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Einsparpotenzial nutzen

Effiziente Druckluftversorgung
Einsparpotenzial nutzen

Druckluft ist im Holz verarbeitenden Betrieb ein vielseitiger und nützlicher Helfer, aber sie ist nicht billig. Das liegt vor allem am hohen Energiekostenanteil. Doch das Einsparpotenzial ist groß: Zwischen 5 und 50 Prozent Energie1 können durch Effizienzsteigerung eingespart werden. Hinzu kommen weitere Einsparmöglichkeiten.

Der Kubikmeter Druckluft kostet heute inkl. aller Aufwendungen je nach Größe, Auslastung, Wartungszustand und Bauart des Kompressors zwischen 1,5 und 3,5 Cent – mit steigender Tendenz angesichts der Strompreisentwicklung. Jedoch lässt sich durch Effizienzmaßnahmen gegensteuern. Bei Amortisationszeiten von meist weniger als zwei Jahren sind diese Maßnahmen wirtschaftlich sehr attraktiv.² Darüber hinaus bietet die KfW seit Februar 2008 neue Fördermöglichkeiten an.³

Im Holzhandwerk gibt es viele mobile Druckluft-Einsatzarten. Vor allem im Innenausbau erlauben mobile ölgeschmierte einstufige Kolbenkompressoren dem Schreiner, Druckluft wirtschaftlich zu erzeugen und flexibel zu nutzen. Das Ansaugvolumen dieser Kompressoren reicht von 160 l/min bis 660 l/min, ihr Betriebsdruck liegt üblicherweise zwischen 4 und 10 bar. Für spezielle Anwendungen sind aber auch Drücke bis 20 bar möglich.
Stationäre Versorgung – effizient und bedarfsgerecht
Ein wichtiger Sanierungsschritt im Bereich stationärer Druckluftversorgung besteht darin, alte Kompressoren gegen wirtschaftlichere fluidgekühlte Schraubenkompressoren auszutauschen: Dank wirksamerer Kühlung sowie niedrigeren Energie- und Wartungsbedarfs können mit diesen Anlagen bis zu 20 Prozent der früheren Erzeugungskosten eingespart werden.
Wichtige Kriterien für die stationäre Druckluftversorgung sind die Höhe des Luftverbrauchs und die benötigte Luftqualität. Betriebe, die auf eine hohe Druckluftqualität angewiesen sind – etwa bei der Versorgung von pneumatischen Werkzeugen und Bearbeitungsmaschinen –, sollten Schraubenkompressoren einsetzen: Sie erzeugen von vornherein Druckluft besserer Qualität und vereinfachen so deren Aufbereitung. Diese Betriebe haben zudem oft einen relativ hohen Druckluftbedarf; in der Regel bietet dann ein Schraubenkompressor die vorteilhaftere Lösung: Er kann im Gegensatz zum Kolbenkompressor rund um die Uhr im Volllastbetrieb arbeiten. Aber auch im Teilllastbetrieb sind Schraubenkompressoren dank intelligenter interner Steuerungen wie „Sigma Control“ energiesparend einsetzbar. Hingegen eignen sich stationäre Kolbenkompressoren für Werkstätten, die Druckluft nur als Nebenenergie nutzen – etwa für das gelegentliche Betreiben eines Druckluftwerkzeugs oder zum Reinigen von Werkstücken etc.
Schrauben- und Kolbenkompressoren für denselben Bedarf müssen völlig unterschiedlich ausgelegt werden. Die Alternative: 7,5-kW-Schrauben- oder 7,5-kW-Kolbenkompressor ist in jedem Fall falsch, denn entweder ist dann der Schraubenkompressor zu groß oder der Kolbenkompressor zu klein.
Das Beispiel auf der gegenüberliegenden Seite zeigt, wie sich die Größe eines Schrauben- und eines Kolbenkompressors in einem konkreten Bedarfsfall richtig bestimmen lässt:
Die Auswahl des richtigen Kompressors
Aufgrund niedriger Betriebstemperaturen und des berührungslosen Laufes seiner Rotoren kann der Schraubenkompressor problemlos 100 Prozent Einschaltdauer verkraften. Seine pulsationsfreie Förderung erlaubt zudem Schaltdifferenzen von nur 0,5 bar.
