Hausaufgaben sindgemacht - Druck und Medien

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Technik
Energiefressernauf der Spur
Oft arbeiten Druckluftstationen mit drei reichlich dimensionierte Kompressoren
in Grund-, Spitzenlast und Reserve. So war es auch bei der Druckerei DZE in
Essen, wo man sich aufgrund der hohen Betriebskosten die Frage nach möglichem
Optimierungspotenzial stellte – jetzt fallen die jährlichen Energiekosten
für die Druckluft-Erzeugung bei DZE fast 46 Prozent niedriger aus.
Von Norbert Barlmeyer
Durch mehrere Übergänge entstand
im September 2004 aus der traditionsreichen
A. Sutter GmbH die DZE
GmbH in Essen, wobei DZE für
Druckzentrum Essen steht. Das Unternehmen
produziert im 24-Stunden-
Betrieb von Montagmorgen bis SamstagmorgenhochwertigeDrucksachen.
Mit dem Bezug neuer Räumlichkeiten
Ende der 80er Jahre wurde auch
eine neue Druckluft-Station mit drei
Schraubenkompressoren für Grundlast,
Spitzenlast und Reserve realisiert
(Antriebsleistung je 110 kW, Liefermenge
je 18 m³/min). „Diese Anlagen
entsprachen seinerzeit zwar dem aktuellen
Stand derTechnik.Sie arbeiteten
aber im damals üblichen Ein-Aus-
Betrieb und konnten deshalb nicht flexibelandenschwankendenDruckluft-
Bedarf angepasst werden. Außerdem
waren sie deutlich überdimensioniert,
weil sie für einen wesentlich größeren
Bedarf geplant waren. Deshalb arbeitete
die Station sehr unflexibel, mit
hohen Leerlaufzeiten und einem deutlich
überhöhten Energieaufwand“,
sagtDZE-GeschäftsführerJörgKlapp.
Bei DZE war man sich aber zunächst
nicht sicher, ob diese überhöhten
Leistungen der Druckluft-Station
unter veränderten Betriebsbedingungen
nicht doch noch benötigen würden.
Deshalb wurden die bekannten
Schwächen der Druckluft-Versorgung
zunächstakzeptiert.
Ein Drittel Last-, zwei Drittel Leerlauf
Mit der Inbetriebnahme von zwei neuen
Druckmaschinen 2005 und 2006
wurde ein Höchstdruck von acht bar
an der Verwendungsstelle gefordert,
wogegen die bisherigen Kompressoren
nur sieben bar bereitstellen konnten.
Die neuen Druckmaschinen wurden
zwar zunächst durch kleine separat
beigestellte Kolbenkompressoren
versorgt. Das verursachte aber noch
einmal zusätzliche Kosten. Unter dem
Strich hieß das aber für DZE: es entstand
akuter Handlungsbedarf. „Für
das Thema Druckluft musste deshalb
ein komplett neues Konzept geplant
und realisiert werden“, sagt Andreas
Jaculy von Jaculy Drucklufttechnik in
Oberhausen (das Unternehmen hieß
bisJuni2006Beer&Jaculy).
Über Jahre hinweg hatte der Druckluft-Fachmann
für jede alte Kompressor-Anlage
bereits alle Betriebs-,Lastund
Leerlaufstunden aufgezeichnet.
Außerdem ergab eine Messung einen
Tagesbedarfvonrund8.500m³proTag,
einen Spitzenbedarf von zirka 12 m³ in
der Minute und einen Durchschnittsbedarf
von rund 5,9 m³ pro Minute.
Jeder einzelne Kompressor lieferte
aberkonstant18m³proMinute.
Diese deutliche Überdimensionierung
führte in Verbindung mit der unflexiblen
Ein-Aus-Steuerung täglich
zu Lastzeiten von acht Stunden und
zu Leerlaufzeiten von 16 Stunden, bei
denennochimmerrund30Prozentder
elektrischen Energie gegenüber dem
Lastlauf benötigt wurden,obwohl keine
Druckluft produziert wurde. Zudem
wurden für die jeweils aktive
Anlagebiszu20LastwechselproStundeermittelt,diesich(bedingtdurchdie
110 kW starken Hauptantriebsmotoren
mit Nachlaufzeiten von 15 Minuten)auchnichtreduzierenließen.
