Mit effizienten Kompressoren
von Anfang an Energiekosten senken

Ob es darum geht, einen einzelnen Kompressor für die Werkstatt anzuschaffen oder in der Industrie eine umfassende Druckluftstation für hohe Luftbedarfe zu planen und einzurichten: Energiesparen beginnt bei der Auswahl der Kompressoren. Es gibt viele verschiedene Modelle auf dem Markt, die mit unterschiedlichen Prinzipien der Verdichtung arbeiten. Dabei eignet sich nicht jeder Kompressor für jeden Einsatz, sondern es gibt für jede Anforderung im Hinblick auf Druck, Volumen, Einsatzhäufigkeit oder Bedarfsschwankung die passende Druckluftlösung.

Die Energieeffizienz der Kompressoren ist ebenfalls ein Faktor, der für die Auswahl eine Rolle spielt. Vor allem für Anwender mit hohem Druckluftbedarf ist die Effizienz ein wichtiges Kriterium: So zahlt sich für solche Unternehmen in der Regel die höhere Investition in einen drehzahlgeregelten Kompressor der neuesten Generation schon in kurzer Zeit aus. Die eingesparten Energiekosten für den Kompressorbetrieb können je nach Industrieunternehmen und Größe des Kompressors Hunderte bis Zehntausende Euro pro Jahr oder mehr betragen.

Die Kosten für die Drucklufterzeugung setzen sich vorwiegend aus drei Faktoren zusammen: den Investitionskosten für die Maschine, den Wartungs- und Instandhaltungskosten im laufenden Betrieb sowie den Energiekosten, um den Kompressor anzutreiben.

Industriekompressoren werden in der Regel mit elektrischem Strom als Antriebsenergie versorgt. Über die gesamte Lebenszeit eines Kompressors stellen diese Energiekosten den Löwenanteil der Gesamtkosten für die Drucklufterzeugung, nämlich 70 bis 80 Prozent. Unternehmen, die für ihre Produktionsprozesse viel Druckluft benötigen, können daher mit der Auswahl der passenden Kompressoren viel Geld sparen. Je nach Betriebsstunden pro Jahr, Ausnutzungsgrad und dem aktuellen Energiepreis rechnet sich die Investition in eine energieeffiziente Druckluftversorgung in sehr kurzer Zeit: Inzwischen sind Amortisationszeiten von zwei bis drei Jahren keine Seltenheit – allein durch die eingesparte Energie. Und wird zusätzlich die Verdichtungswärme zurückgewonnen, sind sogar noch kürzere Fristen möglich.

Eine Kompressorstation muss in erster Linie die Anforderungen der Druckluftverbraucher an Volumenstrom oder Druckluftqualität erfüllen. Darüber hinaus wird es immer wichtiger, darauf zu achten, dass die eingesetzte Energie für die Drucklufterzeugung so wirtschaftlich wie möglich verwendet wird.

Der Idealfall – dass der gesamte Volumenstrom des Kompressors den Druckluftbedarf eins zu eins decken kann – kommt in der Realität selten vor. Vor allem in stark druckluftabhängigen Industrien ist der Luftbedarf oft schwankend und wird mit mehreren Kompressoren bedient, die von einer gemeinsamen Station aus ins Druckluftnetz speisen. Für die bedarfsgerechte und gleichmäßige Auslastung aller Kompressoren ist der Einsatz einer übergeordneten Steuerung  ein beträchtlicher Gewinn. Hierdurch kann nicht nur der Energieverbrauch der Kompressoren deutlich reduziert werden.

Auch die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Maschinen steigen. Die kluge Planung des Druckluftnetzes  ist ein weiterer Beitrag zur wirtschaftlichen Nutzung von Kompressoren, da sich an dieser Stelle Energieverluste reduzieren lassen. Die gleichzeitige Installation einer Wärmerückgewinnung  führt sogar bereits ab dem Zeitpunkt der Inbetriebnahme zu noch deutlicher sinkenden Betriebskosten. Die Abwärme der Kompressoren lässt sich mit den passenden Komponenten zum Beheizen von Räumen, Brauchwasser oder für Prozesse nutzen.

Damit ein möglichst konstanter Betriebsdruck anliegt, wird der Volumenstrom geregelt. Hierfür gibt es grundsätzlich zwei Methoden oder Systeme: die Volllast-Leerlauf-Regelung und die Drehzahlregelung.

Bei der Volllast-Leerlauf-Regelung arbeitet ein Kompressor mit fester Drehzahl entweder auf Hochtouren oder er ist im Leerlauf. Hierfür werden ihm zwei (Druck-)Grenzwerte vorgegeben: Wenn der obere Wert erreicht ist, wird der Kompressor gestoppt; erreicht der Belastungsdruck im Netz den unteren Grenzwert, läuft die Drucklufterzeugung wieder an. Das Druckband ist bei dieser Regelung relativ breit, also schwankend. Je nachdem, wie gut oder schlecht die Kompressoren ausgelastet sind, wird viel Energie verschwendet. Denn auch im Leerlauf wird Energie verbraucht. Mehr Energieeffizienz kann erreicht werden, wenn in Stationen mit mehreren Kompressoren über eine Steuerung festgelegt wird, welcher Kompressor zum Beispiel die Grundlast stellt und welche Maschinen bei Spitzen dazugeschaltet werden. Zur Beruhigung des Druckluftnetzes und um die Anzahl der Volllast-Leerlauf-Zyklen zu begrenzen, können Druckluftspeicher vorgehalten werden. Häufig ist es jedoch besser, einen Kompressor mit Drehzahlregelung in die Station zu integrieren.

