Effiziente Drucklufterzeugung Regionalforum Siegen-Wittgenstein 28.10.2014 Markus Schubert Vertriebsleiter Deutschland Nord
Tradition verpflichtet seit 1923 Aus einem schwäbischen Traditionsunternehmen - gegründet 1923 - ist im Juli 2007 die ALMiG Kompressoren GmbH hervorgegangen. ALMiG steht für Automatische Luftpumpen Made in Germany
Standort Deutschland! ALMiG Werk I ALMiG Werk II
ALMiG Kolbenkompressoren Industrie Industrie Industrie Hochdruck Industrie Nachverdichter HL 2,2 45 kw HP 11 15 kw, bis 400 bar A-O 1,1 3,8 kw BOOSTER 2,2 18,5 kw, max. Enddruck 40 bar A/A-N/A-H 1,5 3,8 kw
Schraubenkompressoren - ölgeschmiert Keilriemen Getriebe Direkt Direkt + Drehzahlgeregelt COMBI 2,2 22 kw GEAR 30-500 kw DIRECT 15-315 kw FLEX 3-30 kw BELT 4 250 kw VARIABLE 16-355 kw
ALMiG Komplettanbieter ölfrei - Kolben 1,5 11,4 KW - Schraube wassereingespritzt 15 110 KW - Schraube trocken 2-stufig 75-250 KW - Turbo 200 2000 KW 9
Grundlagen für eine effiziente Drucklufterzeugung FEHLER ERKENNEN 11
Was erwarten Sie von ihrer Druckluftstation? - Druckluft in ausreichender Menge - günstig erzeugt - Ausfallsicherheit - Unauffällig - und noch vieles mehr 12
Druckluft - SYSTEME BEDARF
Systeme Schraubenkompressoren ölgeschmiert Schraubenkompressoren ölfrei Kolbenkompressoren ölfrei, ölgeschmiert Drehzahlgeregelte Verdichter Übergeordnete Steuerungen Bedarf = Druckluftqualität = sichere Druckluftversorgung = wirtschaftliche Druckluftversorgung = Anpassung an betriebliche Erfordernisse = Erweiterbarkeit, Flexibilität ZIEL: Druckluft-Versorgung, betriebssicher, wirtschaftlich, flexibel, servicefreundlich
-- -- -- -- + - Systeme -- + + + + + + + + -- Bedarf -- + --- -- optimale Druckluft-Station
Häufigste Aussage zu Druckluftanlagen: teuerstes Medium in der Erzeugung Gegenfrage: im Vergleich zu was?? 16
Druckluft ist einfach erzeugbar einfach speicherbar Mobil Sicher sauber TEUER?! 17
TEUER? Warum ist das so und was kann ich dagegen machen? Wie hoch ist das Einsparpotenzial? 18
In einer von der EU-Kommission in Auftrag gegebenen Studie ermittelte... Die durchschnittlichen Gesamtkosten einer Druckluftstation? 90 87% 84% 80 73% - % Energiekosten? 70 60 50 - % 40 Kapitaldienst? 30 20 25% 13,5% 10% Kapitaldienst 10 2% 2,5% - % 0 Wartungskosten? 3% Wartungskosten 2000 Bh /a 4000 Bh /a 7500 Bh /a Energiekosten Basis : Stromkosten: 0,06 /kwh, Abschreibungskosten: 5 Jahre, Zins en: 8% und weiter wurde festgestellt Es werden ca. 33% mehr an Energie zur Drucklufterzeugung verbraucht als nötig!!
Energiekosten Energiekosten Energiekosten Energiekosten Energie [%] Energie [%] Hier Effiziente steht der Drucklufterzeugung Diverse Energie-Agentur haben Workshops mit Maßnahmenempfehlungen (incl. Druckluftcheck) bei Mittelstands-Unternehmen durchgeführt. 100 90 80 70 60 50 40 33% Teilweise Umsetzung der Empfehlungen 100 90 80 70 60 50 40 24% 30 30 20 20 10 10 0 vorher nachher 0 vorher nachher Ermitteltes, erschließbares Potential zur Kostensenkung Real erreichte Einsparung Anstelle von 100.000 Energiekosten / Jahr nur 76.000 Man muss nur etwas tun! 24.000 Einsparung ~ 240.000 vergleichbarer Umsatz!
