Druckluftkompressoren Wärme zum Nulltarif – Wärmerückgewinnung bei Druckluftkompressoren

Autor / Redakteur: Dr.-Ing. Uwe Kaiser / Dr. Jörg Kempf

Bei der Erzeugung von Druckluft wird zwangsläufig auch Wärme erzeugt. Wer auf Effizienz achtet, nutzt diese Wärme und erhöht den Wirkungsgrad von Druckluftkompressoren damit bis auf rund 94 %. Für diese Aufgabe gibt es – auch für die Nachrüstung bestehender Stationen – einfach zu installierende Wärmetauscher.

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Mit dem Duotherm wird der Kompressor zur „Energiesparmaschine“, deren Gesamtwirkungsgrad sich sprunghaft erhöht.
Mit dem Duotherm wird der Kompressor zur „Energiesparmaschine“, deren Gesamtwirkungsgrad sich sprunghaft erhöht.
(Bild: Boge)

Das Thema Wärmerückgewinnung wird in der Drucklufttechnik nicht immer offensiv angegangen. Denn um die Sensibilität der Anwender für diese äußerst effiziente Art der kombinierten Energienutzung zu gewinnen, müssen die Hersteller von Druckluftkompressoren bzw. die Anbieter von kompletten Druckluftstationen zunächst einmal ein eher unangenehmes Eingeständnis machen: Die Erzeugung des Energieträgers Druckluft ist – für sich genommen – nicht sehr effizient.

Diese Eigenschaft teilt die Druckluft mit vielen anderen Prozessen der Energieumwandlung: Ein Kohlekraftwerk erreicht Wirkungsgrade um 45 %. Eine Windkraftanlage arbeitet mit 50 % nicht viel effizienter, was aber in diesem Falle nicht stört, weil die Energiequelle regenerativ ist.

Eine hoch effiziente Kombination

Ähnlich wie bei Kohlekraftwerken werden beim Erzeugungsprozess der Druckluft rund 94 % der Energie in Wärme umgewandelt. Diese verpufft in vielen Fällen ungenutzt – ein erhebliches Manko in Sachen Energieeffizienz. Wird die Wärme aber für den Produktionsprozess oder die Raumbeheizung genutzt, können beeindruckende Wirkungsgrade von deutlich über 90 % erzielt werden.

Denn von 100 % der elektrischen Leistungsaufnahme werden rund 94 % in Wärme umgewandelt, die mittels Wärmerückgewinnung sinnvoll genutzt werden. Die Druckluft wird dann zwar, bezogen auf den Kubikmeter, nicht günstiger, aber der Betreiber kann an anderer Stelle, beispielsweise bei den Kosten für Heizung oder Brauchwassererwärmung, erhebliche Summen einsparen.

Es ist sinnvoll, im Vorfeld die Prozessparameter genau zu prüfen und für die Nutzung der Kompressorabwärme denjenigen Prozess auszuwählen, der die größte Energieeinsparung verspricht. Viele Betriebe der Chemieindustrie oder der Lebensmittelproduktion sind hier im Vorteil, da sie temperaturgeführte Prozesse nutzen und deshalb einen ganzjährigen Bedarf an Wärme haben.

Auch Lackierereien und Galvanikbetriebe haben einen konstanten, prozessbedingten Wärmebedarf. Bei Betrieben, die keine Prozesswärme benötigen, hat der Anwender die Wahl zwischen Heizung und Brauchwassererwärmung.

Energiesparmaschine Kompressor

Moderne wassergekühlte Kompressoren sind so vorgerüstet, dass ein Wärmerückgewinnungssystem sehr einfach in den Kühlkreislauf integriert werden kann. Es gibt jedoch viele ältere Kompressorstationen, die ohne Wärmerückgewinnung arbeiten. Für diese Fälle bietet Boge das Duotherm-System an, das sich sowohl an vorhandene Boge-Anlagen als auch an Fremdfabrikate anschließen lässt. So wird der Kompressor – unabhängig von Baujahr und Leistung – zur „Energiesparmaschine“, deren Gesamtwirkungsgrad sich sprunghaft erhöht.

