29.10.2018 | Ausgabe 10/2018

Die Kosten für die Luftverbesserung reduzieren

Eine Gießerei, die Energie einsparen möchte, sollte vor allem die Stromkosten im Blick haben - hier setzt das KappaQ-Energy-Konzept an.

Anlagenplanung: Das Softwaretool „Kappa Optic Expert“ ermöglicht eine qualitative und quantitative Beurteilung der Emissionen und ihrer Ausbreitung. / Quelle: Maximilian Hauer, Kappa Filter Systems GmbH

Bereits im Herbst 2012 wurde die Europäische Energieeffizienz-Richtlinie verabschiedet. Das Ziel: die Energieeffizienz in Europa bis zum Jahr 2020 um 20 Prozent zu steigern. Der Großteil der EU-Staaten hat die Richtlinie bereits in nationales Recht umgesetzt. Die Normen in den einzelnen Staaten sind unterschiedlich, erhebliche Anstrengungen kommen  auf die Unternehmen in jedem Fall zu. An Maßnahmen für eine nachhaltige Steigerung ihrer Energieeffizienz führt kein Weg vorbei.

Gießereien zählen zu den energieintensivsten Betrieben. Die Energiekosten sind ein wesentlicher Faktor für die Produktionskosten und damit für die Produktivität. Unternehmensinterne Konzepte zur Reduzierung des Energiebedarfs rücken damit zusehends in den Fokus. Der Energiebedarf für den Betrieb von lufttechnischen Anlagen lässt sich vor allem dann senken, wenn nicht nur einzelne Bereiche betrachtet werden, sondern die  esamte Prozesskette berücksichtigt wird. Wie das gelingen kann, darüber referierten Harald Schneuber und Matthias Mauhart im Frühjahr beim großen Gießereitag in Salzburg. Die beiden Referenten sind Projektmanager bei Kappa Filter Systems GmbH, einem Unternehmen mit Sitz in Steyr (Österreich).

Der Vortrag zeigte auf, welche Faktoren den Energiebedarf von lufttechnischen Anlagen beeinflussen und welche Möglichkeiten Gussbetriebe haben, den Energieeinsatz nachhaltig zu reduzieren. Dabei wurde das ganzheitliche Energieeinsparungskonzept KappaQ Energy präsentiert. Es basiert auf fünf Maßnahmen, mit denen der Energieverbrauch sowohl für Neu- als auch Bestandsanlagen nachhaltig gesenkt werden kann.

Der Schlüssel zur optimalen Energieeffizienz von lufttechnischen Anlagen liegt in einer Betrachtung der gesamten Lebenskosten. So belegen die Erfahrungen von Kappa, dass die Investitionskosten lediglich 23 Prozent der Lebenskosten ausmachen. Dem stehen 75 Prozent an Betriebskosten gegenüber - von denen wiederum drei Viertel Stromkosten sind.

Eine Gießerei, die Energie einsparen möchte, muss daher den Fokus auf die laufenden Stromkosten legen. Und genau hier setzt das KappaQ-Energy-Konzept an. Es verfügt über folgende fünf Hebel: Anlagenplanung, Einsatz energieeffizienter Komponenten, Energierückgewinnung, bedarfsgerechte Leistungsregelung und Anlagenoptimierung.

Anlagenplanung
Die Anlagenplanung ist der größte Hebel zur Reduktion der späteren Energiekosten für die lufttechnische Anlage. Sie entscheidet nicht nur über die Funktion, sondern auch über die wesentlichen Anlagenparameter, wie beispielsweise die  Luftleistung. Sie wird noch immer aufgrund von Erfahrungswerten, Normen,Empfehlungen und diversen Berechnungen  festgelegt. Den Unternehmen ist die Gefahr einerfehlerhaften Auslegung bewusst: Das  wird oftmals durch zusätzlich aufgerechneteSicherheiten umgangen. Das Ergebnis  st eine lufttechnische Anlage, die viele Jahre lang nicht im optimalen Betriebspunkt betrieben wird.

Im Falle einer Unterdimensionierung führt dies zu einer mangelhaften Funktion: Die Folgen sind eine schlechte Erfassung und damit verrauchte Prozesse und Hallen und Ähnliches. Im Falle einer  Überdimensionierung führt dies zu einem unnötig hohen Stromverbrauch. An zahlreichen Prozessen lässt sich die exakte Luftleistung jedoch nur sehr schwer eruieren. Damit waren auch die Umwelttechniker von Kappa konfrontiert. Sie haben aus diesem Grund das Softwaretool „Kappa  Optic Expert“ entwickelt, welches Emissionsströme über Videoaufnahmen berechnet. Die Software ermöglicht eine qualitative und quantitative Beurteilung der  Emissionen und ihrer Ausbreitung. Eine  esentlich genauere Auslegung des Erfassungsvolumenstromes kann nun mittels des eigens entwickelten mathematischen Modells bestimmt werden.

