Möglichkeiten zur Energieeinsparung in Druckluftsystemen

Maßnahmen zur Energieeinsparung in einem Werk beginnen oft bei der Druckluft, da diese Versorgungsleistungen gelieferter kWh eine der teuersten Versorgungsleistungen am Verbrauchsort darstellt. Das Problem ist nicht ein Mangel an Ideen, sondern ein Mangel an verlässlichen Daten und an Zeit, um Einsparungen nachzuweisen. Dieser Leitfaden zeigt eine einfache, wiederholbare Methode auf: Messen Sie Durchfluss, Druck, Leistung, Temperatur und Taupunkt und gehen Sie dann mithilfe von Energieüberwachung zuerst die größten Verluste an.

Außerdem erfahren Sie, wie Sie Messwerte in finanzierbare Zahlen für die Berichterstattung gemäß ISO 50001 (Energiemanagementsystem, EnMS) umwandeln können. Rechnen Sie mit realistischen Einsparpotenzialen von 10 bis 20 % durch eine bessere Steuerung und Wartung. In vielen Anlagen kann das Gesamteinsparpotenzial noch größer sein, wenn Leckagen und Fehlnutzung stark ausgeprägt sind; Sie sollten dies jedoch durch Messungen überprüfen, bevor Sie sich auf Projekte festlegen.

Möglichkeiten zur Energieeinsparung: Warum Druckluft ein vorrangiges Ziel ist

Druckluftverschwendung liegt oft auf der Hand. Ein kleines Leck läuft rund um die Uhr. Ein Druckanstieg von 0,5 bar(g) scheint harmlos. Doch beides kann jährlich Tausende von kWh verursachen. Da Druckluft zentral erzeugt und überall genutzt wird, vervielfachen sich kleine Probleme im gesamten Netz.

Für die meisten Industriestandorte lassen sich die Maßnahmen mit der schnellsten Amortisation in drei Kategorien einteilen. Erstens: Reduzierung des Bedarfs (Leckagen und unsachgemäße Nutzung). Zweitens: Verringerung der Druckverluste im System (Druckabfall und schlechte Regelung). Drittens: Optimierung des Kompressorbetriebs (Last-/Entlastungsverhalten und Ablaufsteuerung). Eine Priorisierung dieser Maßnahmen ist nur möglich, wenn Durchfluss und Leistung gleichzeitig gemessen werden.

Aus Compliance-Sicht erfordert die ISO 50001 eine Ausgangsbasis, definierte Energieeffizienzindikatoren (EnPIs) und eine kontinuierliche Überprüfung. Ein einmaliges Audit ist zwar hilfreich, doch erst eine kontinuierliche Überwachung sorgt dafür, dass Einsparungen nachhaltig sind. Außerdem lässt sich so das „Feuerwehreinsatz-Syndrom“ vermeiden, da ungewöhnliche Verbrauchswerte erkannt werden, bevor sie zu einem Produktionsproblem werden.

Wie man das Wesentliche misst (und wo man Sensoren anbringt)

Um die Einsparungen zu beziffern, messen Sie verschiedene Parameter in Ihrer Anlage: Durchfluss, Druck, Temperatur, Leistung und Taupunkt.

Um einen Einblick in den Verbrauch zu erhalten, beginnen Sie mit einer Durchflussmessstelle, die das gesamte System repräsentiert: dem Hauptverteiler nach den Kompressoren und der Aufbereitung, vor den Hauptabzweigungen. Verfügt Ihre Anlage über mehrere Produktionshallen, bringen Sie Unterzähler an den größten Abzweigungen an. Dies ermöglicht die Kostenverrechnung und hilft Ihnen dabei, festzustellen, welcher Bereich außerhalb der Produktionszeiten die Grundlast verursacht.

Verwenden Sie einen Durchflussmesser, der zu Ihrer Rohrleitung und Ihrer Anwendung passt. Thermische Massendurchflussmesser sind oft die einfachste Lösung für Audits und Festmessstellen, da sie den Massendurchfluss direkt messen und den Wert in Nm³/h anzeigen, ohne dass eine zusätzliche Druck- und Temperaturkompensation erforderlich ist. Informationen zur Auswahl und Installation finden Sie in den verfügbaren Durchflussmesser und passen Sie den Messgerätetyp an die Rohrgröße, den erwarteten Messbereich und die Installationsbedingungen an.

Eine Leistungsmessung ist zwingend erforderlich, wenn Sie verifizierte kWh/Nm³-Werte erhalten möchten. Installieren Sie an jedem Kompressor einen 3-Phasen-Leistungsmesser, um dessen Leistungsaufnahme zu messen. Verwenden Sie 4-in-1-Durchflussmesser am Auslass des Kompressors, damit Sie neben dem Durchflussverbrauch auch Druck, Temperatur und Gesamtdurchfluss messen. Bringen Sie zusätzliche Drucksensoren an kritischen Einsatzstellen an, um den Druckabfall an Filtern, Trocknern und in der Verteilung zu quantifizieren. Durch den Einsatz eines 4-in-1-Durchflussmessers können Sie hier neben dem Druck auch Leistungsprobleme im Zusammenhang mit Temperatur oder Durchfluss verfolgen.

