Drucklufttechnik Grundlagen, Tipps und Anregungen

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1 Drucklufttechnik Grundlagen, Tipps und Anregungen

2 Kennen Sie Ihre Druckluftkosten? Wenn Sie es genau wissen wollen, dann fordern Sie jetzt Ihre Druckluftbedarfsanalyse (ADA) bei uns an. Nähere Informationen finden Sie auch in den Kapiteln bis 3 oder in unserem Prospekt Analyse und Beratung. Weitere Informationen und Hilfsmittel zum korrekten Planen Ihrer Druckluftversorgung finden Sie im Internet unter: > Services > Beratung und Analyse Name: Firma: Straße: Das Porto zahlt für Sie! Ort: Telefon und Fax: JA, JA, bitte senden Sie mir die Informationen Analyse und Beratung unverbindlich und kostenlos zu. ich bin an der Durchführung einer Analyse interessiert. Bitte nehmen Sie Kontakt mit mir auf. Werbeantwort KOMPRESSOREN GmbH Frau Schubert-Nothas Postfach Coburg...oder gleich per Fax an 0956/6083 Karte weg? Einfach kopieren, ausschneiden und abschicken!

3 Inhaltsverzeichnis 0. Was ist Druckluft? Druckluft wirtschaftlich aufbereiten Warum eigentlich Drucklufttrocknung? 0. Kondensat richtig ableiten 2 5. Kondensat kostengünstig und sicher aufbereiten 6. Effiziente Kompressorensteuerung 6 7. Druckbandsteuerung: Optimale verbrauchsorientierte Abstimmung von Kompressoren 8 8. Energie einsparen durch Wärmerückgewinnung Energieverluste vermeiden (): Druckluftnetz-Neuplanung Energieverluste vermeiden (2): Druckluftnetz-Sanierung 2. Kompressorstationen richtig planen (): Druckluft-Bedarfsanalyse (ADA) Kompressorstationen richtig planen (2): Ermitteln des wirtschaftlichsten Konzepts Kompressorstationen richtig planen (3): Druckluft-Bedarfsanalyse Ermitteln der Ist-Situation 30. Kompressorstationen richtig planen (): Effiziente Kühlung der Kompressorstation: Luftkühlung Druckluftsysteme richtig betreiben: Zuverlässigkeit und Kostenoptimierung langfristig erhalten

4 Mit der Druckluft verhält es sich so wie auch sonst im Leben: Der Teufel steckt oft im Detail, und kleine Ursachen rufen nicht selten große Wirkungen hervor im positiven wie im negativen Sinne. Auch sieht manches bei. Was ist Druckluft? näherer Betrachtung anders aus, als es auf den ersten Blick scheinen mag. So kann Druckluft unter ungünstigen Bedingungen teuer, unter den richtigen Rahmenbedingungen hingegen sehr wirtschaftlich sein. Möglicherweise rechnen sich daher unsere Tipps für Sie auf Dauer mehr als ein kluger Ratschlag Ihres Anlageberaters. In diesem ersten Kapitel geht es zunächst um die Klärung von vier Begriffen der Drucklufttechnik und darum, was Sie in diesem Zusammenhang beachten sollten.. Liefermenge Die Liefermenge eines Kompressors ist die entspannte Luftmenge, die der Kompressor komprimiert in das Druckluftleitungsnetz schickt. Die Normen DIN 95, Teil, Anhang F und ISO 27, Anhang C legen die korrekte Messung dieser Menge fest. Darüber hinaus gab es früher auch noch die CAGI- Pneurop-Empfehlung PN 2 CPTC 2. Bei der Liefermengenmessung geht man so vor: Zunächst werden am Lufteintritt der Gesamtanlage Temperatur, atmosphärischer Luftdruck und Luftfeuchte gemessen. Dem folgt die Messung des maximalen Betriebsdrucks, der Drucklufttemperatur und des geförderten Luftvolumens am Druckluftaustritt der Kompressoranlage. Schließlich wird das am Druckluftaustritt gemessene Volumen V2 mit Hilfe der Gasgleichung Motornennleistung (siehe Grafik ) auf die Ansaugbedingungen zurückgerechnet. Das Resultat dieser Berechnung ist die Liefermenge der Kompressoranlage. Sie ist nicht zu verwechseln mit der Liefermenge des Kompressorblocks (Blockliefermenge). V = V 2 x P 2 x T T 2 x F Bitte beachten Sie: DIN 95 und ISO 27 allein geben nur die Blockliefermenge wieder. Das gilt ebenfalls für die frühere CAGI- Pneurop-Empfehlung PN 2 CPTC. 2. Motorabgabeleistung Unter der Motorabgabeleistung versteht man die Leistung, die der Antriebsmotor des Kompressors mechanisch an der Motorwelle abgibt. Der Optimalwert der Motorabgabeleistung, bei dem ohne Motorüberlastung die opti- male Ausschöpfung des elektrischen Wirkungsgrades und des Leistungsfaktors cos ϕ erreicht wird, liegt im Bereich der Motornennleistung. Sie ist auf dem Typenschild des Elektromotors eingetragen. Achtung! Wenn die Motorabgabeleistung zu weit von der Motornennleistung abweicht, dann arbeitet der Kompressor unwirtschaftlich und/oder ist einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt. 3. Spezifische Leistung Als spezifische Leistung eines Kompressors bezeichnet man das Verhältnis zwischen der zugeführten elektrischen Aufnahmeleistung und der abgegebenen Luftmenge bei entsprechendem Betriebsdruck. Die einem Kompressor zugeführte elektrische Aufnahmeleistung ist die Summe der elektrischen Aufnahmeleistungen aller Antriebe, die in einem Kompressor vorhanden sind, z. B. Hauptmotor, Lüftermotor, Ölpumpenmotor, Stillstandsheizung usw. Wenn die spezifische Leistung für eine Wirtschaftlichkeitsberechnung benötigt wird, sollte sie auf die gesamte Kompressoranlage und den maximalen Betriebsdruck bezogen werden. Dabei wird dann der Wert der elektrischen Gesamtaufnahmeleistung bei Maximaldruck durch den Wert der Anlagenliefermenge bei Maximaldruck dividiert.. Elektrische Aufnahmeleistung Die elektrische Aufnahmeleistung ist diejenige Leistung, die der Antriebsmotor des Kompressors bei einer bestimmten mechanischen Belastung der Motorwelle (Motorabgabeleistung) aus dem elektrischen Netz aufnimmt. Sie ist um die Motorverluste höher als die Motorabgabeleistung. Zu den Motorverlusten gehören sowohl elektrische als auch mechanische Verluste durch Motorlagerung und -belüftung. Die ideale elektrische Aufnahmeleistung im Nennpunkt P lässt sich durch die Formel errechnen: P = U n x l n x 3 x cos ϕ n U n, l n, und cos ϕ n stehen auf dem Typenschild des Elektromotors. 5. EPACT die neue Formel für Energie sparenden Antrieb Bestrebungen der USA, den Energiebedarf von Drehstrom-Asynchronmotoren zu senken, mündeten in dem 997 in Kraft getretenen Energy Policy Act (kurz EPACT). Seit 998 werden Schraubenkompressoren mit Motoren, die dieser strengen Norm entsprechen, von auch in Europa angeboten. Die EPACT-Motoren bieten wesentliche Vorteile: a) Niedrigere Betriebstemperaturen Die durch Erwärmung und Reibung auftretenden internen Wirkungsgradverluste können bei kleineren Motoren bis zu 20 % der Leistungsaufnahme ausmachen, bei Motoren ab 60 kw bis 5 %. EPACT-Motoren kommen dagegen mit einer deutlich geringeren Erwärmung Innere Motorverluste, enthalten im Motorwirkungsgrad abgegebene Druckluftmenge zurückgeführte elektrische Leistung und damit weniger Wärmeverlusten aus: Während ein konventioneller Motor bei normaler Auslastung eine Betriebstemperaturerhöhung von ca. 80 K bei einer Temperaturreserve von 20 K gegenüber Isolationsklasse F hat, betragen unter gleichen Bedingungen bei einem EPACT-Motor die Temperaturerhöhung nur ca. 65 K und die Temperaturreserve 0 K. b) Längere Lebensdauer Niedrigere Betriebstemperaturen bedeuten zunächst eine geringere thermische Belastung des Motors, der La- ger und des Klemmkastens. Daraus ergibt sich als zweiter Vorteil eine verlängerte Lebensdauer des Motors. Energieverbrauch c) 6 Prozent mehr Druckluft mit weniger Energie Weniger Wärmeverluste führen nicht zuletzt zu erhöhter Wirtschaftlichkeit. So konnte durch genaue Abstimmung der Kompressoren auf die Möglichkeiten der EPACT-Motoren die Liefermengen der Anlagen um bis zu 6 % erhöhen und die spezifischen Leistungen um bis zu 5 % verbessern. Das heißt: höhere Förderleistung, kürzere Kompressorlaufzeiten und weniger Energieaufwand pro erzeugtem Kubikmeter Druckluft. 5

5 2. Druckluft wirtschaftlich aufbereiten Seit Jahren schwelt ein Exper - tenstreit darüber, wie Druckluft am wirtschaftlichsten aufzubereiten sei. Dabei geht es im Kern um die Frage, mit welchem Kompressorsystem ölfreie Druckluft am kostengünstigsten erzeugt werden kann. Unabhängig von den Aussagen einzelner Hersteller steht heute zweifelsfrei fest: Eine hochwertige ölfreie Druckluftqualität ist sowohl mit ölfrei verdichtenden als auch mit öl- oder fluidgekühlten Kompressoren erreichbar. Entscheidend für die Systemauswahl sollte daher die Wirtschaftlichkeit sein.. Was heißt ölfreie Druckluft? Nach dem ISO-Standard kann Druckluft dann als ölfrei bezeichnet werden, wenn ihr Ölgehalt (einschließlich Öldampf) unter 0,0 mg/m³ liegt. Das sind etwa vier Hundertstel dessen, was in atmosphärischer Luft enthalten ist. Diese Menge ist so verschwindend gering, dass sie sich kaum noch nachweisen lässt. Wie aber steht es um die Qualität der Kompressorenansaugluft? Sie hängt natürlich stark von den Umgebungsbedingungen ab. Schon in normal belasteten Zonen kann der Kohlenwasserstoffgehalt durch industrie- und verkehrsbedingte Emissionen zwischen und mg/m³ Luft betragen. In Industriegebieten, wo Öle als Schmier-, Kühl- und Prozessmedium eingesetzt werden, kann allein der Mineralölgehalt weit über 0 mg/ m³ liegen. Hinzu kommen noch weitere Verunreinigungen wie Kohlenwasser- stoffe, Schwefeldioxid, Ruß, Metalle und Staub. 2. Warum Aufbereitung? Jeder Kompressor, gleich welcher Bauart, wirkt wie ein gigantischer Staubsauger, der Verunreinigungen aufnimmt, durch Verdichtung der Luft konzentriert und bei fehlender Aufbereitung an das Druckluftnetz weitergibt. a) Druckluftqualität bei ölfreien Kompressoren Dies gilt besonders für Kompressoren mit ölfreier Verdichtung. Wegen der unter. genannten Belastungen ist es nicht möglich, mit einem Kompressor, der nur über ein 3-Mikron-Staubfilter verfügt, ölfreie Druckluft zu erzeugen. Ölfrei verdichtende Kompressoren haben außer diesen Staubfiltern keine weitere Aufbereitungskomponente. b) Druckluftqualität bei fluidbzw. ölgekühlten Kompressoren Im Gegensatz dazu werden bei öl- und fluidgekühlten Kompressoren aggressive Stoffe durch das Kühlfluid (Öl) neutralisiert und Feststoffe teilweise aus der Druckluft herausgewaschen. Trotz des höheren Reinheitsgrades der erzeugten Druckluft gilt aber auch für diese Verdichtungsart: Ohne Aufbereitung geht es nicht. Mit ölfreier und ölgekühlter Verdichtung allein lässt sich keine definierte ölfreie Druckluftqualität gemäß ISO erreichen. c) Basis Drucklufttrocknung Grundlage jeder anwendungsgerechten Aufbereitung ist die ausreichende Trocknung der Druckluft. In den meisten Fällen ist die Energie sparende Kältetrocknung das wirtschaftlichste Verfahren (siehe Kapitel Warum eigentlich Drucklufttrocknung?, S. 9). 3. Auswahl des richtigen Kompressorsystems Wenn für bestimmte Anwendungsbereiche ölfreie und für andere ölbzw. fluidgekühlte Kompressorsysteme empfohlen werden, dann sollte das nicht mit Blick auf die vom jeweiligen Kompressorsystem erreichbare Druckluftqualität, sondern mit Blick auf die Wirtschaftlichkeit geschehen. Diese wird vor allem von der Höhe der Energieund Wartungskosten bestimmt, deren Anteil an den Drucklufterzeugungskosten bis zu 90 % betragen kann. Den Löwenanteil von 75 bis 85 % machen die Energiekosten aus. So sind etwa im Niederdruckbereich von 500 mbar (a) bis ca. 3 bar (a) ölfrei verdichtende Systeme wie Drehkolbengebläse [bis 2 bar (a)] energetisch sehr günstig. Ab bar (a) bis 6 bar (a) sind dagegen fluid- oder ölgekühlte Schraubenkompressoren den so genannten ölfreien in puncto Wirtschaftlichkeit überlegen. Bereits ab 5 bar (a) müssen ölfreie Kompressoren mit zwei Verdichtungsstufen ausgerüstet werden, um ein vernünftiges Verhältnis zwischen Leistungsbedarf und Druckluftliefermenge zu erreichen. Die große Anzahl erforderlicher Kühler, hohe Drehzahlen, ein enormer steuerungstechnischer Aufwand, Wasserkühlung und hohe Anschaffungskosten machen den Einsatz ölfreier Verdichtung in diesem Druckbereich wirtschaftlich Wählen Sie je nach Bedarf/Anwendung den gewünschten Aufbereitungsgrad: Druckluftaufbereitung mit Kältetrockner (Drucktaupunkt + 3 C) Anwendungsbeispiele: Auswahl Aufbereitungsgrad ISO ) Reinstluft- und auf Reinraumtechnik Anfrage Molkerei, Brauerei Nahrungs- und Genussmittelherstellung besonders saubere Förderluft, Chemieanlagen Reinstluft- und auf Reinraumtechnik Anfrage Pharmaindustrie Webmaschinen, Fotolabor Farbspritzen, Pulverbeschichten Verpacken, Steuer- und Instrumentenluft allgemeine Werksluft, Sand - strahlen mit Güteanforderung Kugelstrahlen Kugelstrahlen ohne Güteanforderung Förderluft für Abwassersysteme keine Qualitätsvorgaben Für nicht frostgeschützte Druckluftnetze: Druckluftaufbereitung mit Adsorptionstrockner (Drucktaupunkt bis -70 C) Pharmaindustrie, Molkerei, Brauerei Chipherstellung, Optik, Nah rungsund Genussmittelherstellung Lackieranlagen Reinstluft- und Reinraumtechnik Prozessluft, Pharmaindustrie Fotolabor Besonders trockene Förderluft, Farbspritzen, Feinstdruckregler Staub Wasser Öl Reinstluft- und auf Reinraumtechnik Anfrage -3 fragwürdig. Hinzu kommt, dass die Druckluft aus ölfreien Kompressoren durch angesaugte Schwefelanteile und ausfallendes Kondensat aggressiv ist: Ihr ph-wert liegt bei 3 bis 6.. Aufbereitung mit dem -Reinstluftsystem Moderne fluid- oder ölgekühlte Schraubenkompressoren haben einen um ca. 0 % höheren Wirkungsgrad als ölfrei verdichtende Kompressoren. Das von für fluid- oder ölgekühlte Schraubenkompressoren entwickelte Reinstluftsystem ermöglicht bei der auf Anfrage Staub Wasser Öl Keime Keime FST DHS FE DHS DHS DHS DHS DHS auf Anfrage FST auf Anfrage ACT FE FF FF * Erzeugung ölfreier Druckluft weitere Kosteneinsparungen um bis zu 30 %. Der mit diesem System erreichte Restölgehalt liegt unter 0,003 mg/m³, also weit unter dem von der ISO-Norm festgelegten Grenzwert. Das System umfasst alle Aufbereitungskomponenten zum Erzeugen der erforderlichen Druckluftqualität. Je nach Anwendung kommen Kälte- oder Adsorptionstrockner (siehe auch Kapitel Warum eigentlich Drucklufttrocknung?, S. 9) und verschiedene Filterkombinationen zum Einsatz. So können von trockener über partikelfreie bis hin zu technisch ölfreier und steriler FB bei -Schraubenkompressoren andere Anlage DHS auf Anfrage FST -3 DHS FE DHS FST DHS auf Anfrage FG FD FD FFG ACT FD * * * FC T ECD Kompressor THNF Aquamat Filter Druckluftbehälter AT AT FE ECD Aufstellung bei stark schwankendem Druckluftbedarf *im Kältetrockner, Serie TG bis TI sind FE-Mikrofilter optional einbaubar. Filter Druckluftbehälter T ZK Aufstellung bei stark schwankendem Druckluftbedarf Kompressor FE ZK THNF Aquamat Erläuterungen: THNF = Stofftaschenfilter zum Reinigen staubhaltiger und stark verschmutzter Ansaugluft ZK = Zyklonabscheider zur Ausscheidung von Kondensat ECD = ECO-DRAIN elektronisch niveaugesteuerter Kondensatableiter FB = Vorfilter FC = Vorfilter FD = Nachfilter (Abrieb) FE = Mikrofilter zum Ausscheiden von Ölnebel u. Feststoff partikeln FF = Mikrofilter zum Ausscheiden von Ölaerosolen und Feststoffpartikeln FG = Aktivkohlefilter zur Aufnahme der Öldampfphase FFG = Mikrofilter-Aktivkohle-Kombination T = Kältetrockner zur Drucklufttrocknung, Drucktaupunkt bis +3 C AT = Adsorptionstrockner zur Drucklufttrocknung, Drucktaupunkt bis -70 C ACT = Aktivkohleadsorber zur Aufnahme der Öldampfphase FST = Sterilfilter für keimfreie Druckluft Aquamat = Kondensataufbereitungssystem DHS = Druckhaltesystem Druckluftfremdstoffe: + Staub + Wasser/Kondensat + Öl + Keime Filtrationsgrade: Klasse ISO Feststoffe/Staub ) Feuchtigkeit 2) öl- Gesamt- gehalt 2) max. Teilchengröße µm max. Teilchendichte mg/m³ Drucktaupunkt (x=wasseranteil in g/m ³ flüssig) z.b. für Reinstluft- und Reinraumtechnik nach Rücksprache mit möglich mg/m³ 0, 0, , , x 0,5 8 0,5 < x < x 0 ) nach ISO :99 (Die Angabe von Partikelgehalten erfolgt nicht nach ISO : 200, da die dort defi nierten Grenzwerte für Klasse der Thematik Reinstraum zuzuordnen sind). 2) nach ISO : 200 Druckluft alle gemäß ISO-Standard festgelegten Druckluft-Qualitätsklassen zuverlässig und kostengünstig erzeugt werden. 5. Aufbereitungsschema Als Handreichung findet der Anwender auf jedem neuen -Schraubenkompressorenprospekt obiges Schema. Ausgehend von der Anwendung lässt sich so auf einen Blick die jeweils richtige Gerätekombination ermitteln. 6 7

