Verluste unter Druck

Energiesparen und Druckluftkosten senken ist in aller Munde ¿ oder sollte es zumindest sein. Dass zum Energiesparen nicht immer ein neuer Kompressor nötig ist und der Teufel oft im Detail steckt, erfuhren wir im Gespräch mit Horst Singer, Produktmanager bei Beko in Neuss.

SCOPE: Werden die Verluste, die durch falsch ausgelegte oder schlecht gewartete Druckluftnetze entstehen, nicht allgemein übertrieben?

Singer: Keineswegs! Die gesamte in der Bundesrepublik installierte Luftverdichterleistung fordert jährlich einen Strombedarf von 14 000 000 000 kWh ab ¿ ei- ne Menge, die der Jahresproduktion mehrerer Kraftwerke entspricht. Da zählt jeder Prozentpunkt, wobei in vielen Druckluftanlagen ein Einsparpotential von bis zu 50 Prozent nicht genutzt wird. Bei einem Betrag von zehn Pfennig pro kWh ergibt das eine mehr als stolze Summe.

SCOPE: Das bedeutet also, die alten Kompressoren rauswerfen und große Investitionen für Energie sparende Modelle einplanen?

Singer: Unter Umständen schon. Andererseits machen die Anschaffungskosten für den neuen Kompressor über die durchschnittliche Lebenszeit einer Druckluftanlage betrachtet lediglich einen Anteil von zehn Prozent der Gesamtkosten aus. Mit bis zu 86 Prozent schlagen dagegen die Energiekosten zu Buche. Der übrige Anteil entfällt auf die Wartung. Es ist also viel wichtiger im Bereich des Energiebedarfs durch die Reduzierung von Druckverlusten den Sparhebel anzusetzen.

Kleine Ursache ¿ großer Schaden

SCOPE: Sie sprechen die Leitungsverlust in unterdimensionierten und maroden Druckluftnetzen an?

Singer: Auch. Ein vernünftig ausgelegtes und dichtes Leitungsnetz ist natürlich die Grundvoraussetzung für den wirtschaftlichen Betrieb einer Druckluftanlage. Doch die beiden Ursachen für Druckabfälle in der Anlage ¿ Strömungswiderstände und Leckagen ¿ treten auch an anderer Stelle auf.

SCOPE: Welche wären das?

Singer: Eine zumeist bekannte Leckstelle sind Kondensatableiter. Die Störanfälligkeit der verbreiteten Schwimmerableiter wird in den meisten Betrieben als unausweichliches Ärgernis zur Kenntnis genommen. Die beweglichen Teile des Schwimmers können durch abgelagerte Verunreinigungen, insbesondere eingedickte Ölrückstände, verkleben. Bleibt der Schwimmer bei geöffnetem Ventil durch diese Eindickungen kleben, läuft der Kompressor oft nur, um die Leckagen auszugleichen. Im schlimmsten Fall ist der gesamte Luftbedarf, also Druckluftbedarf plus Leckagen größer als die Liefermenge des Kompressors und der Betriebsdruck wird nicht mehr erreicht. Steckt der Schwimmer dagegen bei geschlossenem Kondensatablassventil fest, staut sich zwangsläufig Kondensat auf, wird vom Luftstrom auf der reinen Seite des Filters erfasst und mitgerissen. Die Funktion des Filters ist aufgehoben. Das kann zu Ausschuss oder gar Ausfall der ganzen Produktion führen. Ganz abgesehen von den Kosten für die Reinigung des Druckluftnetzes.

SCOPE: Dann sind also elektronisch niveaugeregelte Kondensatableiter den weit verbreiteten zeitgesteuerten Magnetventilen oder den rein mechanisch arbeitenden Schwimmerableitern unbedingt vorzuziehen?

Singer: Auf jeden Fall. Zumal die Geräte nur mit einem Bruchteil der durch einen pfeifenden Schwimmerableiter verursachten jährlichen Kosten zu Buche schlagen. Aber auch die von Ihnen erwähnten Zeit gesteuerten Kondensatableiter sind nicht unproblematisch. Sie arbeiten zwar zuverlässig, aber nicht bedarfsgesteuert. Häufig zur Ableitung von Kondensaten in Kältetrocknern eingesetzt, werden sie für den weltweiten Vertrieb meistens auf die ungünstigsten klimatischen Bedingungen, sprich sehr feuchtes und warmes tropisches Klima, eingestellt. Das hat zur Folge, dass sie in unseren gemäßigten Breitengraden überwiegend teuer erzeugte Druckluft abblasen. Deshalb setzen wir auf elektronisch niveaugeregelte Kondensatableiter. Bei denen erfasst ein verschleißfreier kapazitiver Sensor die Füllhöhe. Beim Ausblasen ermittelt eine Elektronik die Absinkgeschwindigkeit bis zum Minimumpunkt und errechnet daraus exakt die notwendige maximale Ventilöffnungszeit.