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
Drucklufterzeugung 23
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.
Summenhäufigkeit Hier Effiziente steht der Drucklufterzeugung Durchschnittliche Auslastung eines Last-Leerlauf-Kompressors 20% 40% 60% 80% 100% % Auslastung Untersuchungen vom Fraunhofer Institut zeigen, die meisten Kompressoren sind nur zu 50 70 % ausgelastet. Die restliche Zeit befinden sie sich im Regelbetrieb. Eine Druckluftstation sollte: - möglichst nur Lastlaufstunden - möglichst keine Leerlaufstunden haben!!
Ein starrer Kompressor kann die Liefermenge nicht anpassen. Ist der Höchstdruck erreicht läuft ein Schraubenkompressor erst einmal weiter ohne Luft zu fördern! 35
Vergleichbar Ein Auto ohne Gaspedal: Hier Effiziente steht der Drucklufterzeugung Entweder Vollgas oder kein Gas! ALSO: das Gaspedal zur Drehzahlregelung. 37
Was versteht man unter der Drehzahlregelung? Bei der Drehzahlregelung wird die optimale Anpassung der Liefermenge an den schwankenden Luftverbrauch durch Variation der Motordrehzahl realisiert. D.h.: - steigt der Luftbedarf: wird die Motordrehzahl und somit direkt die Verdichterdrehzahl erhöht. Die Liefermenge steigt. - fällt der Luftbedarf: wird die Motordrehzahl und somit direkt die Verdichterdrehzahl verringert. Die Liefermenge sinkt.
Volumenstrom (m³/min) Hier Effiziente steht der Drucklufterzeugung Warum Drehzahlregelung? Regelcharakteristik eines Last-Leerlauf-Kompressors Es kann nur 100% oder 0% Druckluft erzeugt werden bei einer konstanten Liefermenge. Verbrauchsprofil einer Standard Druckluft-Station 14 8 0 Wochenstunden 80 160 Exakte Liefermengenanpassung Die Last-Leerlauf-Regelung eines Standardkompressors in Verbindung mit schwankendem Druckluftbedarf verursacht teure Leerlaufzeiten. Der Betreiber zahlt im Leerlauf 25-40% der installierten Motorleistung (bei 100kW = 25 40kW) und erhält dafür nicht einen Liter Druckluft!!!
Das Zusammenspiel von mehreren Kompressoren 54
Kaskadierung von Kompressoren 1 bar höherer Druck bedeutet 6 8 % mehr Gesamtleistungsaufnahme je Kompressor!
Gesamtes Druckband Hier Effiziente steht der Drucklufterzeugung Kaskadierung versus Druckbandregelung: übergeordnet gesteuert Kaskade Druckband Druck-Kaskaden-Steuerung Kompressor 1 Kompressor 2 Kompressor 3 Kompressor 4 Kompressor 5 Druckbandsteuerung mit Drucksensor Druckeinsparung Kompressor 1-5 neues Druckband Typische Kaskadenregelung mehrerer Kompressoren im Verbund: Nachteil dieser Anordnung ist die Aufsummierung der Druckbänder zu einem gemeinsamen breiten Druckband. Wirtschaftlich sehr ungünstig Moderne Regelungsvariante mehrerer Kompressoren im Verbund: Vorteil dieser Anordnung ist, daß alle angeschlossenen Verdichter über einen gemeinsamen übergeordneten Drucksensor in einem sehr schmalen Druckband gesteuert werden. Auch Druckschalteranlagen kommen in den Vorzug einer Sensorregelung. Sehr wirtschaftlich
Gesamtes Druckband Hier Effiziente steht der Drucklufterzeugung Kaskadierung versus Druckbandregelung: übergeordnet gesteuert Kaskade Druckband Druck-Kaskaden-Steuerung Kompressor 1 Kompressor 2 Kompressor 3 Kompressor 4 Kompressor 5 Druckbandsteuerung mit Drucksensor Druckeinsparung Kompressor 1-5 neues Druckband Gleiche Ein- Ausschaltpunkte für alle Kompressoren, sowie gleiche Auslastung Druckband kann auf ein Minimum reduziert werden (Optimum 0,2 bar) Hohe Energieeinsparung, da hoher Druck = hohe Energie ältere, unwirtschaftliche Kompressoren / Stationen werden schlagartig wirtschaftlicher
