ComVac: Energieeffiziente Drucklufterzeugung und -verteilung

Druckluft spielt als Energieträger in vielen Produktionsprozes­sen eine wichtige Rolle. Die Aussage „Druckluft ist sowieso vorhanden“ verdeckt den Blick auf die Energieeffizienz der dahinterstehenden Druck­lufterzeugung, -aufbereitung und -verteilung. Auf der ComVac, interna­tionale Leitmesse der Druckluft- und Vakuumtechnik im Rahmen der HANNOVER MESSE 2011 (4. bis 8. April), zeigen Aussteller, wie sich Bedarf und Erzeugung in Einklang bringen lassen. Denn auf diese Weise können Unternehmen ihre Produktionskosten senken und damit ihre Wettbe­werbsfähigkeit steigern.

Analyse des tatsächlichen Druckluftbedarfs

Der erste Schritt hin zu einer energieeffizienteren Drucklufterzeugung und -verteilung ist die genaue Analyse des Ist-Zustandes mit Bedarfs­mes­sung. Dabei wird der Druckluftverbrauch einschließlich aller Schwan­kungen genau bestimmt. Zudem kann das Leitungsnetz näher in Augen­schein genommen werden; Leckagen lassen sich beispielsweise per Ultra­schall orten. Liegen alle Daten vor, lässt sich ermitteln, welche Investitio­nen sich empfehlen und wie schnell sich diese rechnen.

Beispiel Leitungssystem: Dass Leckagen ungenutzt Druckluft – und damit Energie – entweichen lassen, liegt auf der Hand. Dass aber auch der Quer­schnitt der Leitungen groß genug sein muss, zeigt das Beispiel der Druck­luftwerkzeuge. Diese sind von den Herstellern auf einen bestimm­ten Fließdruck hin optimiert, bei dem der Wirkungsgrad der Geräte opti­mal ist. Sinkt beispielsweise beim Schleifen der Druck um etwa 1 bar ab, kann die Nennleistung bereits um ein Viertel fallen. Das führt zu einigen Nachteilen, denn Werker und Kompressor müssen länger arbeiten – bei­des kostet Geld. Zu kleine Querschnitte finden sich in der Praxis häufiger als gedacht, selbst bei einer ursprünglich ausreichenden Auslegung des Leitungsnetzes. Denn nicht selten werden die Installationen nach und nach erweitert, und ursprünglich nicht vorgesehene Werkzeuge nutzen die vorhandene Leitung mit – wodurch diese schnell überfordert ist.

Optimiertes Druckluftmanagement

Höchstmögliche Energieeffizienz jeder einzelnen Druckluft-Systemkom­ponente ist zwar eine notwendige, aber noch keineswegs hinreichende Voraussetzung für die optimierte Energieeffizienz des Gesamtsystems Druckluft. Mit Aus­nahme von kontinuierlich ablaufenden Prozessen der Verfahrenstechnik weist das per Analyse gewonnene Bedarfsprofil üb­licherweise Schwankungen auf, etwa abhängig von der Anzahl der Mitar­beiter pro Schicht beziehungsweise der Abläufe in der Fertigung. Ab­hängig von einer Energiekostensimulationsberechnung kann es fall­weise sinnvoll sein, einen drehzahlgeregelten Kompressor in ein Gesamt­konzept zu integrieren. Eine Entscheidung darüber, ob ein drehzahlgeregelter Kompressor integriert wird oder eine Splitting-Lösung die wirtschaftlich sinnvollere Lösung ist, sollte auf jeden Fall immer davon abhängig ge­macht werden, welche Lösung letztendlich die effizienteste ist.

Bei einem höheren Bedarf empfiehlt sich dann der Einsatz einer überge­ordneten Steuerung. Der Vorteil hier: Mehrere Kompressoren lassen sich in einer Station aufeinander abgestimmt betreiben. Abhängig von der im Vorfeld ermittelten besten Lösung kann zum Beispiel durch Lastverteilung (Splitting) auf mehrere Kompressoren unterschiedlicher Größe das Last­verhalten wirtschaftlicher gestaltet werden. Es ist damit aber auch mög­lich, eine drehzahlgeregelte Maschine für die variable Last wirtschaftlich zu regeln, indem man sie mit kleinen Festdrehzahl-Kompressoren kombi­niert, die für die Abdeckung der Grundlast zuständig sind. Der Vorteil solcher Steuerungen ist nicht nur darin zu sehen, dass sie mehrere Kom­pressoren steuern (bei Bedarf auch mehrere drehzahlgeregelte), son­dern dass sie durch vorausschauende Schalthandlungen Schaltverluste und Regelverluste vermeiden und durch adaptives Verhalten immer den ener­gieeffizientesten Kompressor zuschalten.

