gesponsertFluidtechnik Energiesparen leicht gemacht – mit der richtigen Fluidtechnik

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Bürkert GmbH & Co. KG

Energieeffizienz geht jeden etwas an! Bereits mit kleinen Maßnahmen kann oft viel erreicht werden, wie drei Lösungen des Fluidik-Spezialisten Bürkert Fluid Control Systems anschaulich zeigen.

Zugegeben: Um die CO₂-Emissionen in Europa bis 2050 auf null zu reduzieren, sind gewaltige Anstrengungen seitens der Industrie nötig. Drei Beispiele aus der Fluidtechnik – der Einsatz von intelligenten Ventilinseln, Magnetventile mit energiesparender Spulentechnik und Membranventile mit leichtem Rohrumformgehäuse – beweisen jedoch, dass Energieeffizienz ganz einfach sein kann.

Starten wir mit intelligenten Ventilinseln – und einem eindrucksvollen Vergleich: Mit ihnen lässt sich so viel Strom sparen, dass damit eine Grundschule fast ein Jahr beleuchtet werden könnte. Das beweist der Blick auf eine typische Applikation mit sechs Ventilinseln à 25 Kanälen. Üblicherweise liegt bei der Verschlauchung herkömmlicher Ventilinseln der Anteil an unentdeckten Leckagen bei 16 Prozent. Das zieht – bei einem täglich zehnstündigen Betrieb – einen Druckluftverlust von 39.600 Kubikmetern pro Jahr nach sich! Oder anders ausgedrückt: Um diesen Verlust auszugleichen, müssen mindestens 4.752 kWh elektrische Energie aufgebracht werden (bei 0,12 kWh pro m³ erzeugter Druckluft). Dies entspricht 93 Prozent des jährlichen Strombedarfs für Beleuchtung einer typischen Grundschule mit 1.700 m².

Werden stattdessen Bürkert-Ventilinseln des Typs 8652 AirLINE eingesetzt, ist der Druckluftverlust gleich null. Dafür sorgt die Schaltzeitmessung, mit der eine Leckage sofort erkannt und schneller behoben werden kann. Hierbei wird die Zeit vom Schalten des Vorsteuerventils auf der Ventilinsel bis zum Erreichen der Endlage des Stellantriebs ermittelt. Die durchschnittliche Schaltzeit wird dann als Referenzwert pro Kanal gespeichert. Ändert sich die Schaltzeit eines Kanals um mehr als die vorgegebenen Toleranzgrenzen, wird dies auf dem Display der Ventilinsel angezeigt und an das angeschlossene Bussystem gemeldet. Interessanter Nebeneffekt: dadurch ist auch eine verschleißoptimierte vorbeugende Wartung möglich.

Wieviel Bäume kostet veraltete Technik?

Um gasförmige und flüssige Medien automatisiert zu schalten, sind Ventile mit elektromagnetischen Spulensystemen weit verbreitet. Aber haben Sie schon einmal überlegt, wie viele Bäume Sie pflanzen müssten, um den Energieverbrauch einer veralteten Technik auszugleichen? Die Bürkert-Experten haben dies getan! In einer typischen Applikation in der Prozessindustrie sind rund 80 Ventile verbaut, von denen jedes einen Leistungsbedarf von 10 Watt hat. Bei einer Betriebsdauer von 10 Stunden am Tag liegt damit der jährliche Energiebedarf bei 1920 kWh. Eine Buche bindet etwa 12,5 kg CO₂/Jahr, für einen Ausgleich bräuchte es also 154 Buchen. Das geht jedoch besser. Bürkert-Magnetventile mit Kick-and-Drop-Spule benötigen statt der 10 W nur noch 0,6 W. In der Beispielapplikation liegt damit der Energieverbrauch nur noch bei 115 kWh, Sie benötigen also nur noch 9 Buchen zur CO₂-Kompensation.

Kick and Drop – wie funktioniert’s?