Das System steht in fünf Leistungsstufen für öleinspritzgekühlte Schraubenkompressoren von 7,5 bis 110 kW Leistung zur Verfügung und lässt sich leicht montieren: Der großzügig dimensionierte Wärmetauscher des Duotherm-Systems wird an das Ölsystem des Verdichters und das Brauch- oder Prozesswassernetz des Anwenders angeschlossen und überträgt die Wärme mit hoher Effizienz von der Drucklufterzeugung auf den gewünschten Prozess – ohne dass hierfür Fremdenergie erforderlich ist. Dank der kompakten Bauweise benötigt das System wenig Platz, um die Energieeffizienz des Verdichters nachhaltig zu verbessern.

Die Investitionskosten für Wärmerückgewinnungssysteme hängen stark von den baulichen Gegebenheiten am Aufstellungsort ab. Sie müssen berücksichtigt werden, da sie die Amortisationszeit der Anlage erheblich beeinflussen. Nach den bisherigen Erfahrungen von Boge amortisiert sich die Investition einer Wärmerückgewinnung in einem Zeitraum von sechs Monaten bis zu zwei Jahren; häufig sind es weniger als zwölf Monate.

Im eigenen Unternehmen setzt Boge auf eine Kombination der Wärmenutzung: Im Winter und in der Übergangszeit wird die Kompressorabwärme zum Heizen verwendet, im Sommer zur Erwärmung des Brauchwassers. Dadurch spart das Unternehmen pro Jahr rund 100 000 kWh Heizleistung.

Einfache Rechnung

Anwender, die die Anschaffung eines Wärmerückgewinnungssystems prüfen, sollten sich Folgendes vor Augen führen: Der Kompressor Boge S 100-2 der 75 kW Klasse hat eine nutzbare Wärmemenge von 60,6 kW. Im Einschichtbetrieb bei 2000 Betriebsstunden des Kompressors und einem Heizölpreis von 0,80 Euro entspricht das einem Einsparpotenzial mit Boge Duotherm von 14 046 Euro (Das Beispiel beruht auf folgenden angenommenen Werten: Heizwert: 9,861 kWh/l; Heizwirkungsgrad: 70 %. Die nutzbare Energie variiert je nach Kompressor und individueller Nutzungssituation). Die immer weiter ansteigenden Energiepreise machen die Anschaffung solcher Systeme umso rentabler.

Bei luftgekühlten Anlagen bietet sich die Nutzung der Abluft als Raumluftheizung an. Dies kann ebenfalls ganz einfach über eine Außenthermostat-Steuerung erfolgen: Ab einer definierten Temperatur wird der aus der Schallhaube abgeführte Abluftstrom umgeschaltet, sodass er bei kühleren Temperaturen die Produktion erwärmt – ebenfalls zum Nulltarif.

Durchrechnen und prüfen

Angesichts der geringen Investition sollten Druckluft-Anwender die Möglichkeit der Abwärmenutzung ernsthaft prüfen. Das gilt besonders auch für kleinere Kompressorstationen: Schon die Abwärme eines 18,5 kW-Verdichters reicht aus, um ein Einfamilienhaus zu beheizen.

Darüber hinaus ist eine Prüfung anderer „Stellschrauben“ für die Effizienz einer Druckluftversorgung sinnvoll. Dazu gehören zum Beispiel die Prüfung des Druckniveaus, eine Optimierung der Regelung mit möglichst niedrigem Druckband, der Einsatz von drehzahlgeregelten Verdichtern für Spitzenlasten und eine Senkung der ineffizienten Leerlaufzeiten.

Ebenso ratsam ist eine wiederkehrende Leckage-Untersuchung, die bei modernen Steuerungen auch elektronisch, über die Messung des Druckabfalls bei abgeschalteten Verdichtern, erfolgen kann. Hierfür bietet Boge das Tool des Leckagemonitors.

* Der Autor ist Leiter Entwicklung bei Boge Kompressoren Otto Boge GmbH & Co. KG, Bielefeld.

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