Audit des Druckluftsystems

Druckluft ist ein Energiesystem und kein einzelnes Gerät. Ein fachgerecht durchgeführtes Audit endet daher weder bei der Prüfung der Kompressoren noch bei der Leckagesuche. Es betrachtet die gesamte Kette: vom Stromverbrauch und der Drucklufterzeugung über Aufbereitung, Trocknung, Speicherung und Verteilung bis zu den Parametern, die an den Endverbrauchern benötigt werden.

Bei Energy Trend passen wir den Auditumfang an die Anlage, das Produktionsprofil und die zu klärende Fragestellung an. Wir setzen nicht voraus, dass ein Frequenzumrichter, eine Druckabsenkung, ein größerer Druckluftbehälter oder der Austausch eines Kompressors die Lösung ist. Zuerst erfassen wir Daten und führen – falls erforderlich – Messungen durch. Erst danach bewerten wir das Zusammenspiel des Gesamtsystems und entwickeln Maßnahmenvarianten.

Was umfasst ein Audit des Druckluftsystems?

Ziel des Audits ist festzustellen, wie die Anlage tatsächlich arbeitet: wie viel Energie sie verbraucht, wann und wo Druckluftbedarf entsteht, welcher Druck in den verschiedenen Netzbereichen verfügbar ist, wie Kompressoren und Aufbereitung arbeiten und ob die bereitgestellten Luftparameter den Prozessanforderungen entsprechen.

Dieser Ansatz folgt der Logik der ISO 11011, die eine Druckluftanlage als Gesamtsystem betrachtet – von der zugeführten Energie bis zur Arbeit an den Verbrauchern – und die Bewertung in Erzeugung, Übertragung und Bedarf gliedert.

In der Praxis kann ein Audit unter anderem Folgendes umfassen:

• Analyse der Kompressorkonfiguration und -steuerung,
• Stromverbrauchsprofil sowie Betriebszustände unter Last und im Leerlauf,
• Messung oder Analyse des Druckluftvolumenstroms,
• Druckaufzeichnung in der Druckluftstation, im Netz und an ausgewählten Verbrauchern,
• Bewertung von Trocknern, Filtern, Abscheidern und Druckverlusten in der Aufbereitung,
• Analyse der Druckluftbehälter und ihrer Rolle bei der Systemstabilisierung,
• Bewertung des Aufbaus des Verteilnetzes und lokaler Durchflussengpässe,
• Messung des Drucktaupunkts sowie – wenn der Prozess dies erfordert – Bewertung der Druckluftqualität,
• Leckageortung als eines der Auditmodule,
• Analyse der Parameter und Betriebsweise der Endverbraucher,
• Ausarbeitung von Verbesserungsvarianten mit Annahmen, Prioritäten und – sofern die Daten dies zulassen – Bewertung der energetischen und wirtschaftlichen Wirkung.

Das Audit betrachtet das gesamte System – vom Kompressor bis zum Verbraucher

1. Drucklufterzeugung

Der erste Bereich ist die Druckluftstation. Allein die Nennleistung der Kompressoren zeigt jedoch weder, wie viel Energie das System verbraucht, noch ob die Geräte effizient arbeiten. Entscheidend sind das tatsächliche Lastprofil, die Regelungsart, Ein- und Ausschaltdrücke, die Einsatzreihenfolge mehrerer Kompressoren und die Reaktion des Systems auf wechselnden Bedarf im Werk.

Im Audit prüfen wir unter anderem:

• Anzahl, Typ, Leistung und Liefermenge der Kompressoren,
• Steuerungsart: Last/Leerlauf, Leistungsregelung, Frequenzumrichter oder übergeordnete Steuerung,
• Gesamtbetriebsstunden, Laststunden und Leerlaufstunden, sofern die Steuerung diese Daten bereitstellt,
• Leistungs- oder Energieverlauf über die Zeit,
• Austrittsdruck und Regelbereich,
• Zusammenspiel der Kompressoren bei unterschiedlichen Bedarfsniveaus,
• Kühl- und Ansaugbedingungen,
• Möglichkeit zur Nutzung von Abwärme, sofern technisch und wirtschaftlich sinnvoll.

Entscheidend ist die Unterscheidung zwischen der Leistungsfähigkeit eines einzelnen Geräts und der Effizienz des Gesamtsystems. Ein Kompressor kann technisch einwandfrei sein und das System dennoch zu viel Energie verbrauchen – etwa durch ungünstige Steuerung, lange Leerlaufzeiten, hohe Druckverluste oder einen Bedarf, dessen Ursache auf der Verbraucherseite liegt.

2. Aufbereitung und Trocknung

Druckluft durchläuft üblicherweise Abscheider, Filter und Trockner. Jedes dieser Bauteile erfüllt eine bestimmte Qualitätsfunktion, beeinflusst aber zugleich den Strömungswiderstand und die Betriebsbedingungen der gesamten Anlage.