Große Schraubenkompressoren kommen sogar mit einer noch geringeren Schaltdifferenz von 0,2 bar aus. Bei Kolbenkompressoren dagegen liegt sie wegen der Steuerung bei 1 bar und mehr, manchmal sogar bei Werten von bis zu 3 bar. Daraus ergibt sich ein erhöhter Betriebsenddruck, der eine größere Leckagerate im Druckluftleitungsnetz und einen höheren Energiebedarf zur Folge hat. Luftgekühlte Kolbenkompressoren der oben genannten Baugröße sind für einen Betrieb rund um die Uhr nicht geeignet. Das hat schon mancher Anwender erfahren müssen: Fehlfunktionen oder vorzeitiger Verschleiß der Druckluftverbraucher durch Verschmutzung sowie der Ausfall des Kolbenkompressors und/oder der Luftaufbereitung verursachten unnötige Kosten. Sie wären mit einem richtig dimensionierten Kompressor, d. h. einem größeren Kolben- oder einem entsprechenden Schraubenkompressor, leicht zu vermeiden gewesen.
Anwendungsgerechte Druckluftaufbereitung
Kostengünstige Drucklufterzeugung ist jedoch höchstens die halbe Miete: Nur Druckluft in anwendungsgerechter Menge und (!) Qualität ermöglicht einen zuverlässigen, schonenden Betrieb und somit niedrige Wartungskosten. In ca. 80 Prozent aller Fälle reichen Kältetrockner zur Druckluftaufbereitung aus. Sie ersparen häufig den mit Druckverlusten verbundenen Einsatz von Filtern und beanspruchen nur 3 Prozent der von der Drucklufterzeugung verursachten Energiekosten. Hinzu kommt, dass die Kostenersparnis durch geringeren Wartungs- und Reparaturaufwand an Rohrleitungen und Druckluftverbrauchern bis zum Zehnfachen der für die Kältetrocknung eingesetzten Mittel reicht.
Druckluft-Kompaktanlagen: Plug and work
Für Betriebe mit einem Druckluftbedarf von 300 bis etwa 2200 l/min gibt es auch anschlussfertige Kompaktsysteme aus Schraubenkompressor, Kältetrockner und untergebautem Druckluftbehälter. So ersparen etwa die „Aircenter“-Anlagen den Großteil des sonst üblichen Planungs- und Installationsaufwandes und gestatten es, Druckluft selbst bei beengten räumlichen Verhältnissen effizient und sicher zu erzeugen, aufzubereiten und zu speichern. Weitere Vorteile sind große Bedienungs- und Wartungsfreundlichkeit, hohe Zuverlässigkeit, niedriger Energiebedarf und geräuscharmer Betrieb.
Moderne Schraubenkompressortechnik lässt sich übrigens auch zur effizienten Vakuumerzeugung einsetzen. Größere Holz verarbeitende Betriebe machen sich diese Tatsache heute beispielsweise beim so genannten „Nesting-Verfahren“ für den rationellen Plattenzuschnitt zunutze: Mit Schrauben-Vakuumanlagen erzeugter Unterdruck fixiert dabei die zu bearbeitende Platte auf dem Frästisch.
Teure Energierverluste möglichst gering halten
Erhebliche Energieverluste können Leckagen im Rohrleitungsnetz verursachen: So hat beispielsweise ein Loch mit 3 mm Durchmesser bei 6 bar Netzdruck einen Druckluftverlust von 0,5 m3/min zur Folge. In einer Stunde sind das schon 30 m3 und 262 800 m3 im Jahr. Das bedeutet bei einem Durchschnittspreis von 0,025 Euro/m³ Druckluft einen jährlichen Verlust von 6570 Euro. Die Leckagerate in einem gut gewarteten Netz sollte daher nicht höher sein als 10 Prozent des Gesamtluftverbrauchs. Die tatsächlichen Durchschnittswerte liegen aber bei 20 bis 25 Prozent! Leckageverluste, wie sie durch ein 3-mm-Loch entstehen, sind also eher die Regel. Sie entstehen meist nicht an einer einzigen Stelle, sondern sind das Resultat aus vielen kleinen Leckagen im Hundertstel- oder Zehntelmillimeterbereich.
