Drucklufttechnik. Grundlagen, Tipps und Anregungen rund um das Thema Druckluft : kompakt übersichtlich leicht verständlich

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1 Drucklufttechnik Grundlagen, Tipps und Anregungen rund um das Thema Druckluft : kompakt übersichtlich leicht verständlich

2 Druckluft effizient nutzen In fast allen Industrieunternehmen, aber auch in zahlreichen Inhalt Editorial. Was ist Druckluft?. Warum Drucklufttrocknung? 3. Effiziente Kompressorensteuerung. Kondensat richtig ableiten 5. Kondensat kostengünstig und sicher aufbereiten 6. Druckluft wirtschaftlich aufbereiten 7. Energie einsparen durch Wärmerückgewinnung 8. Energieverluste vermeiden (): Druckluftnetz-Neuplanung 9. Energieverluste vermeiden (): Druckluftnetz-Sanierung 0. Kompressorstationen richtig planen (): Druckluftbedarfsanalyse (ADA). Kompressorstationen richtig planen (): Ermitteln des wirtschaftlichsten Konzepts Weitere Informationen und Tools für die korrekte Planung Ihrer Druckluftversorgung finden Sie im Internet unter: Dipl.-Ing. Carl Kaeser Dipl.-Wirtsch.-Ing. Thomas Kaeser Handwerksbetrieben, ist der Energieträger Druckluft heute für eine wirtschaftliche Produktions- und Arbeitsweise unentbehrlich. Druckluft muss daher in der Mehrzahl der Anwendungsfälle lückenlos verfügbar, ihre Erzeugung muss wirtschaftlich, sicher und umweltschonend sein. Der Slogan Druckluft effizient der gleichnamigen Initiative, zu der sich unter Federführung des Fraunhofer Instituts für Systemtechnik und Innovationsforschung (ISI), Karlsruhe, die Deutsche Energie- Agentur (Dena), der VDMA und namhafte Unternehmen der Druckluftbranche als Partner im Frühjahr 00 zusammengeschlossen haben, ist für KOMPRESSOREN mehr als ein Schlagwort. Als modernem Hersteller und Systemanbieter geht es darum, den Anwendern mit Unterstützung der Druckluft eine ebenso sichere wie wirtschaftliche Produktion zu ermöglichen. Ziel dieser aus einer Serie unserer Kundenzeitschrift Report entstandenen Broschüre ist es daher, Ihnen, den Leserinnen und Lesern, sachliche, fachlich fundierte und zugleich allgemein verständliche Tipps aus der Praxis für die Praxis zu geben. Sie soll außerdem den Anwendern unter Ihnen helfen, den Energieträger Druckluft künftig noch effizienter als bisher zu nutzen. Mit den besten Wünschen für Ihren persönlichen und geschäftlichen Erfolg Services/Planung und Beratung Carl Kaeser Thomas Kaeser

3 . Was ist Druckluft? 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 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 7, Anhang C legen die korrekte Messung dieser Menge fest. Darüber hinaus gab es früher Motornennleistung auch noch die CAGI-Pneurop-Empfehlung PN CPTC. 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 V mit Hilfe der Gasgleichung (siehe Grafik oben) auf die Ansaugbedingungen zurückgerechnet. Das Resultat dieser Berechnung ist die Liefermenge der Kompressoranlage. Sie ist nicht zu verwechseln mit der Liefermenge des Kompressorblocks (Blockliefermenge). Bitte beachten Sie: V = V x P x T T x P DIN 95 und ISO 7 allein geben nur die Blockliefermenge wieder. Das gilt ebenfalls für die frühere CAGI-Pneurop-Empfehlung PN CPTC.. 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 optimale 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. abgegebene Druckluftmenge zugeführte elektrische Leistung 3. Spezifische Leistung Als spezifische Leistung eines Kompressors bezeichnet man das Verhältnis zwischen der zugeführten elektrischen Aufnahmeleistung und der abgegebenen Luftmenge bei einem entsprechenden 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 P = U n x l n x 3 x cos ϕ n errechnen. 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 and Conservation Act (kurz EPACT). 075 kwh Energieverbrauch Seit 998 werden Schraubenkompressoren mit Motoren, die dieser strengen Norm entsprechen, von auch in Europa angeboten. Diese EPACT-Motoren bieten wesentliche Vorteile: a) Niedrigere Betriebstemperaturen Die durch Erwärmung und Reibung auftretenden internen Wirkungsgradverluste können bei kleineren Motoren bis zu 0 % der Leistungsaufnahme ausmachen, bei Motoren ab 60 kw bis 5 %. EPACT- Motoren kommen dagegen mit einer deutlich geringeren Erwärmung und damit weniger Wärmeverlusten aus: Während ein konventioneller Motor bei normaler Auslastung eine Betriebstemperaturerhöhung von ca. 80 K bei einer Temperaturreserve von 0 K gegenüber Isolationsklasse F hat, betragen unter gleichen Bedingungen bei einem EPACT-Motor die Temperaturerhöhung nur ca. 65 K und die Temperaturreserve 0 K. Innere Motorverluste, enthalten im Motorwirkungsgrad b) Längere Lebensdauer Niedrigere Betriebstemperaturen bedeuten zunächst eine geringere thermische Belastung des Motors, der Lager und des Klemmkastens. Daraus ergibt sich als zweiter Vorteil eine verlängerte Lebensdauer des Antriebsmotors. c) 6 % 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

