Drucklufttechnik Optimal eingestellt

Frequenzgeregelte Antriebe in Druckluftaggregaten senken den Energieverbrauch.

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Klinkhammer Intralogistics GmbH

GGB Heilbronn GmbH

JUNG Hebe- und Transporttechnik GmbH

Wirtschaftlichkeit ist heute ein Hauptkriterium für zeitgemäße Druckluftversorgung. Da trennt sich schnell die Spreu vom Weizen. Eine optimal konfigurierte Druckluftversorgung trägt leicht zur Halbierung der Energiekosten bei. Jeder in Produktqualität investierte Euro zahlt sich im Lebenszyklus der Anlage aus. Gerade in der Drucklufttechnik ist der technische Fortschritt als Qualitätsmerkmal der Gesamtanlage ein Posten, mit dem man rechnen sollte: Die moderne, technisch optimale Druckluftstation amortisiert ihre höheren Anschaffungskosten durch reduzierte Lebenszyklus-Kosten. Der verminderte Energieeinsatz ist dabei der größte Return-of-Investment.Elektronische Steuerungen immer leistungsfähigerElektronische Steuerungen werden immer leistungsfähiger und verbinden geregelte und ungeregelte Kompressoren zu einer bedarfsabhängig arbeitenden Gesamtstation. Durch Synchronisation im Parallelbetrieb verbessert sich die Auslastung und lässt sich Drucklufterzeugung und -versorgung immer effizienter umsetzen. Mit intelligenter Anpassung der Liefermenge an den wechselnden Bedarf lassen sich Stromkosten am effektivsten einsparen. Drehzahlgeregelte Antriebe ermöglichen es, konstanten Druck zu fahren und damit sinnlose Höherverdichtung zu vermeiden. Diese zusätzliche Investition rechnet sich schnell, denn der dadurch reduzierte Energieverbrauch spart laufend Kosten. In welcher Aufstellung auch immer mehrere Kompressoren heutzutage ihren Dienst tun, hoffentlich ist einer darunter, dessen Antrieb drehzahlgeregelt ist. Denn ein Kompressor mit Frequenzregelung ist immer dann ideal, wenn der aktuelle Bedarf über die Abdeckung der Grundlast hinausgeht, wenn Spitzenlast ganz flexibel bedient sein muss. Mit frequenzgeregelten Aggregaten sind Druckluftanlagen rund um die Uhr auf wechselnde Anforderungen immer nahezu optimal eingestellt. Effiziente Drucklufterzeugung bedient sich deshalb zunehmend der elektronischen Drehzahlregulierung, um bedarfsgerecht zu produzieren. Was aber ist die Frequenzregelung beim Kompressor genau, wie funktioniert sie und was sind ihre konkreten Vorteile?Die Frequenzregelung ermöglicht eine sehr breite Liefermengenregelung von 25 bis 100%. Die Anpassung an den Druckluftbedarf erfolgt durch stufenlose Drehzahländerung des Antriebsmotors, der durch einen Frequenzumrichter angesteuert wird. Gleichzeitig wird dadurch die Drehzahl der Verdichterstufe verändert. Der Frequenzumrichter ermöglicht weiche Starts und Stopps des Antriebsmotors. Die Anlaufströme liegen ohne Stromspitzen beim Einschalten im Bereich der Nennströme. Gerade bei größeren Antriebsleistungen ist dies ein Vorteil in der Energiebereitstellung.Sinkt die Liefermenge unter 25%, arbeitet der Kompressor unwirtschaftlich. Je nach Schaltzyklus schaltet der Kompressor dann aus oder arbeitet im Leerlaufbetrieb weiter. Weil ein Schraubenkompressor meist nicht sofort abschaltet, sondern erst für einige Zeit in den Leerlauf geht, wird genau dann unnötig Energie verbraucht. Aufgrund der variablen Anpassung der Liefermenge werden Schaltvorgänge und Leerlaufbetrieb aber weitgehend vermieden, so dass der