Der Taupunkt (die Temperatur, bei der Wasserdampf kondensiert) ist ein wichtiger Qualitäts-KPI. Eine schlechte Trocknerleistung führt zu erhöhtem Druckabfall, Korrosionsrisiko und Problemen bei der Produktqualität. Die Taupunktmessung sollte hinter dem Trockner und, falls erforderlich, in der Nähe kritischer Prozesse erfolgen.

Ein Schritt-für-Schritt-Plan, den Sie mit einem kleinen Team umsetzen können

Schritt 1: Starten Sie eine Überprüfung und installieren Sie Messgeräte an strategisch wichtigen Stellen. Vergewissern Sie sich, dass Rohrdurchmesser, Durchflussrichtung und die Anforderungen an gerade Rohrleitungen korrekt eingegeben wurden. Überprüfen Sie die Signale, indem Sie die erwartete Kompressorleistung mit dem gemessenen Spitzendurchfluss vergleichen. Überprüfen Sie, ob die Leistungsmesser im Last- und Leerlauf realistische kW-Werte anzeigen. Zeichnen Sie alle Daten in einem oder mehreren Datenloggern auf, vorzugsweise in einem, der alle Dateneinträge sofort mit dem richtigen Zeitstempel versieht, um eine korrekte Datenanalyse zu gewährleisten.

Schritt 2: Legen Sie die Basiswerte fest. Führen Sie mindestens 7 Tage lang, einschließlich der Wochenenden, Aufzeichnungen, um Zeiten mit geringer Auslastung zu erfassen. Halten Sie den Produktionsplan, die Schichtpläne und die größten Verbraucher fest. Zu den Basis-KPIs sollten der Gesamtdurchfluss (Nm³/h), der durchschnittliche Sammlerdruck (bar(g)), die Kompressorleistung (kW) und der Gesamtenergieverbrauch (kWh) gehören.

Schritt 3: Analysieren Sie die Daten und beginnen Sie mit der Optimierung Ihres Druckluftsystems, wobei Sie bei den Maßnahmen mit dem höchsten ROI ansetzen sollten.

Schritt 4: Behalten Sie die Überwachungsinstrumente dauerhaft bei und fügen Sie weitere Instrumente hinzu, wenn Sie in bestimmten Bereichen detailliertere Einblicke wünschen. Zentralisieren Sie die Daten und fügen Sie Kontext hinzu. Verwenden Sie Überwachungssoftware wie VPVision , um Durchfluss, Druck und Leistung auf einer Zeitachse darzustellen. Fügen Sie Tags für Produktionszustände hinzu. In diesem Schritt wandeln Sie Rohmesswerte in Entscheidungen um.

Schritt 5: Analysieren Sie die Verluste und ordnen Sie die Maßnahmen nach ihrem ROI. Vergleichen Sie die Werte für Nacht- und Wochenendzeiten mit denen der Produktionszeiten. Ein hoher Durchfluss außerhalb der Betriebszeiten deutet auf Leckagen, offene Entlüftungsventile oder unkontrollierten Abluftfluss hin. Vergleichen Sie die kW-Leistung mit dem Durchfluss, um einen ineffizienten Kompressorbetrieb zu erkennen, wie z. B. lange Entlastungsphasen oder Kurzzyklen.

Schritt 6: Maßnahmen umsetzen. Undichtigkeiten beheben, unsachgemäße Verwendungen beseitigen, Druckbereiche festlegen, Filter und Ablassvorrichtungen warten und die Kompressorsequenzierung anpassen. Nehmen Sie nach Möglichkeit jeweils nur eine Änderung vor, damit Sie die Auswirkungen überprüfen können.

Schritt 7: Überprüfen und sichern Sie die erzielten Einsparungen. Berechnen Sie nach jeder Änderung die Werte für kWh/Nm³ und die Kosten neu. Richten Sie anschließend Warnmeldungen für Abweichungen ein, beispielsweise bei steigender Grundlast oder zunehmendem Druckabfall. Eine kontinuierliche Überwachung verhindert, dass alte Gewohnheiten wiederkehren.

