Grundlagen der Drucklufttechnik. Herzlich Willkommen zum IHK Workshop Optimierung von Druckluftsystemen in Weilheim am

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1 Herzlich Willkommen zum IHK Workshop Optimierung von Druckluftsystemen in Weilheim am Referent: Dieter W. Schneider, Dipl. Ing. (FH) Wolfratshausen

2 AirCenterSüd wurde 1999 aus der ehemaligen Ingersoll-Rand/ECOAIR/Bauer Schraubenverdichter Niederlassung in Wolfratshausen gegründet AirCenterSüd bietet herstellerunabhängige Druckluftlösungen AirCenterSüd Philosophie - kundenorientiert - problemorientiert - individuell und kompetent

3 Liefer- und Leistungsprogramm: Kompressoren ( geschmiert und ölfrei) Schrauben-, Kolbenkompressoren ( verschiedener Hersteller) Druckluftaufbereitung Trockner, Filter, EcoTec Converter Kondensatbehandlung Ableitung, Aufbereitung Druckluftspeicherung und -rohrleitungen Stickstofferzeuger Druckluft-Managementsysteme Service alle namhaften Hersteller Planung, Engineering und Ausführung von Druckluftanlagen Pneumatik, Hydraulik, Industriebedarf (eshop)

4 Referenzen u.a.: Setra Busse ( MB Konzern) Deutsche Bahn AG BMW AG Bundeswehr Brauhaus Tegernsee IABGmbH ( Flugzeugtests) Hörbiger Kompressortechnik manroland AG St. Leonardsquelle Motoren Bauer WM Deutz AG Vion AG ( Moksel) Grob Aircraft Unsere Philosophie: Kundenorientierte Druckluftlösungen

5 Grundlagen der Drucklufttechnik 1. Bauarten von Kompressorsystemen 2. Bezugsdaten 3. Druckluftkosten und spezifische Kennzahlen

6 In einer von der EU-Kommission in Auftrag gegebenen Studie wurde ermittelt... Durchschnittliche Gesamtkosten einer Druckluftstation? % 84% 73% 25% 13,5% 10% 2% 2,5% 3% Energiekosten Kapitaldienst Wartungskosten 2000Bh/a 4000Bh/a 7500Bh/a Basis : Stromkosten: 0,06 /kwh, Abschreibungskosten: 5 Jahre, Zinsen: 8% Es werden ca. 40% mehr an Energie zur Drucklufterzeugung verbraucht als nötig!!

7 Warum sind die Energiekosten so hoch? Einsatz von: falschen Kompressorsystemen veralteten, energetisch ungünstigen Kompressoren falsche Druckluftaufbereitung falscher, meist zu hoch eingestellter Betriebsdruck oftmals bedingt durch zu hohe Druckverluste im System hohe Leckageraten

8 Was macht ein Kompressor? Grundlagen der Drucklufttechnik In einem Kompressor wird in der Regel atmosphärische Luft durch Zufuhr von mechanischer Energie auf ein höheres Druckpotential gebracht. Die eingeschlossenen Luftmoleküle werden durch Verkleinerung des Raumes enger zusammengepreßt, verdichtet.

9 Übersicht der verschiedenen Verdichterbauarten Abb.1: Verdichterbauarten

10 Kolbenkompressoren ölgeschmiert ölfrei einstufig mehrstufig einstufig mehrstufig bis ca. 10 bar bis ca bar bis ca. 7 bar bis ca. 400 bar Daten können differieren nach System und Hersteller Kolbenkompressor einstufig Kolbenkompressor mehrstufig

11 Verdichtungssysteme und ihre Betriebsdrücke Kolbenkompressoren ölgeschmiert ölfrei einstufig mehrstufig einstufig mehrstufig bis ca. 10 bar bis ca bar bis ca. 7 bar bis ca. 400 bar Daten können differieren nach System und Hersteller Einsatzgebiete: im kleinen Leistungsbereich bis ca. 11 kw bei Betriebsdrücken größ ößer 15 bar zur Verdichtung von Sondergasen als Booster um bereits vorverdichtete Luft auf ein höheres Druckniveau zu verdichten Anmerkung: Kolbenkompressoren kommen heutzutage in immer weniger werden Anwendungen zum Einsatz. Sie werden verdrängt durch das angeblich modernere System Schraubenkompressor.

12 Schraubenkompressoren Fluid eingespritzt Trocken laufend Wasser Öl kein Medium einstufig einstufig mehrstufig einstufig mehrstufig bis ca. 13 bar bis ca. 15 bar bis ca. 20 bar bis ca. 3,5 bar bis ca. 10 bar Daten können differieren nach System und Hersteller Ansaugen Verdichten Ausströmen Funktionsprinzip Schraubenkompressor Schraubenkompressor einstufig Schraubenkompressor zweistufig Zwei parallele, mit unterschiedlichem Profil versehene Rotoren, arbeiten gegenläufig in einem Gehäuse.

