Druckluft in der Automation, Bild: IHA

Druckluft in der Anwendung – nach einer EU-Studie wird in 80 von 100 Betrieben bis zu 100 Prozent mehr Druckluft produziert als tatsächlich verbraucht wird. Bild: IHA

Die Energiepreise steigen. Keine gute Nachricht für Anwender und Entwickler von Druckluftanlagen. Denn in Sachen Energieeffizienz sind Druckluftanlagen alles andere als Musterschüler. Nach einer Studie zu Druckluftsystemen in der Europäischen Union wird in 80 von 100 Betrieben bis zu 100 Prozent mehr Druckluft produziert als verbraucht. Hinzu kommt der geringe Wirkungsgrad der Technologie. Denn dieser liegt bei der Erzeugung von mechanischer Druckluftenergie aus Strom bei gerade einmal fünf Prozent. Deshalb gilt es, den Einsatz der Druckluft mit Blick auf die Energieeffizienz gut zu durchdenken.

Diagramm Wirkungsgrad bei der Leistungsausbeute ist äußerst gering, Bild: www.energie.ch
Der Wirkungsgrad bei der Leistungsausbeute ist äußerst gering. Bild: www.energie.ch

Um die Kosten in einem Druckluftsystem zu reduzieren, sollte man sich zunächst fragen, ob ein alternativer Energieträger verwendet werden kann. Ist die Druckluft nicht ersetzbar, müssen Konstrukteure folgende vier Punkte beachten: Wird die Druckluft energieeffizient erzeugt? Wie wird die Druckluft im System verteilt? Gibt es bei der Verteilung der Druckluft Verluste? Nicht zuletzt stellt sich auch die Frage, ob die Druckluft am Verbraucher effektiv genutzt wird.

Der Kompressor im Fokus

Für den Anwender haben Kompressoren den höchsten Stellenwert in einer Druckluftanlage. Sie sind die teuersten Systemteile. Bei der Auswahl des richtigen Kompressors sollten folgende Punkte bedacht werden: Wie viel und wie oft wird eine Liefermenge benötigt, wie sind die Bedingungen am Kompressorstandort und wie groß ist der maximale Netzdruck? Außerdem relevant ist die Anforderung an das Systemteil. Denn nicht jede Anwendung muss ständig oder regelmäßig mit Druckluft versorgt werden.

Abhängig von der Anlagengröße und deren Anwendung ist eine zentrale oder dezentrale Druckluftversorgung zu wählen. Bei zeitlich sehr unterschiedlichem Druckluftbedarf ist neben den Möglichkeiten mit Druckluftspeicher auch eine angepasste Kombination von verschiedenen Kompressoren sinnvoll.

Druckluft im Dreischichtbetrieb

Der Einsatz verschiedener Kompressoren ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn in einem Dreischichtbetrieb in der Nacht nur eine Maschine Druckluft benötigt. Hier sollte ein zweiter, kleinerer Kompressor eingesetzt werden. Der größere Kompressor kann in dieser Zeit außer Betrieb genommen werden. Die Chance, Energie einzusparen liegt in diesem Fall auf der Hand.

Viel hilft viel“ ist bei der Auswahl von Kompressoren ebenfalls kein guter Rat. Denn ein großer Kompressor besitzt zwar einen besseren Wirkungsgrad als ein kleiner, doch auch nur dann, wenn er richtig ausgelastet ist. Außerdem produziert er auch mehr Wärme, die oft ungenutzt verloren geht.

Bei der IHA wurde im Rahmen der technischen Planung für den Werkstattbereich beispielsweise ein Schraubenkompressor mit 0,47m³/min, Betriebsdruck 5 bar und Motorleistung 7,5 kW im Wert von 12.300 Euro angeschafft. Wegen der gestiegenen Energiekosten im Unternehmen wurde nach Einsparmöglichkeiten gesucht. Dabei fanden wir heraus, dass ein Kompressor mit weniger Motorleistung von 4 kW fast die gleiche Luftmenge von 0,43m³/min bei gleichem Betriebsdruck von 5 bar bringt und das bei einen Kaufpreis von 4900 Euro. Beide Kompressoren wurden ausgetauscht, der alte verkauft. So ließ sich eine Energieeinsparung erzielen.

  • Produkte von Greiner Bio-One, Bild: Greiner Bio-One

    Im Drei-Schicht-Betrieb produziert Greiner Bio-One am Standort Frickenhausen Spezialprodukte für die Kultivierung und Analyse von Zell- und Gewebekulturen sowie Microplatten für das Hochdurchsatz-Screening. Verschleiß ist, laut Ralf Hipp, Energiemanagementbeauftragter bei dem Unternehmen, die wesentliche Ursache für eine anfängliche Leckagerate von rund 30 Prozent. Am häufigsten von Leckagen betroffen sind Schläuche und Ventile. Bild: Greiner Bio-One

  • Leckageortung mit digitaler Unterstützung, Bild: Mader

    Nachdem die Anschaffung eines eigenen Leckageortungsgeräts nicht den gewünschten Erfolg bringt, beauftragt Ralf Hipp 2015 eine professionelle Leckageortung durch den Druckluft- und Pneumatikspezialisten Mader. 2016 übernimmt das Unternehmen auch den Folgeauftrag für eine zweitägige Leckageortung – dieses Mal mit digitaler Unterstützung. Bild: Mader