Wir prüfen, ob die eingesetzte Aufbereitung den tatsächlichen Prozessanforderungen entspricht, ob Filter und Trockner übermäßige Druckverluste verursachen und ob ihre Betriebsparameter zu den Anforderungen der Verbraucher passen. Je nach Trocknungstechnologie können auch Regenerationsverfahren, Eigenverbrauch an Druckluft oder Hilfsenergie analysiert werden.

Wir gehen nicht davon aus, dass eine „bessere“ Luftqualität automatisch ein besseres System bedeutet. Die erforderliche Reinheitsklasse sollte sich aus Prozess, Produkt und Geräteanforderungen ergeben; die Aufbereitung sollte diese Parameter ohne unnötige Verluste bereitstellen.

3. Druckluftbehälter

Ein Druckluftbehälter ist nicht nur ein Luftspeicher. Volumen und Einbauort können die Druckstabilität, die Häufigkeit von Zustandswechseln der Kompressoren und die Fähigkeit des Systems beeinflussen, kurzfristige Bedarfsspitzen abzudecken.

Im Audit analysieren wir die Rolle der Behälter im konkreten System: ihre Lage zu Erzeugern und Verbrauchern, die Einbindung in das Netz, das Anlagenverhalten bei sprunghaftem Bedarf sowie die Frage, ob das Problem tatsächlich aus zu geringer Speicherkapazität oder beispielsweise aus begrenzter Rohr- bzw. Armaturenkapazität resultiert.

4. Verteilnetz und Druckverluste

Der Druck am Kompressor entspricht nicht automatisch dem Druck, der an der Maschine anliegt. Verluste können an Filtern, Trocknern, Leitungen, Ventilen, Schnellkupplungen, Druckreglern und lokalen Abzweigen entstehen.

Deshalb beschränkt sich die Netzbewertung nicht auf die Durchmesser der Hauptleitungen. Wir prüfen unter anderem:

• Anordnung von Hauptleitungen, Ringleitungen und Abzweigen,
• Durchmesser und Längen kritischer Leitungsabschnitte,
• Bereiche mit hohem oder stark schwankendem Volumenstrom,
• Armaturen und Anschlüsse, die die Durchflusskapazität begrenzen,
• Druckunterschiede zwischen Druckluftstation und Netzenden,
• Druckverhalten bei Spitzenbedarf,
• stillgelegte oder unnötige Anlagenteile,
• Möglichkeit lokaler Speicherung oder Trennung von Verbrauchern mit unterschiedlichen Anforderungen.

Bei Druckproblemen ist es wichtig, an mehreren Stellen gleichzeitig zu messen. Ein einzelnes Manometer kann in der Druckluftstation einen korrekten Wert anzeigen, während kurzzeitige Druckeinbrüche am Verbraucher unentdeckt bleiben.

5. Endverbraucher

Die letzte Auditstufe ist der Bereich, in dem die Druckluft tatsächlich Arbeit verrichtet. Für ausgewählte Verbraucher bestimmen wir erforderlichen Druck, Volumenstrombedarf, Betriebsdauer und Betriebsweise sowie Qualitätsanforderungen.

Die Analyse kann Zylinder, Druckluftwerkzeuge, Düsen, Abblasanwendungen, Fördersysteme, Ventile, mit Druckluft erzeugte Vakuumsysteme und weitere Prozessanwendungen umfassen.

Gerade auf der Verbraucherseite lässt sich häufig erklären, warum das gesamte Werk einen bestimmten Druck hält oder warum der Bedarf kurzfristig stark ansteigt. Ohne Kenntnis der Endanforderungen lässt sich nicht belastbar entscheiden, ob Quellparameter geändert, das Netz umgebaut, lokal geregelt oder die bestehenden Einstellungen beibehalten werden sollen.

Welche Daten und Messungen können erforderlich sein?

Es gibt keinen einheitlichen Messumfang, der für jede Anlage identisch ist. Der Umfang sollte sich aus der Auditfrage, den verfügbaren Daten und der Betriebsweise des Werks ergeben. Messungen sollen ein repräsentatives Systemprofil abbilden und nicht lediglich möglichst viele Daten sammeln.

Wenn der Volumenstrom aufgezeichnet wird, müssen Einheit und Bezugsbedingungen in der Dokumentation eindeutig angegeben werden. m³ und Nm³ dürfen ohne Angaben zu den jeweiligen Bezugsbedingungen nicht direkt verglichen werden. Ebenso ist zwischen Relativdruck und Absolutdruck zu unterscheiden.

Wie lange sollten Messungen dauern und wie häufig sollten Daten aufgezeichnet werden?

