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Bild: Sigma Air Manager 4.0 (SAM) - Kaeser Kompressionen

| von Dörte Neitzel
Wer eine Druckluftanlage neu plant oder erneuert, sollte zuerst die Grundsatzfragen geklärt haben:

  • Wie hoch ist der Druckluftbedarf?
  • Welcher Druck wird benötigt?
  • Für welche Prozesse wird die Druckluft eingesetzt und
  • Welche Anforderungen stellen diese Prozesse an die Druckluftqualität?
  • Gibt es Prozesse, in denen die Abwärme der Kompressoren genutzt werden kann?

Wichtig ist auch, die normalerweise lange Lebensdauer einer Druckluftstation im Blick zu haben. Manche Investition, die kurzfristig betrachtet interessant aussieht, kann sich langfristig als teuer herausstellen, während eine andere, manchmal anfangs höhere Investition, sich schnell amortisiert und dann Jahr für Jahr Kostenvorteile bringt.

Kompressor-Abwärme für Warmwasser nutzen

Trocken verdichtende Schraubenkompressoren unterscheiden sich von den bekannteren fluideingespritzten Schraubenkompressoren dadurch, dass kein Fluid (wie zum Beispiel Öl) die Luft während des Verdichtungsprozesses kühlt. Die Folge sind vergleichsweise hohe Drucklufttemperaturen am Austritt der Verdichterkammer und damit ein vergleichsweise reduzierter Wirkungsgrad.

Diese höheren Temperaturen bieten jedoch auch Vorteile. Entscheidet sich der Käufer zum Beispiel für einen wassergekühlten trocken verdichtenden Kompressor, so kann er diese Abwärme aus dem Verdichtungsprozess sehr effizient zum Erwärmen von Brauch- oder Prozesswasser nutzen. Das heißt: An anderer Stelle fallen Energiekosten in der Gesamtbilanz weg. In Verbindung mit Wärmerückgewinnung können trocken verdichtende Kompressoren die prozessbedingten Wirkungsgradnachteile somit nicht nur kompensieren, sondern gegebenenfalls die Gesamteffizienz der Drucklufterzeugung deutlich erhöhen.

Kompressor-Abwärme für Drucklufttrocknung

Diese kann sogar noch weiter gesteigert werden. Denn parallel zur Wärmerückgewinnung kann die Abwärme der Kompressoren auch zur Drucklufttrocknung eingesetzt werden. Die Kombination aus wassergekühltem Trockenläufer mit Wärmerückgewinnung und zum Beispiel einem Rotationstrockner (wie dem i.HOC) stellt aus Effizienzgesichtspunkten die Königsklasse auf der Produktebene der trocken verdichtenden Kompressoren dar. Deshalb empfiehlt es sich, die Prozessanforderungen hinsichtlich der erforderlichen Druckluftqualität genau zu analysieren, weil dabei ein deutlicher Nutzen sichtbar wird. Umgekehrt kann eine zu hoch angesetzte Anforderung an den Trocknungsgrad der Druckluft diese Effizienzkombination sogar ausschließen.

Systemisch denken

Kompressoren stehen in der Regel nicht für sich allein. Sie sind Teil eines kompletten Druckluftsystems. Deshalb dürfen sie nicht nur als Einzelkomponente betrachtet werden, sondern sollten unbedingt auf ihre Einbindbarkeit ins Gesamtsystem und den sich daraus ergebenden Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung und Energiekostenersparnis geprüft werden.

Wichtig ist, dass die Kompressoren anschlussfertig geliefert werden, energieeffizient arbeiten und auch zukunftsfähig sind. Das heißt, dass die Kompressoren schon bei der Lieferung von Herstellerseite so ausgestattet sind, dass eine komplette Überwachung des gesamten Drucklufterzeugungsprozesses und eine Generierung aller prozessrelevanten Daten möglich ist. Dies ist nicht nur für eine effiziente Steuerung und die Ermittlung exakter Energiekosten in der aktuellen Druckluftversorgung notwendig, sondern auch für eine eventuelle künftige Erweiterung der Station oder für die Nutzung von innovativen Produkten im Sinne von Industrie 4.0 wie vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance).

Kompressoren-Steuerung bringt Kosten- und Servicevorteil

Idealerweise werden die Kompressoren in ein System eingebunden und von einer maschinenübergreifenden Steuerung, zum Beispiel dem Sigma Air Manager (SAM 4.0), gesteuert. Dieser stimmt den Betrieb der einzelnen Komponenten einer Druckluftstation optimal aufeinander ab. Die Steuerung orientiert sich dabei am tatsächlichen Bedarf, den Energiekosten und den tatsächlich vor Ort aktuell vorhandenen Gegebenheiten. Kontinuierlich errechnet sie innerhalb von wenigen Sekunden vorausschauend virtuell mehrere Steuerungsmöglichkeiten und wählt dann die jeweils optimalste aus.

Bild: Sigma Air Manager 4.0 (SAM) – Kaeser Kompressionen

SAM 4.0 bietet umfangreiche Datenaufzeichnungs-, Visualisierungs- und Analysemöglichkeiten „out-of-the-box“. In Druckluftanlagen mit trocken verdichtenden Schraubenkompressoren mit dem hohen Potenzial an Wärmerückgewinnung kann hiermit die Wärmeausbeute durch Anpassung der Betriebsbedingungen op­timiert werden. Verfügen die Kompressoren zudem über eine energieoptimale Ansteuerung, wie zum Beispiel die adaptive 3D-advanced-Regelung, dann lässt sich höchste Effizienz bei Drucklufterzeugung und Wärmerückgewinnung erreichen.

