Effizientes Lüftchen

Kompressortechnologien für Energieeffizienz, optimierte Performance und höhere Zuverlässigkeit

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11.08.2017 Druckluft macht bis zu 30 % der Betriebskosten aus – entsprechend hoch ist auch das Einspar-Potenzial. Der Lösungsanbieter entwickelt zusammen mit seinen Kunden individuelle Applikationen, mit denen diese ihre Wirtschaftlichkeit messbar verbessern können.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Betriebsleiter sehen sich angesichts steigender Energiekosten und Umweltverantwortlichkeiten der Notwendigkeit gegenüber, Wege zur Verbesserung von Effizienzen zu finden. Druckluftsysteme stehen dabei oft im Fokus, weil sie einen erheblichen Anteil am Energieverbrauch in einer Fertigungsanlage ausmachen.
  • Durch den Einsatz von drehzahlgeregelten Antrieben und Computermodellen bei der Entwicklung von Kompressoranlagen können Unternehmen ihre Betriebskosten spürbar senken, ohne bei der Prozesssicherheit Abstriche machen zu müssen.

System 4

Geschätzte 30 bis 50 % der in Druckluftsystemen eingesetzten Energie geht während des Betriebs verloren. Bilder: Ingersoll Rand

Auch eine proaktive Servicestrategie hat Auswirkungen auf die Betriebskosten.

Auch eine proaktive Servicestrategie hat Auswirkungen auf die Betriebskosten.

Der Druck sitzt manchem regelrecht im Nacken: Besitzer und Manager von produzierenden Unternehmen sehen sich einem immer stärker werdenden Wettbewerb, hohen Energiekosten, einer zunehmenden Regulierung und aggressiven Nachhaltigkeitszielen gegenüber. Folglich stehen sie unter erheblichem Druck, Kosten zu reduzieren und dabei eine höhere Produktivität und Energieeffizienz zu erreichen. Eine ganz bedeutende Stellschraube ist dabei die Drucklufttechnik.

In den meisten Branchen kommen verschiedene Arten von Luft- oder Gaskompression zum Einsatz, um Maschinen, Werkzeuge oder Prozesse zu betreiben. Es handelt sich dabei um eine äußerst praktische Energiequelle, die oft auch als vierter Hilfsstoff bezeichnet wird. In vielen Fällen nutzen Betreiber diese jedoch nur ineffizient: Geschätzte 30 bis 50 % der in Druckluftsystemen eingesetzten Energie geht während des Betriebs verloren. Diese Verluste sind auf Leckagen, mangelhafte Wartung, eine unzureichende Systemauslegung, Wärme- und Druckverluste zurückzuführen.

Die Zukunft ist genormt

Neben Selbstregulierungs-Bemühungen führen Behörden und Branchenvereinigungen strengere Industrienormen ein, um sicherzustellen, dass heutige Druckluftsysteme die gesteckten Energieeffizienz- und Leistungsziele zu erreichen. Die Einhaltung der bisher vorgeschlagener Verdichterstandards ist heute in den USA und Europa freiwillig – noch. Denn kommende Regulierungsentwicklungen werden dies jedoch wahrscheinlich ändern. Zu den Behörden, die das Implementieren minimaler Effizienzstandards vorantreiben, gehören die Europäische Union, die 2009 die vorbereitende Ökodesign-Studie zu Verdichtern (ENER Lot 31) herausgegeben hat, sowie das DOE Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE).

Branchengruppen wie Pneurop (European Association of Manufacturers of Compressors, Vacuum Pumps, Pneumatic Tools and Allied Equipment) und CAGI (Compressed Air & Gas Institute) treiben die Einführung einheitlicher, freiwilliger Normen voran und bieten hier auch zahlreiche Dienstleistungen wie Forschungsarbeiten, Bildungsaufgaben, Informationsbeschaffung und -weitergabe sowie Schulungen von Endanwendern an. Diese Bemühungen sollen die Gesamtenergieeffizienz von Druckluftprodukten auf dem Markt erhöhen und gleichzeitig Zusammenarbeit, Bewusstsein und Einhaltung von Industrienormen fördern.

