Kosten sparen beim Verdichten

Wie sich Energiekosten bei der Drucklufterzeugung senken lassen

Die beim Betrieb eines Kompressors entstehenden Kosten machen ein Vielfaches des Anschaffungspreises aus. Folgekosten sind der Kapitaldienst, sowie Servicekosten, aber insbesondere auch Energiekosten für Last und Leerlauf. Der Beitrag gibt Tipps zur Kostensenkung.

11. Februar 2003

Abhängig vom Verdichtersystem fallen Energiekosten bei der Verdichtung und beim Leerlauf an. Ein Kolbenkompressor läuft nur, wenn Druckluft verlangt wird, denn er arbeitet im Aussetzbetrieb (Start-Stopp-Betrieb).

Ein Schraubenkompressor schaltet nach Erreichen des maximalen Druckes nicht aus, sondern arbeitet im Leerlauf weiter. Während des Leerlaufs benötigt die Gesamtanlage - nicht die Verdichterstufe - etwa 30 % der Energie des Lastlaufs, ohne auch nur einen Liter Druckluft zu erzeugen. Ist kein Lastlaufbetrieb möglich, dann muss der Kompressorenhersteller die Steuerung so optimieren, dass Leerlaufzeiten minimiert werden und der Kompressor den kostengünstigen Aussetzbetrieb anstrebt.

Bei dem Steuerungs- und Überwachungskonzept ARS (Autotronic, Ratiotronic, Supertronic) der Boge Kompressoren, Bielefeld, ermittelt ein Mikrocontroller dynamisch den Verbrauchstrend aus dem aktuellen Betriebszustand und einem programmierten Idealwert. ARS steuert den kostengünstigen Aussetzbetrieb (Start-Stopp-Betrieb) an. Dabei bestimmen die maximal zulässigen Motorschaltspiele die Betriebsart des Kompressors. Durch eine solche Steuerung lassen sich bei einem Schraubenkompressor mit einer Antriebsleistung von 30 kW und einer Laufzeit von 8.000 Betriebsstunden im Jahr über 5.000 € einsparen.

Da beim Kolbenkompressor eine kostengünstigere Betriebsart als der Aussetzbetrieb nicht möglich ist, ergeben sich keine weiteren Einsparpotenziale. Anders beim Schraubenkompressor: Der Einsatz einer stufenlosen Leistungsregelung (Drosseln der angesaugten Luft) oder einer Frequenzregelung (Regeln Motordrehzahl) senkt die Betriebskosten. Beide Systeme passen die Liefermenge des Schraubenkompressors dem tatsächlichen Druckluftbedarf an. Sie finden Anwendung, wenn der Betreiber nur einen kleinen Druckluftbehälter mit einem geringen Speichervolumen einsetzen kann oder der Druckluftbedarf stark schwankt. In diesen Fällen würden im Normalbetrieb hohe Leerlaufkosten anfallen.

Durch den am Druckluftbedarf orientierten Betrieb arbeitet der Schraubenkompressor praktisch nie im Leerlauf - das spart Energie - und dank der geringeren Lastwechsel steigt die Lebensdauer und die Verfügbarkeit der beanspruchten Teile. Beide Systeme haben die weiteren Vorteile:

- schnelle Verfügbarkeit bei Schwankungen des Druckluftbedarfs

- keine Druckschwankungen im Netz

- Druckabsenkung auf den tatsächlich benötigten Netzdruck, keine unnötige Höherverdichtung

Sind mehrere Kompressoren am Netz, arbeiten sie mit versetzten Schaltgrenzen. Zum Beispiel schaltet der Grundlastkompressor bei 9,5 bar ein und bei 10 bar wieder aus, der Mittellastkompressor arbeitet zwischen 9 bar und 9,5 bar und eine Spitzenlastmaschine schaltet zwischen 8,5 bar und 9 bar. Bei dem Beispiel wird ein Druckband von 1,5 bar zwischen 8,5 bar und 10 bar angenommen. Einer der Kompressoren muss also auf 10 bar verdichten, damit im Netz immer ein Druck von 8,5 bar zur Verfügung steht.

Auch hier lassen sich Kosten sparen, indem am gemeinsamen Druckluftbehälter anstelle einzelner Druckschalter nur ein Drucksensor installiert wird. Der Drucksensor hat eine Bandbreite von etwa 0,5 bar. In dieser gemeinsamen Bandbreite bewegen sich alle Kompressoren. Werden 8,5 bar im Netz benötigt, dann schalten alle Kompressoren zwischen 8,5 bar und 9 bar. Eine Verdichtung auf 10 bar ist somit überflüssig. Das spart beim Mittellastkompressor 3 bis 5 % und bei der Grundlastanlage 6 bis 10 % Energie.

Bei der Neuinstallation oder der Erweiterung einer bestehenden Kompressoranlage lohnt sich auch ein Blick auf das Druckluftleitungsnetz. Leckagen im Leitungsnetz sind ständige Verbraucher. Verluste durch Leckagen lassen sich im praktischen Betrieb nicht vollständig vermeiden. Eine Undichtigkeit in der Leitung von zum Beispiel 1 mm Größe verbraucht bei einem Druck von 8 bar immerhin 75 l/min. Um diese Leckage wieder aufzufüllen wird eine Energie von 0,6 kW benötigt. Daraus ergeben sich Jahreskosten von 650,- €.

Druckluftrohrleitungen sind so zu dimensionieren, dass sie einen möglichst geringen Druckabfall ergeben. In der Praxis wird mit folgenden Druckverlusten geplant:

- Hauptleitung 0,03 bar

- Verteilerleitung 0,03 bar

- Anschlussleitung 0,04 bar

Bei der Erweiterung einer Druckluftstation bleiben die Leitungen oft unberücksichtigt. Bei steigendem Druckluftdurchsatz erhöhen sich aber automatisch die Druckverluste in den Leitungen. Allein bei einer Druckerhöhung um 1 bar steigen die Energiekosten um etwa 6 % bis 10 %.

Es lohnt sich also, bei der Produktion der Druckluft, den Hebel anzusetzen, denn das größte Einsparungspotenzial sind die laufenden Betriebskosten. Der Betreiber sollte seine Druckluftstation daher immer wieder kontrollieren. Druckluftbedarfsmessungen lassen sich schnell mit Hilfe des Kompressorherstellers durchführen.

Zum Schluss noch ein Tipp: Filter in den Druckluftleitungen setzen sich im Laufe der Zeit zu, sodass sich ein Differenzdruck aufbaut. Ein häufiger Elementwechsel, zum Beispiel bei einem Differenzdruck von 0,5 bar, trägt spontan zur Kostensenkung bei.

Erschienen in Ausgabe: 09/2002