In der Praxis bedeutet das zum Beispiel: Beim Härten von Gussteilen (Härtebad) ist der Erfassungsvolumenstrom zu eruieren. Mit „Kappa Optic Expert“ werden die Geschwindigkeit der Emissionen und die Form und der Ausbreitun g  exakt bestimmt. Die Bewertung der Emissionsquelle über einen längeren Zeitraum und über die kompletten Verfahrens- oder Produktionsschritte hinweg ermöglichte erstmals eine durchgehende Analyse dieser Emissionsvorgänge. Die Ermittlung der durchschnittlichen Emissionsgeschwindigkeiten bei gleichzeitiger Berücksichtigung von Minima und Maxima ermöglichte eine optimale Auslegung der  bsaug- und Erfassungssysteme. Dank der Analyse konnte die Luftleistung der Anlage punktgenau ausgelegt werden. Das Ergebnis war ein Absaugvolumenstrom, der um 34 Prozent unter dem ursprünglich geplanten lag. Der Energieverbrauch konnte damit um 53 Prozent verringert werden, das entspricht einer Einsparung  von 334 850 kWh Strom pro Jahr.

Leistungsregelung: Das System „Kappa Airdynamic“ beurteilt permanent die Luftqualität in der gesamten Halle. Die Leistung der lufttechnischen Anlagen wird so immer an den Bedarf anpasst. / Quelle: Maximilian Hauer, Kappa Filter Systems GmbH

Energieeffiziente Komponenten
Der logische nächste Schritt bei der Planung und Optimierung von lufttechnischen Anlagen ist die Auswahl energieeffizienter Komponenten. Jede einzelne Komponente – selbst vermeintlich unbedeutende – spielt eine wesentliche Rolle hinsichtlich des Energieverbrauchs. Die richtige Dimensionierung, die Auslegung der Erfassung und die Filtersysteme sowie die richtige Luftführung sind entscheidend. Durch energieeffiziente Motoren können beispielsweise Einsparungen im einstelligen Prozentbereich realisiert werden, eine falsche Anströmung der Ventilatoren verursacht hingegen Verluste im höheren zweistelligen Bereich. 

Durch den Ersatz eines bestehenden Entstaubungssystems bei einem Schmelzund  Gießprozess von Buntmetallen konnte die Energieeffizienz wesentlich erhöht werden. Möglich wurde das durch den Einsatz des Filtersystems „Kappa Ekon“. Er benötigt  zudem nur halb soviel Platz wie ein herkömmliches Schlauchfiltersystem. Der „Kappa Ekon“ integriert nicht nur die eigentliche Filtertechnik, sondern auch die Vorabscheidung sowie die gesamte Luftführung. Dadurch konnten der Gesamtwiderstand des Gesamtsystems und damit der Stromverbrauch massiv gesenkt  werden. Das Ergebnis ist eine Einsparung von 658 622 kWh pro Jahr.

Energieeffiziente Komponenten: Das Filtersystems „Kappa Ekon“ benötigt nur halb soviel Platz wie ein herkömmliches Schlauchfiltersystem / Quelle: Maximilian Hauer, Kappa Filter Systems GmbH

EnergierückgewinnungEin exakter Überblick über die eigenen Energieströme ist die Grundvoraussetzung für nachhaltiges Energiemanagement. Dabei werden Energiequellen (Energieressourcen) und mögliche Energiesenken  (Energieabnehmer) identifiziert und bewertet. In der Lufttechnik kann beispielsweise durch die Rückgewinnung von Abwärme aus diversen Produktionsprozessen  der Primärenergiebedarf erheblich reduziert werden, die Wirtschaftlichkeit lufttechnischer Anlagen wird damit wesentlich erhöht.

Ein Beispiel aus dem Eisen- und Stahlguss  belegt das: Dabei wird die Abwärme aus der Abluft der Primärentstaubungsanlagen  für den Gussprozess sowie der Entstaubung nach der Standaufbereitung rückgewonnen. Mit dieser Energie wird die Zuluft für die gesamte Gusshalle  ohne zusätzliche Primärenergie auf das gewünschte Niveau erwärmt. Durch die vorgeschaltete, hochgradige Filtration kann die Abwärme mit einem hohen Wirkungsgrad rückgewonnen werden. Jährlich werden mit der Anlage 2 340 000 kWh Wärme rückgewonnen und damit die Zuluft für die Gusshalle temperiert.