13 Schraubenverdichter: Schraubenkompressoren Fluid eingespritzt Trocken laufend Wasser Öl kein Medium einstufig einstufig mehrstufig einstufig mehrstufig bis ca. 13 bar bis ca. 15 bar bis ca. 20 bar bis ca. 3,5 bar bis ca. 10 bar Daten können differieren nach System und Hersteller öleingespritzt wassergespritzt trockenlaufend 1. stufige Verdichtung Erzeugung ölarmer Druckluft Restölgehalt > 0,003 mg/m³ Betriebsdruck max: 15 bar 1. stufige Verdichtung Erzeugung ölfreier Druckluft Restölgehalt < 0,003 mg/m³ Betriebsdruck max: 13 bar stufige Verdichtung Erzeugung ölfreier Druckluft Restölgehalt < 0,003 mg/m³ Betriebsdruck max: einstufig: 3,5 bar zweistufig: 10,5 bar

14 Verdichtungssysteme und ihre Betriebsdrücke Schraubenverdichter: Einsatzgebiete: in nahezu allen Bereichen wo Druckluft benötigt wird (vom kleinsten Handwerksbetrieb bis hin zum größten Industrieunternehmen) bei Betriebsdrücken kleiner 15 bar ölgeschmiert, 10 bar ölfrei Anmerkung: Schraubenkompressoren sind heutzutage die am häufigst eingesetzten Verdichter. Drehzahlgeregelte Schraubenkompressoren nehmen dabei eine immer wichtigere Rolle ein, da ihr Energie- Einsparpotential, systembedingt sehr groß ist.

15 Bezugsdaten in der Drucklufttechnik - Volumenstromangaben - Der Volumenstrom ist ein Hauptkennwert eines Kompressors. Der Volumenstrom wird meist in m³/min angegeben. Er wird ermittelt, indem der Volumenstrom der verdichteten Luft (Druckluft) gemessen und dann auf die atmosphärischen Ansaugbedingungen zurückgerechnet wird. Folgende Meßmethoden werden verwendet: Normen Volumenstromangabe ISO 1217 DIN 1945 Cagi PNEUROP Annex C Annex B ohne Anhang Anhang F PN 2 CPTC 2 Die Volumenstromangabe z.b. Volumenstrom = 5 m³/min bei 7 bar(ü) nach oben genannten Normen genügt allein nicht, es ist nicht klar definiert unter welchen Umgebungsbedingungen bzw. nach welcher Meßmethode gemessen wurde. Genaue Auskunft darüber ist nur durch die sogenannten Anhänge (Annex) zu den einzelnen Normen zu bekommen.

16 Bezugsdaten in der Drucklufttechnik - Volumenstromangaben, die den Betreiber interessieren- ISO 1217 Annex C/1996: Der Annex C definiert einen Abnahmeversuch, der sich auf die Gesamtanlage inklusive aller Rohrleitungen, Regelventile, Filter, Kühler usw. im betriebsfertigem Zustand bezieht. Alle anlageninternen Verluste sind berücksichtigt. Der Kompressor wird als Black Box angesehen. Diese Angabe bezieht sich somit auf den Volumenstrom, den der Kunde tatsächlich nutzen kann. DIN 1945, Anhang F: Die DIN 1945, Anhang F entspricht inhaltlich der ISO 1217, Annex C. Die Angabe dieser Norm bezieht sich ebenfalls auf die Gesamtanlage und gibt dem Kunden Auskunft über den real nutzbaren Volumenstrom. Anlageninterne Verluste sind berücksichtigt.

17 Volumenstrommessung nach ISO 1217 Anhang C: (PN2 CPT C2) Austrittsdruck p 2 Ansaugtemperatur T 1 Austrittsvolumen V 2 Ansaugdruck p 1 Ansaugfeuchtigkeit j 1 Austrittstemperatur T 2 V1= V2 x p2 x T1 T2 x p1 Rückrechnung

18 CAGI/PNEUROP Grundlagen der Drucklufttechnik Normen in der Drucklufttechnik - Volumenstromangaben - Um klare Richtlinien für die Abnahme von Kompressoren (Verdrängerprinzip), zu erreichen, haben sich die Branchenorganisationen CAGI (für USA) und PNEUROP (für Europa) auf die Meßmethode CAGI/PNEUROP geeinigt. Es gibt folgende Untergruppen: PN2 CPTC1 PN2 CPTC2 PN2 CPTC3 Verbrennungsmotor für elektrisch angetriebene Kompressoren ohne Nebenaggregate für elektrisch angetriebene Kompressoren mit Nebenaggregaten für Kompressoren mit Nebenaggregaten und Antrieb mit Begriffdefinitionen: PN CPTC = PNEUROP = Compressor Performance Test Code Die vom europäischen Herstellerverband erarbeitete Abnahmeregel für Verdränger-Luftkompressoren mit Elektroantrieb (PN 2 CPTC 2) ist mittlerweile in die internationale Norm ISO 1217 Annex C übernommen worden. Die Regel ermöglicht einen realistischen Vergleich von Kompressoren unterschiedlicher Fabrikate, denn sie fordert klare Angaben über Lufteinlass und Druckluftaustritt und ganz wichtig über seine Gesamtleistungsaufnahme.