Die Doppelspulentechnik der Kick-and-Drop-Technik arbeitet – wie der Name schon sagt – mit zwei unabhängigen, übereinander gewickelten Spulen. Nach dem Einschalten wird die innenliegende Anzugswicklung durch einen maximalen Strom übererregt (Kick), um die zum Öffnen des Ventils benötigte hohe Anzugskraft zu erzeugen. Nach einer bestimmten Zeit wird die zweite Wicklung in Serie geschaltet. Dadurch steigt der Gesamtwiderstand der Spule und die Leistung wird reduziert (Drop). Die Steuerung erfolgt durch eine in der Spule integrierte Elektronik.

Auch hier gibt es weitere positive Aspekte: Die Magnetventile mit Kick-and-Drop-Technologie arbeiten geräuschlos und sind uneingeschränkt EMV-konform auch für Anwendungen in der Gebäudetechnik, die Wärmeentwicklung des Ventils wird minimiert und die Lebensdauer verlängert. Dies liegt unter anderem daran, dass aufgrund der reduzierten Spulentemperatur von unter 60 °C beispielsweise Kalkausfälle in Wasseranwendungen verhindert werden.

Die richtige Wahl des Ventils ist so wertvoll wie ein Balkonkraftwerk!

Auch das Ventilgehäuse kann zum Energiesparen beitragen. In sterilen Prozessen und hygienischen Anwendungen werden meist Membranventile mit Schmiede- oder Gussgehäuse eingesetzt. Nicht nur deren Herstellung benötigt viel Energie, sondern in SIP (Sterilization-In-Place)-Prozessen werden große Mengen teuren Reinstdampfes benötigt, um die massereichen Ventilkörper auf Sterilisationstemperatur zu bringen. Membranventile von Bürkert besitzen dagegen ein besonders leichtes Rohrumformgehäuse (Tube Valve Body). Diese heizen sich bei SIP-Prozessen deutlich schneller auf und kühlen auch schneller wieder ab als konventionelle Schmiede- oder Gussgehäuse.

Auch hier verdeutlicht ein Rechenbeispiel die Energieeffizienz: Typischerweise kommen in solchen Anlagen 100 Membranventile zum Einsatz, wobei die Temperatur von 20 auf 120 °C erhöht wird. Für rund 250 SIP-Zyklen werden mit herkömmlichen Ventilen 1.605 kg Dampf (oder 1.159 kWh Energie, bei 0,722 kWh pro kg erzeugtem Dampf) benötigt. Werden jedoch Membranventile mit Tube Valve Body verwendet, reduziert sich der Bedarf auf 398 kg Dampf, für deren Erzeugung nur noch 287 kWh Energie benötigt werden. Die Differenz von 872 kWh ist in etwa die Energiemenge, die ein typisches Balkonkraftwerk produziert. Die richtige Wahl des Ventils ist also so wertvoll wie ein Balkonkraftwerk!

Das geringere Gewicht der Membranventile hat noch einen weiteren Vorteil: Da die Ventile schneller aufheizen und abkühlen, reduziert sich der thermische Stress für die temperaturempfindlichen Membranen. Sie halten deutlich länger als das bei anderen Gehäuseausführungen üblich ist, gleichzeitig lässt sich schneller produzieren, da sich durch den schnellen Aufheiz- und Abkühlprozess die Anzahl der zu fertigenden Batches erhöht.

Fazit

Mit der richtigen Wahl der Fluidtechnik lassen sich nicht nur gewaltige Energiesparpotenziale in Prozessen heben, sondern auch längere Standzeiten erreichen und Wartungskosten minimieren. Die anschaulichen Effizienz- bzw. Energiespar-Vergleiche – ob Kindergarten, Balkonkraftwerk oder Bäumepflanzen – zeigen: der Umstieg lohnt sich!

Die Bürkert-Experten freuen sich auf den Austausch mit Ihnen auf der diesjährigen Achema in Frankfurt (10.-14. Juni): Halle 8.0, Stand J80.

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