Übergeordnete Steuersysteme verbrauchsabhängig Computer P1 Kompressor 1 Kompressor 2 Kompressor 3 Kompressor 4 Merkmale: Steuern von bis zu 16 Kompressoren in einem engen Druckband von ca. 0,4 bar -> Energieeinsparung Netzdruckerfassung durch einen gemeinsamen Drucksensor Grundlastwechsel programmierbar Kompressoren können verbrauchsabhängig zugeschaltet werden Nach der Nachlaufzeit schalten die Kompressoren auf Stop, wenn kein neuer Belastungsbefehl kommt Zweiwege-Kommunikation
Druckluftaufbereitung Wichtigste Regel: Nur soviel wie nötig! 64
Was macht ein Kompressor? Hier Effiziente steht der Drucklufterzeugung In einem Kompressor wird in der Regel atmosphärische Luft, als ein gasförmiger Stoff zusammengepresst, also verdichtet Die festen Bestandteile lassen sich nicht verdichten und sind somit in dem begrenzten Raum immernoch in großer Zahl vorhanden
Folgen unaufbereiteter Druckluft Konzentration der Schadstoffe bei Atmosphärischer Luft 7 bar Überdruck Unaufbereitete Druckluft zerstört Druckluftleitungen, Werkzeuge und führt somit zwangsläufig zu teuren Instandhaltungskosten sowie zu Produktionsstillständen. Unaufbereitete Druckluft führt zu Qualitätseinbußen im Produktionsprozeß. Druckluftwerkzeug Druckluftleitung Aluminium
Welche Feststoffe können für die Produktionsanlagen und Produkte zu Problemen führen? Problem Abhilfe Restwasser Trocknung Partikel Filtration Restölgehalt Adsorption
Quelle: VDMA Druckluftseminar Empfohlene Druckluftqualitäten (Beispiele) Anwendung Druckluftqualitätsklassen nach DIN ISO 8573-1 Partikel Restwasser Restöl KL m KL DTP KL mg/m³ Atemluft 1 0,1 1-3 -70/-20 C 1 0,01 Spritzpistolen 1 0,1 2-40 C 1 0,01 Medizintechnik 1 0,1 3-4 -20/+3 C 1 0,01 Meß- und Regeltechnik 1 0,1 4 +3 C 1 0,01 Förderung von Lebensmitteln und Getränken 2 1 3-20 C 1 0,01 Sandstrahlanlagen -- 4-3 +3/-20 C 3 1 Allgemeine Werksluft 3 5 4 +3 C 5 25 Aufbruchhammer 4 15 5-4 +7/+3 C 5-4 25-5
Druckluftqualitätsklassen nach DIN ISO 8573-1:2009 Feuchtigkeit Klasse Drucktaupunkt 0 nach Betreibervorgabe 1-70 C 2-40 C 3-20 C 4 + 3 C 5 + 7 C Partikel Klasse 0,1 < d 0,5 0,5 < d 1,0 1,0 < d 5,0 0 nach Betreibervorgabe 1 20.000 400 10 2 400.000 6.000 100 3-90.000 1.000 4 - - 10.000 5 - - 20.000 Restöl Klasse Restölgehalt mg/m³ 0 nach Betreibervorgabe 1 0,01 2 0,1 3 1 4 5 X >5
Restwasser/ Kondensat Trocknung
Trocknerinstallationvor oder nach dem Behälter? oder Installation vor dem Behälter + Trockner wird immer mit konstantem Volumenstrom vom Kompressor belastet (Trockner wird nicht überfahren ). + Im DL-Behälter fällt kein Kondensat an Behälter bleibt trocken. - Hohe Drucklufteintrittstemperatur, da kurze Abkühlstrecke (ggf. größeren Trockner installieren). Installation nach dem Behälter - Bei großem Verbrauch kann der Kältetrockner überfahren werden besonders bei wenigen, aber großen Druckluftverbrauchern. - Im Behälter fällt Kondensat an Innenwände müssen gegen Rost geschützt sein. + Druckluftabkühlung bis zum Trocknereintritt (ggf.kleinerer Trockner möglich).