Auf Basis dieser Werte ermittelte
Andreas Jaculy für die alte Station einen
jährlichen Strombedarf von etwa
31.000 Euro. Daraufhin machte er für
eine Verbesserung der Situation zwei
alternative Vorschläge. Beide basierten
auf dem Kauf neuer luftgekühlter
Almig-Schraubenkompressoren (Almig
firmierte bis Juli 2007 unter der
Bezeichnung Alup). Sämtlichen Berechnungen
wurde ein Tagesbedarf
von 8.500 m³ an 8.000 Betriebsstunden
im Jahr zugrunde gelegt (Spitzenbedarf
12 m³/min, Durchschnittsbedarf
5,9m³/min).
Vorschlag 1
Ein drehzahlgeregelter Kompressor
des Typs Variable übernimmt die
Hauptversorgung für den höheren
Druckbereich von acht bar an der
Verwendungsstelle und eine der drei
Altanlagen versorgt weiterhin den
sieben-bar-Bereich. Die den neuen
Maschinen beigestellten kleinen Kolbenkompressorenbleibenerhalten.
Durch dieses Konzept mit einer großen
drehzahlgeregelten Anlage sollten
die jährlichen Energiekosten nach
den Berechnungen von Andreas Jaculy
auf der Basis eines Strompreises von
0,05 Euro/kWh von ursprünglich rund
30.960 Euro auf 17.720 Euro im Jahr
reduziertwerden.
Vorschlag 2
Statt einer großen drehzahlgeregelten
Variable-Anlage wird eine Kombi-Lösung
empfohlen, bestehend aus einer
kleineren drehzahlgeregelten Anlage
mit einer Lieferbandbreite von nur
0,79 bis 5,7 m³ in der Minute und einem
neu anzuschaffenden, ungeregelten
Kompressor (Typ Direct 45, Liefermenge6,72m³proMinute).
Da der Leistungsbereich dieser kleineren
geregelten Anlage bereits bei
0,79 m³ pro Minute beginnt, arbeitet
sie auch bei geringerem Bedarf wirtschaftlich
und mit geringen Leerlaufanteilen.
Bei einem Bedarf oberhalb
5,7 m³ pro Minute arbeitet der Kompressor
als Spitzenlast-Anlage zusammen
mit dem ungeregelten KompressoralsGrundlast-Anlage.Einweiterer
baugleicher Direkt-Kompressor wird
zur Erhöhung der Betriebssicherheit
für Wartungs- und Notfälle vorgehaltenundfüreinegleichmäßigeNutzung
im zwölfstündigen Wechsel mit der
Schwester-Anlage zwischen GrundlastundReservegetauscht.FürdiesesKombi-Konzeptermittelte
Jaculy einen jährlichen Stromverbrauch
von nur noch 16.772 Euro,
obwohl für dieAnlage ein geringer unvermeidbarer
Leerlaufanteil von 0,6
Stunden am Tag in die Kostenermittlung
einbezogen wurde. Damit erhöhte
sich die Energie-Einsparung für die
Lösung um weitere 948 Euro auf
14.188EuroimJahr.
46 Prozent Energie eingespart
„Auf der Basis der errechnetenVorgaben
mit einem Energie-Einsparpotenzial
von fast 46 Prozent haben wir uns
fürdenzweitenVorschlagentschieden,
das Fabrikat gewechselt und drei neue
Die neue Druckluftstation
steht ohne
zusätzliche Schalldämmung
direkt im
Drucksaal.
Almig-Schraubenkompressoren über
Jaculy Drucklufttechnik gekauft“, erklärtJörg
Klapp.Alle dreiKompressoren
sind mit der modernen Mikroprozessor-SteuerungAir
Control 3 ausgerüstet.
Über ein großes LCD-Display
ermöglicht sie eine umfangreiche und
bedienerfreundliche Kommunikation
zwischenMenschundMaschine.
Die drei neuen Kompressoren haben
seit ihrer Inbetriebnahme im Juni
2007 in etwa zwei Monaten folgende
Betriebsstundenabsolviert:
� Variable-Anlage: 781 Stunden,
davon58imLeerlauf(7,4Prozent)
� Direct-Anlage 1: 182 Stunden,
davon21imLeerlauf(11,5Prozent)
� Direct-Anlage 2: 199 Stunden,
davon18imLeerlauf(9,5Prozent)
Die durch die Anfangsphase noch
leicht überhöhten Leerlauf-Anteile
sollen sich dauerhaft für die geregelte
Variable-Anlage zwischen zwei und
fünfProzentundfürdiebeidenDirect-
Anlagen mit fester Drehzahl bei fünf
bisachtProzenteinpendeln.