Bedarfsgerechte Leistungsregelung
Nach wie vor werden lufttechnische Anlagen mit voreingestellter Leistung betrieben und verbrauchen damit unnötig  Strom. Die Produktion läuft jedoch in den wenigsten Fällen kontinuierlich. Der tatsächliche Bedarf schwankt während eines Tages massiv. Durch die Synchronisation  der Leistung einer lufttechnischen Anlage an die aktuellen Produktionsbedingungen kann eine erhebliche Menge an Energie eingespart werden. Entscheidend ist,  dass die Lufttechnik in Echtzeit auf die Produktion reagiert. Ein Beispiel zeigt, wie das gelingen kann: Bei einem Druckgießer wurde das System „Kappa Airdynamic“ installiert. Es  beurteilt die Luftqualität in der gesamten Halle permanent. Der Stromverbrauch der lufttechnischen Anlagen wird reduziert, indem deren Leistung an den aktuell notwendigen  Bedarf anpasst wird. Wird viel produziert, erhöht das System automatisch die Leistung der lufttechnischen Anlage,  wird wenig produziert, reduziert es die Leistung. Dadurch wird die Energieeffizienz einer gesamten Anlage automatisch, und ohne eingreifen zu müssen, signifikant erhöht. Durch den Einsatz von „Kappa Airdynamic“ sank der Strombedarf für  die Abluftreinigung und Zuluftaufbereitungum 42 Prozent. Dies entspricht einer  jährlichen Stromeinsparung von 560 101 kWh. Zusätzlich werden durch den geringeren Luftaustausch jährlich 207 598 kWh an Heizenergie eingespart.

Energierückgewinnung: In der Lufttechnik kann beispielsweise durch die Rückgewinnung von Abwärme aus diversen Produktionsprozessen der Primärenergiebedarf erheblich reduziert werden. / Quelle: Maximilian Hauer, Kappa Filter Systems GmbH

Energieeffiziente Anlagenmodernisierung
Lufttechnische Anlagen sind über viele Jahre im Einsatz. Selbst nach dem Erreichen ihrer wirtschaftlichen Nutzungsdauer bleiben sie in der Regel in Betrieb. Bei genauer Betrachtung der Anlagen zeigt sich, dass diese in vielen Fällen – nach Umbauten, Erweiterungen und Adaptierungen – mit der ursprünglich geplanten und installierten Anlage kaum mehr etwas gemein haben.

Diese Maßnahmen gehen immer auf Kosten von Funktion und Wirtschaftlichkeit, der Energieverbrauch steigt in der Regel enorm. Oft lassen sich bereits mit  kleinen Optimierungsmaßnahmen erhebliche Verbesserungen erzielen. Ein Beispiel dafür ist der Ersatz von Filterschläuchen mit den „Kappa Waveline“-Filterelementen. Sie verfügen über 25 Prozent mehr Filterfläche als Standardfilterschläuche und über eine verbesserte Abreinigbarkeit. Bei einer Entstaubungsanlage für die Sandaufbereitung konnten mit den „Kappa Waveline“-Filterelementen der Stromverbrauch gegenüber Standardschläuchen um 30 Prozent reduziert werden. Des Weiteren muss das System weniger  häufig abgereinigt werden, die beweglichen Filterelemente unterstützen die Abreinigung,  der Staubkuchen löst sich leichter von der Filteroberfläche.

Das „Kappa Waveline“-Filterelement reduziert den Stromverbrauch durch einen geringeren Differenzdruck bei gleichem Volumenstrom. Insgesamt bedeutet das eine eine Stromeinsparung von 172.400 kWh pro Jahr.

Zusammenfassung
Eine optimale Energieeinsparung ist nur mit einer korrekten, ganzheitlichen Betrachtung der lufttechnischen Anlage möglich. Die angeführten Beispiele belegen,  dass das KappaQ Energy Konzept sowohl bei der Neuplanung als auch bei bestehenden Anlagen große Mengen an  nergie - insbesondere Strom - einspart. Neben den hier angeführten Einsparungen ergaben sich bei den Projekten auch Einsparungen in den übrigen Hebeln. Insgesamt werden damit 6 260 930 kWh Strom- und Wärmeenergie jährlich eingespart.


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