Druckluft: Rohrnetze optimieren und Leckagen beseitigen spart Kosten

Die Optimierung von Druckluftsystemen fügt sich damit als wichtiger Baustein in den grundlegenden Ansatz ein, den Energiebedarf von Industriebetrieben zu senken. Denn insgesamt sind sie für rund 44 % des Endenergieverbrauchs in Deutschland verantwortlich – also eine signifikante Größe, wenn diese Verbräuche auf die angestrebte Energiewende abgebildet werden. Dass in der Detailbetrachtung dann auch die Produktionsprozesse und ihre Bedarfe in den Fokus geraten, ist naheliegend. Denn während die „klassischen“ Ansätze – wie energetische Ertüchtigung der Gebäudehülle oder Optimierung der Wärmeerzeugung – fast immer mit einem entsprechenden Investitionsbedarf einhergehen, sind beispielsweise Optimierungen des Druckluftbedarfs mit vergleichsweise geringen Mitteln zu erreichen. Vier wesentliche Fragen stehen dabei im Vordergrund:

Druckluftnetze in Industriebetrieben sind in aller Regel über die Jahre gewachsen, wurden wechselnden Anforderungen folgend immer wieder um- und ausgebaut. Daraus resultieren drei relevante Kostentreiber:

• Der vom Kompressor zur Verfügung gestellte Druck liegt (deutlich) über den benötigten Betriebsdrücken.
• Der Aufbau und die Struktur des Druckluftnetzes sind auf höhere Bedarfe ausgelegt, als tatsächlich benötigt.
• Die seit Jahren betriebenen Rohrleitungen weisen massive Leckagen auf.

Diese Faktoren wirken sich nahezu zwangsläufig auf die Betriebskosten aus, da mit hohem Energieeinsatz entweder zu viel Druckluft erzeugt werden muss oder die bereitgestellte Druckluftmenge nur zu einem Bruchteil in Arbeit umgesetzt wird. Das ist Verschwendung.

Kein System ist statisch, auch nicht die Produktion in Industriebetrieben. Ganz im Gegenteil. In der Praxis wird immer wieder ein Hallenlayout geändert, kommen neue Maschinen hinzu und andere Anlagen werden abgebaut. Das bringt zwangsläufig Veränderungen für das Druckluftnetz beispielsweise für die Maschinensteuerung mit sich.

Bei einer ganzheitlichen Betrachtung des Druckluftsystems zur Steigerung der Energieeffizienz muss folglich als Erstes untersucht werden, welche Betriebsdrücke tatsächlich notwendig sind. Ist die Mehrzahl der Anlagen beispielsweise auf einen Druckluftanschluss von 6 bar angewiesen, und nur wenige andere auf 8 bar, kann es energetisch sinnvoll sein, primär eine 6-bar-Versorgung aufzubauen. Die höheren Bedarfe werden dann durch einen Booster in der Verteilung nur bedarfsgerecht bereitgestellt. Alternativ sind zwei getrennte Druckluftverteilungen vorstellbar – eine für mittlere, eine zweite für hohe Betriebsdrücke. Hier muss allerdings zwischen den (höheren) Investitions- und den (dauerhaft niedrigeren) Betriebskosten abgewogen werden. Auf den Lebenszyklus bezogen entfallen in der Gesamtbetrachtung jedoch nur 10 % der Kosten auf die Investition, aber 70 bis 80 % auf Energie als Betriebskosten!

Ein zweiter wichtiger Ansatzpunkt zur Optimierung von Druckluftnetzen ist die Architektur der Druckluftverteilung. Dazu gehören auch die Dimensionierung und die eingesetzten Rohrwerkstoffe. Denn gerade ältere Netze wurden häufig „auf Vorrat“ ausgelegt, sind also überdimensioniert. Es wird dauerhaft wesentlich mehr Druckluft erzeugt, als tatsächlich benötigt. Diese Druckluft zu den Verbrauchern zu bringen wird dann meist noch durch weit reichende, verzweigte Netzstrukturen erschwert. Jeder überflüssige 90°-Winkel aber stellt einen massiven Druckverlust dar, der durch einen unnötigen Energieeinsatz überwunden werden muss.

Die energetisch günstigste Architektur einer Druckluftverteilung ist hingegen klar und übersichtlich. Soweit möglich werden Umlenkungen vermieden und anstelle von Winkeln strömungsgünstige Bögen zur Verringerung der Druckverluste installiert. Womit zugleich die Bedeutung des eingesetzten Rohrleitungssystems deutlich wird: Bedarfsgerecht dimensionierte Rohrleitungen mit geringen Widerstandsbeiwerten (Zeta-Werten) führen automatisch zu einem wesentlich geringeren Energiebedarf, da sowohl das Anlagenvolumen wie die Gesamtdruckverluste signifikant sinken. Das bringt Energieeinsparungen von bis zu 40 %.

Die eingesetzten Rohrleitungssysteme und die damit einhergehende Verbindungstechnik spielen auch beim dritten Kostentreiber in Druckluftnetzen – den Leckagen – eine entscheidende Rolle: Die Leckagen entstehen besonders häufig durch den Einsatz minderwertiger Rohrmaterialien sowie durch Verschleiß, Korrosion und fehlerhafte Installationen. Dazu gehören insbesondere veraltete Verbindungstechniken, wie Löten oder gehanfte Gewindeverbindungen, die irgendwann undicht werden. Eine langfristig wesentlich wirtschaftlichere Alternative sind Pressverbindersysteme, da diese schneller installiert und die Verbindungen auch trotz eventueller Druckschläge dicht sind.

Für industrielle Anwendungen stellt Viega Pressverbindersysteme zur Verfügung, die gezielt den spezifischen Anforderungen zum Beispiel für Anlagen mit Prozesswasser, Druckluft und technischen Gasen oder Labs-frei-Anwendungen entsprechen. Dazu zählen unter anderem die mechanisch, thermisch oder chemisch abgestimmten Dichtelemente der Verbinder. Das gewährleistet eine hohe Betriebssicherheit. Die Wirtschaftlichkeit der Pressverbindungstechnik resultiert zum einen aus der schnelleren Verarbeitung. Je nach Nennweite reduziert sich die Montagezeit um bis zu 80 %. Zum anderen sind, im Gegensatz zum Schweißen oder Löten, beim Umbau oder der Erweiterung von Anlagen keine aufwendigen Brandschutzvorkehrungen zu treffen.