Pumpen in Produktionshalle (hramovnick - stock.adobe.com)

Effiziente Querschnittstechnologien

Querschnittstechnologien wie Pumpen oder Antriebe werden in nahezu allen Branchen eingesetzt. Häufig wird dabei unnötig Energie verbraucht. Lesen Sie hier, wie Sie deren Effizienz deutlich steigern und Kosten sparen können.

Energieverbrauch und Kosten von Querschnittstechnologien sind oft nahezu unsichtbar. Sie gehen entweder aufgrund der Prozessnähe in der Betrachtung von Anlagen auf oder verschwinden in den Overheadkosten. Dabei ist gerade der Energieverbrauch bei den Querschnittstechnologien relevant. Beispielsweise verursachen die Stromkosten bei Druckluftaggregaten 60 bis 80 % der Gesamtkosten, die Investitionskosten dagegen nur etwa 10%. In der Gesamtbetrachtung kann also eine in der Anschaffung teurere, effizientere Anlage für Sie günstiger sein (siehe Einkauf).

Optimieren in drei Schritten

Wie beim athletischen Dreisprung gelingt durch kluge Kombination von drei Schritten der (Energie-3-Sprung):

1. Energiebedarf senken

Starten Sie auf Komponentenebene bei den Verbrauchern und gehen Sie dann entgegen des Energieflusses bis hin zu den Energiewandlern. Prüfen Sie, ob ein Verbraucher eventuelll unnötig eingesetzt wird. Hierunter fallen zum Beispiel auch Verluste durch Stand-By oder Leerlauf. Vermeiden Sie Überdimensionierungen. Das senkt nicht nur den Anteil des ineffizienten Teillastbetriebs, sondern auch Ihre Investitionskosten.

2. Effizientere Verfahren wählen

Ist die Anwendung prozesstechnisch notwendig, sollte sie möglichst effizient ausgeführt sein – eine Substitution durch ein effizienteres Verfahren kann sich lohnen. Beispielsweise steht bei druckluftbetriebenen Antrieben nur 4 - 7 % der eingesetzten Primärenergie als mechanische Energie zur Verfügung. Gerade bei hohen Betriebszeiten amortisiert sich hier der Ersatz durch elektrische Komponenten schnell, z. B. auch bei Schraubern.

3. Erneuerbare Energien nutzen

Nutzen Sie erneuerbare Energien, spart das Geld und Emissionen. Zum Beispiel oberflächennahe Geothermie für die Kühlung oder Abwärme, zum Beispiel aus der Drucklufterzeugung, für andere Bereiche.

Maßnahmen zur Optimierung

Hier finden Sie eine Übersicht:

Darauf kommt es bei der Druckluftverteilung an

  • geringe Leckagerate (Druckabfall bis zum Abnehmer maximal 1 bar)
  • große Dimensionierung der Anschlussleitung
  • wenige Biegungen im System
  • Prüfen möglicher Widerstände, wie zum Beispiel halb geschlossene Kugelhähne
  • Abkoppeln von ungenutzten Leitungen
  • Ersetzen von Spiralschläuchen
  • Absperrvorrichtungen an Versorgungsbereichen und ggf. auch bei Verbrauchern

Druckniveau

  • Betriebsdruck möglichst niedrig wählen. Im Einzelfall helfen Nachverdichter oder ein zweites Druckluftnetz.
  • Wird das Druckniveau um 1 bar reduziert, spart das 6-10 % des Energieeinsatzes.
  • In manchen Anlagen sind Druckminderer verbaut, besprechen Sie mit dem Hersteller die Ausbau-/Umbaumöglichkeiten.

Qualität der Druckluft

Passen Sie die Qualitätsklasse der Druckluft an die tatsächlichen Bedürfnisse an. Prüfen Sie dabei auch eine bedarfsgerechte Trocknung für bestimmte Verbraucher (z. B. mit effizienten elektronisch niveaugeregelten Kondensatableitern).

 Wichtig bei der Anschaffung

  • Wählen Sie Motoren mit möglichst guten Wirkungsgraden (hohe IE-Effizienzklassen) und bei wechselnden Betriebszuständen und Lasten mit Frequenzumrichtern.
  • Legen Sie auf den optimalen Betriebspunkt und die geringste Verlustleistung aus. Achten Sie auf geringe Drehzahlen und Drehmomente. Gezieltes Zu- und Abschalten verringert Leerlaufzeiten.
  • Bei veränderlichen Lasten passen Frequenzumrichter (FU) den Energiebezug variabel an.Verluste im Teillastbetrieb werden verringert, in Volllast oder Leerlauf jedoch erhöht. Der Einsatz von rückspeisefähigen FU gewinnt Bremsenergie zurück.