6 Das Problem liegt in der Luft und zwar im wahrsten Sinn des Wortes: Wenn atmosphärische Luft sich abkühlt, wie es nach der Verdichtung im Kompressor der Fall ist, dann kondensiert Wasserdampf aus. 3. Warum eigentlich Drucklufttrocknung? So produziert ein 30-kW- Kompressor mit einer Liefermenge von 5 m 3 /min bei 7,5 bar unter durchschnittlichen Bedingungen pro Arbeitsschicht etwa 20 Liter Wasser. Es muss aus dem Druckluftsystem entfernt werden, um Betriebsstörungen und Schäden vorzubeugen. Drucklufttrocknung bildet also einen wichtigen Bestandteil anwendungsgerechter Aufbereitung. In diesem Kapitel finden Sie Wissenswertes zum Thema kostengünstige und umweltgerechte Trocknung. Umgebungsluft: 0 m³/min Verdichtungsverhältnis bei 20 C mit 02,9 g/min Wasser, : 0 Sättigungsgrad 60 % Bm 3 /min, bei 80 C mit 02,9 g/min Wasser, Sättigungsgrad 35 %. Ein Beispiel aus der Praxis Saugt ein fluidgekühlter Schraubenkompressor bei 20 C unter Umgebungsdruck pro Minute 0 m³ Luft mit 60 % relativer Feuchte an, dann enthält diese Luft ca. 00 g Wasserdampf. Wird die Luft im Verdichtungsverhältnis :0 auf einen Absolutdruck von 0 bar verdichtet, dann erhält man Betriebskubikmeter. Bei einer Temperatur von 80 C nach der Verdichtung kann die Luft jedoch 290 g Wasser pro Kubikmeter aufnehmen. Da aber nur ca. 00 g vorhanden sind, ist die Luft mit einer relativen Feuchte von ca. 35 % recht trocken und es entsteht kein Kondensat. Im Nachkühler des Kompressors wird die Drucklufttemperatur aber von 80 auf ca. 30 C reduziert. Danach kann der Kubikmeter Luft nur noch rund 30 g Wasser aufnehmen, so dass ein Wasser- Abkühlung: Bm 3 bei +3 C mit 02,9 g/min Wasser, Sättigungsgrad 728 %, Kondensatausfall 96,95 g/min, 6536 g/8h Tag = ca. 7 Liter überschuss von ca. 70 g/min entsteht, kondensiert und abgeschieden wird. Bei einem 8-Stunden-Arbeitstag fallen somit ca. 35 Liter Kondensat an. Weitere 6 Liter pro Tag werden beim Einsatz nachgeschalteter Kältetrockner abgeschieden. In diesen Trocknern wird die Druckluft zunächst auf +3 C abgekühlt und später auf Umgebungstemperatur rückerwärmt. Das führt zu einer Feuchte-Untersättigung von ca. 20 % und damit zu einer besseren, relativ trockenen Druckluftqualität. 2. Ursache Luftfeuchte Unsere Umgebungsluft ist mehr oder weniger feucht, das heißt, sie enthält immer auch einen Wasseranteil. Diese Feuchte hängt von der jeweils herrschenden Temperatur ab. So bindet beispielsweise zu 00 % wasserdampfgesättigte Luft bei +25 C nahezu 23 g Wasser pro Kubikmeter. 3. Kondensatbildung Kondensat entsteht, wenn das Luftvolumen verringert und zugleich die Lufttemperatur gesenkt wird. Damit verringert sich das Wasseraufnahmevermögen der Luft. Genau dies geschieht im Verdichterblock und im Nachkühler eines Kompressors.. Wichtige Begriffe kurz erklärt a) Absolute Luftfeuchte Unter der absoluten Luftfeuchte versteht man den Wasserdampfgehalt der Luft, angegeben in g/m³. b) Relative Luftfeuchte (F rel ) Die relative Luftfeuchte gibt den Sättigungsgrad, d. h. das Verhältnis des realen Wasserdampfgehaltes zum jeweiligen Sättigungspunkt (00 % F rel ) der Luft, an. Dieser ist je nach Temperatur variabel: Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte. c) Atmosphärischer Taupunkt Der atmosphärische Taupunkt ist diejenige Temperatur, bei der die Luft unter atmosphärischem Druck (Umgebungsbedingungen) einen Feuchte-Sättigungsgrad (F rel ) von 00 % erreicht. Dazu folgende Beispielwerte: Taupunkt in C max. Wassergehalt in g/m³ +0 50, , +20 7, +0 9, 0,9-0 2,2-20 0,9-25 0,5 Bezeichnung Kältemittel Zusammensetzung Formel d) Drucktaupunkt Unter dem Drucktaupunkt versteht man die Temperatur, bei der die Druckluft unter ihrem Absolutdruck ihren Feuchte- Sättigungspunkt (00 % F rel ) erreicht. Für das obige Beispiel heißt das: Die unter einem Druck von 0 bar (a) stehende Luft hat bei einem Drucktaupunkt von +3 C eine absolute Luftfeuchte von 6 g pro Betriebskubikmeter. Zur Verdeutlichung: Entspannt man den im Beispiel genannten Betriebskubikmeter von 0 bar (a) auf atmosphärischen Druck, so vergrößert sich sein Volumen wieder um das Zehnfache. Der Wasserdampfanteil von 6 g bleibt unverändert, verteilt sich aber nun auf das zehnfache Volumen. Damit enthält jeder Kubikmeter entspannter Luft nur noch 0,6 g Wasserdampf. Das entspricht einem atmosphärischen Taupunkt von -2 C. 5. Wirtschaftliche und umweltgerechte Drucklufttrocknung a) Kälte- oder Adsorptionstrockner? Die umweltrechtlichen Neuregelungen bezüglich der Kältemittel ändern nichts daran, dass Adsorptionstrockner weder von der Wirtschaftlichkeit noch von der Umweltbilanz her eine Alternative zu Kältetrocknern darstellen. Letztere benötigen nämlich nur 3 % der Energie, die der Kompressor zur Drucklufterzeugung braucht, Adsorptionstrockner dagegen 0 bis 25 % oder mehr. Daher sollten auch heute im Normalfall Kältetrockner eingesetzt werden. Der Einsatz von Adsorptionstrocknern ist dagegen nach wie vor nur sinnvoll, wenn extrem trockene Druckluftqualitäten mit Taupunkten bis -20, -0 oder -70 C benötigt werden. b) Welches Kältemittel? FCKW wie R 2 und R 22 dürfen in neuen Kältetrocknern nicht mehr eingesetzt werden. Die Tabelle (unten) zeigt Ozonabbaupotential (engl.: ODP = ozone depletion potential) [R 2 = 00 %] die zur Verfügung stehenden Kältemittel und deren Einfluss auf die Umwelt. Bis zum Jahr 2000 verwendeten die meisten Kältetrocknerhersteller R 22, ein teilhalogeniertes FCKW. Es hatte gegenüber R 2 ein Ozonabbaupotential von nur 5 %, und auch das Treibhauspotential war mit 2 % erheblich geringer. Heute setzen die Hersteller vorwiegend das H-FKW R 3a ein, das vom Gesetzgeber wegen seiner Unschädlichkeit für die Ozonschicht der Atmosphäre als Ersatzkältemittel für R 2 alternativ zu R 22 empfohlen wurde. Der Vorteil von R 3a liegt in der Möglichkeit, mit R 2 betriebene ältere Anlagen ohne großen maschinellen Aufwand auf das neue Kältemittel umrüsten zu können. Zur Zeit kommen neben R 3a weitere H-FKW mit einem Ozonabbaupotential von ebenfalls 0 % zum Einsatz wie R 0A und R 07C. Dabei handelt es sich um so genannte Blends, Mischungen verschiedener Kältemittel, die jedoch unterschiedlich hohe Temperatur- Glides, das heißt Abweichungen der Verdampfungs- und Kondensationstemperaturen ihrer Bestandteile, aufweisen und zudem ein gegenüber R 3a höheres Treibhauspotential haben (siehe Tabelle unten). R 07C kommt daher nur für besondere Einsatzbereiche in Frage. R 0A hingegen ist wegen seines niedrigen Temperatur- Glides für höhere Durchflusskapazitäten ab 2 m³/min interessant. Treibhauspotential (engl.: GWP = global warming potential) [R 2 = 00 %] Temperatur- Glide Mögliche Abweichung der Verdampfungs-/ Kondensationstemperatur [K] H-FCKW Kältemittel R 22 CHClF 2 5 % 2 % 0 H-FKW R 3A Kältemittel und Blends R 0A CH 2 F-CF 3 0 % 8 % 0 R 3a/25/3a 0 % 26 % 0,7 R 07C R 32/25/3a 0 % % 7, 8 9