4 .Warum Drucklufttrocknung? 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. So produziert ein 30-kW-Kompressor mit einer Liefermenge von 5m 3 /min bei 7,5 bar unter durchschnittlichen Bedingungen pro Arbeitsschicht etwa 0 Liter Wasser. Es muss aus dem Druckluftsystem entfernt werden, um Betriebsstörungen und Schäden vorzubeugen. Drucklufttrocknung bildet also einen wichtigen Bestandteil anwendungsgerechter Aufbereitung. In diesem zweiten Kapitel finden Sie Wissenswertes zum Thema kostengünstige und umweltgerechte Trocknung. 6 Umgebungsluft: 0 m 3 /min bei 0 C mit 0,9 g/min Wasser Sättigungsgrad 60 %. Ein Beispiel aus der Praxis Saugt ein fluidgekühlter Schraubenkompressor bei 0 C unter Umgebungsdruck pro Minute 0 m 3 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 90 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 von 80 auf ca. 30 C reduziert. Danach kann der Kubikmeter Luft nur noch rund 30 g Wasser aufnehmen, so dass ein Wasserüberschuss 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. 0 % und damit zu einer besseren, relativ trockenen Druckluftqualität. Verdichtungsverhältnis : 0 Bm 3 /min, bei 80 C mit 0,9 g/min Wasser Sättigungsgrad 35 %. 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 +5 C nahezu 3 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/m 3. 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. Abkühlung: Bm 3 bei +3 C mit 0,9 g/min Wasser Sättigungsgrad 78 % Kondensatausfall 96,95 g/min 6536 g/8h Tag = ca. 7 Liter Bezeichnung Kältemittel H-FCKW Kältemittel R H-FKW R 3a Kältemittel und Blends R 0A R 07C 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 max. Wassergehalt in C in g/m , , +0 7, +0 9, 0,9 0, 0 0,9 5 0,5 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 unverän- Zusammensetzung Formel CHClF CH F-CF 3 R 3a/5/3a R 3/5/3a dert, 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 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 5 % 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 0, 0 oder 70 C benötigt werden. b) Welches Kältemittel? FCKW wie R und R dürfen in neuen Kältetrocknern nicht mehr eingesetzt werden. Die Tabelle (unten) zeigt die zur Verfügung stehenden Kältemittel und deren Einfluss auf die Umwelt. Bis zum Jahr 000 verwendeten die meisten Kältetrocknerhersteller R, ein teilhalogeniertes FCKW. Ozonabbaupotential (engl.: ODP = ozone depletion potential) [R = 00%] 5% 0% 0% 0% Treibhauspotential (engl.: GWP = global warming potential) [R = 00%] % 8% 6% % Es hatte gegenüber R ein Ozonabbaupotential von nur 5 %, und auch das Treibhauspotential war mit % 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 alternativ zu R empfohlen wurde. Der Vorteil von R 3a liegt in der Möglichkeit, mit R 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 m³/min interessant. Temperatur- Glide Mögliche Abweichung der Verdampfungs-/ Kondensationstemperatur [K] 0 0 0,7 7, 7

5 3. Effiziente Kompressorensteuerung 86 %. Hinzu kommen der Verlust durch den Frequenzumrichter und 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 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: Sie können den Auslastungsgrad auf 90 % und mehr steigern und so eine Energieersparnis von 0 % und mehr bewirken. 8. 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 Schaltvorgänge 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 0 % 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 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.. Klassifizierung des Luftbedarfs In der Regel lassen sich Kompressoren je nach ihrer Funktion als Grundlast-, Mittellast-, Spitzenlastoder Stand-by-Anlage klassifizieren. a) Grundlast-Luftbedarf Unter dem Grundlast-Luftbedarf versteht man die Luftmenge, die ein Betrieb ständig benötigt. b) 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 Kom- pressoren 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. 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, Kompressoren 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. d) Eigensichere Datenübertragung Eine weitere wesentliche Voraussetzung für das einwandfreie Funktionieren und die Effizienz einer übergeordneten Steuerung ist eine eigensichere Datenübertragung. Dazu muss sichergestellt sein, dass nicht nur Meldungen innerhalb der einzelnen Kompressoranlagen sowie 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. Analogsignale 0 ma 3. elektronische Schnittstellen z. B. RS 3, 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. Somit müssen übergeordnete Leitsysteme auch nicht unbedingt in der Druckluftstation platziert werden. 9

