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Messtechnik Druckluftverbrauch messen und Energie einsparen

| Autor/ Redakteur: Wolfgang Blessing / Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Druckluft ist eine der teuersten Energieformen überhaupt. Eine intelligente Nutzung von Druckluft birgt enorme Einsparpotenziale. Hilfreich ist deshalb eine Verbrauchsmessung, die den tatsächlichen Druckluftverbrauch und auch schon kleinste Leckagen schnell und zuverlässig messen und aufzeichnen kann.

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Mit der Durchfluss-Messstation für Druckluft und Gase mit 3,5-Zoll-Grafikdisplay, Touchscreen und Printfunktion kann sowohl der aktuelle Durchfluss als auch der Verbrauch gemessen werden.
Mit der Durchfluss-Messstation für Druckluft und Gase mit 3,5-Zoll-Grafikdisplay, Touchscreen und Printfunktion kann sowohl der aktuelle Durchfluss als auch der Verbrauch gemessen werden.
(Bild: CSI)

Wenn man bei Druckluftanlagen von Betriebskosten spricht, so meint man eigentlich die Energiekosten. Denn die Stromkosten machen rund 70 bis 80 % der Gesamtkosten einer Druckluftanlage aus. In einem Dreischichtbetrieb mit 200 kW Kompressorenleistung kann eine schlechte Druckluftverteilung überflüssige Energiekosten von deutlich über 50.000 Euro pro Jahr verursachen. Im Wesentlichen betrifft dies die Bekämpfung von Leckagen und die korrekte Auslegung der Druckluftleitungen zur Minimierung der Druckverluste.

Steigende Energiekosten zwingen zur Nutzung von Einsparpotenzialen

Über den Verbrauch der meisten anderen Medien wie Strom, Wasser oder Gas herrscht üblicherweise in allen Betrieben völlige Transparenz. Anders als bei der Druckluft sind Leckagen bei Wasser für jedermann sichtbar und werden sofort behoben. Dagegen verpuffen Leckagen im Druckluftnetz unbemerkt, auch am Wochenende und bei Produktionsstillstand. Die Kompressoren laufen auch während dieser Zeit weiter – nur um einen konstanten Druck im Netz zu halten. Bei gewachsenen Druckluftnetzen kann die Leckrate zwischen 25 und 35 % liegen. Sie sind die fleißigsten Verbraucher, die 365 Tage im Jahr arbeiten (Tabelle).

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Verbrauch einzelner Maschinen muss bekannt sein, um Sparpotenziale zu nutzen

Nicht berücksichtigt bei diesen Betrachtungen sind die Kosten für die Herstellung sauberer und trockener Druckluft. Kälte- trockner und Adsorptionstrockner trocknen die Luft mit erheblichen Betriebskosten, die dann sinnlos über Leckagen „verpufft“. Bei ständig steigenden Energiekosten müssen diese Einsparpotenziale immer stärker genutzt werden, um konkurrenzfähig zu bleiben. Nur wenn der Verbrauch einzelner Maschinen oder Anlagen bekannt ist und für alle transparent gemacht wird, können Einsparpotenziale genutzt werden. Meist fehlt jedoch die Kenntnis des Leckageanteiles. Im Folgenden wird beschrieben, wie man im Unternehmen zu einer einfachen Ermittlung kommt.

Eine vereinfachte Methode, Leckagen zu messen, ist die Entleerung des Druckbehälters

Eine vereinfachte Bestimmung der Leckagen ist über eine Messung mittels der Entleerung des Druckbehälters möglich. Zur Durchführung dieser Messung werden lediglich eine Uhr und ein Manometer benötigt. Bekannt sein muss zudem das Speichervolumen des Behälters sowie gegebenenfalls des Druckluftnetzes. Zur Messung werden der Behälter und das Druckluftsystem zunächst auf den oberen Abschaltdruck gebracht, während alle Druckluftverbraucher außer Betrieb sein müssen. Dann wird der Kompressor ausgeschaltet und es erfolgt keine weitere Druckluftnachspeisung in das System. Gestoppt wird nun die Zeit t, die vergeht, bis aufgrund der Leckagen ein Druckabfall von 1 bis 2 bar eingetreten ist. Dabei können die Drücke, zwischen denen die Messung erfolgt, frei gewählt werden.

Die Behältermethode ist in der Praxis zu aufwendig

Die beschriebene Behältermethode ist aber für eine Leckagebestimmung in der Praxis sehr aufwendig, nicht ausreichend und aus folgenden Gründen ungenau:

  • Speichervolumen, Verteilleitungen sind nicht genau zu bestimmen.
  • Genauigkeit der Differenzdruckmessung und Zeitmessung muss beachtet werden.
  • Bei der Druckabsenkung kühlt sich das Druckluftvolumen ab und ändert so den Volumenstrombezugswert.
  • Eine Onlinemessung mit Verbrauchsaufzeichnung ist nicht möglich.

Alles in allem zählen diese Methoden, auch die Methode der Last- und Leerlaufmessung, bei der mit Stromzangen die Stromaufnahme gemessen und über die technischen Daten des Kompressors auf die Liefermenge zurückgerechnet wird, zu den indirekten Messungen. Diese indirekten Methoden sind veraltet und nicht geeignet, Leckagen im unteren Messbereich genau zu erfassen.