Sicherheit im Fokus
Auch bei derTrocknung der Druckluft
wollte DZE höchstmögliche Sicherheit.
Deshalb installierte man hinter
jedem Kompressor einen direkt zugeordneten
und in seiner Leistung auf
den zugehörigen Kompressor abgestimmten
Kältetrockner. „Bei einem
einzigen,entsprechendgroßdimensionierten
Trockner wäre bei einem Defekt
die komplette Trocknung ausgefallen.
Eine Lösung mit einem zweiten
großen Trockner als Reserveanlage
wäre deutlich teurer geworden als die
jetzige mit drei kleinen Trocknern, deren
Leistung jeweils auf die des zugeordneten
Kompressors abgestimmt
ist“,sagtJaculy.
Jetzt wird jederTrockner zusammen
mit dem zugeordneten Kompressor
aktiviert,so dass auch nur dann Stromkosten
anfallen, wenn auch der Kompressor
arbeitet. Vor Eintritt ins Netz
wird die bereits getrocknete Druckluft
im schon aus der alten Lösung vorhandenenBehältergespeichert.
Die Installationsreihenfolge Kompressor-Trockner-Behälter
soll auch
im Fall eines kurzfristigen Spitzenbedarfs
ein Überfahren der Trockner
verhindern, weil der erhöhte Druckluft-Bedarf
bereits in aufbereiteter
Qualität im Speicher verfügbar ist.
Anfallendes Kondensat wird in einem
Öl-Wasser-Trenneraufbereitet.
Ohne zusätzliche Schalldämmung
Die drei neuen Kompressoren, die
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Trockner und die Kondensat-Aufbereitung
stehen optimal „in Reih und
Glied“ ohne zusätzliche Schalldämmung
in einer Ecke direkt in der Produktionshalle,
lediglich durch eine offeneRegalwandvonderübrigenHalle
getrennt. „Wir hatten vorher erhebliche
Bedenken bei dieser Aufstellung
ohne zusätzliche Schalldämmung. Die
durch die Kompressoren erzeugten
Geräusche liegen jedoch deutlich unter
unseren Erwartungen. Sie sind
nicht lauter als die Geräusche der in
dieser Halle betriebenen Druckmaschinen.
Deshalb bewegt sich die
Geräuschentwicklung unserer neuen
Druckluft-Station auch unterhalb der
vorgegebenenGrenzwertederUnfallverhütungsvorschriften
und der Arbeitsstättenverordnung“,
erklärt GeschäftsführerJörgKlapp.
Die für Verdichtung und Kühlung
erforderliche Zuluft tritt zunächst von
draußen über Zuluft-Filter in die Produktionshalle
ein. Da beim Umgang
mit Papier erneut Staub anfällt, wird
die Luft vor Eintritt in die Kompressoren
noch einmal über Filter von gröberen
Staubanteilen gereinigt. Jeder
Kompressoristübereinendirektangeschlossenen
Kanal in das Abluft-System
der Halle eingebunden. Die etwa
60 °C warme Abluft wird bei Außentemperaturen
unter 21 °C für die Erwärmung
der kontinuierlich von außen
zugeführten Hallenluft eingesetzt.
Nach Schätzung von Geschäftsführer
Klapp geschieht das an mehr als 180
Tagen im Jahr, an denen die für die
Erzeugung der Druckluft investierte
elektrische Energie cirka zu 100 Prozentgenutztwird.
Das Konzept macht sich bezahlt
„Mit dem neuen Konzept liegen wir
immer auf der sicheren Seite. Unser
Hauptbedarf entsteht in der Buchbinderei.
Wenn dort nur eine Maschine
läuft, schafft das die geregelte Anlage
alleine. Bei zwei aktiven Buchbinderei-Anlagen
wird automatisch eine
Direct-Anlage mit fester Drehzahl als
Grundlast-Kompressor zugeschaltet.
Dann übernimmt die drehzahlgeregelte
Anlage die Spitzenlast. Mit dem
neuen Konzept haben wir außerdem
die Zahl der separaten, einigen Anlagen
beigestellten Druckluft-Erzeuger
deutlich reduzieren können“, sagt
Jörg Klapp. Der Geschäftsführer geht
davon aus, dass sich die Investition
indieneueDruckluft-StationbeiDZE
aufgrund der zu erwartenden Einsparungen
in etwa zweieinhalb Jahren
amortisierthabenwird. ■
Druck&Medien Dezember2007 Druck&Medien Dezember2007