Trocknerinstallationvor oder nach dem Behälter? oder Beide Möglichkeiten sind richtig! Die beste Lösung ist abhängig von Ihren Druckluftbedarf Fragen Sie Ihren Druckluftfachmann!
Verfahren zur Druckluftaufbereitung Restwasser Trocknung Partikel Filtration Restölgehalt Adsorption
Quelle: VDMA Druckluftseminar Das Filtrationsspektrum Ruß Textilfarbpigmente Relative Größe diverser Materien Viren Bakterien Zementstaub Wassernebel Sporen in Mikrometer (µm) Tabakrauch Asbeststaub Öldunst Ölnebel Kohlenstaub 0,01 0,1 1 10 100 Tiefenfilter (Koaleszenzfilter) Oberflächenfilter (Staubfilter)
Tiefbettfilter neu 0.5Mikron
Filtrationsprinzip direktes Abfangen Aufprallabscheidung Brown`sche Molekularbewegung Drainage Direktaufprall + Trägheitsmoment + Brownische Molekularbewegung ( >1 mikron ) ( 1-0.3 mikron ) ( 0.3-0.01 mikron)
Tiefbettfilter gefüllt verursacht eine Druckdifferenz!!
Quelle: VDMA Druckluftseminar Wann soll / muß das Filterelement gewechselt werden? Ein Wechsel ist dann sinnvoll, wenn die Stromkosten die Elementkosten erreichen Dies ist bei einem Differenzdruck von ca. 0,4 bar der Fall
Element Lebensdauer Bei einem Sättigungsgrad, der einem Differenzdruck von maximal 0,5 bar entspricht, sollte das Element getauscht werden. Die Kosten dafür sind relativ gering im Vergleich zu den Energiekosten, die auftreten, wenn der Kompressor diesen Druckverlust erzeugen muß.! 0,5 bar Druck kosten ca. 3% mehr an Energieaufwand! Ein Differenzdruckmanometer zeigt die Filtersättigung an und damit auch einen notwendigen Filterelementwechsel. Bei stark verunreinigter Druckluft muß dem oben beschriebenen Mikrofilter ein Vorfilter vorgeschaltet werden. Das erhöht die Standzeit des Filterelementes.
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JÄHRLICHE ENERGIEKOSTEN IN EURO KOMPRESSORLEISTUNG Hier Effiziente steht der Drucklufterzeugung Wie hoch sind die Energiekosten durch die Druckdifferenz? 3500 3000 2500 2000 Betriebsparameter: 6000 BSt./Jahr 0,10 Euro/kWh 1 bar = 10% Energie 110 kw 75 kw 1500 1000 500 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Druckabfall in bar 45 kw 30 kw 22 kw 11 kw
Druckluftverteilung 95
2D-Bogen 3D-Bogen T-Stück Reduzierung Erweiterung Ventil Flansch Druckverlust Abzweigung Hier Effiziente steht der Drucklufterzeugung Quelle: VDMA Druckluftseminar Druckabfall in Druckluftleitungen p[bar] 7 Druckfresser: Lange Leitungen Kleine Innendurchmesser Enge Leitungskrümmer Verengungen Armaturen und Anschlüsse 6 Δp 0 bei: Kugelhähnen mit vollem Durchgang Klappenventilen
Quelle: VDMA Druckluftseminar Druckverlust durcharmaturen und Anschlüsse Gleichwertige Rohrlänge [m] / Nennweiten [DN] DN 25 DN 40 DN 50 DN 80 DN 100 DN 125 DN 150 8 10 15 25 30 50 60 1,2 2 3 4,5 6 8 10 0,3 0,5 0,7 1 1,5 2 2,5 1,5 2,5 3,5 5 7 10 15 0,3 0,5 0,6 1 1,5 2 2,5 0,15 0,25 0,3 0,5 0,8 1 1,5 2 3 4 7 10 15 20 0,5 0,7 1 2 2,5 3,5 4