Wir gehen nicht automatisch davon aus, dass jedes Audit genau eine Woche Messungen erfordert. Der Aufzeichnungszeitraum sollte repräsentative Betriebszustände der Anlage umfassen.

In einem Werk mit stabilem, wiederholbarem Betrieb kann ein anderer Zeitraum ausreichen als in einem Unternehmen mit mehreren Schichten, Wochenendproduktion, häufigen Umrüstungen oder großen Unterschieden zwischen Produktionschargen. Sind Stillstände oder der Bedarf außerhalb der Produktion relevant, sollten auch diese Zeiträume erfasst werden.

Vor Beginn der Aufzeichnung legen wir daher fest, welche Betriebsarten in den Daten sichtbar sein müssen. Erst danach wählen wir Messdauer, Aufzeichnungsintervall und Sensorpositionen.

Elektrische Energie und Betriebsprofil der Kompressoren

Die Energiemessung sollte gemeinsam mit dem zeitgleichen Geschehen auf der Druckluftseite analysiert werden. Eine kWh-Zahl allein erklärt nicht, ob zu hoher Bedarf, die Steuerung, Leerlaufbetrieb, Druckverluste oder ein ungünstiges Zusammenspiel mehrerer Kompressoren das Problem verursachen.

In der Praxis ist es besonders aussagekräftig, auf einer gemeinsamen Zeitachse darzustellen:

• elektrische Leistung oder Energie,
• Volumenstrom,
• Druck an ausgewählten Punkten,
• Betriebszustände der einzelnen Kompressoren,
• Informationen zur Produktionsschicht oder zum Prozesszustand.

Erst diese Zusammenführung macht Zusammenhänge sichtbar. Läuft beispielsweise ein Kompressor lange im Leerlauf, bedeutet das nicht automatisch, dass er durch ein drehzahlgeregeltes Gerät ersetzt werden sollte. Zunächst sind Bedarfsprofil, Einstellungen der übrigen Kompressoren, Speichervolumen und Druckverhalten zu prüfen.

Druckmessung – warum reicht der Sollwert am Kompressor nicht aus?

Ein hoher Drucksollwert am Kompressor kann die Folge eines Problems an anderer Stelle der Anlage sein. Ursachen können beispielsweise lokale Engstellen, verschmutzte Aufbereitungskomponenten, eine ungeeignete Netzkonfiguration, ein kurzzeitig stark nachfragender Verbraucher oder Leckagen sein, die den Gesamtvolumenstrom erhöhen.

Eine Empfehlung zur Druckabsenkung sollte daher erst erfolgen, wenn bestätigt ist:

1. welcher Mindestdruck von den Verbrauchern tatsächlich benötigt wird,
2. welche Druckverluste zwischen Quelle und Verbrauchsstellen auftreten,
3. wie sich die Anlage bei Spitzenbedarf verhält,
4. ob eine Änderung des Sollwerts die Prozessstabilität beeinträchtigen würde,
5. welchen Einfluss die Änderung auf Betrieb und Steuerung der Kompressoren hätte.

Im Audit verwenden wir keine pauschale Regel wie „eine Absenkung um einen bestimmten Wert bringt immer einen bestimmten Prozentsatz Einsparung“. Die Wirkung hängt von den konkreten Systemeigenschaften ab und muss anhand von Daten bewertet werden.

Druckluftvolumenstrom

Eine Volumenstrommessung zeigt, wie viel Luft das System in den einzelnen Zeiträumen liefert und wie sich der Bedarf verändert. Sie ist besonders hilfreich bei der Analyse mehrerer Kompressoren, beim Vergleich von Produktionsschichten, bei der Bewertung des Verbrauchs außerhalb der Produktion und bei der Überprüfung ausgewählter Verbraucher.

Der Messpunkt muss passend zum Ziel gewählt werden. Eine Messung an der gemeinsamen Sammelleitung der Druckluftstation liefert andere Informationen als eine Messung an einem Bereichsabzweig oder direkt vor einem Verbraucher. In ausgedehnten Anlagen kann die parallele Überwachung mehrerer Zonen sinnvoll sein.

Volumenstromwerte interpretieren wir immer zusammen mit Druck, Prozesszustand und den Bezugsbedingungen des Messgeräts. Ein Volumenstromwert ohne Produktionskontext kann zu falschen Schlussfolgerungen führen.

Taupunkt und Druckluftqualität

Ein Audit der Systemeffizienz und eine Prüfung der Druckluftqualität sind miteinander verbunden, aber eigenständige Themen. Nicht jede Anlage benötigt im Rahmen jedes Audits einen vollständigen Satz von Reinheitsmessungen.