7 Kondensat ist ein unvermeidliches Nebenprodukt der Drucklufterzeugung. Wie es entsteht, haben wir in Kapitel Warum eigentlich Drucklufttrocknung? (S.8) beschrieben. Demnach erzeugt schon ein. Kondensat richtig ableiten werden, dass alle Zu- und Abgänge von oben oder von der Seite angeschlossen sind. Definierte Kondensatabgänge nach unten, so genannte Wassersäcke, ermöglichen es, das Kondensat aus der Hauptleitung abzuführen. Bei einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 2 bis 3 m/s und korrekter Auslegung scheidet ein Wassersack im Feuchtbereich des Druckluftsystems auftretendes Kondensat ebenso effektiv ab wie ein Druckluftbehälter (Bild ). c) Dezentrale Abscheider Wenn keine zentrale Drucklufttrocknung vorhanden ist, fallen große Kondensatmengen an den kurz vor den Druckluftverbrauchern installierten Wasserabscheidern an. Deren Wartungsbedarf ist dann allerdings enorm. 2. Gängige Ableitersysteme Derzeit sind im Wesentlichen drei Systeme im Einsatz: c) Kondensatableiter mit Niveausteuerung ( ECO DRAIN, Bild 3) Heute sind überwiegend Ableiter mit intelligenter Niveausteuerung im Einsatz. Sie haben den Vorteil, dass die störungsanfällige Schwimmerfunktion durch einen elektronischen Sensor ersetzt wird. Das heißt, im Gegensatz zum Schwimmerableiter sind Störungen durch Verschmutzung oder mechanischen Verschleiß ausgeschlossen. Außerdem werden Druckluftverluste 30-kW-Kompressor mit einer Liefermenge von 5 m³/min unter durchschnittlichen Betriebsbedingungen ca. 20 Liter Kondensat pro Schicht. Es muss aus dem Druckluftsystem entfernt werden, um Störungen und Korrosionsschäden zu vermeiden. In diesem Kapitel erfahren Sie, wie Sie das Kondensat richtig ableiten und dabei erheblich Kosten einsparen können.. Kondensatableitung In jedem Druckluftsystem fällt an bestimmten Stellen mit diversen Verunreinigungen belastetes Kondensat an (Bild oben). Eine zuverlässige Kondensatableitung ist daher unbedingt erforderlich. Sie hat wesentlichen Einfluss auf Druckluftqualität, Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit einer Druckluftanlage. a) Kondensatsammelund -ableitstellen Zum Sammeln und Ableiten des Kondensats tragen zunächst mechanische Elemente des Druckluftsystems bei. Dort fallen bereits 70 bis 80 % des gesamten Kondensats an vorausge- setzt, die Kompressoren haben eine gute Nachkühlung. Zyklonabscheider: Hierbei handelt es sich um einen mechanischen Abscheider, der das Kondensat mit Hilfe der Zentrifugalkraft von der Luft trennt (siehe Bild unten rechts). Um optimal arbeiten zu können, muss er stets einem Drucklufterzeuger zugeordnet sein. Zwischenkühler: Bei zweistufigen Kompressoren mit Zwischenkühlern fällt Kondensat auch am Abscheider des Zwischenkühlers an. Druckluftbehälter: Neben seiner Hauptfunktion als Speicher trennt der Druckbehälter durch die Schwerkraft das Kondensat von der Luft. Ausreichend dimensioniert (Kompressorförderleistung/min : 3 = Behältergröße in m³) ist er genauso effektiv wie ein Zyklonabscheider. Im Unterschied zu diesem kann er aber in der zentralen Druckluftsammelleitung der Kompressorstation eingesetzt werden, wenn der Lufteintritt unten und der Luftaustritt oben ist. Außerdem kühlt der Behälter die Druckluft durch seine große Wärmeabstrahlfläche zusätzlich ab und verbessert die Kondensatabscheidung weiter. Wassersack in der Druckluftleitung: Um undefiniertes Strömen des Kondensats zu vermeiden, muss die Druckluftleitung im Feuchtbereich so ausgeführt Bild : Wassersack mit Kondensatableiter Bild 2: Schwimmerableiter Bild 3: ECO DRAIN mit Kugelhahn b) Drucklufttrockner Neben den bereits genannten gibt es weitere Kondensatsammel- und -ableitstellen im Bereich der Drucklufttrocknung. Kältetrockner: Bedingt durch die Abkühlung und die so bewirkte Trocknung der Druckluft wird im Kältetrockner weiteres Kondensat abgeschieden. Adsorptionstrockner: Durch die spürbare Abkühlung in der Druckluftleitung fällt schon am Vorfilter des Adsorptionstrockners Kondensat an. Im Adsorptionstrockner selbst tritt Wasser aufgrund der darin herrschenden Partialdruckverhältnisse nur in Dampfform auf. a) Schwimmerableiter (Bild 2) Der Schwimmerableiter gehört zu den ältesten Ableitersystemen und trat an die Stelle der völlig unwirtschaftlichen und zu unsicheren manuellen Ableitung. Doch auch die Kondensatableitung nach dem Schwimmerprinzip erwies sich wegen der in der Druckluft vorhandenen Verunreinigungen als äußerst wartungsintensiv und störanfällig. b) Magnetventil Magnetventile mit Zeitsteuerung sind zwar betriebssicherer als Schwimmerableiter, aber sie müssen dennoch regelmäßig auf Verunreinigungen geprüft werden. Falsch justierte Ventilöffnungszeiten verursachen zudem Druckluftverluste und damit erhöhten Energieverbrauch. (wie beim Schwimmerventil) durch exakt errechnete und angepasste Ventil öffnungszeiten vermieden. Weitere Vorteile sind die automatische Selbstüberwachung und die mögliche Signalweitergabe an eine zentrale Leittechnik. d) Richtige Installation Zwischen Kondensatabscheidesystem und Kondensatableiter sollte stets ein kurzes Leitungsstück mit Kugelhahn eingebaut werden (Bild 3). So lässt sich der Ableiter bei Wartungsarbeiten absperren, und der Betrieb der Druckluftanlage kann störungsfrei weiterlaufen. 0

8 Bei der Drucklufterzeugung entstehen zwangsläufig erhebliche Mengen Kondensat (vgl. dazu auch Kapitel 3 und ). Die Bezeichnung Kondensat verführt möglicherweise zu der Annahme, es handele sich dabei 5. Kondensat kostengünstig und sicher aufbereiten lediglich um kondensierten Wasserdampf. Doch Vorsicht! Jeder Kompressor wirkt wie ein überdimensionaler Staubsauger: Er saugt mit kontaminierter Umgebungsluft Verunreinigungen an und gibt diese konzentriert über die noch unaufbereitete Druckluft an das Kondensat weiter.. Warum eigentlich Kondensataufbereitung? Druckluftanwender, die Kondensat einfach in die Kanalisation leiten, riskieren empfindliche Strafen. Der Grund: Das bei der Drucklufterzeugung anfallende Kondensat ist ein brisantes Gemisch. Aufgrund der bestehenden Umweltbelastungen enthält es neben Staubpartikeln auch Kohlenwasserstoffe, Schwefeldioxid, Kupfer, Blei, Eisen und etliches mehr. Maßgebend für die Kondensatentsorgung von Druckluftanlagen in Deutschland ist das Wasserhaushaltsgesetz. Es schreibt vor, dass schadstoffhaltiges Wasser nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik ( 7a WHG) aufbereitet werden muss. Dies betrifft jede Art Druckluftkondensat auch das aus ölfrei verdichtenden Kompressoren. Für alle Schadstoffe und den ph-wert gibt es gesetzliche Grenzwerte. Sie sind je nach Branche und Bundesland unterschiedlich festgelegt. Für Kohlenwasserstoffe z. B. beträgt der höchstzulässige Wert 20 mg/l; der ph-wertbereich für einleitfähiges Kondensat erstreckt sich von 6 bis Kondensatbeschaffenheit a) Dispersion Druckluftkondensat kann verschiedene Beschaffenheiten aufweisen. Dispersionen treten im Regelfall bei fluidgekühlten Schraubenkompressoren auf, die mit synthetischen Kühlmitteln wie Sigma Fluid S60 betrieben werden. Dieses Kondensat hat im Normalfall ph-werte zwischen 6 und 9. Es kann somit als ph-neutral angesehen werden. Aus der atmosphärischen Luft eingetragene Verunreinigungen setzen sich bei diesem Kondensat in einer aufschwimmenden, leicht vom Wasser trennbaren Ölschicht fest. b) Emulsion Sichtbares Zeichen für das Vorhandensein einer Emulsion ist eine milchige Flüssigkeit, die sich auch nach mehreren Tagen nicht in zwei Phasen trennt (siehe Bild, rechts). Diese Kondensatqualität tritt nicht selten bei Kolben-, Schrauben- und Vielzellenkompressoren auf, die mit herkömmlichen Ölen betrieben werden. Auch hier sind Schadstoffe in den Ölbestandteilen gebunden. Wegen der starken, stabilen Durchmengung lassen sich Öle und Wasser, aber auch angesaugte Verunreinigungen wie z. B. Staub und Schwermetalle nicht durch Schwerkraft trennen. Wenn die vorhandenen Öle Esteranteile aufweisen, kann das Kondensat außerdem aggressiv sein und muss neutralisiert werden. Die Aufbereitung solcher Kondensate ist nur mit Emulsionsspaltanlagen möglich. c) Kondensat aus ölfrei verdichtenden Kompressoren Das aus ölfrei verdichtenden Systemen stammende Kondensat enthält wegen 2 3 der steigenden Umweltbelastungen mitunter trotzdem beträchtliche Ölanteile. Es weist darüber hinaus oft hohe Schwefeldioxid-, Schwermetall- und/ oder weitere Feststoffanteile auf. Das bedeutet: Dieses Kondensat ist in der Regel aggressiv und hat ph-werte zwischen 3 und 6. Kondensate dieser Qualität sind unaufbereitet nicht einleitfähig, auch wenn das immer wieder behauptet wird. 3. Externe Entsorgung Natürlich ist es möglich, das Kondensat zu sammeln und durch Spezialunternehmen entsorgen zu lassen. Allerdings liegen die Entsorgungskosten je nach Kondensatbeschaffenheit zwischen ca. 0 und 50 /m³. Angesichts der anfallenden Kondensatmengen dürfte somit die betriebliche Aufbereitung meistens rentabel sein. Sie hat den Vorteil, dass von der ursprünglichen Entsorgungsmenge nur noch etwa 0,25 % übrigbleiben, die umwelttechnisch zu entsorgen sind. Jeder Kompressor saugt mit der Umgebungsluft Wasserdampf und Verunreinigungen an. Das daraus entstehende Kondensat muss von Öl und weiteren Schadstoffen (Bild oben, 2) befreit werden, bevor es als Reinwasser (Bild oben, 3) einleitfähig ist. Aufbereitungsverfahren a) für Dispersionen Zum Aufbereiten dieser Kondensatart genügt meist ein Dreikammertrenn- Schwerkrafttrenngeräte wie dieser bereiten Kondensat-Dispersionen höchst zuverlässig und kostengünstig auf gerät, das aus zwei Vorabscheidekammern und einer Aktivkohlefilterkammer besteht. Der eigentliche Trennvorgang erfolgt mittels Schwerkraft. Die auf der Flüssigkeitsoberfläche in der Trennkammer des Gerätes aufschwimmende Ölschicht wird in einen Sammelbehälter geleitet und als Altöl entsorgt. Das zurückbleibende Wasser wird anschließend in zwei Stufen filtriert und kann danach in die Kanalisation eingeleitet werden. Gegenüber der Komplettentsorgung durch ein Fachunternehmen lässt sich mit Schwerkrafttrennern eine Kostenersparnis von ca. 95 % erreichen. Die Geräte werden gegenwärtig bis zu einer Kapazität von 05 m³/min Kompressorenliefermenge angeboten. Selbstverständlich ist es bei höherem Bedarf auch möglich, mehrere Geräte parallel zu schalten. b) für Emulsionen Zur Aufbereitung stabiler Emulsionen werden heute im Wesentlichen zwei Gerätetypen eingesetzt: Membrantrennsysteme arbeiten nach dem Prinzip der Ultrafiltration mit dem so genannten Cross-Flow-Verfahren. Dabei überströmt vorfiltriertes Kondensat die Membranen. Ein Teil der Flüssigkeit durchdringt diese und verlässt als einleitfähiges Reinwasser das Gerät. Der zweite Gerätetyp arbeitet mit einem pulverisierten Trennmittel. Dieses kapselt Ölpartikel ein und bildet anschließend gut filtrierbare Makroflocken. Filter mit definierter Porenweite halten diese Flocken zuverlässig zurück. Das abfließende Wasser kann eingeleitet werden. c) für Kondensat aus ölfrei verdichtenden Kompressoren Kondensat aus ölfrei verdichtenden Kompressoren muss durch chemische Trennverfahren aufbereitet werden. Dazu gehören die ph-neutralisation durch Zugabe basischer Stoffe sowie die Bindung und Konzentration der Schwermetallanteile in einem Filterkuchen, der als Sonderabfall zu entsorgen ist. Dieses Verfahren ist mit Abstand das aufwendigste. Sondereinleitungsgenehmigungen müssen sich nicht nur auf mögliche Ölanteile des Kondensats, sondern auch auf konzentrierte, aus der Umgebungsluft angesaugte Schadstoffe beziehen. Letztere können das Kondensat erheblich verunreinigen. Bei stabilen Kondensat-Emulsionen kommen unter anderem Membrantrennsysteme zum Einsatz 2 3

