Der Betriebsleiter 11-12/2020

DRUCKLUFTTECHNIK I

DRUCKLUFTTECHNIK I SPECIAL Wärme latent speichern Kosteneffiziente und umweltbewusste Drucklufttrocknung Druckluft, die in der Industrie ein- gesetzt wird, sollte aus wirtschaft- lichen Gesichtspunkten so gut wie immer aufbereitet werden. Kälte- trocknung ist dabei das wichtigste Aufbereitungsverfahren. Neue Technologien ermöglichen es, Energie und Platz zu sparen, die Kosten zu senken und so effektiv und zuverlässig wie möglich Druckluft zu erzeugen. Der Einsatz zukunftssicherer Kältemittel spielt dabei ebenfalls eine wichtige Rolle. Wird Druckluft nicht aufbereitet, so kann Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft, die durch Kondensation entsteht, ungehindert ins Druckluftnetz geraten. Das kann neben Verunreinigungen in der Druckluft auch zu Korrosion in den Rohren und in den betriebenen Maschinen und Werkzeugen führen. Die Menge des entstehenden Kondensats wird häufig unterschätzt. Zur Druckluftaufbereitung stehen verschiedene Trocknungsmethoden zur Verfügung, die abhängig von den Anforderungen der Produktion eingesetzt werden. Die Kältetrocknung ist die am häufigsten angewendete, da sie extrem wirtschaftlich und zuverlässig ist und in den meisten Fällen ausreicht. Auf die Spitze kommt es an Wegen der sich ändernden Temperaturbedingungen während eines Jahres sollten Kältetrockner immer auf die Spitzenwerte ausgelegt sein, sodass sie auch an den heißesten Tagen die erforderliche Druckluftqualität zuverlässig liefern. Das heißt, Trockner werden in ihrer Gesamttrocknungsleistung für das ganze Jahr so ausgelegt, als ob 365 Tage lang Spitzentemperaturen herrschen würden. Da dies natürlich nicht der Fall ist, käme es automatisch dazu, dass für die Drucklufttrocknung mehr Energie eingesetzt würde, als für den tatsächlichen Bedarf erforderlich ist. Heute gibt es Technologien, um dies zu optimieren. Neben der Temperatur spielt der Druckluftverbrauch eines Betriebes eine Rolle, der selten konstant hoch ist, sondern entsprechend der Tagessituation schwanken kann. Wenn der Trockner nicht über die entsprechende Technologie verfügt, sich an derartige Teillastbereiche anzupassen, kann dies ebenfalls zu unnötig hohen Energiekosten führen. Betrachtet man den Energiebedarf eines Druckluftsystems, so entfallen auf die Drucklufttrocknung im Normalfall nur circa 3 bis 4 Prozent des Gesamtleistungsbedarfs. Da jedoch nicht immer die höchsten Temperaturen in einem Druckluftsystem herrschen und auch die Luftverbräuche meist schwanken, kann der Drucklufttrockner mitunter einen wesentlich höheren Energiebedarf am Gesamtenergiebedarf haben. Besonders negativ wirkt sich das Verhältnis dann aus, wenn Betriebe ein- oder zwei­ 01 Secotec-Kältetrockner verfügen über eine innovative Speichertechnik, die den Platz- und Energiebedarf deutlich senkt schichtig arbeiten und die Trockner in der übrigen Zeit nur die Druckluft von Kleinverbrauchern oder Leckagen trocknen. Trockner im Dauerlauf Um eine sicherere Druckluftqualität zu gewährleisten, wird im Normalfall empfohlen, bei herkömmlichen Trocknern die Kältekompressoren durchgehend laufen zu lassen, da sonst vor dem Start der Kompressoren je nach Größe des Kältetrockners bis zu einer Stunde benötigt wird, um die notwendige Kühltemperatur und den gewünschten Drucktaupunkt zu erreichen. Besonders bei Großtrocknern bringt dies einen unnötig hohen Energieverbrauch mit sich. Das bedeutet: Je umfangreicher der Teillastbetrieb ist, desto größer wäre die Ener­ Autoren: Dipl.-Ing. (FH) Erwin Ruppelt, leitender Projektingenieur, Dipl.-Betriebswirtin Daniela Koehler, Pressesprecherin, beide Kaeser Kompressoren SE, Coburg 42 Der Betriebsleiter 11-12/2020 www.derbetriebsleiter.de

