Wird Druckluft nicht aufbereitet, so kann Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft ungehindert ins Druckluftnetz geraten und dort kondensieren. Das kann neben möglichen Verunreinigungen in der Druckluft auch zu Korrosion in den Rohren und den betriebenen Maschinen und Werkzeugen führen. Zur Druckluftaufbereitung stehen verschiedene Trocknungsmethoden zur Verfügung, die abhängig von den Anforderungen der Produktion eingesetzt werden. Kältetrocknung ist das am häufigsten angewendete Verfahren. Sie ist sehr wirtschaftlich und zuverlässig und genügt in den meisten Fällen.
Wegen der sich ändernden Umgebungstemperaturen sollten Kältetrockner immer auf die Spitzenwerte ausgelegt sein, sodass sie auch an den heißesten Tagen des Jahres die erforderliche Druckluftqualität zuverlässig liefern. Das heißt, Trockner werden in ihrer Gesamttrocknungsleistung für das ganze Jahr so ausgelegt, als ob 365 Tage lang hohe Temperaturen herrschen würden. Eine so betriebene Drucklufttrocknung benötigt mehr Energie, als für den tatsächlichen Bedarf erforderlich ist.
Neben der Temperatur spielt auch der Druckluftverbrauch eines Betriebes eine Rolle, der selten konstant hoch ist, sondern entsprechend der Tagessituation schwanken kann. Wenn der Trockner nicht über die entsprechende Technologie verfügt, sich an derartige Teillastbereiche anzupassen, kann dies ebenfalls zu unnötig hohen Energiekosten führen.
Alternativen zum Dauerbetrieb
Um eine sicherere Druckluftqualität zu gewährleisten, wird bei herkömmlichen Trocknern normalerweise empfohlen, die Kältekompressoren durchgehend laufen zu lassen, da sonst je nach Größe des Kältetrockners bis zu einer Stunde benötigt wird, um nach dem Start der Kompressoren die notwendige Kühltemperatur und den gewünschten Drucktaupunkt zu erreichen. Besonders bei Großtrocknern bringt dies erneut einen unnötig hohen Energieverbrauch mit sich.
Je umfangreicher also der Teillastbetrieb, desto größer wäre die Energieverschwendung eines 24 Stunden am Tag durchlaufenden und auf Spitzentemperaturen ausgerichteten Kältetrockners. Unter derartigen Bedingungen kann der notwendige Energiebedarf auf bis zu 20 % der für die Drucklufterzeugung benötigten Energie wachsen.
Kältetrockner mit Massespeicher schaffen hier Abhilfe. Besonders im Bereich unter 20 m³/min können im Teillastbetrieb deutliche Energieeinsparungen erreicht werden. Diese Trockner funktionieren ähnlich wie ein Druckluftspeicher. Dieser hat die Funktion, Lastveränderungen abzufangen und bei nahezu gleichem Druck den Kompressor in Leerlauf zu setzen oder abzuschalten, solange sich noch ausreichend Druckluft im Behälter befindet. Das Speichermittel besteht oft aus mineralischen Stoffen wie etwa Sand. Daher kommt dieses System bei Trocknern mit bis zu ca. 9 m3/min Durchsatzvolumen zum Einsatz. Je größer die Leistung ist, desto mehr Masse muss eingesetzt werden, um die Einschalthäufigkeit des Trockners in wirtschaftlichen Grenzen zu halten und einen konstanten Drucktaupunkt zu
erreichen.
Latent-Wärmespeicher
Seit dem Jahr 2013 ist eine Technik auf dem Markt, die mit einem sogenannten Phase-Changing-Material (PCM = Phasen veränderndes Material) arbeitet. Dieses System kommt im Bereich von 10 bis 100 m3/min Durchsatzvolumen bei Kaeser durchgängig zum Einsatz. Phasenverändernde Materialien können sehr viel Energie speichern oder abgeben, wenn genau der Zeitpunkt genutzt wird, in dem sie eine Phasenveränderung durchlaufen, also zum Beispiel zwischen flüssig und fest wechseln. Das ist das gleiche Prinzip, mit dem im Sommer Eiswürfel ein Getränk über längere Zeit kühl halten.