Kurze Checkliste: Fünf Maßnahmen, die sich in der Regel zuerst auszahlen

• Reduzieren Sie die Grundlast, indem Sie Undichtigkeiten beheben und den unproduktiven Luftverbrauch während der Stillstandszeiten unterbinden.
• Senken Sie den Druck im Verteiler in kleinen Schritten und schützen Sie dabei die kritischen Verbrauchsstellen.
• Verringern Sie den Druckabfall, indem Sie Filter, Trockner und Abscheider warten, bevor sie das Netz verstopfen.
• Verbessern Sie die Steuerung des Kompressors, indem Sie die Entlastungszeit verkürzen und Kurzzyklen vermeiden.
• Überprüfen Sie die Leistung des Trockners anhand des Taupunkts und vermeiden Sie unnötige Spülverluste.

Beispielrechnung: von Nm³/h zu eingesparten Euro

Angenommen, Ihre Überwachung zeigt eine Grundlast außerhalb der Betriebszeiten von 300 Nm³/h bei 7,0 bar(g). Die Produktion wird 4.000 Stunden pro Jahr unterbrochen (nachts und am Wochenende). Sie messen während dieser Zeiträume eine Kompressorleistung von 55 kW. Dies ist Ihr Referenzwert für den Energieverbrauch außerhalb der Produktionszeiten.

Wenn Sie eine Kampagne zur Lecksuche und zur Reduzierung von Energieverschwendung durchführen und die Grundlast um 30 % senken, beträgt die Durchflussminderung 90 Nm³/h. Wenn der Stromverbrauch proportional sinkt (bitte durch Messungen überprüfen), sparen Sie außerhalb der Spitzenzeiten etwa 0,30 × 55 kW = 16,5 kW. Die jährliche Energieeinsparung beträgt 16,5 kW × 4.000 h = 66.000 kWh.

Um dies in Kosten umzurechnen, multiplizieren Sie den Wert mit Ihrem Strompreis. Bei 0,07 €/kWh ergibt dies 4.620 € pro Jahr. Wenn Ihre Gesamtprojektkosten für Erkennung, Reparatur und Überprüfung 4.000 € betragen, beträgt die Amortisationszeit etwa ein Jahr. Ein weiteres starkes Argument für das Management ist die Risikominderung: Eine geringere Grundlast durch Leckagen erhöht die verfügbare Kapazität, wodurch Druckabfälle und ungeplante Ausfallzeiten verhindert werden können.

Fügen Sie nun die Druckoptimierung hinzu. Wenn Sie den Sammlerdruck ohne Qualitätseinbußen von 7,0 auf 6,5 bar(g) senken, verringern Sie häufig den Systembedarf und die Kompressorleistung. Jede Druckreduzierung um einen bar bringt eine Energieeinsparung von 1 %. Führen Sie dies nur auf der Grundlage von Daten sowohl zum Druck als auch zu den empfindlichsten Verbrauchsstellen durch. Überprüfen Sie den neuen Druckbereich über mindestens eine volle Produktionswoche hinweg.

Kennzahlen zur Sicherung dauerhafter Einsparungen

Verfolgen Sie eine kleine Auswahl an KPIs, die technische Änderungen mit Kosten und Betriebszeit in Verbindung bringen. Der spezifische Energieverbrauch (kWh/Nm³) ist der wichtigste EnPI-Wert für die Effizienz der Druckluftversorgung. Er zeigt an, ob sich Ihr System verbessert, unabhängig vom Produktionsvolumen.

Erfassen Sie auch die Grundlast (Nm³/h) außerhalb der Produktionszeiten. Geben Sie diese als Prozentsatz des durchschnittlichen Produktionsdurchflusses an, um die Daten übersichtlich zu halten. Messen Sie den Druckabfall zwischen dem Kompressorraum und der kritischen Verbrauchsstelle in bar(g). Ein steigender Druckabfall ist ein Frühwarnzeichen für verstopfte Filter, zu kleine Rohrleitungen oder Probleme mit dem Trockner.

Beachten Sie das Verhalten des Kompressors, die prozentuale Auslastung und Entlastung sowie Start- und Stoppvorgänge. Zu viele Starts deuten auf eine mangelhafte Regelung oder unzureichende Speicherkapazität hin. Überwachen Sie schließlich den Taupunkt in °C, um sicherzustellen, dass die Luftqualität stabil bleibt.

Fazit: Die zuverlässigsten Methoden zur Energieeinsparung bei Druckluft basieren auf Messungen. Beginnen Sie mit der Ermittlung eines Ausgangswerts. Reduzieren Sie anschließend die Grundlast, den Druckabfall und eine mangelhafte Kompressorsteuerung. Überprüfen Sie jede Änderung in kWh/Nm³, damit Sie die Ergebnisse in Euro belegen und die Dokumentation gemäß ISO 50001 korrekt führen können.

Wenn Sie schnell loslegen möchten, überprüfen Sie Ihre Messstellen und wählen Sie für jede Leitung die passenden Messgeräte aus. Vereinbaren Sie anschließend eine Demo, um zu sehen, wie VPVision Durchfluss- und Leistungsdaten in Maßnahmen VPVision , die Sie dokumentieren und wiederholen können.