Genaue Ermittlung der Druckluftleckagen

Eine Druckluft-Verbrauchsmessung beziehungsweise Leckagemessung sollte den tatsächlichen Druckluftverbrauch und auch kleinste Leckagen schnell und zuverlässig messen und aufzeichnen können. Seit mehr als 20 Jahren entwickelt, fertigt und vermarket CS Instruments präzise und langzeitstabile Durchfluss-Messstationen für Druckluft und Gase (Bild 1). Mit den „steckerfertigen“ Durchfluss-Sensoren DS 400 kann sowohl der aktuelle Durchfluss in m³/h, l/min und anderen Parametern als auch der Verbrauch in m³ oder l gemessen werden. Die neue Durchfluss-Messstation arbeitet nach dem bewährten kalorimetrischen Messprinzip.

Verbrauchszähler bei verschiedenen Drücken und Temperaturen einsetzen

Das Herzstück ist der seit Jahren bewährte Strömungssensor. Er zeichnet sich durch eine thermisch effizientere Sensorstruktur aus, die bei gleichen elektrischen Anschlusswerten eine höhere Chiptemperatur aufweist. Im Vergleich zu anderen kalorimetrischen Messgeräten hat der Sensor eine wesentlich geringere Masse und damit eine schnellere Ansprechzeit. Eine zusätzliche Druck- und Temperaturkompensation ist nicht notwendig. Dies hat den Vorteil, dass der Anwender die Verbrauchszähler pro- blemlos bei unterschiedlichen Drücken und Temperaturen ohne weitere Kompensation einsetzen kann.

Neben Druckluft können auch andere Gase wie Stickstoff, Sauerstoff, CO2, Argon, Erdgas und Helium gemessen werden. Die DS-400-Durchfluss-Messstation ist bereits komplett verdrahtet. Zeitaufwendiges Studieren der Bedienungsanleitung entfällt. Grenzwertüberschreitungen können optisch und akustisch gemeldet werden. Zwei Relais für Vor- und Hauptalarm sind frei einstellbar. Für jedes Relais lässt sich eine Alarmverzögerung einstellen. So werden auch nur tatsächlich länger anstehende Grenzwertüberschreitungen angezeigt. Zusätzlich kann jeder Alarm quittiert werden.

Zugehörige Software erstellt die Verbrauchsanalyse

Weltweit einzigartig in dieser Preisklasse ist die intuitive Bedienung mit dem 3,5-Zoll-Touchscreen-Grafikdisplay mit Zoomfunktion und Screenshot-Taste (Kasten). Mithilfe des grafischen Displays mit Zoomfunktion sind der aktuelle Durchfluss, die Spitzenwerte und die Leckage auf einen Blick sichtbar und werden im Datenlogger gespeichert. So kann sich der Anwender die gespeicherten Messkurven auch ohne PC zu jeder Zeit vor Ort anschauen. Dies ermöglicht eine schnelle und einfache Analyse des Druckluft- oder Gasverbrauchs. Mittels Screenshot-Taste kann der aktuelle Bildschirm als Bilddatei auf die interne SD-Karte oder auf einen USB-Stick gespeichert und ohne zusätzliche Software am PC ausgedruckt werden. Das ist ideal zur Dokumentation der Messwerte/Messkurven vor Ort. Farbige Messkurven können als Bilddatei per Mail versendet oder in einen Servicebericht integriert werden.

Der interne Datenlogger ermöglicht die Speicherung der Messdaten über mehrere Jahre hinweg. Die Messdaten können auf einen USB-Stick oder über Ethernet mit der Software CS Soft Basic ausgewertet werden. Besonders komfortabel ist die Verbrauchsanalyse auf Knopfdruck. Die CS Soft Basic erstellt automatisch Tages-, Wochen- und Monatsberichte.

Durch großen Messbereich werden auch extreme Anforderungen an Verbrauchsmessung erfüllt

Der Einbau der Verbrauchssonde VA 400 (Bild 2) erfolgt über einen standardmäßigen 1/2-Zoll-Kugelhahn auch unter Druck. Der Sicherungsring verhindert, dass die Sonde beim Ein- und Ausbau durch den Betriebsdruck unkontrolliert herausgeschleudert wird. Für den Einbau in unterschiedliche Rohrdurchmesser stehen die VA 400 mit folgenden Sondenlängen zur Auswahl: 120, 160, 220, 300, 400 mm. Somit eignen sich die Verbrauchssonden zum Einbau in vorhandene Rohrleitungen von Durchmesser 1/2 Zoll bis DN 300 und größer. Die exakte Positionierung des Sensors in der Rohrmitte erfolgt über die eingravierte Tiefenskala. Die maximale Einbautiefe entspricht der jeweiligen Sondenlänge. Durch den großen Messbereich werden selbst extreme Anforderungen an die Verbrauchsmessung (hoher Volumenstrom bei kleinen Rohrdurchmessern) erfüllt. Bei den Messbereichen ist immer die Abhängigkeit vom Rohrdurchmesser zu berücksichtigen. MM

* Wolfgang Blessing ist Geschäftsführer bei der CS Instruments GmbH in 78052 VS-Tannheim, Tel. (0 77 05) 9 78 99-0, info@cs-instruments.com

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