Energiekosten durch optimale Druckluftverteilung senken

Einer EU-Studie zufolge („Compressed Air Systems In The European Union“), sind in 80% aller Betriebe die Druckluftverteilsysteme das schwächste Glied innerhalb der Drucklufttechnik. Somit werden jährlich Tausende Euro an Energiekosten im wahrsten Sinne des Wortes verblasen.

Die Druckluftverteilung hat die Aufgabe, den Energieträger Druckluft mit geringstmöglicher Beeinflussung

der Luftqualität (durch Rost, Wasser, Schweißzunder etc.),
des Fließdrucks (aufgrund unwirtschaftlicher Druckverluste) und
der Menge (durch unnötig hohe Leckagen)

zu transportieren.

Druckabfälle sind kostspielig

Jeder Druckluftverbraucher im Netz benötigt einen bestimmten, optimalen Betriebsdruck. Ein zu niedriger Betriebsdruck, z. B. verursacht durch zu enge Rohrquerschnitte, mindert die Leistung des Verbrauchers überproportional.
Zu hohe Drücke hingegen treiben nicht nur die Energiekosten unnötigerweise in die Höhe, sondern verkürzen darüber hinaus auch die Lebensdauer der Verbraucher.
Rohrleitungsdimensionierung

Einen direkten Einfluss auf die Leistung der Kompressoren, der Verbraucher und somit die Kosten der Druckluftproduktion hat selbstverständlich auch die richtige Dimensionierung des Druckluftnetzes.
Die wichtigsten Auslegungskriterien für das Druckluftnetz sind:

der Volumenstrom
der Betriebsdruck
die Leitungslänge
der Druckabfall

Unter Berücksichtigung dieser Kriterien kann der richtige Durchmesser der Druckluftleitung ermittelt werden. Die Dimensionierung des Rohrleitungsdurchmessers erfolgt entweder…

anhand der Nutzung gängiger Auslegungsdiagramme/Nomogramme (s. Abb. 1),
anhand gängiger Tabellen, aus denen die Durchmesser direkt abgelesen werden können (s. Abb. 2) oder
rechnerisch mittels einer Näherungsformel:

Zunächst wird Linie A (Rohrlänge) mit Linie B (Ansaugmenge) verbunden und bis Achse 1 verlängert. Danach wird Linie E (Systemdruck) mit Linie G (angestrebter Druckverlust) verbunden. Schließlich werden die sich damit ergebenden Schnittpunkte auf den Achsen 1 und 2 durch eine Gerade miteinander verbunden. Diese Gerade schneidet die Linie D; auf dieser kann dann die erforderliche lichte Rohrweite abgelesen werden.

Abbildung 1: Nomogramm zur Ermittlung der Nennweite von Druckluftrohren

Abbildung 2: Tabelle zur Dimensionierung von Nennweiten für Druckluftrohre

Generell sollte die Nennweite der Druckluftleitung möglichst groß sein. Die größten Druckverluste entstehen durch zu klein bzw. zu eng dimensionierte Druckluftleitungen.
Erfahrungen zeigen, dass bei einem ursprünglich richtig dimensionierten Druckluftnetz im Laufe der Zeit immer mehr Verbraucher an das vorhandene Leitungsnetz angehängt worden sind, ohne dass das Netz den neuen Anforderungen entsprechend neu dimensioniert wurde.
Dass nur die Kompressorenleistung erhöht wurde, um den erhöhten Verbrauch abzudecken, ist dabei keine Seltenheit.

Wirtschaftlich vertretbarer Druckabfall (s. Abb. 3)

Der Druckabfall, von der Erzeugung bis zum Verbraucher, bei einem optimal ausgelegten Druckluftnetz wird wie folgt unterteilt:

< 0,03 bar für die Hauptleitung (Leitung zwischen Kompressorenraum/Behälter und Hauptverbrauchszentrum)
< 0,03 bar für die Ring-/Verteilerleitung (Leitungsteil, der die Luft innerhalb eines Verbrauchszentrums verteilt)
< 0,04 bar für die Anschlussleitung/Stichleitung (Verbindung zwischen Verteilerleitung und Verbraucher)

Der Druckverlust in den einzelnen Komponenten der Druckluftaufbereitung kann wie folgt dargestellt werden:

Abbildung 4: Schematische Darstellung des Druckverlustes Ap in einem Druckluftverteilsystem (vom Erzeuger bis zum Verbraucher).

Die Höhe des Gesamtdruckverlustes hängt ab von:

Verschmutzungsgrad und Anzahl der Aufbereitungskomponenten
Art und Anzahl der Armaturen
Nennweite des Druckluftrohrsytems

Je ungünstiger eine Druckluftleitung konzipiert ist, desto mehr muss ein Kompressor leisten, um den benötigten Druck aufzubauen und zu halten. Das bedeutet: 1 bar Verlust im Druckluftsystem = 1 bar mehr Leistung am Kompressor = ca. 10% höhere Leistungsaufnahme.

Einfluss von Rohrleitungselementen

Jedes Element in einem Druckluftrohrsystem, sei es eine Aufbereitungskomponente oder Armaturen der Rohrleitungen, verursachen einen Druckverlust durch Strömungswiderstände.
Unter Berücksichtigung der Druckverluste durch Armaturen wäre in diesem Zusammenhang eine gerade Rohrleitung ideal. Doch aufgrund baulicher Gegebenheiten lassen sich Rohrleitungen in aller Regel nicht ohne Armaturen vom Erzeuger zum Verbraucher legen.

Umlenkungen, wie etwa beim Umgehen von Stützpfeilern, kann man vermeiden, indem man die Druckluftleitung neben dem Hindernis verlegt. 90°-Winkel können leicht durch groß dimensionierte 90°-Bögen ersetzt werden (s. Abb. 5). Dadurch kann der Druckverlust auf einen Bruchteil des ursprünglichen Druckverlustes reduziert werden.

Neben diesen Einflüssen müssen auch den unterschiedlichen Anwendungen angepasste Materialien verwendet werden. Die Verwendung der richtigen Materialen hängt von folgenden Einflussfaktoren ab:

Druckluftqualität,
Abmessungen der Rohre,
Druck,
Umgebungseinflüsse,
Montageaufwand und
Materialkosten.

Erweitern einer Druckluftleitung

Eine weitere, gute Möglichkeit, die „überfahrenen“ Druckluftleitungen zu erweitern ist das Installieren einer Parallelleitung, die man mit der bereits vorhandenen Verteilerleitung verbindet.
Das Rohrleitungssystem kann so, ohne großen Kostenaufwand, als „Ringleitungssystem“ ausgebaut werden.

Weitere Informationen zu den Themen

Wärmenutzung,
Leckagen oder
Drehzahlregelung

finden Sie ebenfalls unter der Rubrik „Ratgeber“.