6 . Kondensat richtig ableiten nierte Kondensatabgänge nach unten, so genannte Wassersäcke, ermöglichen es, das Kondensat aus der Hauptleitung abzuführen (Bild links). Bei einer Luftströmungsgeschwindigkeit von bis 3 m/s und korrekter Auslegung scheidet ein Wassersack im Feuchtbereich des Druckluftsystems auftretendes Kondensat ebenso effektiv ab wie ein Druckluftbehälter. b) Drucklufttrockner Neben den bereits genannten gibt es weitere Kondensatsammel- und Ableitungsstellen im Bereich der Drucklufttrocknung.. Gängige Ableitersysteme Derzeit sind im Wesentlichen drei Systeme im Einsatz: a) Schwimmerableiter 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 errechnete und angepasste Ventilöffnungszeiten 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. So lässt sich der Ableiter bei Wartungsarbeiten absperren, und der Betrieb der Druckluftanlage kann störungsfrei weiterlaufen (Bild rechts). Kondensat ist ein unvermeidliches Nebenprodukt der Drucklufterzeugung. Wie es entsteht, haben wir in Kapitel (S. 6) beschrieben. Demnach erzeugt schon ein 30-kW-Kompressor mit einer Liefermenge von 5 m 3 /min unter durchschnittlichen Betriebsbedingungen ca. 0 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 senken können. 0. 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) Kondensatsammel- und -ableitungsstellen Zum Sammeln und Ableiten des Kondensats tragen zunächst mechanische Elemente des Druckluftsystems bei. Dort fallen bereits 70 bis 80 % des gesamten Kondensats an vorausgesetzt, 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). 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 Druckluftbehälter das Kondensat von der Luft, und zwar durch die Schwerkraft. Ausreichend dimensioniert (Kompressorförderleistung/min : 3 = Behältergröße in m 3 ) 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 somit die Kondensatabscheidung weiter. Wassersack in der Druckluftleitung: Um undefiniertes Strömen des Kondensats zu vermeiden, muss die Druckluftleitung im Feuchtbereich so ausgeführt werden, dass alle Zuund Abgänge von oben oder von der Seite angeschlossen sind. Defi- 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. 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 (Bild Mitte). Schwimmerableiter, aber sie müssen dennoch regelmäßig auf Verunreinigungen geprüft werden. Falsch justierte Ventilöffnungszeiten verursachen zudem Druckluftverluste und damit erhöhten Energieverbrauch. c) Kondensatableiter mit Niveausteuerung (ECO Drain) 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 (wie beim Schwimmerventil) durch exakt

7 5. Kondensat kostengünstig und sicher aufbereiten 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. Bei der Drucklufterzeugung entstehen zwangsläufig erhebliche Mengen Kondensat (vgl. dazu auch Kapitel und ). Die Bezeichnung Kondensat verführt möglicherweise zu der Annahme, es handele sich dabei lediglich um kondensierten Wasserdampf. Doch Vorsicht! Jeder Kompressor wirkt wie ein überdimensionaler Staubsauger: Er saugt Verunreinigungen mit kontaminierter Umgebungsluft 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. Wegen wachsender Umweltbelastungen enthält es neben Staubpartikeln zunehmend 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 0 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 Plus 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 (Bild ). 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. Jeder Kompressor saugt mit der Umgebungsluft Wasserdampf und Verunreinigungen an. Das daraus bei der Luftverdichtung entstehende Kondensat muss von Öl und weiteren Schadstoffen (Bild ) befreit werden, bevor es als Reinwasser (Bild 3) einleitfähig ist c) Kondensat aus ölfrei verdichtenden Kompressoren Das aus ölfrei verdichtenden Systemen stammende Kondensat enthält wegen 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 75 und 300 DM/m 3. Angesichts der anfallenden Kondensatmengen dürfte somit die betriebliche Aufbereitung meistens rentabel sein. Sie hat den Vorteil, dass von der ursprünglichen Entsorgungsmenge nur noch etwa 0,5 übrigbleiben, die umwelttechnisch entsorgt werden müssen.. Aufbereitungsverfahren a) für Dispersionen Zur Aufbereitung dieser Kondensatart genügt meist ein Dreikammertrenngerät, das aus zwei Vorabscheidekammern und einer Aktivkohlefilterkammer besteht. Der eigentliche Trennvorgang geschieht mittels Schwerkraft. Die auf der Flüssigkeitsoberfläche in Schwerkrafttrenngeräte wie dieser Aquamat bereiten Kondensat-Dispersionen höchst zuverlässig und kostengünstig auf 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 60 m 3 /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 Bei stabilen Kondensat-Emulsionen kommen unter anderem Membrantrennsysteme zum Einsatz 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 gehört die ph-neutralisation durch Zugabe basischer Stoffe und 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 verunreinigen das Kondensat erheblich. 3

