Die Energieeffizienten

Druckluft - eine teure Energie

In vielen Unternehmen werden Druckluftnetze betrieben. Häufig kommt es dabei zu bemerkenswerten Energieverlusten etwa durch Leckagen oder durch den Rund-um-die-Uhr-Betrieb der Kompressoren, obwohl im Unternehmen an Wochenenden oder in der Nacht nicht produziert wird. Die Optimierung betrieblicher Druckluftnetze bietet so häufig ein erhebliches Energieeinsparpotenzial.

Häufige Quellen für Ineffizienzen in Druckluftnetzen sind:

• Nichtnutzung der Abwärme ,
• Leckagen,
• fehlende Kompressorsteuerung,
• minderwertige Technik,
• ungenutzte Substitutionspotenziale (z.B. Umstellung auf Elektroantriebe), oder
• Druckverluste.

Ist der Anteil des Strombedarfs zur Drucklufterzeugung am Gesamtstrombedarf eines Unternehmens hoch, besteht eine gute Chance, wirtschaftlich erschließbare Energieeinsparpotenziale bei einer näheren Untersuchung des Druckluftsystems zu ermitteln. Mit verschiedensten Maßnahmen lassen sich sinnvolle Effizienzsteigerungen erreichen:

• Abwärmenutzung zur Luft- und Wassererwärmung,
• abgestimmte Gesamtsteuerung der Kompressoren,
• Druckluftspeicherung,
• Druckluftaufbereitung,
• Druckverlustminimierung und
• Netzsanierung.

Abwärmenutzung zur Luft- und Wassererwärmung

Bei der Verdichtung der Druckluft in Kompressoren entsteht Wärme. Diese Abwärme kann nicht selten wirtschaftlich für die Raumbeheizung oder die Heizungs- bzw. Brauchwassererwärmung verwendet werden.

Bei luftgekühlten Kompressoren wird über diese gezielt Kühlluft geführt. Die so erwärmte Kühlluft wird im Anschluss durch ein - möglichst kurzes - Lüftungssystem zu den zu beheizenden Räumen geführt.

Schraubenkompressoren mit Öleinspritzung kommen regelmäßig zum Einsatz. Dient das Öl auch als wesentliches Kühlmittel, werden über 70 Prozent der elektrischen Antriebsenergie zur Verdichtung vom Öl als Abwärme nach außen geführt. Hier kann ein Wärmetauscher im Ölstrom Heizungswasser während des Lastbetriebs der Kompressoren auf bis zu 70° Celsius erwärmen und das Heizungssystem enorm entlasten.

Ähnliches gilt für die Brauchwassererwärmung. Hier ist allerdings aufgrund der direkten Nutzung des erwärmten Wassers und der anschließenden Einleitung in die Kanalisation noch eine Sicherheitsbarriere notwendig, die bei einem Schaden den Austritt des Öls verhindert.

Abgestimmte Gesamtsteuerung der Kompressoren

Neben der separaten Steuerung jeder einzelnen Kompressorstation besteht die Möglichkeit einer übergeordneten, integrierten Steuerung aller Kompressorstationen. Diese regelt die Leistung der angeschlossenen Anlagen. Dabei wird nicht nur die Überlastung einzelner Kompressoren verhindert. Es wird zudem eine optimale Auslastung entlang des tatsächlichen Luftverbrauchs aller Kompressoren im Druckluftnetz erreicht. Diese Optimierung ermöglicht deutliche Druckabsenkungen im Netz. Über 10 Prozent sind möglich, bei ähnlich hohen Energieeinsparungen.

Druckluftspeicherung

Druckluftverbraucher haben häufig einen stark schwankenden Bedarf. Die Arbeit der Kompressoren muss mit dieser schwankenden Abnahme in Einklang gebracht werden. Daher sind Speicherbehälter von großer Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit einer Druckluftanlage und sollten eher groß als klein ausgelegt werden. Der Druckverlust zwischen Steuerung und Druckluftspeicherung sollte maximal 0,1 bar sein.

Druckluftaufbereitung

Ein sicher arbeitendes Druckluftnetz ist zumindest von grundsätzlichen Verunreinigungen und Feuchtigkeit befreit. Ansonsten besteht immer die Gefahr von Ausfällen. Um ein darüber hinaus auch effizientes Druckluftnetz zu betreiben, ist es zudem notwendig, die für die Produktion notwendigen Qualitätsvorgaben zu erreichen. Sowohl eine Unter- als auch eine Überschreitung des Qualitätsniveaus kann bzw. wird zu steigenden Betriebs- oder Energiekosten führen. Hier sollten die empfohlenen Intervalle für Filterwechsel eingehalten werden.

Druckverlustminimierung

Eine Druckluftleitung sollte die Druckluft so verlustfrei wie möglich transportieren. Alle Querschnittsveränderungen, Leckagen, Wasser oder Rost innerhalb des Druckluftnetzes führen zu deutlichen Leistungsverlusten und damit zu steigendem Energiebedarf bei den Kompressoren.

In den Betrieben liegen häufig über Jahre gewachsene - veraltete - Druckluftnetze vor, die bereits von zum Teil sehr effizienten Kompressoren versorgt werden. So gehen viele Effizienzvorteile der modernen Antriebe verloren. Nicht ungewöhnlich sind Leckageverluste von über 30 Prozent und damit verbundene Druckverluste von 2 bar. Dies kann dazu führen, dass bis zu 50 Prozent der eingesetzten Antriebsenergie allein zum Ausgleich der Verluste im Netz benötigt wird. Netze sollten daher regelmäßig überprüft werden. Ggf. können Modernisierungen zu einem Minderbedarf an Kompressorleistung führen, die die Abschaltung ganzer Einheiten ermöglicht.

Diese Druckabfälle sollten bei guten Druckluftnetzen eingehalten werden:

• <0,1 bar vom Druckluftbehälter zur Kupplung an der Wandscheibe,
• <0,03 bar für die Hauptleitung,
• <0,03 bar für die Verteilerleitung,
• <0,04 bar für die Anschlussleitung und
• <0,3 bar für das Anschlusszubehör.

Netzsanierung

Über Jahre „gewachsene" Druckluftnetze, möglicherweise aus unterschiedlichen Werkstoffen und Durchmessern, bieten sich unter Energieeffizienzgesichtspunkten für eine entsprechende Überprüfung an. Allein die Kombination verschiedener Werkstoffe, Verbindungsarten und Querschnitte kann zu enormen Verlusten führen. Der Zustand des Leitungssystems hat darüber hinaus Einfluss auf die Luftqualität: Ablagerungen in den Leitungen können die Luftqualität mindern.

Eine Untersuchung der Lastabgabe der Kompressoren im Vergleich mit der Lastabnahme aus dem Druckluftnetz kann bereits wertvolle Hinweise zu den Leckagen liefern. Zudem sollte auf eine möglicherweise zu hohe Verdichtung hin geprüft werden. Sollte der Druck im Netz über dem Bedarf der Werkzeuge liegen, wirkt die Differenz wie ein Leckageverlust.

Es kommt also nicht alleine auf den Einsatz energieoptimaler Einzelkomponenten an. Die Komponenten müssen auch aufeinander abgestimmt sein. Ansonsten ist das vorhandene Optimierungspotenzial nicht voll ausgeschöpft.

Quellen

Energieagentur NRW, Leitfaden Energieeffizienz in Unternehmen, VIK-Praxisleitfaden zur rationellen Energieverwendung in der Industrie