9 Trotz aller Vorteile ist Druckluft ein relativ teurer Energieträger. Die Devise muss daher lauten: Kosten senken, wo immer möglich. Eine Hauptursache für überhöhte Kosten ist in zahlreichen Anwendungsfällen die Druck Dual-Regelung Volllast-Leerlauf-Aussetz-Regelung Volllast Druck Dual-GD-Regelung Gleichdruck, kontinuierliche Liefermengenregelung mit Proportionalregler Volllast Leerlauf Stillstand Motornennleistung in % Leerlauf Stillstand Motornennleistung in % 6. Effiziente Kompressorensteuerung Druck Quadro-Regelung Volllast-Leerlauf-Aussetz-Regelung mit selbsttätiger Wahl der optimalen Betriebsart Zeit Druck SFC (FU) Frequenz-Umrichtung kontinuierliche Liefermengenregelung über Motordrehzahl Zeit Volllast Volllast Tatsache, dass die Liefermenge der Kompressoren oft nicht richtig an den schwankenden Druckluftbedarf angepasst wurde. So weisen Kompressoren nicht selten einen Auslastungsgrad von lediglich 50 % auf. Viele Betreiber sind sich dessen gar nicht bewusst, weil ihre Kompressoren nur Betriebsstunden-, aber keine Volllaststundenzähler haben. Gut abgestimmte Steuerungssysteme schaffen hier Abhilfe: Indem sie den Auslastungsgrad auf 90 % und mehr steigern, können sie eine Energieersparnis von 20 % und mehr bewirken. b) Aufgaben übergeordneter Steuerungen Die Koordination des Kompressorenbetriebs ist eine ebenso anspruchsvolle wie umfassende Aufgabe. So müssen übergeordnete Steuerungen heute nicht nur in der Lage sein, Kompresgänge werden allerdings nur die Druck führenden Bereiche des Kompressors entlastet. Der Motor hingegen läuft noch eine gewisse Zeit nach. Die dafür erforderliche Energie ist als Verlust zu betrachten. Der Energiebedarf der so geschalteten Kompressoren liegt während der Leerlaufphase immer noch bei 20 % der Volllastleistung. b) Frequenzumrichtung Kompressoren, die durch Frequenzumrichter drehzahlgeregelt werden, weisen über ihren Regelbereich keinen konstanten Wirkungsgrad auf. Er verringert sich z. B. im Regelbereich zwischen 30 und 00 % bei einem 90-kW-Motor von 9 auf 86 %. Hinzu kommen der Verlust durch den Frequenzumrichter und das nichtlineare Leistungsverhalten der Kompressoren. Falsch eingesetzt können FU-Systeme somit zu Energiefressern werden, ohne dass es der Anlagenbetreiber bemerkt. Die Frequenzumrichtung ist demnach kein Allheilmittel, wenn es um einen möglichst Energie sparenden Kompressorenbetrieb geht. 2. Klassifizierung des Luftbedarfs In der Regel lassen sich Kompressoren je nach ihrer Funktion als Grundlast-, Mittellast-, Spitzenlast- oder Standby- Anlage klassifizieren. a) Grundlast-Luftbedarf Unter dem Grundlast-Luftbedarf versteht man die Luftmenge, die ein Betrieb ständig benötigt.. Interne Steuerung a) Volllast/Leerlaufregelung In den meisten Kompressoren werden Drehstrom-Asynchronmotoren als Antriebsaggregate eingesetzt. Die zulässige Schalthäufigkeit dieser Motoren wird mit zunehmender Leistungsgröße immer geringer. Sie entspricht nicht der erforderlichen Schalthäufigkeit, die benötigt wird, um Kompressoren mit geringer Schaltdifferenz entsprechend dem tatsächlichen Druckluftverbrauch ein- und auszuschalten. Durch diese Schaltvorb) Spitzenlast-Luftbedarf Der Spitzenlast-Luftbedarf ist dagegen die Luftmenge, die zu bestimmten Verbrauchsspitzenzeiten benötigt wird. Sie ist aufgrund der Anforderungen verschiedener Verbraucher unterschiedlich groß. Um die diversen Lastfunktionen so gut wie möglich erfüllen zu können, müssen die Kompressoren mit unterschiedlichen Steuerungen ausgestattet werden. Diese Steuerungen müssen in der Lage sein, beim Ausfall eines übergeordneten Steuerungssystems den weiteren Kompressorenbetrieb und damit die Druckluftversorgung aufrechtzuerhalten. 3. Übergeordnete Steuerung Übergeordnete Steuerungen sind Systeme, die den Betrieb der Kompressoren in einer Druckluftstation koordinieren und die einzelnen Anlagen je nach Luftbedarf zu- oder abschalten. a) Anlagen-Splitting Das Splitting ist die Aufteilung von Kompressoren gleicher oder verschiedener Leistungsgröße und Steuerungsart je nach dem Grundlast- und Spitzenlast- Luftbedarf eines Betriebes. Leerlauf Stillstand Motornennleistung in % In der kompressorinternen Steuerung Sigma Control sind bereits vier Steuerungskonzepte zur Konfiguration vorgegeben soren verschiedener Bauarten und Größen zum richtigen Zeitpunkt einzusetzen. Sie müssen darüber hinaus die Anlagen wartungstechnisch überwachen, Betriebszeiten der Kompressoren angleichen und Fehlfunktionen aufnehmen, um die Servicekosten einer Druckluftstation zu verringern und die Betriebssicherheit zu erhöhen. c) Richtige Abstufung Eine wichtige Voraussetzung für eine effiziente das heißt Energie sparende übergeordnete Steuerung ist eine lückenlose Abstufung der Kompressoren. Die Summe der Liefermengen der Spitzenlastanlagen muss daher größer sein als die der nächsten zu schaltenden Grundlastanlage. Bei Einsatz einer drehzahlgeregelten Spitzenlastanlage muss entsprechend der Regelbereich größer sein als die Liefermenge des nächsten zu schaltenden Kompressors. Ansonsten kann die Wirtschaftlichkeit der Druckluftversorgung nicht garantiert werden. Zeit d) Sichere Datenübertragung Eine weitere wesentliche Voraussetzung für das einwandfreie Funktionieren und die Effizienz einer übergeordneten Steuerung ist eine sichere Datenübertragung. Dazu muss sichergestellt sein, dass nicht nur Meldungen innerhalb der einzelnen Kompressoranlagen, sondern auch zwischen den Kompressoren und dem übergeordneten Leitsystem übertragen werden. Außerdem muss auch der Signalweg überwacht werden, so dass Störungen, wie etwa der Bruch eines Verbindungskabels, umgehend erkennbar sind. Die üblichen Übertragungswege:. potentialfreie Kontakte 2. Analogsignale 20 ma 3. elektronische Schnittstellen z. B. RS 232, RS 85 oder Profibus DP. Die modernste Übertragungstechnik bietet der Profibus. Auf diesem Weg lassen sich problemlos große Datenmengen in kürzester Zeit über große Entfernungen senden (Bild unten). Somit müssen übergeordnete Leitsysteme auch nicht unbedingt in der Druckluftstation platziert werden. Schnelle Datenübertragung von der Kompressorstation an übergeordnete Leit- und Kontrollsysteme ermöglicht der Profibus Servicecenter Kompressoren Leerlauf Stillstand Motornennleistung in % sms auf Handy Verkauf/Service SIGMA AIR MANAGER Modem Ethernet Modem Kontrollzentrum»Sigma Air Control«Prozess Profibus DP Aufbereitung Zeit Filter mit Eco Drain 5

10 Druckluftstationen bestehen im Allgemeinen aus mehreren Kompressoren gleicher oder unterschiedlicher Baugröße(n). Um diese Einzelmaschinen zu koordinieren, bedarf es einer übergeordneten Steuerung. Früher 7. Druckbandsteuerung Optimale verbrauchsorientierte Abstimmung von Kompressoren war diese Aufgabe relativ überschaubar: Es ging vor allem darum, gleich große Kompressoren in der Grundlastfunktion abwechseln zu lassen und so die Laufzeiten der Maschinen einander anzugleichen. Heute dagegen ist sie wesentlich anspruchsvoller: Die Drucklufterzeugung ist optimal auf den Bedarf des Anwenderbetriebes abzustimmen, zugleich ist höchstmögliche Energieeffizienz zu erreichen. Grundsätzlich gibt es zwei unterschiedliche Systeme übergeordneter Kompressorensteuerung: die Kaskaden- und die Druckbandsteuerung.. Kaskadensteuerung Die klassische Art, Kompressoren steuerungstechnisch zu verbinden, ist die Kaskadensteuerung. Dabei wird jedem Kompressor ein unterer und ein oberer Schaltpunkt zugeordnet. Sind mehrere Kompressoren zu koordinieren, ergibt sich daraus ein treppen- oder kaskadenähnliches Steuerungssystem. Während bei niedrigem Luftbedarf nur ein Kompressor geschaltet wird und 2. Druckbandsteuerung Die zweifellos zeitgemäßere Koordination mehrerer Kompressoren, insbesondere angesichts der eingangs genannten erhöhten Effizienz-Anforderungen, ist die Druckbandsteuerung. Dabei wird mit Hilfe eines einzigen so genannten Druckbandes der Betrieb einer beliebigen Anzahl von Kompressomit der Druck im oberen Bereich zwischen dem Minimal- (p min ) und dem Maximaldruck (p max ) dieses Kompressors schwankt, fällt bei höherem Luftbedarf und Schaltung mehrerer Kompressoren der Druck ab (Bild ). Damit ergibt sich eine relativ ungünstige Konstellation: Bei niedrigem Luftverbrauch herrscht maximaler Druck im System und erhöht die Energieverluste durch Leckagen; bei hohem Verbrauch hingegen sinkt der Druck und die Druckreserve im System wird reduziert. Vergleich Kaskaden-/ Druckbandsteuerung Druckschwankung herkömmlicher Grundlastwechselschaltung Druckschwankung SAM oder VESIS Sicherheit Bild : Unterschiedliche Druckschwankungen und Druckeinsparung bei Kaskadensteuerungen (Grundlastwechselschaltungen) und Druckbandsteuerungen ( SAM oder VESIS ) schen den einzelnen Schaltpunkten mindestens 0,3 bar betragen muss. Bei vier Kompressoren, der für diese Steuerungsart empfohlenen Höchstanzahl, ergibt sich so üblicherweise eine Mindest-Schaltdruckdifferenz von, bar. b) Kaskadensteuerung mit elektronischer Druckschaltung Der Einsatz elektronischer Druckaufnehmer ermöglicht es, die Schaltdruckdifferenzen zwischen Maximal- und Minimaldruck auf 0,2 bar und darüber hinaus die Abstände zwischen den Schaltpunkten zu verkleinern. Im Optimalfall ist hier eine Schaltdruckdifferenz von 0,7 bar zu erreichen. Wie bereits gesagt, sollten nicht mehr als vier Kompressoren Zeit mit einer Kaskadensteuerung geschaltet werden. Ansonsten besteht die Gefahr, dass die Energie- und Leckageverluste wegen der großen Druckspreizung extrem hoch werden. (Druckbandsteuerung) a) Kaskadensteuerung mit Membrandruckschalter Wird die Kaskadensteuerung mit einem Druckschalter oder Kontaktmanometer geschaltet, dann ist in der Regel eine Mindest-Schaltdruckdifferenz von 0,5 bar für jeden einzelnen Kompressor anzusetzen, während der Abstand zwisoren koordiniert (Bild ). Unabdingbare Voraussetzung ist hier jedoch der Einsatz einer Mikroprozessor-Verbundsteuerung oder besser noch eines Industrie-PCs mit steuerungstechnischer Intelligenz. Auch bei der Bandsteuerung gibt es verschiedene Möglichkeiten. a) Vektorielle Steuerung Die vektorielle Steuerung ermittelt den Druckanstieg bzw. -abfall zwischen dem festgelegten Minimal- und Maximaldruck und errechnet daraus den Luftverbrauch. Die Kompressoren werden dann quasi rückwärtsgewandt auf der Basis des Verbrauchs in der Vergangenheit angesteuert (Bild 2). Dies kann bei Druckluftsystemen mit Vektor Druckanstieg über die Zeit Vektor Vektor 2 Bild 2: Vektorielle Kompressorensteuerung schwankendem Luftverbrauch mitunter zu Schwingungen im Rohrleitungsnetz führen, die Dämpfungsmaßnahmen erforderlich machen. Besonders wichtig ist in diesem Zusammenhang die Abstimmung der Kompressoren. In der Regel lässt sich mit diesem Steuerungsverfahren die Schaltdruckdifferenz nicht auf weniger als 0,5 bar verringern, da innerhalb des Bereiches zwischen Minimal- und Maximaldruck gemessen wird. Vektor Druckabfall über die Zeit Druckbandsteuerung für mehrere Kompressoren (SAM/VESIS). Schaltpunkt eines Kompressors 2. Schaltpunkt eines Kompressors Bild 3: Druckbandsteuerung mit Trenderkennung (oben) b) Druckbandsteuerung mit Trenderkennung Effizienter als die vektorielle Steuerung ist die Druckbandsteuerung mit Trenderkennung, denn sie ermöglicht Schaltdruckdifferenzen von nur 0,2 bar. Dies ist die derzeit niedrigste in der Drucklufttechnik bekannte Schaltdruckdifferenz. Die Trenderkennung basiert nicht auf der Ermittlung des unmittelbaren Druckanstiegs und -abfalls in einem bestimmten Zeitabschnitt. Vielmehr beobachtet die Steuerung nach der Schaltung eines Kompressors das Verbrauchsverhalten im Druckluftsystem und zieht dementsprechende Schlüsse für die nächsten Schaltvorgänge (Bild 3). Die mit einer Genauigkeit von 0,0 bis 0,03 bar arbeitende Trenderkennung ist somit stets auf dem Laufenden und versetzt die Steuerung in die Lage, selbst Druckluftsysteme mit starken Verbrauchsschwankungen bei minimalen Schaltdruckdifferenzen optimal zu koordinieren. So ist es heute möglich, bis zu 6 Kompressoren in einem Druckbereich von nur 0,2 bar steuerungstechnisch miteinander zu verbinden. Das Druckband ist für den Notfall über ein so genanntes Notband abgesichert, so dass stets eine sichere Druckluftversorgung garantiert werden kann. Diese Steuerungen können in erheblichem Maß zur Energieeinsparung in Druckluftsystemen beitragen. Zur Verdeutlichung: Eine Systemdruckabsenkung von 0, bar hat bereits einen Energie-Einspareffekt von einem Prozent. c) Spitzenlastabhängige Steuerung Druckbandsteuerungen mit Trenderkennung teilen die Kompressoren nach ihrer Leistungsgröße in Gruppen ein. Sie sind somit nicht nur in der Lage, die Kompressoren hinsichtlich ihrer Betriebs- und Laststunden gleichmäßig auszulasten, sondern auch den richtigen Kompressor genau zum richtigen Zeitpunkt anzuwählen (Bild ). Wesentliche Voraussetzung hierfür ist allerdings ein optimiertes Splitting. Darunter versteht man die Aufteilung von Kompressoren gleicher oder verschiedener Leistungsgröße je nach Grundlast- und Spitzenlast-Luftverbrauch (siehe auch Kapitel Effiziente Kompressorensteuerung ). Diese derzeit wirtschaftlichste Art, Kompressoren Sollpunkt zu steuern, erfordert allerdings den Austausch und die Verarbeitung großer Datenmengen. Nur intelligente Industrie-PC wie der von angebotene Sigma Air Manager (SAM) sind in der Lage, diese Datenmengen zu Bild : Bessere Kompressorenauslastung durch optimiertes Splitting und effiziente Anlagenkoordination verarbeiten. Die Industrie-PC lassen sich auch an Leittechniksysteme anschließen und erfüllen neben der Funktion einer hocheffizienten Steuerung zugleich die eines Webservers mit programmierten HTML-Seiten. Damit ist es möglich, ohne eine spezielle Software Kompressorenbetriebsdaten sowie die Auslastung und Effizienz der gesamten Druckluftstation zu erfassen, die Daten allgemein verständlich zu visualisieren, auszuwerten und entsprechend zu reagieren (zu Sigma Air Manager siehe auch S. 27). 6 7