8 6. Druckluft wirtschaftlich aufbereiten Seit Jahren schwelt ein Expertenstreit 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/m 3 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 industrieund verkehrsbedingte Emissionen zwischen und mg/m 3 Luft betragen. In Industriegebieten, wo Öle als Schmier-, Kühl- und Prozessmedium eingesetzt werden, kann allein der Mineralölgehalt weit über 0 mg/m 3 liegen. Hinzu kommen noch weitere Verunreinigungen wie Kohlenwasserstoffe, Schwefeldioxid, Ruß, Metalle und Staub.. 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 ölund fluidgekühlten Kompressoren aggressive Stoffe durch das Kühlöl/ -fluid 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 eine ausreichende Trocknung der Druckluft. In den meisten Fällen ist die Ener- gie sparende Kältetrocknung das wirtschaftlichste Verfahren (vgl. Kapitel, S. 7). 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 Energie- und 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 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 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 Klasse Restölgehalt mg/m 3 DIN ISO Reststaub µm Reststaub mg/m 3 Restwasser DTP C Restwasser g/m 3 0,0 0, 0, 70 0,003 0, 0 0, , , , ,36 7 nicht spezifizierbar Molkerei, Brauerei Nahrungs- und Genussmittelherstellung, besonders saubere Förderluft, Chemieanlagen Krankenhaus, Pharmaindustrie Webmaschinen, Fotolabor Farbspritzen, Pulverbeschichten, Verpacken, Steuer- und Instrumentenluft allgemeine Werksluft, Sandstrahlen mit Güteanforderung Kugelstrahlen ohne Güteanforderung Förderluft für Abwassersysteme Schraubenkompressoren haben einen um ca.0 Prozent höheren Wirkungsgrad als ölfrei verdichtende Kompressoren. Das von für fluid- oder ölgekühlte Schraubenkompressoren entwickelte Reinstluftsystem ermöglicht bei der Erzeugung ölfreier Druckluft weitere Kosteneinsparungen um bis zu 30 %. Der mit diesem System erreichte Restölgehalt liegt unter 0,003 mg/m 3, 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, S. 7) und verschiedene Filterkombinationen zum Einsatz. So können von trockener über partikelfreie bis hin zu technisch ölfreier und steriler Druckluft alle gemäß ISO-Standard festgelegten Druckluft-Qualitätsklassen zuverlässig und kostengünstig erzeugt werden Öl Staub Wasser Keime FST FST 5. Aufbereitungsschema Als Handreichung findet der Anwender auf jedem neuen -Schraubenkompressorenprospekt ein Schema. Ausgehend von der Anwendung lässt sich so auf einen Blick die jeweils richtige Gerätekombination ermitteln. FD ACT FF FE oder FF FFG FB oder FC Handhabung des Schemas (Variante mit Kältetrockner): Suchen Sie Ihre Anwendung (. Spalte links), lesen Sie den den Reinheitsgrad ab - (. Spalte zusammengefasst, 3. bis 6. Spalte nach Belastungen aufgeschlüsselt). Dem rechten Teil können Sie dann die benötigten Aufbereitungskomponenten entnehmen. Eine komplette Abbildung des Schemas finden Sie auf Seite 6. T Druckluftbehälter Druckluftaufbereitung mit Kältetrockner (Drucktaupunkt +3 C) Erläuterungen: THNF=Stofftaschenfilter zur Reinigung staubhaltiger und stark verschmutzter Ansaugluft ZK=Zyklonabscheider zur Ausscheidung von Kondensat FB=Vorfilter 3µm zum Ausscheiden von Flüssigkeitströpfchen und Feststoffpartikeln >3 µm, Restölgehalt 5 mg/m 3 FC =Vorfilter µm zum Ausscheiden von Öltröpfchen und Feststoffpartikeln > µm, Restölgehalt mg/m 3 FD=Nachfilter µm zum Ausscheiden von Staubpartikeln (Abrieb) > µm FE=Mikrofilter 0,0 ppm zum Ausscheiden von Ölnebel und Feststoffpartikeln >0,0 µm, Restölaerosolgehalt 0,0 mg/m 3 FF=Mikrofilter 0,00 ppm zum Ausscheiden von Ölaerosolen und Feststoffpartikeln >0,0 µ m, Restölaerosolgehalt 0,00 mg/m 3 FG=Aktivkohlefilter zur Aufnahme der Öldampfphase, Restöldampfgehalt 0,003 mg/m 3 FFG = Mikrofilter-Aktivkohle-Kombination bestehend aus FF und FG T=Kältetrockner zur Drucklufttrocknung, Drucktaupunkt bis +3 C AT=Adsorptionstrockner zur Drucklufttrocknung; Serie DC, kalt-regenerierend, Drucktaupunkt bis -70 C; Serie DW, DN, DTL, DTW, warmregenerierend, Drucktaupunkt bis -0 C ACT=Aktivkohleadsorber zur Aufnahme der Öldampfphase, Restöldampfgehalt 0,003 mg/m 3 FST= Sterilfilter für keimfreie Druckluft Druckluftfremdstoffe: Öl Staub Wasser/Kondensat Keime Druckluftbehälter Filter Kompressor Filtrationsgrade Restölgehalt 0,003 mg/m 3, gereinigt von Teilchen > 0,0 µm, steril, geruchs- und geschmacksfrei Restölgehalt 0,003 mg/m 3, gereinigt von Teilchen > 0,0 µm 3 Restölgehalt 0,0 mg/m 3, gereinigt von Teilchen > 0,0 µm Restölgehalt mg/m 3, gereinigt von Teilchen > µm 5 Restölgehalt 5 mg/m 3, gereinigt von Teilchen > 3 µm 6 unaufbereitet T ZK THNF 5