Filter und Ableiter im Detail

SCOPE: Das beseitigt die Leckagen in Kondensatableitern. Sie erwähnten vorhin jedoch auch versteckte Strömungsverluste. Wo treten die auf?

Singer: Strömungswiderstände entstehen logischerweise an Engpässen innerhalb des Druckluftsystems ¿ vornehmlich an den Stellen, wo die Luft von Verunreinigungen befreit, sprich gefiltert wird. Die Druckdifferenz zwischen einströmender und ausströmender Luft sollte möglichst gering sein. Dreh- und Angelpunkte sind dabei die Machart und Qualität der verwendeten Filter.

SCOPE: Worauf muss der Betreiber des Druckluftnetzes achten?

Singer: Wesentliche Faktoren, die den durch einen Filter verursachten Differenzdruck bestimmen, sind die Filteroberfläche und die physikalischen Eigenschaften des Filtermediums. Da der Differenzdruck quadratisch mit der Strömungsgeschwindigkeit steigt, eröffnet eine ausreichend groß dimensionierte Filteroberfläche ein ganz erhebliches Energiesparpotenzial. Vor allem gefaltete Filterelemente, wie sie zur Staubfiltration von getrockneten Gasen eingesetzt werden, weisen eine solche große Oberfläche auf. Als Feinst- oder Tiefenfilter eignen sie sich jedoch weniger gut. Zum einen lässt das Wirkprinzip der Oberflächenfiltration den Strömungswiderstand schnell anwachsen, zum anderen verfügen die meist ein- oder zweilagigen Filter nicht über ein entsprechend tiefes Filterbett. Wichtig ist es also, Einsatzzweck und Oberfläche des Filters exakt abzustimmen.

SCOPE: Und wie beeinflussen die physikalischen Eigenschaften den Strömungswiderstand?

Singer: Druckluft ist zumeist ein Gasgemisch aus Luft, Staubpartikeln und Aerosolen. Herkömmliche Filtermedien verhalten sich hydrophil, also wasseraufnehmend, was zu einem Aufquellen der einzelnen Fasern, verbunden mit einer Reduzierung des Hohlraumvolumens führt. Der Filter setzt sich zu, der Druckverlust steigt und die Betriebskosten gleich mit. Bei unseren Filtern vermeiden wir diesen Effekt durch eine Wasser abweisende Imprägnierung der Filter-Fasern. Weiterhin beeinflusst das Material der Drainage die Funktion des Filters. Die preiswerte Schaumstoffdrainage neigt zur Rissbildung und gibt darüber hinaus Silikon ab, was zum Beispiel in Lackieranlagen verheerende Folgen hat. Wir verwenden Drainagen aus Nadelfilz. Die sind nicht nur mechanisch höher belastbar und geben kein Silikon ab, sondern sind auch thermisch und chemisch sehr beständig.

Dicker für weniger Druck

SCOPE: Das geht jetzt doch sehr ins Detail. Gibt es keine Faustregel für Planer von Druckluftanlagen, mit der sie sicher Kosten sparen können.

Singer: Natürlich sollte der Planung einer Druckluftanlage immer eine genaue und umfassende Bedarfsanalyse vorausgehen. Trotzdem gibt es einen generellen Tipp: Kosten einsparen durch Überdimensionierung. Das mag jetzt wie die unseriöse Empfehlung eines geldgierigen Beraters klingen, ein kleines Rechenexempel zeigt jedoch die Richtigkeit dieser Faustregel. Bei einer Anlage mit sieben bar Druck an der Entnahmestelle ist ein Druckverlust von 0,6 bar mit einem normal ausgelegten System ein vertretbarer Wert. Reduzieren Sie den Druckverlust durch Überdimensionierung auf die Hälfte, Reduziert sich natürlich auch die Strommenge für die Druckkompensation, so dass sich die überdimensionierte Anlage je nach Druckluftbedarf schon nach einem halben Jahr amortisieren kann. Danach reduziert sie Jahr für Jahr die Energiekosten gegenüber einer exakt passenden Anlage. So kreativ muss modernes Kostenmanagement sein. Auch ¿ oder sogar besonders ¿ im Bereich der Drucklufterzeugung.

Das Gespräch führte Matthias Meier

VDMA, Frankfurt, Tel. 069/66031281, Fax 66031690,

Energieagentur NRW, Wuppertal, Tel. 0202/24552-0, Fax 24552-30,

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