11 Angesichts der kontinuierlichen Verteuerung von Energie ist sparsamer Umgang mit Energieressourcen nicht nur ein ökologische, sondern zunehmend auch eine wirtschaftliche Notwendigkeit. Die Kompres- 8. Energie einsparen durch Wärmerückgewinnung Installation von Abluftkanälen Abluftkanal zum Heizen benachbarter Räume sorenhersteller bieten dazu viele Möglichkeiten wie z. B. die Wärmerückgewinnung bei Schraubenkompressoren an.. Kompressoren erzeugen in erster Linie Wärme Auch wenn es dem Laien unglaublich erscheinen mag: Tatsache ist, dass 00 % der einem Kompressor zugeführten Energie in Wärme umgewandelt werden. Durch Verdichtung wird die Luft im Kompressor mit einem Energiepotential aufgeladen. Diese Energiemenge ist durch Entspannung auf Umgebungsdruck, Abkühlung und Wärmeaufnahme aus der Umgebung nutzbar. 2. Bis zu 9 Prozent nutzbare Energie Der größte Teil der eingesetzten und als Wärme nutzbaren Energie, und zwar 72 %, ist bei Kompressoren mit Öl- oder Fluideinspritzkühlung im Kühlmedium zu finden, 3 % in der Druckluft und bis 9 % im Wärmeverlust des Elektroantriebsmotors. Bei vollgekapselten öl- oder fluidgekühlten Schraubenkompressoren lassen sich sogar diese Energieverluste durch den Elektromotor mit gezielter Kühlung als Wärmeenergie zurückgewinnen. Insgesamt sind also bis zu 9 % der für den Kompressor eingesetzten Energie wärmetechnisch nutzbar. Lediglich 2 % gehen durch Wärmeabstrahlung verloren und % Wärme verbleiben in der Druckluft (siehe dazu das Wärmeflussdiagramm, S. 9). 3. Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung Anwender, die an einer noch wirtschaftlicheren Druckluftnutzung interessiert sind, können sich für verschiedene Varianten der Wärmerückgewinnung entscheiden: a) Warmluftheizung Die einfachste Möglichkeit der Wärmerückgewinnung bei luft- und öl- bzw. fluidgekühlten Schraubenkompressoren ist die direkte Nutzung der vom Kompressor erwärmten Kühlluft. Dabei wird die Abwärme über ein Luftkanalsystem in die zu beheizenden Räume geleitet. Natürlich lässt sich die Warmluft auch Energiekosten- Einsparung durch technische Optimierung Investition Druckluftstation Wartungskostenanteil für andere Zwecke wie Trocknungsprozesse, für Torschleieranlagen oder zum Vorwärmen von Brennerluft einsetzen. Wenn keine Wärme erforderlich ist, wird der Abluftstrom durch manuelles oder automatisches Umlegen einer Schwenkklappe oder Jalousie ins Freie geleitet. Eine thermostatgeregelte Jalousiesteuerung erlaubt es, die Warmluft so genau zu dosieren, dass konstante Temperaturen erreicht werden. Mit dieser Variante sind bis zu 9 % der elektrischen Leistungsaufnahme eines Schraubenkompressors nutzbar. Sie kann sich auch bei kleinen Kompressoren lohnen, denn schon ein 8,5-kW-Kompressor liefert so viel Wärmeenergie, dass man damit mühelos ein Einfamilienhaus beheizen kann. mögliche Energiekosten-Einsparung durch Wärmerückgewinnung Energiekostenanteil mögliches Energiekosten-Einsparpotenzial Druckluft-Gesamtsystemkosten und Einsparpotenzial durch Wärmerückgewinnung b) Warmwasserheizung Durch Einbau eines Wärmetauschers in den Fluidkreislauf ist es sowohl mit luft- als auch mit wassergekühlten Schraubenkompressoren möglich, Warmwasser für verschiedene Zwecke zu erzeugen. Hierfür kommen Plattenwärmetauscher oder Sicherheitswärmetauscher zum Einsatz je nachdem, ob das Warmwasser für Heizzwecke, als Dusch- und Waschwasser oder bei Produktions- 9 % Abwärme vom Antriebsmotor 72 % durch Kühlung des Fluids rückgewinnbare Wärmeleistung Wärmefluss-Diagramm 3 % durch Kühlung der Druckluft rückgewinnbare Wärmeleistung 9 % für Wärmerückgewinnung nutzbare Wärmeleistung 00 % gesamte elektrische Leistungsaufnahme und Reinigungsprozessen verwendet werden soll. Mit diesen Wärmetauschern sind Wassertemperaturen bis maximal 70 C erreichbar. Die zusätzlichen Aufwendungen für diese Wärmerückgewinnungsvariante amortisieren sich bei Kompressoranlagen ab 8,5 kw Antriebsleistung erfahrungsgemäß in-nerhalb von zwei Jahren. Voraussetzung dafür ist allerdings eine korrekte Planung. 2 % Wärmeabstrahlung der Kompressoranlage an die Umgebung % Wärmeleistung, die in der Druckluft verbleibt 25 % Umgebungswärme 25 % Energiepotential Druckluft. Sicherheit beachten Normalerweise sollte das primäre Kühlsystem des Kompressors nie zugleich als Wärmerückgewinnungssystem eingesetzt werden. Der Grund: Bei einem eventuellen Ausfall der Wärmerückgewinnung wäre dann auch die Kompressorkühlung und damit die Drucklufterzeugung gefährdet. Deshalb ist es ratsam, für die Wärmerückgewinnung immer spezielle Wärmetauscher zusätzlich in die Kompressoranlage einzubauen. Dann nämlich kann der Kompressor im Fall einer Störung selbst für seine Sicherheit sorgen: Wenn über den Fluid-Wasserwärmetauscher des Wärmerückgewinnungssystems keine Wärme abgeführt wird, dann schaltet der Kompressor intern auf das primäre Luft- oder Wasserkühlsystem um. Damit bleibt die Druckluftversorgung weiterhin gesichert. 5. Fazit Wärmerückgewinnung ist eine durchaus bedenkenswerte Möglichkeit, die Wirtschaftlichkeit einer Druckluftanlage zu erhöhen und zugleich die Umwelt zu entlasten. Der erforderliche Aufwand ist verhältnismäßig gering. Die Höhe der Investitionen richtet sich nach den örtlichen Gegebenheiten des Anwenderbetriebes, nach dem Einsatzzweck und dem gewählten Wärmerückgewinnungsverfahren. 8 9

12 Druckluft ist zwar ein vielseitiger, aber nicht gerade billiger Energieträger. Ihr Einsatz rechnet sich erst, wenn Drucklufterzeugung, -aufbereitung und -verteilung so gut wie möglich aufeinander abgestimmt sind. 9. Energieverluste vermeiden () Was bei der Planung und Installation eines Druckluftnetzes zu beachten ist Dazu gehören neben der richtigen Planung und Ausführung der Kompressorstation selbst auch die angemessene Dimensionierung und Installation des Druckluftnetzes.. Wirtschaftliche Drucklufterzeugung Berücksichtigt man alle Aufwendungen für Energie, Kühlmittel, Wartung und die Abschreibung eines Kompressors, dann kostet der Kubikmeter Druckluft je nach Größe, Auslastung, Wartungszustand und Bauart des Kompressors zwischen etwa 0,5 und 2,5 Cent. Viele Betriebe legen daher großen Wert auf besonders wirtschaftliche Drucklufterzeugung. Das ist auch der Grund für den Siegeszug der öl- bzw. fluidgekühlten Schraubenkompressoren: Mit diesen Maschinen lassen sich bis zu 20 % der früher anfallenden Drucklufterzeugungskosten einsparen. 2. Die Aufbereitung beeinflusst das Druckluftnetz Schon geringere Beachtung findet dagegen eine bedarfsgerechte Druckluftaufbereitung. Das ist bedauerlich, denn nur von gut aufbereiteter Druckluft sind auch niedrige Wartungskosten bei den Druckluftverbrauchern und dem Rohrleitungsnetz zu erwarten. luftaufbereitung aus. So ersparen sie oft den mit Druckverlusten verbundenen Einsatz von Filtern im Rohrleitungsnetz und beanspruchen nur etwa 3 % der Energiekosten, die der Kompressor beim Erzeugen einer entsprechenden Druckluftmenge verursacht. Hinzu kommt, dass die Kostenersparnis durch niedrigen Wartungs- und Reparaturaufwand an Rohrleitungen und Druckluftverbrauchern bis zum Zehnfachen der für die Kältetrocknung eingesetzten Mittel reicht. b) Platz sparende Kombigeräte Für kleinere Betriebe oder dezentrale Versorgung sind auch Platz sparende Kombinationen aus Schraubenkompressor, Kältetrockner und Druckluftbehälter (Bild rechts) oder aus Schraubenkompressor und Trockner in Turmbauweise auf dem Markt erhältlich. 3. Neuplanung und Installation eines Druckluftnetzes Vorab ist stets zu klären, ob die Druckluftversorgung zentral oder dezentral aufgebaut sein soll. Für kleinere und mittlere Betriebe eignet sich meist eine zentrale Versorgung: Hier treten gewöhnlich nicht die Probleme auf, die sich bei einem weitläufigen zentralen Druckluftnetz stellen können: hoher Installationsaufwand, Gefahr des Einfrierens unzureichend isolierter Freileitungen im Winter und verstärkter Druckabfall durch große Leitungslängen. a) Kältetrockner senken den Wartungsbedarf In ca. 80 % aller Anwendungsfälle reichen Kältetrockner für die Drucka) Das Netz richtig dimensionieren Zur Dimensionierung eines Leitungsnetzes sollte in jedem Fall eine Berechnung gehören. Ihre Grundlage ist ein maximaler Druckabfall von bar zwischen Kompressor und Druckluftverbrauchern inklusive Schaltdifferenz des Kompressors und üblicher Standard- Druckluftaufbereitung (Kältetrocknung). Im Einzelnen rechnet man mit folgenden Druckverlusten (Bild rechts): Hauptleitung Verteilungsleitung 2 Anschlussleitung 3 Trockner Wartungseinheit und Schlauch 5 insgesamt max. 0,03 bar 0,03 bar 0,0 bar 0,20 bar 0,50 bar 0,80 bar Diese Aufstellung zeigt, wie wichtig es ist, die Druckverluste in den einzelnen Leitungsabschnitten zu berechnen. Dabei sind auch Formteile und Absperreinheiten zu berücksichtigen. Es genügt also nicht, die geraden Meter Rohr in eine Berechnungsformel oder -tabelle einzusetzen. Es muss vielmehr die strömungstechnische Länge der Rohrleitungen ermittelt werden. Normalerweise hat man jedoch bei Beginn der Planung noch gar keinen Überblick über die Gesamtheit aller Formteile und Absperreinheiten. Deshalb berechnet man die strömungstechnischen Rohrlängen, indem man die anzusetzenden 2 5 geraden Meter Rohr mit dem Faktor,6 multipliziert. Die Rohrleitungsdurchmesser lassen sich dann anhand gängiger Auslegungsdiagramme auf einfache Weise ermitteln (siehe Bild rechts unten). b) Rohrleitungen Energie sparend verlegen Um Energie einzusparen, ist das Rohrleitungssystem so gerade wie möglich zu verlegen. Biegungen, etwa beim Umgehen von Stützpfeilern, kann man vermeiden, indem man die Rohrleitung in einer geraden Linie neben dem Hindernis verlegt. Scharfkantige, hohen Druckverlust verursachende 90-Grad- Ecken sind ebenfalls leicht durch groß dimensionierte 90-Grad-Bogen ersetzbar. Statt der noch häufig anzutreffenden Wasserabsperreinheiten sollten Kugelhähne oder Klappenventile mit vollem Durchgang eingesetzt werden. Im Feuchtrohrleitungsbereich, bei einer modernen Druckluftstation also lediglich im Kompressorenraum, sind die Zu- und Abgänge von der Hauptleitung nach oben oder zumindest seitlich zu verlegen. Die Hauptrohrleitung sollte ein Gefälle von zwei Promille haben. Am tiefsten Punkt dieser Leitung ist eine Kondensatabscheidemöglichkeit vorzusehen. Im Trockenbereich dagegen können die Leitungen horizontal verlegt werden und die Rohrleitungsabgänge direkt nach unten führen. 3 c) Welches Rohrleitungsmaterial ist das richtige? Hier lässt sich im Hinblick auf die Materialeigenschaften keine bestimmte m³/h m³/min Empfehlung geben, lediglich in Kompressoren sollten durch die hohen thermischen Belastungen immer metallische Leitungen einsetzt werden. Auch die Anschaffungspreise eignen sich nicht als alleinige Entscheidungshilfe: Verzinkte Rohre, Kupfer- oder Kunststoffrohre haben etwa das gleiche Preisniveau, wenn man Werkstoff- und Installationskosten zusammenrechnet. Rund 20 % höher liegen die Preise für Edelstahlrohrleitungen. Effizientere Verarbeitungsmethoden haben jedoch auch hier inzwischen Preissenkungen ermöglicht. Inzwischen bieten nicht wenige Hersteller Tabellen an, in denen die optimalen Bedingungen für jedes Rohrleitungsmaterial genannt sind. Vor einer Investitionsentscheidung ist es daher ratsam, sich diese Tabellen genau anzusehen, die Belastungen im künftigen Betriebsablauf zu berücksichtigen und danach einen Anforderungskatalog für die Rohrleitungen zu erstellen. Nur so lässt sich eine wirklich gute Auswahl treffen. d) Wichtig: die richtige Verbindungstechnik Die Rohrleitungsteile sollten entweder durch Schweißen oder Kleben oder durch Verschrauben und Kleben miteinander verbunden werden. Wenn auch die Lösbarkeit darunter leidet, so kann man doch sicher sein, dass derartige Verbindungen mögliche Leckagen auf ein Minimum reduzieren. Rohrleitungslänge (m) Luftbedarf Nennweite Druckverlust Systemdruck (bar) 20 2