9 7. Energie einsparen durch Wärmerückgewinnung Angesichts der kontinuierlichen Verteuerung von Energie ist sparsamer Umgang mit Energieressourcen nicht nur eine ökologische, sondern zunehmend auch eine wirtschaftliche Notwendigkeit. Die Kompressorenhersteller bieten dazu viele Möglichkeiten wie z. B. die Wämerückgewinnung 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.. Bis zu 9 Prozent nutzbare Energie Der größte Teil der eingesetzten und als Wärme nutzbaren Energie, und zwar 7 %, 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 6 Wärmerückgewinnungssystem mit Abluftkanal und eingebauter Schwenkklappe zur Warmlufterzeugung Wärmefluss-Diagramm: Abwärme vom Antriebsmotor (wird der Kühlluft zugeführt) 9% durch Kühlung des Fluids rückgewinnbare Wärmemenge (Fluidkühler) 7% durch Kühlung der Druckluft rückgewinnbare Wärmemenge (Nachkühler) 3% 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 % gehen durch Wärmeabstrahlung verloren und gesamte elektrische Leistungsaufnahme 00% für Wärmerückgewinnung nutzbare Wärmemenge 9% Wärmeabstrahlung der Kompressoranlage an die Umgebung % Wärme, die in der Druckluft verbleibt % % Wärme verbleiben in der Druckluft (siehe dazu auch das Wärmeflussdiagramm oben). 3. Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung Anwender, die an einer noch wirtschaftlicheren Druckluftnutzung Wärmerückgewinnungsanlage zur Warmwassererzeugung: Der Plattenwärmetauscher erzeugt Warmwasser bis zu 70 C interessiert sind, können sich für verschiedene Varianten der Wärmerückgewinnung entscheiden: a) Warmluftheizung Die einfachste Möglichkeit der Wärmerückgewinnung bei luft- und ölbzw. 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 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. 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- 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 innerhalb von zwei Jahren. Voraussetzung dafür ist allerdings eine korrekte Planung.. 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. 7

10 8. Energieverluste vermeiden () Was bei der Planung und Installation eines Druckluftnetzes zu beachten ist 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. 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,5 Cent. Viele Betriebe legen daher großen Wert auf eine besonders wirtschaftliche Drucklufterzeugung. Das ist auch der Grund für den Siegeszug der öl-bzw. fluidgekühlten Schraubenkompressoren: Mit diesen Maschinen lassen sich bis zu 0% der früher anfallenden Drucklufterzeugungskosten einsparen.. Die Aufbereitung beeinflusst das Druckluftnetz Schon geringere Beachtung findet dagegen eine bedarfsgerechte Druckluftaufbereitung. Das ist 8 bedauerlich, denn nur von gut aufbereiteter Druckluft sind auch niedrige Wartungskosten bei den Druckluftverbrauchern und dem Rohrleitungsnetz zu erwarten. a) Kältetrockner senken den Wartungsbedarf In ca. 80% aller Anwendungsfälle reichen Kältetrockner für die Druckluftaufbereitung aus. So ersparen sie oft den mit Druckverlusten verbundenen Einsatz von Filtern im Rohrleitungsnetz und beanspruchen nur etwa 3% der Energiekosten, die der Kompressor bei der Erzeugung 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 links) oder aus Schraubenkompressor und Trockner in Turmbauweise auf dem Markt erhältlich. 3. Neuplanung und Installation eines Druckluftnetzes Vorab ist 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) 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 oben): Hauptleitung () 0,03 bar Verteilungsleitung () 0,03 bar Anschlussleitung (3) 0,0 bar Trockner () 0, bar Wartungseinheit und Schlauch (5) 0,5 bar insgesamt max. 0,8 bar mehr 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 geraden Meter Rohr mit dem Faktor,6 multipliziert. Die Rohrleitungsdurchmesser lassen sich dann anhand gängiger Auslegungsdiagramme auf einfache Weise ermitteln (siehe Bild rechts). 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. c) Welches Rohrleitungsmaterial ist das richtige? Hier lässt sich im Hinblick auf die Materialeigenschaften keine bestimmte Empfehlung geben. Auch die Anschaffungspreise eignen sich nicht als alleinige Ent- Rohrleitungslänge (m) Luftbedarf m 3 /h m 3 /min Nennweite (mm) 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 vielscheidungshilfe: Verzinkte Rohre, Kupfer- oder Kunststoffrohre haben etwa das gleiche Preisniveau, wenn man Werkstoff- und Installationskosten zusammenrechnet. Rund 0% 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. Systemdruck (bar) Druckverlust (bar) 9

