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Energieverlusten auf der Spur

Einsparpotenziale im Druckluftsystem
Energieverlusten auf der Spur

Die Kosten für die elektrische Energie sind in den letzten Monaten überdurchschnittlich gestiegen und belasten somit direkt die Ergebnisse der Fertigungsbetriebe. Die betroffenen Firmen rufen Energieeinsparprogramme ins Leben und setzen Arbeitsgruppen ein, um die Energieeffizienz im Unternehmen zu erhöhen. Dieser Bericht soll einen Beitrag leisten, speziell im Bereich des Druckluftsystems nach Energieeinsparpotenzialen Ausschau zu halten.

Im Druckluftnetz sind immer Leckagen vorhanden. Das Hauptverteilnetz besteht bei großen Betrieben aus verschweißten Stahlrohren, die im Prinzip leckagefrei sind. Das Problem fängt bei den Maschinenanschlüssen an, die meistens aus Kunststoffschläuchen bestehen, um die Maschinenschwingungen zu kompensieren. Die Kunststoffleitungen sind in der Regel mittels Schellen und Klemmverbindungen befestigt. Beginnt der Kunststoff zu fließen, kann das zu einer Leckage führen. Höhere Temperaturen und Vibrationen erhöhen dabei den Fließeffekt. Deshalb ist eine regelmäßige Durchsicht der Maschinenanschlüsse erforderlich. Dichtungen und bewegte Teile innerhalb der Maschinen unterliegen dem Verschleiß und müssen regelmäßig erneuert werden, um innere Leckagen zu vermeiden.