13 Jahr für Jahr gehen in vielen Betrieben Tausende Euro buchstäblich in die Luft. Die Ursache: Ein veraltetes und/oder mangelhaft gewartetes Rohrleitungsnetz treibt den Energiebedarf des Druckluftsystems in 0. Energieverluste vermeiden (2) Was bei der Sanierung eines bestehenden Druckluftnetzes zu beachten ist die Höhe. Wer diesen Mangel beheben möchte, muss wohl überlegt zu Werke gehen. Im Folgenden geben wir Tipps zur richtigen Sanierung von Druckluft-Rohrleitungsnetzen.. Grundvoraussetzung: trockene Druckluft Bei der Planung eines neuen Druckluftnetzes können viele Fehler und damit später auftretende Probleme von vornherein vermieden werden. Die Sanierung eines Altnetzes ist dagegen oft mit einigen Schwierigkeiten verbunden. Sie ist vor allem dann ein so gut wie hoffnungsloses Unterfangen, wenn weiterhin feuchte Druckluft in das Netz eingespeist wird. Vor Beginn einer Sanierung muss daher auf jeden Fall eine zentrale Trocknungseinheit verfügbar sein. 2. Was hilft bei zu großem Druckabfall im Netz? Ist der Druckabfall im Leitungsnetz auch nach der Installation einer angemessenen Aufbereitung sehr groß, dann sind Ablagerungen in den Rohren die Ursache. Sie entstehen durch Verunreinigungen, die in der Druckluft mitgeführt werden und den zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt auf ein Minimum verkleinert haben. a) Austauschen oder Freiblasen Sind diese Ablagerungen bereits verkrustet, so hilft in den meisten Fällen nurmehr der Austausch der betroffenen Rohrleitungen. Häufig ist aber durch Freiblasen und anschließendes Austrocknen der Leitungen eine Vergrößerung des Strömungsquerschnitts möglich, wenn durch die Ablagerungen noch keine erheblichen Verengungen entstanden sind. b) Ergänzende Leitungen installieren Eine sehr gute Möglichkeit, zu eng gewordene Stichleitungen zu erweitern, ist das Ziehen einer Parallelleitung, die mit der Stichleitung vernetzt ist. Bei zu eng gewordenenen Ringleitungen bietet sich entsprechend das Ziehen eines zweiten Ringes an (Bild ). Ist ein solches Doppelstich- oder Doppelringleitungssystem richtig dimensioniert, dann kann sich neben dem beabsichtigten Haupteffekt der spürbaren Abnahme der Druckverluste zusätzlich der Vorteil einer noch zuverlässigeren Druckluftverteilung insgesamt ergeben. Eine weitere Sanierungsmöglichkeit für Ringleitungen besteht darin, das System durch so genannte Zwischenmaschen zu erweitern (Bild 2). 3. Leckagen ermitteln und beseitigen Die Sanierungsmaßnahmen führen natürlich nur dann zum optimalen Ergebnis, wenn auch die Leckagen im Druckluftnetz weitestgehend beseitigt werden. a) Feststellen der gesamten Leckagemenge Bevor man sich aber auf die Suche nach einzelnen undichten Stellen im Rohrleitungssystem macht, muss das gesamte Ausmaß der Leckagen bestimmt werden. Dafür gibt es eine verhältnismäßig einfache Methode unter Zuhilfenahme des Kompressors: Zuerst werden alle Druckluftverbraucher ausgeschaltet und dann die Einschaltzeiten des Kompressors während eines bestimmten Zeitraumes gemessen (Bild 3). Bild : Sanieren einer Druckluftrohrleitung durch das Einziehen eines zweiten Leitungsrings Auf der Grundlage dieser Messung errechnet sich die Leckagemenge nach folgender Formel: Legende: VL = Leckagemenge (m³/min) VK = Volumenstrom des Kompressors (m³/min) x = t + t2 + t3 + t + t5 Zeit, in der der Kompressor belastet lief (min) T = Gesamtzeit (min) VL = VK x t x T Bild 2: Erweiterung der Leitungskapazität durch Zwischenmaschen b) Ermitteln der Leckagen an den Verbrauchern Um die Leckagen an den dezentralen Druckluftverbrauchern zu ermitteln, schließt man zunächst alle pneumatisch betriebenen Werkzeuge, Maschinen und Geräte an und misst die Summe aller Leckagen (Bild ). Dann schließt man die Absperrventile vor den Anschlüssen der Verbraucher und misst die Leckagen am Rohrleitungsnetz (Bild 5). Die Differenz aus Gesamt- und Netzleckagen ergibt schließlich die Verluste an den Luftverbrauchern, ihren Armaturen und Fittings.. Wo finden sich die meisten Leckagen? Erfahrungsgemäß sind etwa 70 % der Leckagen in den letzten Metern, also an den Endabnahmestellen des Druckluftnetzes, zu finden. Diese Endstellenleckagen lassen sich mit Hilfe von Seifenlauge oder Spezialsprays genau orten. Hauptrohrleitungen weisen gewöhnlich nur dann zahlreiche und große Leckagen auf, wenn etwa ein ursprünglich feuchtes Netz, das mit alten Hanfdichtungen ausgestattet ist, mit trockener Druckluft betrieben wird und diese Dichtungen dann nach einiger Zeit austrocknen. Für die genaue Ortung der Leckagen im Hauptrohrleitungsnetz empfiehlt sich der Einsatz eines Ultraschallgerätes. Sind zu guter Letzt die Leckagen erfasst, beseitigt und die Rohrleitungsquerschnitte dem aktuellen Druckluftbedarf angepasst, so ist aus dem alten Netz (wieder) ein wirtschaftliches Druckluftverteilungssystem geworden. Betriebsüberdruck Zeit Bild : Leckagemessung der Druckluftverbraucher Bild 5 t t 2 t 3 t t 5 Bild 3: Ermitteln von Leckagen durch Messung der Einschaltzeiten des Kompressors bei ausgeschalteten Druckluftverbrauchern T 22 23

14 Kompressorstationen sind heute meist komplexe Systeme. Wirklich wirtschaftlich lassen sie sich nur betreiben, wenn dies bei Neuplanung, Erweiterung und Modernisierung angemessen berücksichtigt wird.. Kompressorstationen richtig planen () Druckluft-Bedarfsanalyse (ADA) Dazu bietet ein umfassendes Dienstleistungskonzept an. Dieser Service verbindet bewährte Elemente wie Druckluftkomponenten, Anwenderberatung und -betreuung mit den neuen Möglichkeiten der Informationstechnologie in der Drucklufttechnik. Das Spektrum der Druckluftanwender reicht heute von A wie Automobilhersteller bis Z wie Zementwerk. Eine wesentliche Voraussetzung für den effizienten Drucklufteinsatz in den verschiedensten Einsatzbereichen bildet daher eine zuverlässige Erzeugungsund Aufbereitungstechnik. Sie muss in der Lage sein, Druckluft kostengünstig in einer exakt definierten Menge und Qualität zu liefern.. Beratung entscheidet über Wirtschaftlichkeit Ein Druckluftsystem, das diesen Anforderungen entspricht, muss genau auf die Anwendung(en), die Aufstellungs- und Umgebungsbedingungen abgestimmt sein. Das heißt, es muss über richtig dimensionierte Kompressoren, Aufbereitungsgeräte und Rohrleitungen verfügen, eine möglichst effiziente Steuerung, eine angemessene Lüftungstechnik und Kondensataufbereitung besitzen sowie, wenn möglich, Bild : Mit Hilfe moderner 3-D-CAD-Systeme können Kompressorstationen bis ins letzte Detail geplant und genau auf den Anwenderbedarf abgestimmt werden. die Nutzung der Wärmerückgewinnung einbeziehen. Dieser Erkenntnis entspricht das -Energiesparsystem (KESS). Es umfasst die Druckluftbedarfsanalyse, Planung (Bild ), Realisation, Weiterbildung und Kundendienst. Entscheidend ist dabei die Qualität der Beratung und die Auswahl der richtigen Technik: Die größten Kosteneinsparpotentiale liegen nämlich in den Bereichen Energiebedarf und Wartung und nicht in der Beschaffung. Bild 2: Ein spezieller Fragebogen dient dem künftigen Betreiber als Auslegungsleitfaden. Er kann direkt von der -Website com (Rubrik Services / Planung und Beratung / Analyse ) heruntergeladen werden. 2. Druckluft-Bedarfsanalyse Ausgangspunkt jeder KESS-Beratung ist eine Analyse des gegenwärtigen und gegebenenfalls künftigen Druckluftbedarfs. Diese bei unter dem Kürzel ADA (Analyse der Druckluft-Auslastung) geführte Druckluftauslegung Kompressoren Benötigter min. Arbeitsdruck am Verbraucher Rohrleitungsdruckverlust Druckverlust Aktivkohlefilter Druckverlust min. (Anfang) Druckverlust max. (Wechsel) Druckverlust Submikron-Filter Druckverlust min. (Anfang) Druckverlust max. (Wechsel) Druckverlust Trockner Regeldifferenz Kompressoren Maximaldruck Kompressoren Untersuchung muss je nach Bedarfsfall unterschiedliche Rahmenbedingungen berücksichtigen: a) Neuplanung einer Druckluftversorgung Zur Neuplanung einer Kompressorstation erhält der künftige Betreiber einen speziellen Auslegungsfragebogen (Bild 2). Dieser Leitfaden ermöglicht es in Zusammenarbeit mit einem erfahrenen -Druckluftfachberater, den zu erwartenden Druckluftbedarf und die dazu benötigte Ausstattung zu ermitteln. Die Fragen decken alle für eine wirtschaftliche und umweltgerechte Druckluftversorgung wichtigen Aspekte ab. b) Erweiterung und Modernisierung Im Gegensatz zur Neuprojektierung gibt es bei Erweiterungsvorhaben genügend Anhaltspunkte für die bedarfsgerechte Auslegung. stellt dem Anwender Messverfahren und -geräte zur Verfügung, mit denen der Druckluftbedarf in diversen Betriebsteilen zu verschiedenen Zeiten exakt ermittelt werden kann. Dabei ist es sehr wichtig, nicht nur Durchschnittswerte, sondern auch Maximal- und Minimalwerte zu ermitteln (Bild 3). c) Prüfen der Effizienz bestehender Stationen Auch bei bereits bestehenden Stationen empfiehlt es sich, von Zeit zu Zeit mit Hilfe eines computergestützten Analysesystems festzustellen, ob die Kompressoren (noch) richtig belastet werden, ob möglicherweise übergeordnete Steuerungen nicht (mehr) richtig programmiert sind oder die Leckagerate sich noch im Toleranzbereich bewegt. ADA sollte auch dann zum Einsatz Bild 3: Mit verschiedenen Messverfahren und -geräten werden der Druckluftverbrauch vorhandener Anlagen sowie Mindest- und Höchstdrücke ermittelt. Auf der Grundlage der Messresultate lässt sich die Kompressorstation dann optimal auslegen. kommen, wenn alte Kompressoren durch neue ersetzt werden. Damit bietet sich die Chance, eventuell fehlerhafte Leistungsgrößen durch die richtigen zu ersetzen, das Betriebsverhalten der Kompressoren im Teillastbereich zu verbessern und eine entsprechende übergeordnete Steuerung ein zuplanen (Bild ). d) Veränderung der Druckluft- Einsatzbedingungen Auch bei geänderten Einsatzbedingungen sollte ein Fachmann zu Rate gezogen werden. In vielen Fällen lassen sich nämlich durch angepasste Aufbereitungstechnik oder Druckabstimmung erhebliche Kosteneinsparungen erreichen. Bild : Die Grafik zeigt den mit ADA ermittelten spezifischen Leistungsbedarf der Altanlage (obere Kurve) und der Neuanlage (untere Kurve) 2 25

15 Fass ohne Boden oder Sparbüchse? Drucklufterzeugung kann das eine wie das andere sein. Das Zauberwort heißt Systemoptimierung. Mit ihr ließen sich über 30 % der durchschnittlich in europäischen In- 2. Kompressorstationen richtig planen (2) Ermitteln des wirtschaftlichsten Konzepts dustriebetrieben entstehenden Druckluftkosten einsparen. Deren Hauptanteil verursacht der Energiebedarf mit ca. 70 bis 80 %. Und Energie wird wohl kaum billiger, sondern eher teurer werden. Für den Anwender wird daher das Ermitteln des effizientesten Druckluftkonzepts immer wichtiger. Das -Energiesparsystem (KESS) umfasst unter anderem eine computergestützte Optimierungsrechnung. Damit lässt sich aus verschiedenen Druckluftversorgungsvarianten rasch die für den jeweiligen Anwenderbetrieb geeignetste Variante ermitteln. Als Berechnungsgrundlage dient bei Neuplanungen ein mit Unterstützung eines Druckluftfachberaters sorgfältig ausgefüllter Auslegungsfragebogen, der unter anderem den zu erwartenden Druckluftverbrauch und dessen eventuelle Schwankungen berücksichtigt. Bei bestehenden Kompressorstationen bildet ein mit der Analyse der Druckluft-Auslastung (ADA) erfasster, charakteristischer Betriebstagesverlauf die Berechnungsbasis.. Computergestützte Ermittlung Zur Optimierung einer Station werden die technischen Daten der installierten Kompressoren und der möglichen neuen Varianten in einen PC eingegeben. KESS berechnet dann die optimale Variante und die Möglichkeiten der Kosteneinsparung. Dabei wird nicht nur der punktuelle Energieverbrauch bei einem bestimmten Druckluftbedarf inklusive aller Verlustleistungen kalkuliert. Es ist vielmehr auch möglich, sich ein genaues Bild des spezifischen Leistungsverhaltens der Kompressorstation während der gesamten Laufzeit zu machen (Bild ). So können eventuelle Schwachstellen im Teillastbereich bereits im Vorfeld erkannt und beseitigt werden. Als Gesamtresultat ergibt sich eine klare Aussage über die erreichbare Kosteneinsparung und die Amortisation. tion aus Kompressoren verschiedener Leistungsgrößen als richtige Lösung. Sie besteht meist aus großen Grundlast- und Standby-Maschinen, die mit kleineren Spitzenlastmaschinen kombiniert werden. Aufgabe der übergeordneten Steuerung ist es, für einen möglichst ausgeglichenen spezifischen Leistungsbedarf zu sorgen. Dazu muss sie automatisch die jeweils günstigste Kombination von Grund- und Spitzenlastkompressoren auswählen können für bis zu 6 Kompressoren in einem Druckschwankungsbereich von nur 0,2 bar. Diese Anforderung erfüllen intelligente Steuerungssysteme, wie Vesis und neuerdings auch Sigma Air Manager von Kaeser. Die genannten Steuerungen können über ein Bussystem mit den Kompressoren und weiteren Komponenten wie Kondensatableitern, Trocknern usw. Daten Bild : Vergleich des Energieverbrauchs einer bestehenden Kompressorstation mit neuen Anlagenvarianten während eines Betriebstages abhängig vom Druckluftbedarf 2. Die Mischung macht s In den meisten Fällen erweist sich eine genau abgestimmte Konfiguraaustauschen. Zudem besitzen sie die Möglichkeit, an eine zentrale Leittechnik angeschlossen zu werden und sämtliche Betriebsdaten dorthin weiterzuleiten. Raumhöhe 5 m Bild 2 a: Grundrisszeichnung der Kompressorstation in einem Automobilwerk Kondensatleitung Bild 2 b: R+I-Schema derselben Kompressorstation 3. Bautechnische Optimierung Die Neuplanung oder Modernisierung einer Kompressorstation sollte die räumlichen Gegebenheiten in optimaler Weise nutzen. Moderne Planungssysteme, wie sie einsetzt, leisten hier wertvolle Unterstützung. Sie beziehen nicht nur Grundrisszeichnungen und R+I-Schemata (Fließschemata), sondern auch computergenerierte 3-D-Darstellungen und -Animationen in den Planungsprozess ein. So ist es z. B. oft möglich, trotz beengter Raumverhältnisse auf die wirtschaftliche Luftkühlung zurückzugreifen. Damit können gegenüber der aufwendigeren Wasserkühlung etwa 30 bis 0 % Kosten eingespart werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich eventuelle Mängel und Störquellen bereits im Planungsstadium erkennen und beseitigen und die Stationen sich so auch bautechnisch optimieren lassen (Bild 2 a - c).. Betriebsoptimierung und Controlling Um die Wirtschaftlichkeit der Druckluftversorgung langfristig zu sichern, muss nicht nur ein optimiertes Kosten-Nutzen-Verhältnis, sondern auch die für ein effektives Controlling erforderliche Transparenz gegeben Bild 2 c: Computergenerierte 3-D-Animationen erlauben bereits im Planungsstadium virtuelles Begehen und fast beliebige Ansichten der künftigen Station Bild 3: Sigma Air Manager ermöglicht neben dem optimalen Zusammenspiel aller Komponenten erhöhte Verfügbarkeit und effektives Controlling der Druckluftversorgung sein. Die Basis dafür ist die Kompressorregelung Sigma Control, ein Industrie-PC mit fünf programmierten Steuerungsarten und der Möglichkeit, Daten zu sammeln und an ein Datennetz weiterzuleiten. Auf der Ebene der übergeordneten Regelung entspricht dem ein weiterer Industrie-PC, der schon erwähnte Sigma Air Manager (Bild 3). Neben der bedarfsgerechten Regelung und Überwachung der Station ist es seine Aufgabe, alle relevanten Daten zu sammeln und an ein Computernetz (Ethernet) weiterzuleiten. Das kann über Internet oder über die Leittechnik-Software Sigma Control Center geschehen. Der Sigma Air Manager bietet mit dem Visualisierungssystem Sigma Air Control eine per PC abrufbare Übersicht über alle Kompressoren der Station und ihre wichtigsten Betriebsdaten. So ist rasch erkennbar, ob die Station einwandfrei arbeitet, ob Wartungs- oder Störungshinweise anstehen und wie hoch der Betriebsdruck ist. Dabei kann die Informationstiefe frei gewählt werden. So lassen sich z. B. Betriebsereignisse nachvollziehen, grafische Darstellungen des Energieverbrauchs, Druckluftbedarfs und Druckniveaus erzeugen und Wartungstermine feststellen. Dieses moderne Controlling-Instrument trägt mithin wesentlich dazu bei, dass die Kompressorstation immer die erforderliche Druckluftmenge und -qualität liefert, und zwar bei optimierten Kosten