SPECIAL I DRUCKLUFTTECHNIK 02 Im Vergleich zu alternativen Teillastregelungen passt die Speicherregelung der Secotec-Kältetrockner den elektrischen Leistungsbedarf in allen Lastphasen nahezu ideal an 03 Dank der internen Steuerung Sigma Control Smart lässt sich der Kältetrockner leicht steuern, überwachen und in eine übergeordnete Steuerung einbinden gieverschwendung bei einem 24 Stunden am Tag auf Spitzentemperaturen ausgerichteten durchlaufenden Kältetrockner. Unter derartigen Bedingungen kann der notwendige Energiebedarf für die Drucklufttrocknung bei der Drucklufterzeugung anteilig auf bis zu 20 Prozent wachsen. Kältetrockner mit Massespeicher schaffen hier Abhilfe. Besonders im Bereich unter 20 m³/min können im Teillastbetrieb deutliche Energieeinsparungen erreicht werden. Diese Trockner funktionieren ähnlich wie ein Druckluftspeicher. Dieser hat die Funktion, Lastveränderungen abzufangen und bei nahezu gleichem Druck den Kompressor in Leerlauf zu setzen oder abzuschalten, solange sich noch ausreichend Druckluft im Behälter befindet. Das Speichermittel besteht oft aus mineralischen Stoffen wie etwa Sand. Je größer die Leistung ist, desto mehr Masse muss eingesetzt werden, um die Schalthäufigkeit des Trockners in wirtschaftlichen Grenzen zu halten und einen konstanten Drucktaupunkt zu erreichen. Innovative Technik nutzt phasenverändernde Materialien Seit 2013 ist eine Technik auf dem Markt, die mit einem innovativen Material arbeitet, nämlich einem sog. Phase-Changing- Material (PCM). Phasenverändernde Materialien können sehr viel Energie speichern oder abgeben, wenn genau der Zeitpunkt genutzt wird, in dem sie eine Phasenveränderung durchlaufen, also z. B. zwischen flüssig und fest wechseln. Das ist das gleiche Prinzip, mit dem im Sommer Eiswürfel ein Getränk über längere Zeit kühl halten. Während sich die Eiswürfel im Glas befinden und schmelzen, bleibt die Temperatur des Getränks konstant. Diese Speicher werden auch Latent-Wärmespeicher genannt, da sie die thermische Energie nahezu verborgen, verlustarm, mit beliebigen Wiederholzyklen und über lange Zeit speichern können. Bei Latent-Wärmespeichern werden meist spezielle Salze oder Paraffine als Speichermedium geschmolzen, die dabei sehr viel Wärmeenergie aufnehmen. Das Entladen findet als Erstarren statt. Während des Vorgangs gibt das Speichermedium die zuvor aufgenommene große Wärmemenge wieder an die Umgebung ab. Beim Übergang von einem Aggregatzustand in den anderen bleibt die Temperatur konstant, da die gesamte zugeführte Wärme in die Veränderung des Zustands investiert wird. Weniger Druckverlust, geringerer Energiebedarf Das PCM-Speichersystem bringt mehrere energetische Vorteile mit sich. Dank der kompakten Bauweise konnte der Druckverlust im Vergleich durchschnittlich auf 0,15 bar (25 Prozent) abgesenkt werden, während herkömmliche Modelle einen Differenzdruck von mehr als 0,20 bar aufweisen. Auch der geringe Energiebedarf des PCM- Speichertrockners ist bemerkenswert. So benötigen die Anlagen je nach Betriebszustand nur zwischen 70 und 100 Watt je m³/ min zu trocknender Druckluft. Darüber hinaus erlaubt diese Speichertechnik eine wesentlich kompaktere und leichtere Bauweise des gesamten Kältetrockners. Nicht nur wegen des geringeren Platzbedarfs der neuen Komponenten, sondern auch wegen der innovativen Anordnung aller Bauteile, benötigt er bis zu 46 Prozent weniger Stellfläche und ist rund 60 Prozent leichter, als herkömmliche Geräte mit Massespeicher. Gesteuert werden die modernen PCM- Speichertrockner durch eine hocheffektiv arbeitende Mikroprozessorsteuerung, die sich in ein maschinenübergreifendes Managementsystem einbinden lässt. Hierbei ermöglichen die Steuerungen intern den Aufbau eines Großtrockners mit Kältekompressoren nach dem bewährten Splittingsystem einer Druckluftstation, um ihn optimal an Teillastdruckluftverbräuche anzupassen. Darüber Wird Druckluft nicht aufbereitet, kann durch Kondensation entstehende Feuchtigkeit ungehindert ins Druckluftnetz geraten hinaus ist es möglich, zusätzlichen Feinabgleich durch die Ansteuerung von drehzahlgeregelten Ventilatoren zu ermöglichen. Neben der Möglichkeit, alle internen Systeme anzusteuern und zu regeln, bietet sie auch eine Vielzahl effizienter Analyse- und Überwachungsmöglichkeiten, z. B. Fernüberwachung und vorausschauende Wartung. Umweltschutz als Selbstverpflichtung Spätestens seit Eintreten der F-Gase­ Verordnung ist Klimaschutz für alle eine Verpflichtung. Viele der alten Kältetrockner fahren allerdings auch heute noch mit Kältemitteln wie 404A. Dieses hat ein Treibhauspotenzial GWP von 3.922. Bei den modernen Kältetrocknern wurde hingegen das derzeit für Kältetrockner bestmöglich verfügbare Kältemittel eingesetzt: R513A mit einem GWP von 361. R-513A ist langfristig verfügbar und weder toxisch noch brennbar, sodass keine zusätzlichen Anforderungen an Betreiber und Servicedienstleister gestellt werden. Aufgrund der Optimierung der Systeme konnten darüber hinaus die Kältemittelmengen grundsätzlich reduziert werden, sodass auch das CO 2 -Äquivalent reduziert werden konnte. Bilder: Kaeser www.kaeser.de www.derbetriebsleiter.de Der Betriebsleiter 11-12/2020 43