  • Leckageortung, Bild: Mader

    Nichts für Ungelenkige: Dank schalldichtem Kopfhörer kann Heiko Leonhardt auch kleinste Leckagen hören. Das Ultraschallortungsgerät wandelt nicht hörbaren Ultraschall, der an Leckagen entsteht, in hörbare Frequenzen um. Um alle Druckluft-Leckagen zu finden, muss er dennoch sehr gelenkig sein. Bild: Mader

  • QR-Code-Markierung der Leckage, Bild: Mader

    Bei der Ortung hört der Job nicht auf: Ist eine Leckage gefunden, wird Sie mit einem QR-Code markiert. So kann die Leckagestelle auch im Nachgang eindeutig identifiziert werden. Durch einfaches Scannen des QR-Codes sind alle erfassten Informationen zur Leckagestelle sofort sichtbar. Dies kann auch für die Dokumentation der Leckagebeseitigung genutzt werden. Leckagen können direkt vor Ort als „repariert“ markiert werden, die erzielte Einsparung durch die Beseitigung ist dann auch im Leckage-Online-Portal sichtbar und dokumentiert. Bild: Mader

  • Datenübertragung, Bild: Mader

    Zur vollständigen Dokumentation gehören Bilder der Leckagestelle, die Beschreibung der Leckage und alle ermittelten Messwerte. Alle Informationen werden digital erfasst und, sofern vor Ort eine Internetverbindung zur Verfügung steht, in eine zentrale Datenbank auf einem Mader-eigenen Server übertragen. Bild: Mader

  • Leckage-Online-Portal, Bild: Mader

    Alle so erfassten Informationen kann Ralf Hipp über seinen persönlichen Zugang zum Leckage-Online-Portal von Mader abrufen. Die Leckageortung kann er live verfolgen und sich ein Bild zum Einsparpotenzial in Euro, CO2 und kWh machen. Das Portal ist über alle Geräte mit einem Internetzugang abrufbar. Bild: Mader

  • Finale Analyse, Bild: Mader

    Das Wichtigste zum Schluss: Was kann eingespart und geändert werden? In einer finalen Analyse stellt Heiko Leonhardt eine Übersicht der Leckagestellen und Einsparmöglichkeiten für das Biotechnologie-Unternehmen zusammen. Die Leckagebeseitigung übernimmt in diesem Fall Greiner Bio-One selbst. Eine Messung am Ende des Projekts ergibt eine Einsparung von 77.000 KWh Strom beziehungsweise 10.000 Euro pro Jahr. Amortisiert hat sich der Einsatz des Ortungs-Teams innerhalb von weniger als drei Monaten. Die Leckagerate sank um sieben Prozent auf nun 15 Prozent. Bild: Mader

Die richtige Menge Druckluft

Diagramm Bewertungsbereiche Kompressoren, Bild: www.energie.ch
Das Diagramm zeigt die Bewertungsbereiche für das Verhältnis von Kompressorleistung und Luftfördermenge. Bei einem Nenndruck von 5 bar ist ein Leistung von 4 kW pro m³/min ein guter Wert. Bild: www.energie.ch

Nicht immer ist ein kleiner Kompressor die bessere Wahl. Denn ein zu klein gewählter Kompressor ist einerseits billiger, müsste andererseits bei einem großem Luftbedarf häufiger angeschaltet werden. Dennoch sollte dabei nicht vergessen werden, dass ein Kompressor weder mehr Druck noch mehr Luft als erforderlich liefern sollte. Zur Überprüfung des Wirkungsgrades sind die Kompressorleistung (kW) und die Luftfördermenge (m³/min) des Geräts relevant. Je nach Leistung des Kompressors variiert die optimale Luftfördermenge. Ausschlaggebend für die Beurteilung eines energieeffzienten Aufbaus ist hier das richtige Verhältnis der beiden Werte zueinander. Bei einem Nenndruck von 5 bar ergibt eine Leistung von 4 kW pro m³/min beispielsweise einen guten Wert für den Kompressor.

Bei der energieeffizienten Drucklufterzeugung spielt auch der Standort des Kompressors eine nicht zu unterschätzende Rolle. Je kälter die Ansaugluft ist, desto besser ist der Wirkungsgrad der Geräts. In einem geschlossenen Kompressorraum staut sich viel Kompressorabwärme. Deshalb ist hier besonders auf ausreichend Frischluftzufuhr und Wärmeabfuhr zu achten. Die erzeugte Wärme sollte spätestens im Winter als Gebäudeheizung oder wenn möglich zur Warmwasserherstellung genutzt werden. Alles natürlich nur bei einer effektiven Kosten- und Nutzenrechnung.

Suche nach Effizienz lohnt sich

Die Druckluft ist und bleibt ein großes technisches Anwendungsgebiet, in dem viel Energie einspart werden kann. Die beschriebenen Punkte können nur ein Ansatzpunkt sein, um in den eigenen Druckluftanlagen weiter nach Einsparungspotenzial zu suchen. ssc

Die fluid-Expertenrunde zur Sicherheit in Drucklufttechnik und Pneumatik: Der Peitschenhieb-Effekt ist bei Ingenieurengefürchtet. Wird eingeschlossene Druckluft schlagartig frei, führt das zu diesem Effekt. Was dagegen hilft, wissen die Experten. Video: fluid/ssc