11 9. Energieverluste vermeiden () Was bei der Sanierung eines bestehenden Druckluftnetzes zu beachten ist 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 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.. 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, 0 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 ein 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 ). 3. Leckagen ermitteln und beseitigen Die Sanierungsmaßnahmen führen natürlich nur dann zum optimalen Ergebnis, wenn auch die Leckagen im Druckluftnetz weitestgehend beseitigt werden. Bild : Sanieren einer Leitung durch Ziehen eines zweiten Rohrleitungsringes 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). Betriebsüberdruck Zeit t t t 3 t t 5 Bild 3: Ermitteln von Leckagen durch Messung der Einschaltzeiten des Kompressors bei ausgeschalteten Druckluftverbrauchern Bild Leckagemessung der Druckluftverbraucher Bild 5 T Bild : Erweiterung der Leitungskapazität durch Zwischenmaschen Auf der Grundlage dieser Messung errechnet sich die Leckagemenge nach folgender Formel: VL = VK x t x T Legende: VL = Leckagemenge (m³/min) VK = Volumenstrom des Kompressors (m³/min) t x = t + t + t 3 + t +t 5 Zeit, in der der Kompressor belastet lief (min) T = Gesamtzeit (min) 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.

12 0. Kompressorstationen richtig planen () Druckluft-Bedarfsanalyse (ADA) Kompressorstationen sind heute meist komplexe Systeme. Wirklich wirtschaftlich lassen sie sich nur betreiben, wenn dies bei Neuplanung, Erweiterung und Modernisierung angemessen berücksichtigt wird. 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.. 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, die Nutzung der Wärmerückgewinnung einbeziehen. Dieser Erkenntnis entspricht das -Energiesparsystem (KESS). Es umfasst Druckluftbedarfsanalyse, Planung (Bild ), Realisation, Weiterbildung und Kundendienst. Entscheidend ist dabei die. 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 Untersuchung muss je nach Bedarfsfall unterschiedliche Rahmenbedingungen berücksichtigen: a) Neuplanung einer Druckluftversorgung Zur Neuplanung einer Kompressorstation erhält der künftige Betreiber einen speziellen Bild : Ein spezieller Fragebogen dient dem künftigen Betreiber als Auslegungsleitfaden. Er kann direkt von der -Website (Rubrik Services / Planung und Beratung / Analyse ) heruntergeladen werden 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 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 Sta- tionen 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 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 00:00 00:5 0:30 0:5 03:00 03:5 0:30 05:5 06:00 06:5 07:30 08:5 09:00 09:5 0:30 :5 :00 :5 3:30 :5 5:00 verbessern und eine entsprechende übergeordnete Steuerung einzuplanen (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. 5:5 6:30 7:5 8:00 8:5 9:30 0:5 :00 :5 :30 3:5 spez. Leistung Neuanlage spez. Leistung Altanlage 0 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 Erzeugungs- und Aufbereitungstechnik. Sie muss in der Lage sein, Druckluft kostengünstig in einer exakt definierten Menge und Qualität zu liefern. Bild : Mit Hilfe moderner 3-D-CAD-Systeme können Kompressorstationen bis ins letzte Detail geplant und genau auf den Anwenderbedarf abgestimmt werden 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. Auslegungsfragebogen (Bild ). Dieser Leitfaden ermöglicht es in Zusammenarbeit mit einem erfahrenen -Druckluftfachberater, den zu erwartenden Druckluftbedarf und die dazu benötigte Ausstattung kw min/m³ Zeit & Lastmaschinen Bild : Die Grafik zeigt den mit ADA ermittelten spezifischen Leistungsbedarf der Altanlage (obere Kurve) und der Neuanlage (untere Kurve) 3