16 Nur wenige Kompressorstationen und Druckluftsysteme glänzen heute mit optimierten Kostenstrukturen. In allen anderen Fällen ist eine Systemoptimierung dringend zu empfehlen. Basis hierfür ist eine 3. Kompressorstationen richtig planen (3) Ermitteln der Ist-Situation und Druckluft-Bedarfsanalyse (ADA) detaillierte Druckluft-Bedarfsanalyse wie ADA ( Analyse der Druckluft-Auslastung ), die wir in den Grundzügen bereits im. Kapitel Kompressorstationen richtig planen (), S. 2 f. vorgestellt haben. Hier beschreiben wir, wie dazu die Ist-Situation einer Station in der Praxis Schritt für Schritt ermittelt wird. Grundvoraussetzung für die Analyse und die anschließende erfolgreiche Optimierung ist eine gute, vertrauensvolle Zusammenarbeit zwischen Betreiber und Druckluftfachmann. Für den Betreiber bedeutet das unter anderem, im Vorfeld alle benötigten Informationen bereitzustellen.. Informationen durch den Betreiber a) Grundrissplan Zur allgemeinen Orientierung muss ein Grundrissplan des Betriebes (Bild ) zur Verfügung stehen. Er sollte Haupt- Druckluftleitung, Verbindungsleitungen und Einspeisepunkte der Kompressorstation enthalten. Zudem sind Angaben über Rohrleitungsdimensionierung und -materialien sowie über Stellen des Haupt-Druckluftverbrauchs und der Entnahme von Luft besonderen Drucks und besonderer Qualität erforderlich. b) Anwendungsbereiche der Druckluft Da es sich bei Druckluft um ein sehr vielseitiges Medium handelt, sind nähere Angaben über ihre Einsatzarten unverzichtbar. Es sollte darüber informiert werden, ob die Druckluft z. B. als Steuerluft, bei der Oberflächenbeschichtung, für drehende Werkzeuge, zu Reinigungszwecken, als Prozessluft usw. eingesetzt wird. c) Installierte Kompressoren Neben den Typen und Bauarten der Kompressoren müssen deren jeweilige technische Daten wie Betriebsdruck, Liefermenge, Leistungsaufnahme, Art der Kühlung und gegebenenfalls Abwärmenutzung genannt werden. Lageplan mit einzelnen Netzsträngen Druckluft: Rot = 3 Leitung Blau = 2 Leitung Grün = Leitung im Boden Braun = ¾ Leitung Kompressorraum reitet wird und welche Qualitätsklassen erforderlich sind. Natürlich sind auch die technischen Daten der Komponenten zu benennen. Ein Fließschema sorgt für die nötige Übersicht (Bild 2). e) Anlagensteuerung und -überwachung Da neben den Eigenschaften der Einzelkompressoren vor allem deren Zusammenspiel die Wirtschaftlichkeit einer Station maßgeblich beeinflusst, darf eine Beschreibung der Steuerungs- Bild 2: R&I-Schema der Drucklufterzeugung und -aufbereitung (Handskizze) R + I-Schema (Skizze) Station 2 Anlagen Aufbereitung Bild : Lageplan (Grundriss) der Drucklufthauptleitung in einem Betrieb Kompressorraum d) Druckluftaufbereitung Bei der Druckluftaufbereitung ist es wichtig, ob zentral und/oder dezentral aufbeund Überwachungstechnik nicht fehlen. 2. Gespräch Betreiber/ Druckluftfachmann Liegen die genannten Informationen vor, dann sollte der Druckluftfachmann in einem Vorgespräch zunächst in die gesammelten Unterlagen eingewiesen und anschließend erörtert werden, welche Probleme es mit der Druckluftversorgung gibt. Dazu könnten etwa ein zu niedriges oder schwankendes Druckniveau, mangelhafte Luftqualität, schlechte Auslastung der Kompressoren oder Probleme mit der Kühlung zählen. 3. Begehung des Druckluftsystems Am aufschlussreichsten ist in der Regel eine Begehung des Druckluftsystems. Dabei empfiehlt es sich, in der kritischsten Zone zu beginnen, also dort, wo beispielsweise starke Druckabfälle (Bild 3) oder schlechte Luftqualitäten zu erwarten sind. Erfahrungsgemäß kommen dafür meist die Endabnahmestellen in Frage. Deshalb bietet es sich an, wie folgt vorzugehen: Bild 3: Druckabfall in einem Druckluftsystem a) Anschlussschläuche, Druckminderer, Wasserabscheider Insbesondere die Schlauchverbindungen zu den Luftverbrauchern weisen oft Leckstellen auf. Sie sind deshalb auf Schäden und Undichtigkeiten zu prüfen. Wenn Druckminderer vorhanden sind, dann muss deren Einstellung (Vor- und Nachdruck) unter Lastbedingungen ebenfalls geprüft werden (Bild ). Auch vor den Druckminderern installierte Wasserabscheider sind auf vorhandene Flüssigkeiten und Verunreinigungen zu untersuchen. Das Gleiche Bild : Energiefresser dezentraler Druckminderer mit Wasserabscheider gilt für senkrecht nach unten führende Abgangsleitungen (Bild 5). b) Absperreinrichtungen Wesentlichen Einfluss auf die Systemeffizienz hat auch der Zustand der vom Hauptnetz abzweigenden Verbindungsleitungen. Zu den neuralgischen Punkten gehören die Absperreinrichtungen. So ist zu kontrollieren, ob es sich beispielsweise um strömungsgünstige Kugelhähne mit vollem Durchgang bzw. Absperrklappen oder um strömungsungünstige Wasserabsperrarmaturen bzw. Eckventile handelt. c) Hauptrohrleitungsnetz Beim Hauptrohrleitungsnetz kommt es vor allem darauf an, Engstellen und damit Druckabfall-Verursacher zu ermitteln. d) Druckluft-Aufbereitungssystem Hier sind die wichtigsten Prüfkriterien der erreichte Drucktaupunkt (Trockenheitsgrad) und der jeweils verursachte Differenzdruck. Je nach Einsatzfall können auch weitere Qualitätsprüfungen notwendig sein. e) Kompressorstation Die Kompressorstation selbst kann natürlich auch erhebliche Mängel aufweisen. Im Einzelnen sind die Aufstellung der Maschinen, das Lüftungssystem, die Kühlung und die Verrohrung zu prüfen. Darüber hinaus ist die Gesamtschaltdruckdifferenz der Kompressoren, die Größe der Druckluftspeicher und der Messpunkt festzustellen, von dem aus die Kompressoren gesteuert werden. f) Bestimmen der Messpunkte Nach der Begehung legt der Druckluftfachmann gemeinsam mit dem Betreiber die Messpunkte für die Verbrauchsanalyse fest. Mindestanforderung ist eine Druckmessung vor und nach der Aufbereitung sowie am Ausgang des Druckluftnetzes. Wasser im System? Bild 5: Wasser im System? (Test) Test durch Öffnen des Kugelhahns Entweicht Wasser nach dem Öffnen?. Druck- und Luftverbrauchsmessung (ADA) Bei der Messung des Drucks und des Luftverbrauchs wird der Betrieb der Kompressorstation und des Druckluftsystems über mindestens 0 Tage mit Hilfe moderner Datenloggertechnik analysiert. Der Datenlogger erfasst die relevanten Messwerte und überträgt sie an einen PC, der ein detailliertes Verbrauchsdiagramm erstellt. Erkennbar sind Druckabfälle, Druck- und Verbrauchsschwankungen, Leerlaufverhalten, Last- und Stillstandszeiten der Kompressoren sowie die Zuordnung der Leistung jedes einzelnen Kompressors zum jeweiligen Druckluftverbrauch. Um das Bild zu vervollständigen, müssen während der Messung auch die Leckagen ermittelt werden. Dies geschieht wie in Kapitel 0, (S. 22 f.) dargestellt und erfordert unter anderem ein gezieltes Absperren bestimmter Netzbereiche während des Wochenendes