19 Toleranzen nach ISO 1217: (PN2 CPT) Volumenstrom bei angegebenen Bedingungen Volumenstrom Spezifische Leistungsaufnahme Leistungsaufnahme im Leerlauf*) unter 0,5 m 3 /min +/- 7 % +/- 8 % +/- 20 % 0,5-1,5 m 3 /min +/- 6 % +/- 7 % +/- 20 % 1,5-15 m 3 /min +/- 5 % +/- 6 % +/- 20 % über 15 m 3 /min +/- 4 % +/- 5 % +/- 20 % Die o.g. Toleranzen enthalten die Herstellungstoleranzen des Kompressors incl. der Meßtoleranzen für die bei der Abnahme gemessenen Werte. *) falls vom Hersteller angegeben Definition des Volumens gemäß ISO 1217 C : 1,0 bar abs / 20 C / trocken

20 Normen in der Drucklufttechnik - Leistungsangaben - Gesamtleistungsaufnahme gem. ISO 1217 Annex C/1996 (PN2 CPTC2) Bei diesen Leistungsangaben wird der Kompressor als Black-Box betrachtet. Es wird angegeben, welche elektrische Leistung die Gesamtanlage aufnimmt. Sie beinhaltet damit innere Motorverluste, den Leistungsbedarf für den Anlagenlüfter und die Elektrik, Antriebsverluste (Keilriemen, Getriebe) usw. Mit dieser Angabe lassen sich einfach die Stromkosten für den Kompressorbetrieb errechnen: E Kosten = P ges x K Energie x Bh E kosten = jährliche Stromkosten [EUR / a] P ges = Gesamtleistungsaufnahme [kw] K energie = Strompreis [EUR / kwh] Bh = Betriebsstunden / Jahr [h / a] In der Norm ISO 1217 Annex C/1996 ist die Verwendung der Gesamtleistungsaufnahme (=Einspeisung in den Schaltschrank) vorgeschrieben.

21 Begriffe in der Drucklufttechnik - Leistungsangaben - Spezifische Leistung Die Spezifische Leistung (P spez ) ist definiert über: P spez = Leistung / Volumenstrom. Sie gibt an, wieviel Leistung zur Erzeugung von einem Kubikmeter Druckluft in einer Minute erforderlich ist. Mit dieser Kennzahl kann die Wirtschaftlichkeit verschiedener Anlagen verglichen werden. Je kleiner P spez, desto besser. Die Aussagekraft hängt jedoch davon ab, welche Leistungs-, bzw. Volumenstromangabe verwendet wird. Richtig ist: P spez = Klemmleistung / Volumenstrom (nach ISO 1217, Annex C/1996) Alternativ kann der Volumenstrom nach CAGI PNEUROP PN2 CPTC2 oder nach DIN 1945, Anhang F angegeben werden.

22 Spez. Leistung - ein Wert mit Aussagekraft? Wesentliche Kennzahl eines Kompressors: Spezifische Leistung P spez. = P/V = [ kw/m 3 /min] Volumenstrom mit Kondensat (Blockwert)? P spez!? Gesamtleistungsaufnahme des Kompressors Leistungsaufnahme des Elektromotors Volumenstrom ohne Kondensat (Anlagenwert)!? Leistungsaufnahme des Verdichterblocks korrekt? = fragwürdige Aussagekraft

23 Druckluftkosten P spez wird bei Kauf oder Planung nur in 100% Punkt angegeben Wichtiger ist jedoch die Auslastung der Anlage ( ist die Anlage falsch ausgelegt taugt die beste spez. Leistung nichts) Auslastung = Last Bh / Gesamt Bh Leerlaufkosten = (Gesamt Bh Last Bh) x P Anlage x 0,35* x Kosten /kwh * Leerlaufleistungsaufnahme ca % der Volllastleistungsaufnahme

24 EU Studie ermittelte europaweit eine Auslastung von Kompressorsystemen von 60%, d.h. 40% Leerlauf Allein in Deutschland sind ca Kompressoren > 11 kw installiert mit einem Leistungsbedarfs von 14 Milliarden kwh Strom D.h. 1,3 AKW s oder 4 Kohlekraftwerke oder der Jahresstrombedarf der Deutschen Bahn AG D.h. 4,25 Mio Tonnen CO 2 D.h. für die Drucklufterzeugung wird 40% mehr Energie verbraucht als notwendig

25 und so sieht s bei uns aus!!