Diese Speicher werden auch Latent-Wärmespeicher genannt, da sie die thermische Energie nahezu verborgen, verlustarm, mit beliebigen Wiederholzyklen und über lange Zeit speichern können. Latent-Wärmespeicher kommen zum Beispiel bei den Kältetrocknern der Secotec-Baureihe von Kaeser durchgängig zum Einsatz. Als Speichermedium werden bei den Latent-Wärmespeichern der Secotec-Baureihe spezielle Salze oder Paraffine geschmolzen, die dabei sehr viel Wärmeenergie aufnehmen. Das Entladen findet als Erstarren statt.
Geringerer Energiebedarf
Dieses Speichersystem bringt mehrere energetische Vorteile mit sich. Dank der kompakten Bauweise konnte bei den Secotec-Kältetrocknern der Druckverlust im Vergleich durchschnittlich auf 0,15 bar abgesenkt werden, während herkömmliche Modelle einen Differenzdruck von mehr als 0,20 bar aufweisen. Auch der geringe Energiebedarf des PCM-Speichertrockners ist bemerkenswert. So benötigen die Anlagen je nach Betriebszustand lediglich zwischen 70 und 100 Watt je m³/min zu trocknender Druckluft.
Darüber hinaus erlaubt die PCM-Speichertechnik eine wesentlich kompaktere, kleinere und leichtere Bauweise des gesamten Kältetrockners. Nicht nur wegen des geringeren Platzbedarfs der Komponenten, sondern auch wegen der innovativen Anordnung aller Bauteile, benötigt er bis zu 46 % weniger Stellfläche und ist rund 60 % leichter als herkömmliche Geräte mit Massespeicher.
Natürlich werden die modernen PCM-Speichertrockner auch durch eine sehr effektiv arbeitende Mikroprozessorsteuerung gesteuert, die sich in ein maschinenübergreifendes Managementsystem einbinden lässt. Die Steuerung passt den Trockner optimal an Teillastdruckluftverbräuche an. Zusätzlich ist ein Feinabgleich durch die Ansteuerung von drehzahlgeregelten Ventilatoren machbar. Neben der Möglichkeit, alle internen Systeme anzusteuern und zu regeln, bietet die Steuerung auch eine Vielzahl effizienter Analyse- und Überwachungsmöglichkeiten, zum Beispiel Fernüberwachung und vorausschauende Wartung.
Umweltfreundliche Kältemittel
Spätestens seit dem Inkrafttreten der F-Gase-Verordnung ist Klimaschutz für alle eine Verpflichtung. Viele der alten Kältetrockner fahren allerdings auch heute noch mit Kältemitteln mit hohem Treibhauspotenzial. Bei den Secotec-Kältetrocknern wird hingegen das derzeit bestmöglich verfügbare Kältemittel eingesetzt: R513A. Das Treibhauspotenzial dieses Mittels ist, im Vergleich zu bisher eingesetzten Stoffen, deutlich geringer. R513A ist langfristig verfügbar und weder toxisch noch brennbar, sodass keine zusätzlichen Anforderungen an Betreiber und Servicedienstleister gestellt werden. Wegen der Optimierung der Systeme konnten die Kältemittelmengen grundsätzlich reduziert werden, sodass auch das CO2-Äquivalent, also das Produkt aus GWP (Global Warming Potential = Treibhauspotenzial) und Masse des Kältemittels, in einer Anlage reduziert werden konnte. Das heißt, die Trockner entsprechen sowohl der Gesetzgebung als auch den Zielen des Umweltschutzes.
Kaeser Kompressoren SE, Coburg
Autor: Erwin Ruppelt
leitender Projektingenieur,
Kaeser
Autor: Daniela Koehler
Pressesprecherin,
Kaeser