13 . Kompressorstationen richtig planen () Ermitteln des wirtschaftlichsten Konzepts 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 Industriebetrieben 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) er- benötigte Liefermenge m³/min fasster, 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 :30 0:5 0:00 0:5 03:30 0:5 05:00 05:5 06:30 07:5 08:00 08:5 09:30 0:5 :00 :5 :30 Zeit benötigte Liefermenge Energieverbrauch bestehende Anlage Energieverbrauch Neuanlage Energieverbrauch Neuanlage 3:5 :00 :5 5:30 6:5. Die Mischung macht's In den meisten Fällen erweist sich eine genau abgestimmte Konfiguration aus Kompressoren verschiedener Leistungsgrößen als richtige Lösung. Sie besteht meist aus großen Grundlast- und Stand-by- 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 Grundund Spitzenlastkompressoren auswählen können für bis zu 6 Kompressoren in einem Druckschwankungsbereich von nur 0, bar. Diese Anforderung erfüllen intelligente Steuerungssysteme, wie Vesis und neuerdings auch Sigma Air Manager von. Die genannten Steuerungen können über ein Bussystem mit den Kompressoren und weiteren Komponenten wie Kondensatableitern, Trocknern usw. Daten austauschen. Zudem besitzen sie die Möglichkeit, an eine zentrale Leittechnik angeschlossen zu werden und sämtliche Betriebsdaten dorthin weiterzuleiten. 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 wirt- 7:00 7:5 8:30 9:5 0:00 0:5 :30 :5 3:00 3: Leistungsaufnahme kw Bild : Vergleich des Energieverbrauchs einer bestehenden Kompressorstation mit neuen Anlagenvarianten während eines Betriebstages abhängig vom Druckluftbedarf schaftliche 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 a - c). Bild a: Grundrisszeichnung der Kompressorstation in einem Automobilwerk Bild b: R+I-Schema derselben Kompressorstation Bild c: Computergenerierte 3-D-Animationen erlauben bereits im Planungsstadium virtuelles Begehen und fast beliebige Ansichten der künftigen Station. 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 sein. Die Basis dafür ist die Kompressorsteuerung Sigma Control, ein Industrie-PC mit fünf vorprogrammierten Steuerungsarten und der Möglichkeit, Daten zu sammeln und an ein Datennetz weiterzuleiten. Auf der Ebene der übergeordneten Steuerung entspricht dem ein weiterer Industrie-PC, der schon erwähnte Sigma Air Manager (Bild 3). Neben der bedarfsgerechten Steuerung 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. Bild 3: Sigma Air Manager ermöglicht neben dem optimalen Zusammenspiel aller Komponenten erhöhte Verfügbarkeit und effektives Controlling der Druckluftversorgung 5

