Druckluft und Energieeffizienz

Druckluft hat als Energieträger in vielen produzierenden Unternehmen einen festen Platz. Die Vorteile der Druckluft liegen darin, dass sie sauber und ungiftig ist und sie große Mengen an Energie transportieren kann. Durch die in der Druckluft gespeicherte Energie lassen sich Maschinen und Werkzeuge schnell, exakt und wartungsarm antreiben. Die hohe Energiedichte sorgt für eine hohe Kraft und schnelle Bewegungen bei gleichzeitig geringem Gewicht der Druckluftwerkzeuge.

Typische Einsatzgebiete von Druckluftsystemen sind die Metallindustrie, wie z.B. der Automobilbau mit seinem hohen Automatisierungsgrad oder die verfahrenstechnische Industrie, z.B. Chemie, Pharma und die Herstellung von Nahrungsmitteln. Auch in der Holzverarbeitung, wie z.B. Möbelindustrie, Tischlereien oder in der Textilindustrie hat Druckluft einen festen Platz.

Die vielen Vorteile der Druckluft haben jedoch auch ihren Preis. In Sachen Energieeffizienz sind Druckluftanlagen keine Musterknaben. Die Energiekosten eines Druckluftantriebs liegen deutlich höher als die eines vergleichbaren elektrischen Antriebs. Dies liegt vor allem daran, dass bei jeder Energieumwandlung Energieverluste auftreten. Bereits bei der Umwandlung von fossilen Brennstoffen in elektrischen Strom geht ein großer Teil der Energie als Abwärme verloren. Wird dieser Strom durch Kompressoren in Druckluft gewandelt, entstehen weitere hohe Energieverluste. 

Die "Veredelung" der Energie geht zu Lasten der Energieeffizienz. In einem ungünstigen Fall kann es passieren, dass für eine Kilowattstunde Arbeit, die ein Druckluftwerkzeug verrichten soll, bis zu zehn Kilowattstunden Strom und sogar dreißig Kilowattstunden Primärenergie aufgewandt werden müssen. Entsprechend sind auch die Energiekosten eines Druckluftantriebs wesentlich höher als bei einem vergleichbaren Elektromotor.

Steigerung der Energieeffizienz von Druckluftsystemen

Wenn Sie die Kosten, die Ihr Druckluftsystem verursacht, reduzieren wollen, empfehlen wir, zuerst folgenden Fragestellungen nachzugehen:

  • Lässt sich die von Ihnen gestellte Aufgabe alternativ auch mit einem kostengünstigeren Energieträger als Druckluft bewerkstelligen?
  • Geht in Ihrem System Druckluft ungenutzt verloren?
  • Wird ein höherer Aufwand betrieben als eigentlich nötig wäre?
  • Wird die Druckluft energieeffizient erzeugt?
  • Wird die Druckluft energieeffizient genutzt?

Alternativen zu Druckluft

Da elektrische Systeme effizienter sind als Druckluftmotoren, lassen sich die Energiekosten leicht dadurch senken, dass anstelle von Druckluft ein elektrischer Antrieb eingesetzt wird. Bei Anlagenerweiterungen und Neuanschaffungen sollte man daher genau prüfen, welche Lösung kostenoptimal ist und nicht einfach ein druckluftgetriebenes System kaufen, nur weil schon eine Druckluftversorgung vorhanden ist.

Reinigungsaufgaben lassen sich oft deutlich energieeffizient und kostengünstig mechanisch bewerkstelligen. Oft wird teure Druckluft verschwendet, wo der gleiche Effekt auch mit einer einfachen Bürste zu erzielen wäre. Hier hilft eine Sensibilisierung der Mitarbeiter für die Kosten und die Bereitstellung geeigneter Werkzeuge.

Leckagen

In älteren Druckluftsystemen entweichen oft mehr als 30 % der produzierten Druckluft durch eine Vielzahl kleinerer und größerer Leckagen. Diese verursachen während der gesamten Betriebszeit, mitunter sogar rund um die Uhr sinnlose Kosten. Bei der Optimierung eines bestehenden Druckluftsystems sollte zunächst die Leckagerate ermittelt und dann die Leckagen geortet und beseitigt werden. Die Bestimmung der Druckluft-Leckagerate ist sinnvoll, um den vertretbaren Aufwand für die Optimierung zu bestimmen und den Erfolg kontrollieren zu können. Die Leckagen lassen sich am besten bei Stillstand des Betriebs ermitteln. Aber auch im laufenden Betrieb gibt es Verfahren, mit denen die Leckageraten abgeschätzt werden können. Zur Ortung der Leckagen bieten sich akustische Verfahren an, insbesondere mit einem Ultraschall-Mikrofon.

Der richtige Aufwand

Die Kosten der Drucklufterzeugung steigen mit dem Druck und dem Grad der Aufbereitung. Ein wichtiger Ansatzpunkt für Energieeffizienz ist es, nur gerade den Aufwand zu betreiben, der nötig ist. Druckluftverbraucher sollten nicht mit höherem Druck betrieben werden, als eigentlich nötig und der Öl-, Staub- und Feuchtegehalt der Druckluft braucht nicht weiter gesenkt zu werden, als durch den Anlagenlieferanten spezifiziert. Mitunter ist es sinnvoll, getrennte Druckluftversorgungen für Verbrauchergruppen mit unterschiedlichen Spezifikationen einzurichten.

Energieeffiziente Drucklufterzeugung

Für die Effizienz der Drucklufterzeugung sind insbesondere die Wahl der richtigen Kompressoren und Antriebe und das Regelungs- und Steuerungskonzept entscheidend. Der Kompressor muss die Anforderung bezüglich Druck, Volumenstrom und ggf. Ölfreiheit so effizient wie möglich umsetzen. Als Antrieb sollten Hocheffizienzmotoren eingesetzt werden. Da die meisten Energieverluste im Teilllastbetrieb auftreten, ist es wichtig eine energieeffiziente Regelung, wie z.B. einen Frequenzumrichter einzusetzen. Eine übergeordnete Steuerung kann die Energieeffizienz weiter steigern. Sie sorgt dafür, dass in einem System mit mehreren Kompressoren immer die für die momentane Lastanforderung am besten geeigneten Kompressoren laufen.

Energieeffiziente Druckluftnutzung

Ansatzpunkte für eine effiziente Druckluftnutzung sind das Verteilnetz und die angeschlossenen Geräte. Ein wesentlicher Parameter für Druckverluste bei der Verteilung ist der Rohrleitungsdurchmesser. Hier sollte beim Neubau des Druckluftnetzes nicht am falschen Ende gespart werden. In einem bestehenden Druckluftnetz lassen sich zu hohe Druckverluste durch einen Ringschluss und durch die Reduzierung der Strömungswiderstände von Einbauten verringern. Bei druckluftgetriebenen Geräten gibt es Unterschiede in der Effizienz. Hier sollten der Druckluftvolumenstrom und das erforderliche Druckniveau beachtet und das Gerät mit der optimalen Energieeffizienz bei der erforderlichen Leistung (Produktivität) gewählt werden.