Service ist wichtiger Baustein

Auch wenn die US-Normen für Kompressoren erst langsam Form annehmen, stimmen Branchengruppen darin überein, dass das Ergebnis dieser Energiestandardisierung eine Förderung von minimalen Effizienzstandards, Produkttestverfahren, Zertifizierung und Durchsetzung von Standards und eine Energieeffizienzkennzeichnung für Kompressoren sein wird. Diese voraussichtlichen Änderungen sollen Forschungs- und Entwicklungsteams dazu veranlassen, Effizienzgrenzen durch Innovationen in der Kompressortechnologie sowie Systemverbesserungen, proaktive Servicestrategien und Wartungsangebote für Druckluftsysteme zu erreichen oder sogar besser zu sein. Die einschlägigen Anbieter haben bereits neue Druckluftlösungen auf den Markt gebracht und helfen Produzenten dabei, ihre Energiekosten teils erheblich zu reduzieren. Ingersoll Rand beispielsweise hat kürzlich seine neue Generation von Schraubenkompressoren der R-Serie eingeführt, die die Energieeffizienz um 13 % beziehungsweise bei Kompressoren mit Drehzahlregelung sogar noch weiter verbessern.

Gut für Unternehmen

Höhere Performance und Energieeffizienz verschaffen produzierenden Unternehmen Wettbewerbsvorteile. Wenn es jedoch um Druckluft geht, darf die Energieeffizienz nicht auf Kosten der Zuverlässigkeit gehen, weil diese Unternehmen auf eine zuverlässige Energiequelle zum Erhalt ihrer Produktivität angewiesen sind. Diese Entwicklung innerhalb der Branche wirft zahlreiche Fragen auf: Was können Hersteller und Kunden erwarten? Wann müssen sie neue Energiestandards und zukünftige Regulierungen einhalten? Und wie können Anlagenmanager vom Einsatz hocheffizienter Kompressoren profitieren, um Kosten zu reduzieren, höhere Energieeinsparungen zu erreichen und die Leistung zu verbessern? Hier stehen verschiedene hochentwickelte Drucklufttechnologien zur Verfügung, die in der Lage sind, eine höhere Performance bereitzustellen und die Energiebilanz von Kunden zu verbessern. Wichtig dabei ist es, diese Verbesserungen bei gleichzeitig weiterhin zuverlässiger Druckluftversorgung zu erreichen, die für hocheffiziente Betriebsabläufe erforderlich ist.

Produktinnovationen schaffen Effizienz

Um Energieverbrauch und -kosten zu senken, hat der Lösungsanbieter seine Druckluftkompressoren der Next Generation R-Series auf eine höhere Kapazität bei gleichzeitig geringerem Energieverbrauch ausgelegt. Eine Schraubenverdichter-Stufe enthält rotierende, ineinandergreifende schraubenförmige Rotoren, um Luft zu komprimieren. Diese Rotoren erfordern eine komplexe Technik, um Effizienz und Zuverlässigkeit zu optimieren. Viele Designfaktoren wie eingebautes Druckverhältnis, Rotorumfangsgeschwindigkeit und Rotorprofil müssen aufeinander abgestimmt sein. An dieser Stelle kommt es auf besonderes Fachwissen an. Analysen zeigen, dass der Einsatz effizienterer Kompressoren und eines umfassenderen Serviceprogramms die Gesamtkosten von Kompressoren um bis zu 20 % reduzieren können.

Eine Möglichkeit für Betreiber ist es, statt ihre Kompressoren mit fester Drehzahl ständig zwischen Last- und Leerlauf hin- und herwechseln zu lassen, um einem schwankenden Bedarf gerecht zu werden, Systeme mit drehzahlgeregelten Antrieben (Variable Speed Drive – VSD) einzusetzen. Diese stellen immer so viel Druckluft bereit, wie gerade Bedarf herrscht – und vermeiden so mit einem Last-/Entlastungsbetrieb verbundene Energieverluste. Die möglichen Energieeinsparungen belaufen sich auf bis zu 35 % gegenüber einem Kompressor mit fester Drehzahl. Aufgrund variabler Drehzahl kann ein solcher Kompressor Druckluft über einen weiten Kapazitätsbereich mit konstantem Druck bereitstellen – mit bis zu 75 % Variabilität; je nach Modell und Nenndruck.

Modelliere und überwache

Beim Design heutiger hochentwickelter Kompressoranlagen kommen Computermodelle zum Einsatz, um Verluste am Ansaugpunkt sowie während des Verdichtungsvorgangs und den nachgelagerten Prozessen in der Anlage zu minimieren. Verringern sich diese Druckabfälle, reduziert das auch den Energieverbrauch, der erforderlich ist, um den Druck am Ansaugpunkt auf den vom Kunden gewünschten Druck anzuheben. Verbesserungen der Einlass-Ventilgeometrie und der Druckluftführung schöpfen das Potenzial des nun vorgestellten Verdichterstufen-Designs voll aus und ermöglichen eine um 15 % höhere Kapazität bei gleichem Energieverbrauch. Hochentwickelte Druckluftkompressoren bieten zudem die Möglichkeit, über eine Fernüberwachung die Energieeffizienz zu steigern.