14 Lieferprogramm Wählen Sie je nach Bedarf/Anwendung den gewünschten Aufbereitungsgrad: Druckluftaufbereitung mit Kältetrockner (Drucktaupunkt +3 C) Anwendungsbeispiele: Auswahl Aufbereitungsgrad DIN ISO Staub Wasser Öl Keime Molkerei, Brauerei A Nahrungs- und Genussmittelherstellung besonders saubere Förderluft, Chemieanlagen Krankenhaus, Pharmaindustrie Webmaschinen, Fotolabor Farbspritzen,Pulverbeschichten Verpacken, Steuer- und Instrumentenluft allgemeine Werksluft, Sandstrahlen mit Güteanforderung Kugelstrahlen Kugelstrahlen ohne Güteanforderung Förderluft fürabwassersysteme keine Qualitätsvorgaben Für nicht frostgeschützte Druckluftnetze: Druckluftaufbereitung mit Adsorptionstrockner (Drucktaupunkt bis -70 C) Medikamentenherstellung, Molkerei, Brauerei Chipherstellung, Optik, Nahrungs- u.genussmittelherstellung Prozessluft B C A B D E G G 7 H 3 7 I 7 J 6 7 A B C Staub Wasser Öl Keime FST FE FST FST FE FD ACT ACT FE FF FF bei -Schraubenkompressoren andere Anlage FD FFG FB FC T ECD Kompressor Filter Druckluftbehälter Filter Druckluftbehälter Aufstellung bei stark schwankendem Druckluftbedarf Aquamat ZK THNF Aufstellung bei stark schwankendem Druckluftbedarf T AT FE ZK Erläuterungen: THNF=Stofftaschenfilter zur Reinigung staubhaltiger und stark verschmutzter Ansaugluft ZK=Zyklonabscheider zur Ausscheidung von Kondensat ECD=ECO-Drain elektronisch niveaugesteuerter Kondensatableiter FB=Vorfilter 3µm zum Ausscheiden von Flüssigkeitströpfchen und Feststoffpartikeln >3 µm, Restölgehalt 5 mg/m 3 FC =Vorfilter µm zum Ausscheiden von Öltröpfchen und Feststoffpartikeln > µm, Restölgehalt mg/m 3 FD=Nachfilter µm zum Ausscheiden von Staubpartikeln (Abrieb) > µm FE=Mikrofilter 0,0 ppm zum Ausscheiden von Ölnebel und Feststoffpartikeln >0,0 µm, Restölaerosolgehalt 0,0 mg/m 3 FF=Mikrofilter 0,00 ppm zum Ausscheiden von Ölaerosolen und Feststoffpartikeln >0,0 µ m, Restölaerosolgehalt 0,00 mg/m 3 FG=Aktivkohlefilter zur Aufnahme der Öldampfphase, Restöldampfgehalt 0,003 mg/m 3 FFG = Mikrofilter-Aktivkohle-Kombination bestehend aus FF und FG T=Kältetrockner zur Drucklufttrocknung, Drucktaupunkt bis +3 C AT=Adsorptionstrockner zur Drucklufttrocknung; Serie DC, kaltregenerierend, Drucktaupunkt bis -70 C; Serie DW, DN, DTL, DTW, warmregenerierend, Drucktaupunkt bis -0 C ACT=Aktivkohleadsorber zur Aufnahme der Öldampfphase, Restöldampfgehalt 0,003 mg/m 3 FST= Sterilfilter für keimfreie Druckluft Aquamat = Kondensataufbereitungssystem Druckluftfremdstoffe: + Staub - + Wasser/Kondensat - + Öl - + Keime - Filtrationsgrade: DIN ISO Schraubenkompressoren mit SIGMA PROFIL Kompressorsteuerungen mit Internet-Technologie Kältetrockner mit SECOTEC Energiesparregelung Druckluftnetz Kondensatableitung Druckluft-Aufbereitung (Filter, Kondensatableiter- und aufbereitung, Adsorptionstrockner, Aktivkohleadsorber) Pharmaindustrie Fotolabor frostgefährdete Anwendungen, besonders trockene Förderluft, Farbspritzen,Feinstdruckregler A F -3-3 B -3 FST FG FD AT FE ECD Kompressor THNF Aquamat Klasse Reststaub µm Reststaub mg/m 3 Restwasser DTP C Restwasser g/m 3 Restölgehalt mg/m , , ,003 0,7 0,88 5,95 7,73 9,36 0,0 0, nicht spezifizierbar Drehkolbengebläse mit OMEGA PROFIL Fahrbare Baukompressoren mit SIGMA PROFIL A B C Restöldampfgehalt 0,003 mg/m 3, gereinigt von Teilchen > 0,0 µm, steril, geruchs- und geschmacksfrei Restöldampfgehalt 0,003 mg/m 3, gereinigt von Teilchen > 0,0 µm Restöldampfgehalt 0,003 mg/m 3, gereinigt von Teilchen > µm D E F G Aerosolgehalt 0,00 mg/m 3, gereinigt von Teilchen > 0,0 µm Aerosolgehalt 0,0 mg/m 3, gereinigt von Teilchen > 0,0 µm Aerosolgehalt 0,0 mg/m 3 gereinigt von Teilchen > µm Aerosolgehalt mg/m 3 gereinigt von Teilchen > µm H I J Aerosolgehalt 5 mg/m 3, gereinigt von Teilchen > 3 µm Aerosolgehalt 5 mg/m 3, gereinigt von Teilchen > µm unaufbereitet Kolbenkompressoren für Handwerker und Werkstätten Druckluftzubehör / Druckluftwerkzeuge 6 IMPRESSUM Herausgeber: KOMPRESSOREN GmbH, Carl-Kaeser-Str. 6, 9650 Coburg, Deutschland Telefon (0 95 6) Telefax (0 95 6) produktinfo@kaeser.com Internet: Redaktion: Michael Bahr (verantw.), Erwin Ruppelt Layout/Grafik: Sabine Deinhart, Frank Heumann, Philipp Schlosser Fotografie: Michael Kaeser, Alexander Wachter Druck: Schneider-Druck, Weidhausen Nachdruck dieser Broschüre, auch auszugsweise, nur mit schriftlicher Genehmigung des Herausgebers.

15 Planung Kundendienst Beratung und Analyse SIGMA AIR UTILITY Originalteile Serviceverträge KOMPRESSOREN GmbH 960 Coburg Postfach 3 GERMANY Telefon (0 95 6) Fax (0 95 6) produktinfo@kaeser.com P-00D./0 Technische Änderungen vorbehalten!