von über 7 kWmin/m³ auf unter 6 kWmin/m³. Das erbrachte eine jährliche Energiekostenersparnis von über 45 000 Euro. Durch den Wechsel von Wasser- auf Luftkühlung kam eine weitere jährliche Kostenersparnis von ca. 30 000 Euro hinzu – ganz abgesehen vom Wegfall der Investitionskosten für die Wasser-Rückkühlanlage. Insgesamt führte die Realisierung der günstigsten Systemvariante zu einer jährlichen Betriebskostenersparnis von über 76 000 Euro.

Meist bieten Kältetrockner für die Basisaufbereitung der Druckluft die wirtschaftlichste Lösung. Bei der heute üblichen Strangaufbereitung arbeitet der einem bestimmten Kompressor zugeordnete Kältetrockner entweder unter Volllast oder im Leerlaufbetrieb. Ältere Trockner hatten im Leerlauf fast den gleichen Energiebedarf wie unter Volllast. Moderne Energiespar-Kältetrockner hingegen sind nicht allein auf Sicherheit und Dauerbetrieb, sondern auch auf höchstmögliche Energieeffizienz hin ausgelegt. Sie kommen mit sehr geringem Druckverlust aus. Daher kann der Höchstüberdruck des Kompressors niedriger eingestellt werden, was weniger Kompressor-Energieverbrauch zur Folge hat. Schon bei 0,5 bar Druckabsenkung sind das immerhin ca. 3 %. Zusätzlich lassen sich mit der energiesparenden Steuerung der Trockner je nach Modell ca. 60 bis 70 % der installierten Kältetrocknerleistung einsparen. Verlässliche Kondensatabscheidung und -ableitung garantieren das Einhalten des benötigten Trockenheitsgrades.

Wo Luft mit sehr niedrigen Drucktaupunkten (bis -40 °C) benötigt wird, bietet sich ein hybrides Trocknungsverfahren als energieeffiziente Alternative zur Adsorptionstrocknung an. Hybrid-Trockner gibt es heute bereits für Volumenströme ab 20 m³/min. Die Hybritec-Trockner von Kaeser kombinieren auf energiesparende Weise Kälte- mit Adsorptionstrocknung: Auf der Eingangsseite sorgt ein Kältetrockner mit energieeffizienter Aussetzregelung für einen Drucktaupunkt von konstant +3 °C. So aufbereitet strömt die Luft anschließend in den Adsorptionstrockner, der damit natürlich leichteres Spiel hat, als käme die Druckluft direkt aus dem Kompressor. Bei ganzjährigem Betrieb der Anlage können so verglichen mit ausschließlicher Adsorptionstrocknung bis zu 50 % Energie eingespart werden. Ein weiterer Vorteil der Hybritec-Trockner ist ihre Flexibilität: Bei höheren Außentemperaturen kann – sofern die Anwendung es erlaubt – der Adsorber-Teil umgangen und ganz auf die energieeffiziente Kältetrocknung umgestellt werden.

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Kaeser – Partner für Druckluftsystemlösungen

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