Gesamtprozess optimieren

Die Steuerung kann leicht in einen Leitstand eingebunden werden. Die Daten sind bequem von jedem angeschlossenen Arbeitsplatz aus abrufbar. Eine moderne Datenintegration im Sinne von Industrie 4.0 erfordert hochwertige Kommunikationsschnittstellen – idealerweise auf der Basis von IT-kompatiblen Standards. Daten werden über entsprechende IP-basierte Netzwerke kommuniziert.

Auf diesem Wege können zum Beispiel die konsolidierten Energiedaten der Druckluftstation dem Betreiber zur Verfügung gestellt werden. Konfigurierbare periodische Bilanzen werden automatisch erzeugt und als maschinenlesbare Datei bereitgestellt, wahlweise auch als E-Mail.

Einbindung in Energiemanagementsystem

Die Einbindung dieser Daten in bestehende Energiemanagementsysteme zum Beispiel nach ISO 50001 ist nahtlos möglich. Auf diesem Wege werden dem Betreiber vielfältige Möglichkeit zur energetischen Optimierung seiner Gesamtprozesse eröffnet.

Der Betreiber hat jederzeit Einblick in die Abläufe in der Station, kann nach von ihm selbst festgelegten Auswahlkriterien Protokolle und Auswertungen abrufen und Services nutzen, die ihm die Optimierung der Drucklufterzeugung weiter erleichtern und Kosten sparen. Dies sind zum Beispiel Services wie Fernwartung oder vorausschauende Wartung.

Egal ob nun trocken verdichtende Kompressoren, fluidgekühlte Kompressoren oder eine Kombination aus beiden gewählt wird, wichtig für eine möglichst effiziente, zuverlässige und energiekostensparende Drucklufterzeugung ist es, das Gesamtsystem zu betrachten und es auch darauf zu prüfen, ob es zukunftsfähig ist.

Autoren: Daniela Koehler, Kaeser Kompressoren, und Kathrin Irmer

 


Checkliste für den Einkauf von Kompressoren

 

haken1

Welche Kühlungsart sollen die Kompressoren haben? Luftkühlung oder Wasserkühlung?

haken2

Mit welchem Druck wird die Druckluft benötigt?

haken3

Welcher Mindestdruck am Verbraucher darf nicht unterschritten werden?

haken4

Wie hoch ist der Druckluftbedarf?

haken5

Für welche Prozesse wird die Druckluft benötigt?

haken6

Gibt es Prozesse, in denen die Kompressorabwärme in Form von Warmwasser eingesetzt werden kann?

haken7

Wenn ja, auf welchem Temperaturniveau wird dieses Warmwasser benötigt?

haken8

Welche Anforderungen stellen diese Prozesse an die Druckluftqualität?

haken9

Wieviel Platz steht zur Verfügung?

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Kann ein zuverlässiger und schneller Service gewährleistet werden?

haken11

Welche Vertragsarten im Bereich des Service gibt es?


Drei Fragen an Frank Mechthold, Baur-Gruppe

Für welche Einsätze kaufen Sie Kompressoren ein?

Bei Baur kommt Druckluft in der Fördertechnik zum Steuern und Regeln der Transportprozesse zum Einsatz. Die Hauptumschlagbasis des Unternehmens in Altenkunstadt verlassen jeden Tag mehr als 100 000 Pakete und werden auf den Weg zum Kunden gebracht. Dafür müssen die Artikel zielgenau über viele Kilometer Fördertechnik transportiert werden. Es ist Druckluft, die mitbeteiligt ist, dass Pakete und Tüten den richtigen Weg in Richtung der Wechselbrücken nehmen. Im Durchschnitt werden dafür 22 bis 24 m3 Druckluft pro Minute benötigt, in Spitzenlastzeiten können allerdings bis zu 50 Kubikmeter bereitgestellt werden.

Wie gehen Sie bei der Auswahl der passenden Kompressoren vor?

Wir legen sehr viel Wert auf Klimaschutz und haben ein anspruchsvolles Programm zur Reduktion des Kohlendioxid-Ausstoßes. Bei der Auswahl unserer Kompressoren war es deshalb hinsichtlich der Energieeffizienz wichtig, das System der Drucklufterzeugung als Ganzes und nicht nur die Komponenten einzeln zu betrachten. Natürlich ist ein möglichst energieeffizient arbeitender Kompressor oder Trockner schon ein klarer Vorteil, wenn es um die Reduktion der Energiekosten geht. Arbeiten beide aber nicht harmonisch zusammen und sind sie nicht aufeinander abgestimmt, kann viel Energie verloren gehen.

Welche Rolle spielen Betriebs- und Wartungskosten bei Ihrer Entscheidung?

Druckluft ist einer der Hauptenergieträger. Sie muss zuverlässig und konstant zur Verfügung stehen und das über einen langen Zeitraum hinweg. Somit ist nicht nur der Anschaffungspreis relevant, sondern gerade die Betriebs- und Wartungskosten machen einen großen Teil der Lebenszykluskosten ­eines Druckluftsystems aus. Diese Folgekosten sind für uns ein wichtiges Entscheidungskriterium.


Einkaufsführer in Zusammenarbeit mit Kaeser Kompressoren:

Kaeser Kompressoren ist Anbieter von Produkten, Dienstleistungen und kompletten Systemen zur Versorgung von Produktions- und Arbeitsprozessen mit dem Energieträger Druckluft. Die Systemlösungen umfassen Drucklufterzeugung, Druckluftaufbereitung und zielen auf optimale Gesamtwirtschaftlichkeit ab. Das Unternehmen besteht seit 1919, beschäftigt über 5 000 Mitarbeiter und ist weltweit durch eigene Tochterfirmen und Partner mit Engineering, Verkauf und Service präsent.