Verluste durch Leckagen
Verluste / Kosten durch Leckagen Hier Effiziente steht der Drucklufterzeugung
Leckagen erkennen Einseifen der Anschlüsse Geräuschentwicklung Leckagespray Ultraschallmessgeräte Wichtig: Im letzten Drittel der Druckluftverteilung entstehen die meisten Leckagen
Leckagemenge ermitteln Messung der Leckagenmenge
Beispiel: Leckagemenge ermitteln Behälter mit 1.000l Volumen und 10 bar = 10.000l Luft In 1 Minute sinkt der Druck auf 9 bar Also nur noch 9 (bar) x 1000l Luft = 9.000l im Behälter Verlust von 1.000l (in 1 Minute) = Leckagerate 1.000l /min
Druckhaltesysteme und elektrischer Kugelhahn Vorfilter 1μm Feinfilter 0,01μm Aktivkoh lefilter Zyklonabscheider Behälter Trockner Feinfilter 0,01μm Aktivkohle filter
Optimierung des Druckluftsystems??? 117
Verbrauchswerte - Messung
Das Resultat! Einsparpotential: 22.585 Euro / Jahr ~ 34%
Wärmerückgewinnung 132
Wärmefluß öleingespritzter Schraubenkompressoren Ein Schraubenkompressor ist eine Heizung, die auch noch Druckluft erzeugt!
Raumheizung durch Abluftwärme Klappen Strömungsgeschwindigkeit 3-5 m/s Abluft im Sommer Heizluft bei Wärmebedarf Frischluft Zuluft im Winter Hinweise: Temperaturgesteuerte Klappen für eine geregelte Raumtemperatur sinnvoll Restpressung des Kompressors begrenzt Kanallänge und Kanalführung Zusatzventilatoren für Kanäle mit zu hohem Druckverlust Ablufttemperatur ca. 20-25 K über Ansaugtemperatur geringe Zusatzinvestitionskosten
Wärmenutzung über den Ölkreislaufs Wärmeaustausch im Gegenstrom Öl-Wasser Temperaturgeregelte Ventile versorgen den Verdichterblock mit korrekt temperiertem Öl
Wärmenutzung für Heiz- und Brauchwasser Wärme für Heizwasser 1: Schraubenkompressor 2: Platten-Wärmeaustauscher (PWT) 3: Umwälzpumpe 4: Ausdehnungsgefäß 5: Zusatz-Heizkessel 6: Umwälzpumpe Heizkreislauf 7: Heizkörperthermostat 8: Heizkörper Wärme für Brauchwasser 1: Schraubenkompressor 2: Sicherheits-Wärmeaustauscher (SWT) 3: Umwälzpumpe 4: Warmwasserspeicher 5: Warmwasserverbraucher 6: Wassereinspeisung 7: Zusatzheizung (elektrisch)
Einsparpotenzial durch Wärmenutzung Kompressor- Nennleistung kw Nutzbare Wärme über Rückgewinnungssysteme kw (ca.) Jährliche Öleinsparung bei (4.000 Bh/a) l/a Jährliche Ersparnis bei 0,70 /l Öl /a 15 12 6.430 4.501 18,5 15 8.030 5.621 22 18 9.640 6.748 30 24 12.850 8.995 37 30 16.070 11.256 45 36 19.280 14.784 55 44 23.570 16.494 75 60 32.130 22.792 90 72 38.560 26.782 110 88 47.130 32.869 132 106 56.770 39.685 160 125 68.550 47.992
FAZIT: 139
Energiekosten senken kann so einfach sein: Schritt 1: Druckluftverbrauchsmessung Schritt 2: Veraltete, unwirtschaftliche Kompressoren austauschen Schritt 3: Betriebsdruck senken, Druckfresser eliminieren Bares Geld sparen Schritt 4: Leckage reduzieren Schritt 5: Wärmerückgewinnungssysteme einsetzen
Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 141