Ein Kompressor mit variabler Drehzahl passt die Drucklufterzeugung dem aktuellen Bedarf an, indem die Motordrehzahl im Kompressor geregelt wird. Das bedeutet, der Motor läuft nur mit der Geschwindigkeit, die gerade erforderlich ist, um den aktuellen Druckluftbedarf zu bedienen. Diese Regelung ist wesentlich effizienter als die Volllast-Leerlauf-Regelung, da der Luftbedarf in der Praxis selten durchgehend konstant ist. Oft gibt es produktionsintensivere Tage oder Schichten. Am Wochenende wird in vielen Unternehmen die Produktion heruntergefahren. Vor allem Anwender mit stark variierendem Luftbedarf können mit der Einbindung eines drehzahlgeregelten Kompressors sehr viel Energie sparen. Atlas-Copco-Kompressoren, die mit Drehzahlregelung ausgestattet sind, erkennt man an dem Kürzel „VSD“, das für „Variable Speed Drive“ steht. Die öleingespritzten Schraubenkompressoren des Typs GA VSD+ erreichen Energieeinsparungen von bis zu 50 % im Vergleich zu einer Volllast-Leerlauf-Lösung. Die innovative Bauweise des Permanentmagnetmotors (IE4 und IE5) hat diesen weiteren Schritt zu noch mehr Energieeffizienz ermöglicht. Zusätzlich zu den Energieeinsparungen kann mit dem GA VSD+ eine Steigerung des Volumenstroms von bis zu 12 % für verbesserte Effizienz und Leistung erzielt werden.

Um zu errechnen, welche Maschinenkombination am effizientesten ist, ermittelt Atlas Copco in bestehenden Anlagen deren spezifische Leistungsaufnahme. Anschließend wird der Einsatz neuester Kompressorentypen und Leistungsklassen simuliert, wodurch sich fast immer ein Einsparpotenzial ergibt.

In Druckluftstationen, in denen ausschließlich Kompressoren mit fester Drehzahl arbeiten, kann in der Regel durch den Einsatz eines Kompressors mit viel Energie gespart werden, weil dieser die Laufzeiten und Lastspiele der anderen Kompressoren verringert. Im Zusammenhang mit einer übergeordneten Steuerung, die die Kompressoren volumenstromabhängig regeln kann, lässt sich die Energieeffizienz noch weiter steigern. Kompressoren mit fester Drehzahl können in solchen Stationen zum Beispiel die Grundlast stellen und sich dabei gegebenenfalls abwechseln.

Die drehzahlgeregelte Maschine speist jeweils so viel Luft dazu, wie darüber hinaus benötigt wird. Eine andere Kombination, die Atlas-Copco-Kunden in der Praxis umsetzten, ist ein GA-VSD+-Kompressor, der den gesamten Luftbedarf mit all seinen Schwankungen bereitstellt, während sich die Kompressoren mit fester Drehzahl nur bei sehr hohem Bedarf zuschalten. Kompressoren mit Drehzahlregelung gibt es für alle Anforderungen – ölfrei verdichtend, für hohe und niedrige Betriebsdrücke.

• Die robusten öleingespritzten Schrauben-Kompressoren der GA-VSD+-Reihe ölfrei verdichtenden Kompressoren der Baureihe ZR VSD+ , die sich für Anwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie der Elektronik-, Automobil-, Textil- und Pharmaindustrie eignen. Sie erzeugen hochreine Luft gemäß IS0 8573-1:2010, Klasse 0. Das ist vom TÜV zertifiziert. • Für Niederdruckanwendungen hat Atlas Copco die ölfreien Turbogebläse ZB 5-6 VSD+ im Programm – ideal zur Abwasseraufbereitung oder für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie.

Beispiele für erfolgreiche Einbindung von VSD-Schraubenkompressoren in Druckluftstationen:

Druckzentrum Hagen: Effizienz durch drei drehzahlgeregelte Schraubenkompressoren mit integriertem Trockner https://www.atlascopco.com/de-de/Presse/Presse/druckzentrum-hagen-spart-mit-neuer-druckluftanlage

Extrusionsblasformmaschinen: Drehzahlgeregelte Druckluftstation bei Kautex Maschinenbau https://www.atlascopco.com/de-de/Presse/Presse/kautex-maschinenbau-drehzahlgeregelte-druckluftstation

Pulverbeschichtung bei Josef Höfer: GA-VSD+-Modell der neuesten Generation mit 75 kW https://www.atlascopco.com/de-de/Presse/Presse/josef-hoefer-gmbh-pulverbeschichtung-metallverarbeitung-kompressoren-sparen-energie