Eine solchermaßen zentral angeordnete Druckluftstation bietet dem Betreiber zahlreiche Pluspunkte, sofern nicht extrem lange Leitungen für eine dezentrale Versorgung sprechen. Lassen sich alle Kompressoren in einer oder wenigen Stationen bündeln, vereinfacht das nicht nur Service und Wartung. Da bei der Verdichtung vor allem Wärme entsteht, kann ein System zur Wärme­rückgewinnung die Energiekostenrechnung weiter senken. Denn dadurch sinkt auch der Brennstoffverbrauch (in der Regel Gas, Öl oder Kohle) anderer Systeme. Auf diese Weise lassen sich günstig etwa Duschwasser erwärmen oder die Heizanlage unterstützen. Noch besser geeignet ist der Einsatz in Branchen mit kontinuierlich laufenden Ferti­gungsprozessen. Denn die zurückge­wonnene Wärme kann der An­wender dann das ganze Jahr über ver­wenden – und damit den Kohlen­dioxid­ausstoß direkt reduzieren, was auch im Zusammenhang mit Um­welt­managementsystemen Vorteile bie­tet.

Ist die Druckluftversorgung optimiert, kommen weitere Aspekte hinzu, die ebenfalls aus energetischer Sicht von Bedeutung sind. An erster Stelle steht die Wahl der richtigen Trockner. Abhängig vom benötigten Druck­taupunkt kommen Kälte- oder Adsorptionstrockner zum Einsatz, gege­benenfalls lohnt sich auch die Umschaltung von Sommer- auf Win­terbe­trieb. Will heißen: Im Sommer kann es ausreichend sein, nur mit Käl­tetrocknern zu arbeiten. Sinken dann im Winter die Temperaturen, kön­nen Adsorptionstrockner den dann erforderlichen tieferen Drucktaupunkt sicherstellen.

Nutzen von Kompressionsabwärme

Ein zusätzliches ganz erhebliches Energieeinsparpotenzial erschließt sich über Wärmerückgewinnung. Nicht weniger als hundert Prozent der zuge­führten Antriebsenergie eines Kompressors werden in Wärme umgewan­delt. Für eine möglichst umfassende Rückgewinnung und weitere Nutzung dieser Energie sind sowohl luft- und fluidgekühlte Schrauben­kompressoren als auch wassergekühlte ölfrei verdichtende Kompressoren hervorragend geeignet. Am einfachsten und effizientesten ist es, die vom Kompressor erwärmte Kühlluft direkt zu nutzen. Ein Luftkanalsystem lei­tet die Warmluft in benachbarte Lagerräume oder Werkstätten. Natürlich lässt sich die Kompressorabwärme auch in vorhandene Warmwasser­heizsysteme und Brauchwasseranlagen einspeisen. Je nach Verdichtungs­prinzip und Kühlung ist dadurch ein Großteil der installierten Kompres­sorleistung wärmetechnisch nutzbar.

In vielen Anlagen der Druckluftversorgung steckt noch einiges Einspar-Po­tenzial – nicht nur hinsichtlich der Energieeffizienz. Wer Druckluft nicht nur als ‚sowieso vorhanden‘ sieht, kann hier mit wenig Mühe schnell seine lau­fenden Ausgaben deutlich reduzieren. Über eine genaue Bedarfsana­lyse lässt sich der Vorteil auch gut quantifizieren und bewerten. Das Plus da­bei: Wer auf diese Weise seine Ausgaben für elektrische Energie oder fos­sile Brennstoffe senkt, reduziert nicht nur die eigenen Kosten. Gleich­zeitig sinkt auch der Kohlendioxidausstoß.

Besucher der ComVac können sich zu diesen Themen vom 4. bis 8. April 2011 in Hannover schnell einen Überblick verschaffen. Ein zentraler An­laufpunkt ist dabei der ComVac Eco-Park – ein Pilotprojekt der Deutschen Messe AG als Veranstalterin sowie des Verbandes Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V. (VDMA). Hier können Interessierte sehr leicht in die aktuellen Themen der Druckluft- und Vakuumtechnik einsteigen. Stetig steigende Energierechnungen verlieren damit ihren Schrecken.

Über die HANNOVER MESSE

Das weltweit bedeutendste Technologieereignis wird vom 4. bis 8. April 2011 in Hannover ausgerichtet. Die HANNOVER MESSE 2011 vereint 13 Leitmessen an einem Ort: Industrial Automation, Motion, Drive & Automation, Energy, Power Plant Technology, Wind, MobiliTec, Digital Factory, ComVac, Industrial Supply, CoilTechnica, SurfaceTechnology, MicroNanoTec und Research & Technology. Die zentralen Themen der HANNOVER MESSE 2011 sind Industrieautomation, Energietechnologien, Antriebs- und Fluidtechnik, industrielle Zulieferung und Dienstleistungen sowie Zukunftstechnologien. Frankreich ist das Partnerland der HANNOVER MESSE 2011.

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