Hohe Energieverluste können auch entstehen, wenn bei steigendem Druckluftbedarf zwar die Kompressorstation erweitert, aber die Rohrdurchmesser des Leitungsnetzes nicht angepasst werden. Der Druckverlust durch das fest installierte Netz sollte 0,1 bar nicht übersteigen. Tatsächlich liegt der Durchschnittswert mit 0,7 bis 0,8 bar meist wesentlich höher. Würde ein Betrieb mit 0,8 bar Druckverlust im fest installierten Netz diesen auf 0,1 bar senken, so könnte er 4,2 Prozent Energie einsparen. Bei einem angenommenen elektrischen Leistungsbedarf von 25 kW entspräche das 1,05 kW je Betriebsstunde. Bei 8000 Betriebsstunden pro Jahr würde sich so eine Verringerung des jährlichen Energiebedarfs um 8400 kW bzw. eine Kostenersparnis von 840 Euro (bei einem kW-Preis von 0,1 Euro) ergeben.
Auch das Druckluftnetz will richtig geplant sein
Grundsätzlich ist bei jeder Neuplanung vorab zu klären, ob die Druckluftversorgung zentral oder dezentral aufgebaut sein soll. Für Handwerksbetriebe eignet sich normalerweise eine zentrale Versorgung, denn hier treten gewöhnlich nicht die Probleme auf, die sich in größeren Betrieben stellen können: hoher Installationsaufwand, Einfrieren von Freileitungen im Winter oder verstärkter Druckabfall durch große Leitungslängen.
Zur Dimensionierung einer Druckluftleitung gehört eine Berechnung. Deren Grundlage ist ein maximaler Druckabfall von 1 bar zwischen Kompressor und Druckluftverbrauchern inkl. Standard-Druckluftaufbereitung (Kältetrocknung). Im Einzelnen ist mit folgenden Druckverlusten zu rechnen:
  • Hauptleitung: 0,03 bar
  • Verteilungsleitung : 0,03 bar
  • Anschlussleitung: 0,04 bar
  • Trockner: 0,3 bar
  • Wartungseinh./Schlauch: 0,6 bar
Rechnet man die Einzelverluste zusammen, ist also insgesamt mit maximal 1,0 bar Druckverlust zu rechnen.
Daraus wird ersichtlich, wie wichtig es ist, die Druckverluste in den einzelnen Leitungsabschnitten zu berechnen. Dabei sind auch Formteile und Absperreinheiten zu berücksichtigen. Es genügt nicht, die geraden Meter Rohr in eine Berechnungsformel oder -tabelle einzusetzen; vielmehr muss die strömungstechnische Länge der Rohrleitungen ermittelt werden. Üblicherweise besteht jedoch bei Beginn der Planungsarbeit noch keine Klarheit über die Gesamtheit aller Formteile und Absperreinheiten. Deshalb werden die strömungstechnischen Rohrlängen durch Multiplikation der anzusetzenden geraden Meter Rohr mit dem Faktor 1,6 berechnet. Die Rohrleitungsdurchmesser lassen sich dann anhand gängiger Auslegungsdiagramme ermitteln.
Nur ganzheitliche Planung bringt optimale Ergebnisse
Ganzheitliche, bedarfsorientierte Auslegung des Druckluftsystems ermöglicht es, erheblich Energie und Kosten einzusparen, und erhöht zugleich die Versorgungssicherheit. Der gute Anbieter liefert dem Anwender deshalb nicht nur Einzelkomponenten, sondern unterstützt ihn mit seinem Know-how, um diese Ziele zu erreichen. ■

Zuschläge
Zu den in der Tabelle ermittelten Werten kommen folgende Zuschläge hinzu:
  • für Leckage: + 10 % = 33 l/min
  • für Fehleinschätzung: + 15 % =
50 l/min
für Reserve: + 20 % = 66 l/min
Schraubenkompressor
  • Die optimale Einschaltdauer eines Schraubenkompressors liegt bei 100 %.
  • Der benötigte Volumenstrom beträgt (334 + 33 + 50 + 66) l/min = 483 l/min.
Der erforderliche Schraubenkompressor muss bei 7,5 bar Überdruck eine effektive Liefermenge von mindestens 483 l/min haben.
Kolbenkompressor
  • Die optimale Einschaltdauer eines Kolbenkompressors liegt bei rund 70 %.
  • Der benötigte Volumenstrom beträgt (334 + 33 + 50 + 66) l/min / 0,7 = 690 l/min.
Der erforderliche Kolbenkompressor muss bei 8 bar Überdruck eine effektive Liefermenge von mindestens 690 l/min haben.
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