Wärmerückgewinnung war von Beginn an Konzept

Im Zuge eines Hallenneu- und -ausbaus wollte die Schachtbau Nordhausen GmbH (SBN) die Druckluftversorgung modernisieren. „Bei der Auswahl der geeigneten Kompressoren standen Kapazität und Zuverlässigkeit im Vordergrund, aber auch der Energieverbrauch und die Qualität der Druckluft“, sagt Holger Hartung, Projektleiter für Maschinen und Ausrüstung im Zuge der Standorterweiterung. Von Anfang an sollte auch die Wärmerückgewinnung genutzt werden, um den Energieverbrauch beim Duschen und Heizen zu minimieren.

„Die Möglichkeit, mehrere drehzahlgeregelte Kompressoren in einer Station über eine übergeordnete Steuerung anzusprechen, bot uns zu diesem Zeitpunkt nur ein Anbieter“, fährt Hartung fort: die Essener Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH. Deren öleingespritzte Schraubenkompressoren der Baureihe GA sind allesamt mit Drehzahlregelung (VSD – Variable Speed Drive) erhältlich, und das dazu passende Energiesparsystem ES 130 V kann bis zu 30 drehzahlgeregelte Kompressoren steuern. Außerdem sollte bei SBN eine bereits vorhandene Druckluftanlage, die ebenfalls von Atlas Copco stammt, weiter genutzt werden. Dies sollte den Aufwand hinsichtlich Wartung und Service senken, was ebenfalls für die Essener sprach.

Druckluft benötigen die Nordhäuser – die in ihren Produktionsstätten Unter- und Oberwagen sowie Masten für Spezialtiefbohrgeräte, Hydraulikaggregate und Brückenteile für Stahl und Stahlverbundbrücken konstruieren und fertigen – insbesondere für den Betrieb der Strahl- und Lackieranlagen. Zusätzlich sind zahlreiche Schleifwerkzeuge auf diesen Energieträger angewiesen, genauso wie die Spanntechnik der modernen CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen.

Realisiert wurden schließlich zwei voneinander unabhängige Druckluftstationen. Die größere – mit den drei Kompressoren GA 75 VSD, GA 55 VSD und GA 15 VSD – versorgt die Strahl- und Lackieranlagen mit sauberer Druckluft der Klasse 1 nach DIN ISO 8573-1 bei einem Druck von 7,5 bar; die Maschinen haben eine installierte Motorleistung von 75 kW, 55 kW beziehungsweise 15 kW.

Die Werk- und Spannzeuge in der mechanischen Fertigung dagegen kommen mit 6,7 bar aus; sie werden von der kleineren Station versorgt. Hier sind ein GA 30 VSD FF und ein GA 15 VSD FF im Einsatz – mit installierten Leistungen von 30 und 15 kW. Das Kürzel FF (Full Feature) weist auf den ins Gehäuse integrierten Kältetrockner hin, was den Platzbedarf der Kompressoren minimal hält.

„Abhängig von der Auftragslage können wir nun sehr flexibel agieren“, betont Holger Hartung. „Es laufen immer die Maschinen mit den passenden Antriebsleistungen.“ Weil alle Kompressoren drehzahlgeregelt arbeiten, lässt sich der Volumenstrom exakt dem schwankenden Bedarf anpassen. Welche Maschine die jeweils beste ist, entscheidet in jeder der beiden Stationen ein Steuerungssystem ES 130 V. Mit der Möglichkeit, mehrere VSD-Kompressoren zusammen zu regeln, greifen die Atlas-Copco-Ingenieure hier tief in die Trickkiste. Denn nun können – abhängig vom Bedarf – auch mehrere drehzahlgeregelte Maschinen parallel arbeiten, und zwar jeweils nahe ihrem optimalen Betriebspunkt. Die Steuerung über den CAN-Bus macht dies möglich.

Dank Drehzahlregelung und übergeordneter Steuerung verbraucht SBN im Vergleich zur alten Druckluftstation mit Kompressoren fester Drehzahl heute deutlich weniger Energie je Normkubikmeter. „Zudem konnten wir den Versorgungsdruck senken“, erläutert Projektleiter Hartung. „Trotz unserer großen Ringleitung von über einem Kilometer Länge genügen heute 6,7 bar, um an den Spannzeugen 6,5 bar sicherzustellen.“ Ohne Drehzahlregelung mussten früher kompressorseitig 7,3 bar eingestellt werden, um die Anfahrzeiten der Festdrehzahl-Kompressoren bei Bedarfsschwankungen aufzufangen. Rund 7 % Energie lassen sich sparen, wenn der Netzdruck um 1 bar gesenkt werden kann.

Die heute bessere Energiebilanz ergibt sich auch aus der Nutzung der Wärmerückgewinnung. Der Großteil der Verdichtungsleistung lässt sich nämlich in Form von Wärme zurückgewinnen. „Das haben wir früher nicht genutzt, bei der Konzeption der Hallenerweiterung aber von vornherein berücksichtigt“, berichtet Thomas Feige, Leiter Elektrotechnik, Wartung und Instandhaltung bei SBN. „Die kleinere Druckluftstation haben wir deshalb bewusst in der Nähe der Duschen aufgebaut, um Übertragungsverluste minimal zu halten.“

Frei nach dem Motto „Geduscht wird immer“ kann SBN auf diese Weise die Wärmeenergie das ganze Jahr über nutzen. In der kleineren der beiden Druckluftanlagen lassen sich je nach Auslastung bis zu 30,6 kW Wärmeenergie zurückgewinnen – Energie, die nicht erneut erzeugt werden muss und damit ohne Kohlendioxid-Ausstoß bereitsteht.

„Zusammen mit Wärmeenergie aus dem eigenen Blockheizkraftwerk arbeitet die Duschwassererwärmung äußerst effizient“, fährt Feige fort. Die Wärmeenergie der größeren Druckluftstation unterstützt – zumindest im Winter – die Heizanlage des nahen Bürogebäudes und einer Logistikhalle.

Mit den beiden neuen Druckluftstationen kann Schachtbau Nordhausen noch flexibler auf die Anfoderungen des Marktes reagieren und Druckluft äußerst effizient erzeugen; die Forderungen nach mehr Kapazität und geringerem Energieverbrauch sind also erfüllt.

Auch die Zuverlässigkeit ist durch die fünf Kompressoren gegeben. Trotzdem hat Schachtbau Nordhausen mit Atlas Copco einen Wartungsvertrag abgeschlossen: „Einfache Arbeiten wie etwa einen Filterwechsel machen wir selbst“, sagt Thomas Feige. Die turnusmäßigen Checks überlasse man aber dem Hersteller – auch, um sich im Falle des Falles auf den schnellen Service der Essener zu verlassen.

Und die Druckluftqualität ist heute ebenfalls ohne Tadel: Die geforderte Klasse 1 lässt sich mit den installierten, öleingespritzten Kompressoren ohne Probleme realisieren. os

Ansprechpartner für weitere Informationen: Koen Lauwers, Business Line Manager Industrial Air, Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH in Essen