Schraubenkompressor tatsächlich in dem für ihn günstigen Durchlaufbetrieb arbeiten kann.Liefermenge proportional zur LeistungsaufnahmeDie Leistungsaufnahme eines frequenzgeregelten Kompressors ist - bedingt durch die Verluste des Frequenzumrichters - bei Volllast etwa 3 bis 5% höher als die eines ungeregelten Kompressors. Demgegenüber hat die Fequenzregelung jedoch den unbedingten Vorteil, dass bei einer Regelung der Liefermenge durch die Drehzahl des Motors (und damit der Drehzahl der Verdichterstufe) die Leistungsaufnahme gleichzeitig nahezu proportional abnimmt! Die Vorteile der Frequenzregelung liegen daher bei der Regelung in kleineren Liefermengenbereichen, wo etwa eine Proportionalregelung (stufenlose Leistungsregelung) über den Ansaugregler unwirtschaftlich arbeitet. Anhand des Vergleichs der beiden Regelkennlinien in Bild 1 erkennt man, dass bei durchschnittlichen Liefermengen von 100 bis zirka 85% die stufenlose Leistungsregelung über den Ansaugregler Vorteile hat und darunter die Frequenzregelung weit wirtschaftlicher arbeitet. Daraus ergibt sich der ideale Einsatzbereich für die Frequenzregelung bei stark schwankendem Druckluftbedarf bis in kleine Liefermengenbereiche. Durch den sehr breiten Regelbereich bei der F-Regelung ist es auch bei kleinem Druckluftbedarf möglich, die Liefermenge diesem Bedarf anzupassen; Kompressoren mit F-Regelung gibt es heute schon ab 7,5 kW Antriebsleistung. Kompressorschaltspiele und Leerlaufzeiten werden auf diese Weise fast gänzlich vermieden. Energieeinsparung durch konstanten NetzdruckDurch die Liefermengenanpassung kann der reale Druckluftnetzdruck im Idealfall bis auf 0,1 bar konstant auf den benötigten Netzdruck gehalten werden. Die bei ungeregelten Kompressoren durch die Differenz zwischen Ein- und Ausschaltdruck vorgegebene Überverdichtung wird so vermieden. Das spart pro bar Höherverdichtung zwischen 6 und 10% Energie ein! Durch die sehr breite, kontinuierliche Volumenstromregelung ist die F-Regelung sehr gut geeignet für stark schwankende Druckluftverbräuche. Und zwar gleichermaßen als Einzelkompressor wie auch als Spitzenlastkompressor im Kompressorenverbund. Bei der Produktion sehr großer Mengen - zumal ölfreier - Druckluft geht die Rechnung immer dann gut auf, wenn beispielsweise Turbokompressoren für die Grundlast und komfortabel regelbare Schraubenkompressoren für die Spitzenlast miteinander in einer Gesamtlösung kombiniert werden. Die Energieeinsparungen, die durch Nutzung der F-Regelung entstehen, sind - je nach Ausgangssituation - immens. Integrierte Lösungen gewinnen weiter an Bedeutung. Bei Boge entwickelt sich der Full-Feature-Kompressor mit Frequenzregelung, Druckluftkältetrockner und Kondensatmanagement „unter der Haube“ zum Hit. Wer gerne alles aus einer Hand will, will es am liebsten auch unter einem Dach: Je kompakter der Kompressor, desto kundenfreundlicher. Weil der separate externe Schaltschrank für die F-Regelung entfällt, ist der gesamte Platzbedarf damit deutlich geringer und die Flexibilität bei der Aufstellung der Anlage wesentlich erhöht. Alles in allem spart der Kunde gleich dreifach - beim Energieverbrauch, beim Platz und auch bei den Anschaffungskosten. Denn Verdichter mit integrierter Frequenzregelung sind auch in der Anschaffung deutlich günstiger. Preisvorteile, die zum Beispiel bei Boge - je nach Modell - zwischen 10 und 15% betragen können.