17 Kompressoren wandeln nahezu 00 Prozent der ihnen zugeführten elektrischen Energie in Wärme um. Bereits eine relativ kleine 8,5-kW-Kompressoranlage liefert quasi als Nebenprodukt so viel Wärme. Kompressorstationen richtig planen () Effiziente Kühlung der Kompressorstation: Luftkühlung energie, dass man damit gut ein Einfamilienhaus beheizen könnte. Effiziente Kühlung ist deshalb für den störungsfreien Betrieb einer Kompressorstation unerlässlich. Die von Kompressoren erzeugte Abwärme eignet sich bestens zum Energieeinsparen. Mit Hilfe entsprechender Wärmerückgewinnungssysteme können immerhin bis zu 9 Prozent der eingesetzten Energie zurückgewonnen, genutzt und die Kosten der Drucklufterzeugung deutlich gesenkt werden (vgl. Kapitel 8, Energie einsparen durch Wärmerückgewinnung, S. 8 f.). Dennoch muss auch bei Druckluftanlagen mit Wärmerückgewinnung ein vollwertiges Kühlsystem vorhanden sein, mit dem sich ebenfalls viel Geld einsparen lässt. So können die Kosten für Luftkühlung um bis zu 30 Prozent niedriger liegen als die für Wasserkühlung. Der Luftkühlung ist daher heute wo möglich der Vorzug zu geben.. Umgebung der Kompressoren. Sauber und kühl ist Trumpf In der Unfallverhütungsvorschrift VBG 6 ( 3. Verdichter, 2, Abschnitt ) heißt es: Verdichter sind so aufzustellen, dass sie ausreichend zugänglich sind und die erforderliche Kühlung gewährleistet ist. Die Durchführungsbestimmungen weisen darauf hin, dass die Umgebungstemperaturen bei luftund ölgekühlten Anlagen +0 C nicht überschreiten sollten. Außerdem enthält 5 den Hinweis:... im Ansaugbereich von Verdichtern dürfen gefährliche Beimengungen nicht freigesetzt werden. Diese Vorschriften sind nicht mehr als Minimalforderungen. Ihr Ziel ist es, die Unfallgefahr möglichst niedrig zu halten. Ein wirtschaftlicher und wartungsarmer Kompressorenbetrieb erfordert aber einiges mehr. Kompressorstation mit Abluftkanal effizienteste Variante der Luftkühlung.2 Der Kompressorenraum keine Abstellkammer Ein Kompressorenbetriebsraum ist keine Abstellkammer. Das heißt, er sollte von sachfremden Gerätschaften, Staub und sonstigen Verunreinigungen freigehalten werden; der Boden sollte abriebfest sein. Ideal wäre die Möglichkeit zur Nassreinigung. Auf keinen Fall darf Kühlluft ebenso wie die zur Verdichtung vorgesehene Luft ohne vorherige intensive Filtration aus einer mit Staub-, Rußpartikeln oder Ähnlichem belasteten Umgebung angesaugt werden. Doch selbst unter normalen Betriebsbedingungen müssen Ansaugund Kühlluft der Kompressoren durch eingebaute Filter gereinigt werden..3 Wohltemperiertes Klima Einen erheblichen Einfluss auf die Zuverlässigkeit und den Wartungsbedarf der Kompressoren haben auch die Temperaturverhältnisse: Ansaug- und Kühlluft dürfen weder zu kalt (unter +3 C) noch zu warm (über +0 C)* sein. Das ist bei Planung und Bauausführung zu berücksichtigen. So kommt es im Sommer durch Sonneneinstrahlung auf der Süd-, eventuell aber auch auf der Westseite von Betriebsgebäuden zeitweise zu besonders starker Lufterwärmung. Mitunter können dort auch in gemäßigten Klimazonen +0 oder gar +5 C erreicht werden. Deshalb empfiehlt es sich, die Öffnungen für die Ansaug- und Kühlluft nicht dort zu platzieren, wo sie starker Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind. Die Größe * ) Die genannten Temperaturgrenzen beziehen sich auf die klimatischen Verhältnisse in Mitteleuropa und die standardmäßige Ausstattung einer Kompressorstation der Öffnungen richtet sich nach der Leistung der Kompressoren und nach der Belüftungsart. 2. Belüftung des Kompressorenraums Nicht nur bei luft-, auch bei wassergekühlten Kompressoren kommt man nicht um eine angemessene Belüftung des Kompressorenraums herum. In jedem Fall müssen die Strahlungswärme innerhalb der Kompressoranlage und die Abwärme des elektrischen Antriebsmotors abgeführt werden. Zusammen entspricht das etwa 0 Prozent der Antriebsleistung des Kompressors. 3. Verschiedene Belüftungsarten 3. Natürliche Belüftung (Bild ) Die Kühlluft wird vom Kompressor angesaugt und erwärmt, steigt dann nach oben und wird schließlich wegen des herrschenden Überdrucks über eine oben platzierte Abluftöffnung aus dem Raum befördert. Diese Belüftungsart ist jedoch nur in Ausnahmefällen und für Kompressorenleistungen unter 5,5 kw zu empfehlen, denn bereits Sonneneinstrahlung oder auf die Abluftöffnung drückender Wind kann den Zusammenbruch der natürlichen Belüftung herbeiführen. 3.2 Künstliche Belüftung Diese oft praktizierte Methode arbeitet mit einem geleiteten Kühlluftstrom. Um in der kalten Jahreszeit Temperaturen unter +3 C zu vermeiden, sollte eine Thermostatsteuerung vorhanden sein. Zu niedrige Temperaturen würden die Funktionsfähigkeit der Kompressoren, der Kondensatableitung und -aufbereitung beeinträchtigen. Die Steuerung über Thermostate ist notwendig, weil der Kompressorenraum bei der künstlichen Belüftung einem gewissen Unterdruck ausgesetzt ist, der ein Rückströmen erwärmter Luft in den Raum verhindert. Es gibt zwei Möglichkeiten künstlicher Belüftung: 3.2. Belüftung mit externem Ventilator Ein in der Abluftöffnung des Kompressorenraums installierter externer Ventilator mit Thermostatsteuerung (Bild 2) saugt die erwärmte Luft ab. Bei dieser Belüftungsvariante ist es wichtig, die Ansaugöffnung (im Bild rechts unten) nicht zu klein zu dimensionieren: Es würde ein zu großer Unterdruck begleitet von erhöhter Geräuschbelästigung durch zu hohe Luft-Strömungsgeschwindigkeit entstehen. Zudem würde damit die Kühlung der Station gefährdet. Die Lüftung muss so ausgelegt sein, dass die Temperaturerhöhung durch die Kompressorenabwärme 7 K nicht übersteigt. Sonst könnte es zu einem Wärmekurzschluss und deshalb zum Ausfallen der Kompressoren kommen. Zu bedenken ist außerdem: externe Ventilatoren verursachen zusätzliche Energiekosten Belüftung mit Abluftkanal (Bild 3) Vollgekapselte Schraubenkompressoren ermöglichen es heute, eine fast ideale Belüftungsvariante mit Hilfe eines Abluftkanals zu verwirklichen: Der Kompressor saugt die Zuluft über eine entsprechende Öffnung an und gibt die erwärmte Abluft an den Kanal ab, der sie direkt aus dem Kompressorenraum leitet. Der entscheidende Vorteil dieser Methode besteht darin, dass der Kühlluftstrom stärker erwärmt werden kann, und zwar auf ca. 20 K. Damit verringert sich die benötigte Kühlluftmenge. Normalerweise reichen die serienmäßigen Ventilatoren in den Kompressoren für den Ablufttransport völlig aus. Das heißt, im Gegensatz zur Belüftung mit externem Ventilator ist kein zusätzlicher Energieaufwand erforderlich. Dies gilt jedoch nur, wenn die Restpressung der Ventilatoren nicht überschritten wird. Ferner muss der Abluftkanal über eine thermostatgesteuerte Umluftjalousie (Bild ) verfügen, um im Winter ein Auskühlen des Kompressorenraums zu vermeiden. Sind im Kompressorenraum auch luftgekühlte Trockner aufgestellt, dann ist das ebenfalls zu berücksichtigen: Kompressor und Trockner dürfen sich lüftungstechnisch nicht gegenseitig beeinflussen. Bei Temperaturen über + 25 C empfiehlt es sich außerdem, den Kühlluftdurchsatz durch einen thermostatgesteuerten Zusatzventilator zu erhöhen. Bild : Kompressorenraum mit natürlicher Belüftung für Anlagen unter 5,5 kw Bild 2: Künstliche Belüftung mit externem Ventilator für Anlagen ab 5,5 bis kw Bild 3: Künstliche Belüftung mit Abluftkanal für Anlagen ab kw Umluftklappe Bild : Eine thermostatgesteuerte Umluftjalousie sorgt für Temperaturausgleich h Zugluft z.b. aus Lagerhalle Zugluft von außen 30 3

18 Auf den Seiten 20 bis 3 war zu lesen, was bei der Installation neuer und der Sanierung bestehender Druckluftnetze zu beachten ist und wie die Planung einer effizienten Kompressorstation aussehen sollte. Energie- und kostenbewusste 5. Druckluftsysteme richtig betreiben Zuverlässigkeit und Kostenoptimierung langfristig erhalten Planung und Ausführung sind aber höchstens die halbe Miete. Wer die Wirtschaftlichkeit der Drucklufterzeugung dauerhaft sichern will, muss auch für einen effizienten Betrieb des Druckluftsystems sorgen. Möglichst große Drucklufteffizienz anzustreben lohnt sich für die Anwender gleich dreifach: Die Versorgungssicherheit wird sich erhöhen, Druckluftkosten und Energieverbrauch werden spürbar sinken. Das Effizienzpotential ist hoch: Laut der EU-Studie SAVE II verbrauchten im Jahr 2000 die europäischen Druckluftkompressoren 80 Milliarden kwh; mindestens 30 Prozent davon ließen sich einsparen.. Was heißt optimale Wirtschaftlichkeit? Die Wirtschaftlichkeit eines Druckluftsystems spiegelt sich in seiner Kostenstruktur wider. Das erreichbare Optimum wird je nach Betrieb und Produktion unterschiedlich aussehen. Entscheidend sind die Laufzeiten der Kompressoren, das Druckniveau und weitere kommerzielle Parameter. Hier als Beispiel ein optimiertes System mit luftgekühlter Kompressorstation Laufzeit 5 Jahre, Strompreis 8 Cent/kWh, Zinssatz 6 %, 7 bar Betriebsüberdruck, Innbetriebnahme/Schulung Kondensataufbereitung gesamt Installationskosten/Steuerung-Leittechnik Bild : Kostenstruktur eines optimierten Druckluftsystems Druckluftqualität gem. ISO 8573-: Restöl Klasse, Reststaub Klasse, Restwasser Klasse (Bild ). Das Beispiel zeigt: Auch unter optimalen Bedingungen macht der Energieverbrauch mit rund 70 % den Löwenanteil der Druckluftgesamtkosten aus. 2. Erhalten der Wirtschaftlichkeit Wer an einer dauerhaft wirtschaftlichen Druckluftversorgung interessiert ist, sollte einige wichtige Punkte beachten: 2. Bedarfsorientierte Wartung Moderne interne Kompressorsteuerungen wie Sigma Control und Druckluft-Managementsysteme wie Sigma Air Manager auf Industrie- PC-Basis informieren genau über die Wartungsintervalle der Komponenten einer Kompressorstation. Damit ist es möglich geworden, Wartungsarbeiten bedarfsgesteuert und vorbeugend durchzuführen. Das Resultat: niedrigere Wartungskosten, höhere Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit Investitionskosten Aufbereitung Basis: 0,08 Euro/kWh Laufzeit: 5 Jahre Zinssatz: 6 %. Investitionskosten Kompressoren Wartungskosten Aufbereitung Wartungskosten Kompressoren der Druckluftversorgung und somit höhere Sicherheit der betrieblichen Produktion. 2.2 Einsatz passender Verbraucher Nicht nur auf der Erzeugungs-, sondern auch auf der Verbrauchsseite besteht die Gefahr, an der falschen Energiekosten Aufbereitung Energiekosten Kompressoren Betriebsüberdruck: 7,5 bar Luftkühlung Druckluftqualität Öl (nach ISO 8573-) Staub Wasser Stelle zu sparen: Etwa indem Produktionsmaschinen gekauft werden, die zwar im Anschaffungspreis günstig sind, aber einen höheren Betriebsdruck benötigen. Die damit erforderliche Druckerhöhung und/ oder Erweiterung des Druckluftsystems wird schnell die Mehrkosten für die Anschaffung einer Maschine übertreffen, die mit einem niedrigeren Betriebsdruck von z. B. 6 bar auskommt. Deshalb sollten für den Einkauf von Produktionsmaschinen Richtlinien erlassen werden, die nicht nur die Spannungs-, sondern auch die Druckluftversorgung berücksichtigen. 2.3 Neue produktionsbedingte Anforderungen 2.3. Änderungen des Druckluftverbrauchs a) Umbau der Produktion Schichtabhängige Verbrauchsschwankungen sind vielerorts an der Tages- Bild 2: Gerät zur Messung des Druckluftverbrauchs. Der Volumenstrom wird durch Differenzdruckmessung mit Hilfe eines Messrohrs in der Druckleitung ermittelt. ordnung. Das wird oft zu wenig beachtet, und so kann es vorkommen, dass nach einem Umbau der Produktion Kompressoren in einer Schicht plötzlich extrem unterbelastet laufen, in einer anderen aber so viel Luftbedarf besteht, dass die Sicherheitsreserven mit aufgebraucht werden. Die Druckluftversorgung muss daher stets geänderten Produktionsstrukturen angepasst werden. b) Erweiterung der Produktion In diesem Fall müssen nicht nur die Kompressorenleistungen, sondern auch die Rohrleitungen und die Druckluftaufbereitung auf die veränderten Bedingungen abgestimmt werden. Wenn die Produktionskapazität eines Betriebes durch nochmaligen Aufbau einer vorhandenen Anlage erhöht werden soll, empfiehlt es sich, den Druckluftverbrauch der vorhandenen Anlage messtechnisch zu erfassen (Bild 2), um möglichst detaillierte Informationen zu erhalten und die Versorgung entsprechend anpassen zu können Versorgungssicherheit Bei Kompressorstationen ist es üblich, einen Standby-Kompressor vorzusehen. In der Druckluftaufbereitung wird dagegen oft auf solche Sicherheitsreserven verzichtet. Steigt der Luftverbrauch, Bild : Station mit Aufbereitung für zwei unterschiedliche Druckluftqualitäten dann springt zwar der Standby- Kompressor ein, wegen fehlender Aufbereitungskapazität kommt es aber zur Verschlechterung der Druckluftqualität. Deshalb sollte für jeden Standby-Kompressor auch eine Aufbereitungseinheit (Trockner/Filter) eingeplant werden (Bild 3) Änderung der Druckluftqualität Wird eine höhere Druckluftqualität benötigt, so ist zu unterscheiden, ob die ganze Produktion oder nur ein Teilbereich betroffen ist. Im ersten Fall genügt es nicht, die zentrale Druckluftaufbereitung aufzurüsten. Auch die Rohrleitungen, die bisher Luft geringerer Qualität transportiert haben, müssen gereinigt oder erneuert werden. Im zweiten Fall dagegen empfiehlt sich eine separate Aufbereitung, welche die geforderte Druckluftqualität liefert (Bild ). Um diese zu sichern, muss eine Durchflussbegrenzung installiert werden Sonst könnte die Aufbereitung von einer zu großen Druckluftmenge überfahren werden, denn sie ist natürlich nicht auf die maximal mögliche Kompressorenförderleistung ausgelegt. 2. Leckagen überwachen In jedem noch so gut gewarteten Druckluftnetz sind Leckagen anzutreffen, und sie haben die Tendenz zunehmen. Mitunter können sie zu erheblichen Energieverlusten führen. Hauptursache ist der Verschleiß an Werkzeugen, Schlauchverbindungen und Bild 3: Zur Sicherung der Druckluftqualität sollte auch jedem Standby- Kompressor eine Aufbereitungseinheit zugeordnet sein. Maschinenbauteilen. Es ist daher wichtig, auf solche Mängel zu achten und gegebenenfalls für Abhilfe zu sorgen. Darüber hinaus ist es ratsam, mit Hilfe moderner Steuerungs- und Überwachungssysteme, wie z. B. Sigma Air Manager, turnusmäßig die Gesamtleckagen zu ermitteln. Stellt sich eine Erhöhung heraus, so müssen die Leckstellen aufgespürt und beseitigt werden. 3. Kostenmanagement sichert Wirtschaftlichkeit Die während der Planung durch Analyse gewonnenen Daten sind jeweils aktualisiert auch für den späteren Betrieb interessant. Zur Datengewinnung bedarf es jedoch keiner gesonderten Analysen mehr. Systeme wie Sigma Air Manager übernehmen diese Aufgabe. Damit ist eine optimale Grundlage für Online-Druckluftaudits und effektives Kostenmanagement der Druckluftversorgung gegeben (Bild 5). Je mehr Anwender so Transparenz in ihre Druckluftkosten bringen, Einsparpotentiale ausloten und bei der Anschaffung der Druckluftkomponenten Energieverbrauch und Kosten senken Bild 5: Mit systematischem Kostenmanagement behält der Anwender die Druckluftaufwendungen stets im Griff. die Energieeffizienz in den Vordergrund stellen, desto näher kommen alle Beteiligten dem Ziel, den Energieverbrauch der Drucklufterzeugung flächendeckend um 30 Prozent und mehr zu drosseln den Unternehmensbilanzen und der Umwelt zuliebe

19 Immer mehr Druckluftanwender wählen Kompressoren Impressum Herausgeber: KOMPRESSOREN GmbH, Carl-Kaeser-Str. 26, 9650 Coburg, Deutschland, Telefon: ; Telefax: ; Internet: Redaktion: Michael Bahr (verantw.), Erwin Ruppelt Layout/Grafik: Martin Vollmer, Ralf Günther Fotografie: Marcel Hunger Druck: Schneider Printmedien GmbH, Reußenberg 22b, Weidhausen Nachdruck dieser Broschüre, auch auszugsweise, nur mit schriftlicher Genehmigung des Herausgebers.

20 Das Lieferprogramm Schraubenkompressoren mit SIGMA PROFIL Kältetrockner mit Energiesparregelung Kompressorsteuerungen mit Internet-Technologie Druckluft-Aufbereitung (Filter, Kondensat-Aufbereitung, Adsorptionstrockner, Aktivkohleadsorber) Drehkolbengebläse mit OMEGA PROFIL Fahrbare Baukompressoren mit SIGMA PROFIL Kolbenkompressoren für Handwerker und Werkstätten Nachverdichter