Oft übersehen
Manchmal erkennt man die Leckagen als solche nicht auf den ersten Blick und sieht den Vorgang als natürlich an, wie die zeitgesteuerte Druckluftkondensatableitung. Bei diesem Vorgang wird zeitabhängig ein Magnetventil geöffnet, um das Kondensat abzuführen. Dabei können die Intervallzeit für das Öffnen des Ventils und die Öffnungszeit eingestellt werden. An dieser Stelle ließe sich ebenfalls Energie einsparen, da der Kondensatanfall auch abhängig von der Jahreszeit ist. Im Sommer fallen größere Mengen Kondensat an, so dass die Öffnungszeit entsprechend hoch eingestellt werden muss. Dies würde dann im Winter zwangsweise zu unnötigem Druckluftverlust führen. Ein anderer Aspekt ist die Regelung von Turbokompressoren. Bei der Konstantdruckregelung muss die systembedingte Mindestdruckluftmenge erzeugt werden. Liegt der Druckluftbedarf unterhalb dieser Mindestmenge, wird die Differenzmenge ins Freie abgeblasen. Was wie ein normaler Regelvorgang aussieht, ist reine Energieverschwendung. Auch in pneumatischen Fördereinrichtungen findet man oft eine Druckregelung vor, die die überschüssige Druckluft einfach ins Freie bläst. Auch hier können intelligentere Lösungen, z. B. der Einsatz von drehzahlgeregelten Kompressoren und Gebläsen, Energieeinsparungen ermöglichen. Druckluftleckagen können teuer sein.
Leerlauf vermeiden
Eine sehr verbreitete Regelung für Kompressoren ist die Volllast-Leerlauf-Aussetzregelung. Der Kompressor fördert Luft zwischen zwei Druckpunkten ins Druckluftnetz. Da die Starthäufigkeit der Elektromotoren begrenzt ist, kann der Motor nicht immer sofort ausgeschaltet werden und läuft somit im Leerlauf. An der Kompressorensteuerung lässt sich erkennen, wie hoch der Anteil der Leerlaufstunden an der Gesamtlaufzeit ist. Sind diese Stundenzähler nicht vorhanden, sollten sie dringend nachgerüstet werden. Der Energiebedarf für im Leerlauf befindliche Kompressoren beträgt für ölfrei verdichtende Schraubenkompressoren im Schnitt ca. 15 %, für öleingespritzte Schraubenkompressoren ca. 25 % und für Turbokompressoren sogar ca. 35 % der benötigten Leistung für die Verdichtung der Druckluft auf 7 bar. Der Druckluftbedarf in einem Betrieb ist in 88 % aller Anwendungen sehr schwankend. Hinzu kommt bei Dreischichtbetrieben unterschiedlich hoher Druckluftverbrauch, weil nicht immer alle Abteilungen im Dreischichtbetrieb arbeiten. Ein Splitten der Kompressorengröße verbessert die Auslastung der Kompressoren, kann aber Leerlauf an den Kompressoren nicht verhindern. Dieses Splitten der Kompressorengröße wird sich an dem momentanen Druckluftbedarf orientieren, d. h., bei veränderten Betriebsbedingungen sind die vorhandenen Kompressorengrößen dann nicht mehr zweckmäßig und führen zu längeren Leerlaufzeiten.
Die einzig richtige Lösung, um Leerlauf an den Kompressoren zu vermeiden, ist der Einsatz von drehzahlgeregelten Kompressoren. Sie erzeugen nur die direkt benötigte Druckluftmenge durch Anpassen der Motordrehzahl. Aber der Einsatz eines beliebig großen drehzahlgeregelten Kompressors bringt nicht allein die Energieeinsparung. Es muss vielmehr ein Regelkonzept für die Gesamtdruckluftversorgung erstellt werden. Werden Kompressoren mit einer festen Drehzahl in diesem Konzept benötigt, so muss der Volumenstrom des Kompressors zwischen 80 und 90 % des regelbaren Volumenstrombereichs des drehzahlgeregelten Kompressors betragen. Denn nur dann ist gewährleistet, dass bei einem Umschaltvorgang der regelbare Kompressor die Volumenstromänderung ausgleichen kann. In der Abbildung eines Regelkonzepts lassen sich ausreichend großen Überlappungen des Regelkonzeptes erkennen.
Betriebsüberdruck absenken
Der erzeugte Betriebsdruck ist ein wesentlicher Faktor für den Energiebedarf bei der Erzeugung der Druckluft. Gelingt es, den Betriebsüberdruck zu senken, so kann man die Betriebskosten erheblich senken. Wo liegen jedoch die Einsparpotenziale? Zum einen liegt es an der Kompressorsteuerung. Wird der Kompressor mit der Volllast-Leerlauf-Aussetzsteuerung betrieben, so schwankt der Erzeugungsdruck zwischen dem minimalen Betriebsüberdruck und dem Entlastungsdruck, bei dem der Kompressor in den Leerlauf geschaltet wird. Diese Druckdifferenz beträgt zwischen 0,5 und 1 bar, ja manchmal bis zu 2 bar. Da es nie ein Gleichgewicht zwischen der Erzeugungsmenge und der Verbrauchsmenge gibt, weiß man nie, wo sich der momentane Betriebsdruck befindet. Viele Wirtschaftlichkeitsberechnungen gehen von einem mittleren Druck aus, was aber nicht unbedingt zutreffend ist. Beachtet werden muss auch, dass nicht nur der Regelkompressor im Druckbereich schwankt, sondern alle betriebenen Kompressoren.
Weiterhin erfordern Druckluftfilter eine besondere Beachtung. Ein Filter hat immer einen Druckverlust. Der Druckverlust ist abhängig von der Schmutz- und Konden- satlast und steigt kontinuierlich durch die Festpartikelbeladung an. Die Druckluft aus öleingespritzten Kompressoren hat neben dem Schmutz- und Wasseranteil auch noch das Öl als Beladungsfaktor. Auch ist zu prüfen, ob die erzeugte Druckluftqualität für den Anwendungszweck tatsächlich erforderlich ist.
Es gilt aber auch, die Druckluftverteilung im Auge zu behalten. Wachsender Druckluftbedarf führt zu größeren Kompressorleistungen. Es muss geprüft werden, ob die Rohrleitung von Beginn an mit einer ausreichenden Reserve geplant wurde oder ob eine neue Rohrleitung verlegt werden muss. Einen Schwachpunkt stellt auch hier wieder der Maschinenanschluss dar. Häufig wird die Nennweite des Anschlusses für die Dimensionierung der Anschlussleitung herangezogen. Dies kann im Einzelfall zu einem großen Druckabfall führen. Bei der Dimensionierung der Rohrleitungen, ob Haupt- oder Anschlussleitung, ist auch noch der dynamische Effekt zu beachten. Liegen große, getaktete Verbraucher vor, so muss man dies in der Auslegungsphase mit berücksichtigen. Manchmal helfen dezentrale Behälter weiter, um die Versorgung des Verbrauchers sicherzustellen.
Fachliche Beratung
Die vorangehend erwähnten Punkte behandeln lediglich die wichtigsten Faktoren bei der Energieeinsparung, es gilt aber auch noch weitere Aspekte in der Drucklufterzeugung, -aufbereitung und -verteilung zu untersuchen. Ein Audit für das Druckluftsystem ermittelt den Istzustand und stellt die Einsparpotenziale heraus. Atlas Copco bietet die Dienstleistung Airscan zu diesem Thema an. Der Systemberater Drucklufttechnik erstellt einen umfassenden Bericht, der dann die Basis der notwendigen Verbesserungen im Druckluftsystem bildet.
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