Wichtig im Betrieb

  • Verwenden Sie Antriebe möglichst im optimalen Betriebspunkt und mit geringer Verlustleistung, z. B. durch hohen Kupfereinsatz in Motorwicklungen. Die IE-Effizienzklassen geben Hinweise auf den Energieverbrauch.
  • Betreiben Sie einen Drehstrom-Asynchronmotor ungeregelt, wenn eine konstante Last vorliegt.
  • Direktantriebe mit wenigen Einrichtungen zur Kraftübertagung haben einen hohen Gesamtwirkungsgrad.
  • Wenn die zu bewegenden Teile in Leichtbauweise ausgeführt sind, reduziert das den Energiebedarf für die Bewegung.

Stellen Sie die Weichen für die Energieeffizienz bereits bei der Auswahl der Pumpe und bei der Installation.

Wichtig bei der Anschaffung

Achten Sie bei der Wahl der Pumpe auf die Kennlinie und einen effizienten Betriebspunkt bei ihrem Förderbedarf. Setzen Sie auf einen sehr effizienten Antrieb (siehe oben) und ggf. auf eine Drehzahlregelung.

Wichtig bei der Installation

  • Kurze und gerade Saugleitung zwischen Behälter und Pumpe
  • Übergänge abgerundet, nicht scharfkantig
  • Rohrbögen vermeiden
  • Flüssigkeitsspiegel im Pumpensumpf hoch genug halten, um Wirbelzöpfe zu vermeiden
  • Führen Sie – vor allem bei vermaschten Rohrnetzsystemen – einen hydraulischen Abgleich durch.

Wichtig im Betrieb

Verringern Sie die Reibungsdruckverluste. Hier helfen möglichst kurze Rohre mit ausreichendem Durchmesser. Eine Verlangsamung der Fließgeschwindigkeit ist sehr wirkungsvoll, denn die Geschwindigkeit geht quadratisch in die Berechnung des Reibungsdruckverlusts ein. Ungenutzte Stränge sollten abriegelt werden.

 Bedarf senken

  • Prüfen Sie im ersten Schritt eine Senkung der Prozesstemperaturen und Verweildauern von Produkten im Prozess.
  • Die Dämmung von Wärmeerzeugern und Leitungen senkt den Wärmebedarf zusätzlich.

Effizienz steigern

  • Bei älteren Systemen spart ein Tausch der Heizanlage zwischen 10 und 20 % der Energie.
  • Prüfen Sie bei Dampfsystemen einen Austausch. Ist Dampf notwendig, ist eine regelmäßige Leckageprüfung und die Kontrolle des Kondensatabscheiders wichtig.
  • Nutzen Sie heiße Abgase in Economisern oder Luftvorwärmern (Luvo).

Worauf Sie bei der Wahl eines neuen Heizkessels achten sollten

  • Messen Sie kontinuierlich den Sauerstoffgehalt im Abgas für eine optimale Luftzufuhr.
  • Bevorzugen Sie Brennwerttechnik.
  • Achten Sie auf große Wärmeübertragungsflächen.
  • Der Einsatz erneuerbarer Energien und Abwärme sollte möglich sein.

Effizienz steigern

  • Bestimmen Sie das Temperaturniveau abhängig von den Hauptverbrauchern.
  • Prozesse mit niedrigeren Kühltemperaturen werden über einen Kaskadenbetrieb versorgt.
  • Kühlbereiche und Leitungen zu dämmen, verringert den Kühlbedarf.

Kühlsysteme: Auswahl und Möglichkeiten

  • Sorptionskältemaschinen nutzen Wärmeenergie für die Bereitstellung von Kälte. Bei verfügbarer Abwärme von mindestens 60 °C ist diese Technik bei möglichst konstantem Betrieb eine lohnenswerte Option.
  • Kompressionskältemaschinen können die Spitzenlast und Redundanz gewährleisten.
  • Freiluftkühler sind besonders attraktiv, da sie einen geringen Energiebedarf bei geringen Investitionskosten aufweisen. Sie können als Winterentlastung unterstützen.
  • Die abgeführte Wärme kann an anderer Stelle wieder eingesetzt werden, z. B. in Supermärkten zur Raumbeheizung.
  • Auch die Nutzung von Grundwasser zur Kühlung ist möglich. Mit 10 bis 12 °C ist das Temperaturniveau für viele Prozesse ausreichend. Wenden Sie sich an das Wasserwirtschaftsamt, wenn sie Fragen zur Genehmigung haben.
  • Oberflächennahe Geothermie findet ebenfalls in der Kälteerzeugung Anwendung. Gerade beim Neubau lohnt sich die Prüfung von Erdsonden.

Auf die richtige Steuerung und Regelung kommt es an, z. B. bei Pumpen und Kompressoren. Die Drehzahlregelung ist hier einer Bypass- oder Drosselregelung vorzuziehen. Die regelmäßige Wartung und Instandhaltung, z. B. der Tausch von Keilriemen und die Reinigung von Wärmeübertragungsflächen, ist Voraussetzung für einen effizienten Betrieb.