Hierbei können Anwender Wartungsanforderungen von Kompressorsystemen über ihre Desktop-Computer oder Notebooks steuern, verwalten und identifizieren. Darüber hinaus ist es möglich, Kompressoreinstellungen anzupassen und Kompressoren gemäß spezifischen Ereignissen mit Echtzeit-Terminplänen zu programmieren. Durch Fernüberwachung können Anwender zeitnah bessere Entscheidungen treffen, um Ausfallzeiten zu minimieren oder ganz zu vermeiden. Kompressoren mit adaptiven Steuerungen überwachen laufend wichtige Performance-Parameter und passen Einstellungen automatisch an, um den Anforderungen spezifischer Anwendungen gerecht zu werden. Adaptive Steuerungen nutzen hochentwickelte Steueralgorithmen, die sich automatisch an die Umgebung anpassen. Dies ermöglicht eine höhere Leistung, reduziert Ausfallrisiken und sorgt für Energieeinsparungen – mit integrierter Leistungsanalyse für eine umfassende Bandbreite an Lastanforderungen.

Hier gelangen Sie zum Anbieter.

Auf unserem Portal finden Sie weitere Beiträge rund um die Drucklufttechnik.

Im Folgenden finden Sie eine Aufschlüsselung, wie es durch die genannten Verbesserungen möglich war, die Gesamtbetriebskosten um 20 % zu senken:

  • Effizientere Verdichterstufen und Anlagendesign – 13 % durch Reduzierung kompressorspezifischer Leistungsaufnahme
    • Die kürzlich vorgestellte Next Generation R-Series von Ingersoll Rand weist gegenüber dem Vorgängermodell eine bis zu 13 % bessere Leistungsaufnahme bei Volllast (kW pro m3/min) auf
    • Ein wesentlicher Beitrag dieser hohen Effizienzverbesserung ist dabei auf unser ganz neues Verdichterstufendesign zurückzuführen
  • Verbesserte Lageranordnung für geringere Reibungsverluste.
  • Optimierte Schmiermittelverteilung, jetzt zwischen Lagern und Kompressionskammer getrennt, um sicherzustellen, dass saubereres Schmiermittel zu den Lagern gelangt – für höhere Leistung, Zuverlässigkeit und Lebensdauer
  • Präzisions-Rotorenfertigung für hervorragende Leistung
  • Verbesserte Modelle und Analysen zur Entwicklung ganz neuer Designs
  • Hier finden Sie ein Video zum neuesten Design:  https://www.youtube.com/watch?v=N0aVqO3GhM8
  • Umfassendes Serviceprogramm – 7 % aus Kompressorwartungskosten und Betriebseffizienz
    • Längeres Filterwechselintervall – 1 % (verdoppeltes Wechselintervall dank Verbrauchskomponenten mit höherer Lebensdauer bringt 1 %)
    • Risikotransfer – Kunden können mit dem Ingersoll Rand PackageCARE-Programm zumRisikotransfer Reparaturkosten eliminieren und so bis zu 4 % der Gesamtkosten einsparen.
    • Betriebseffizienz (verschmutzte Kühler und Filter) – 2 % beim Kompressorenergieverbrauch
      • Eine verspätete Wartung führt dazu, dass der Verdichter mehr arbeiten muss, um den gleichen Druck und Durchfluss zu erreichen. Dies ist auf eine Verschmutzung des Kühlers (bei zwischengekühltem Kompressor) und einen erhöhten Druckabfall durch Schmutz am Abscheider-/Filterelement zurückzuführen.
      • Durch verspätete Wartung der Filterelemente steigt der Leistungsbedarf des Kompressors bei gleichbleibender Ausgangsleistung immer weiter an, z.B. bei einer Erhöhung des Differenzdrucks um 0,068 bar um 0,5%, bei 0,275 bar um 2%Ein rechtzeitiger Wechsel des Abscheiderelements und eine Reinigung der Kühler tragen zu dieser Verbesserung bei
Heftausgabe: August 2017
Eric Seidel, Vice  President, Produktmanagement,  Ingersoll Rand  Compression  Technologies and Services

Über den Autor

Eric Seidel, Vice President, Produktmanagement, Ingersoll Rand Compression Technologies and Services
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