Wenn die Luftqualität für Produkt oder Prozess relevant ist, kann der Umfang den Drucktaupunkt sowie Messungen von Partikeln und Öl umfassen. ISO 8573-1 klassifiziert die Reinheit von Druckluft unter anderem hinsichtlich Partikeln, Wasser und Öl; die entsprechenden Teile der Normenreihe ISO 8573 beschreiben die Messverfahren für die einzelnen Verunreinigungen.

Aus Auditsicht müssen zwei Fragen zusammen betrachtet werden: Welche Luftqualität benötigt der Verbraucher tatsächlich? und mit welchem energetischen und betrieblichen Aufwand stellt die Anlage diese Qualität bereit? Taupunkt- oder Qualitätsmessungen sollten daher aus den Prozessanforderungen und dem Auditziel abgeleitet werden und nicht routinemäßig in jedem Objekt erfolgen.

Leckageortung versus vollständiges Audit des Druckluftsystems

Die Leckageortung ist ein wichtiger Baustein zur Effizienzverbesserung, beantwortet jedoch nicht alle Fragen zur Betriebsweise der Anlage.

Wenn das Ziel ausschließlich darin besteht, Leckagen zu finden und zu dokumentieren, ist die passende Dienstleistung die Druckluft-Leckageortung. Geht es dagegen um Energieverbrauch, Steuerung, Druckstabilität, Netzkapazität, Luftqualität oder das Verhalten der Verbraucher, ersetzt die Leckageortung kein vollständiges Audit.

Sind Frequenzumrichter, Druckabsenkung oder Kompressortausch die Lösung?

Sie können es sein – aber nur, wenn die Daten dies bestätigen.

Ein drehzahlgeregelter Kompressor kann in einer bestimmten Rolle im System gut auf wechselnden Bedarf reagieren, ist aber nicht automatisch die beste Lösung für jede Druckluftstation. Ebenso kann eine übergeordnete Steuerung das Zusammenspiel mehrerer Kompressoren verbessern, wenn die Sequenzierung das Problem ist; eine Durchflussbegrenzung am Hallenende beseitigt sie jedoch nicht.

Eine Druckabsenkung kann den Energiebedarf verringern, allerdings nur in einem Bereich, in dem die Verbraucher weiterhin korrekt arbeiten. Wenn hoher Druck in der Druckluftstation einen großen Druckverlust an einem Filter, einer Engstelle oder einem zu kleinen Anschluss kompensiert, kann die Beseitigung dieser Begrenzung der erste Schritt sein – nicht die Änderung des Sollwerts.

Ein Kompressortausch ist sinnvoll, wenn die Analyse zeigt, dass das vorhandene Gerät nicht zum Bedarf passt, verschlissen ist oder das tatsächliche Betriebsprofil nicht effizient abdecken kann. In anderen Fällen können eine Korrektur der Steuerung, Leckagereparaturen, der Umbau eines Netzabschnitts, eine geänderte Nutzung von Druckluft oder eine bessere Speicherung größere Wirkung erzielen.

Eine Empfehlung ist das Ergebnis des Audits und nicht dessen Ausgangsannahme.

Wie entstehen Empfehlungen nach dem Audit?

Jede Maßnahme sollte mit einem erkannten Problem und den Daten verknüpft sein, die dieses Problem bestätigen. Deshalb trennen wir im Bericht Beobachtung und Empfehlung.

Beispiel: Treten in einem Produktionsbereich kurzzeitige Druckeinbrüche auf, gehen wir nicht sofort davon aus, dass der Druck im gesamten Werk erhöht werden muss. Wir prüfen den Druckverlauf in der Druckluftstation und am Verbraucher, das Volumenstromprofil, den Zustand der Armaturen, den Anschlussdurchmesser und den Zeitpunkt der Spitze. Erst dann lässt sich bewerten, ob eine Netzänderung, ein lokaler Druckluftbehälter, eine veränderte Verbrauchssequenz, eine Regelung oder ein Eingriff an der Quelle die richtige Lösung ist.

Typische Maßnahmengruppen, die analysiert werden können, sind:

• Anpassung der Kompressorsequenz und der Steuerungssollwerte,
• Reduzierung des Leerlaufbetriebs,
• Anpassung der Quellenkonfiguration an das tatsächliche Bedarfsprofil,
• Beseitigung von Leckagen,
• Reduzierung unnötiger oder ineffizienter Druckluftanwendungen,
• Reduzierung von Druckverlusten in Aufbereitung, Rohrleitungen und Armaturen,
• Trennung von Verbrauchern mit unterschiedlichen Druckanforderungen,
• lokale Regelung oder Speicherung bei Spitzenlastverbrauchern,
• Änderung des Trocknungs- oder Filtrationsverfahrens, wenn das bestehende System nicht zu den Anforderungen passt,
• Modernisierung oder Austausch eines Kompressors, wenn Betriebsprofil und Systemzustand dies begründen,
• Einsatz übergeordneter Steuerung oder Drehzahlregelung, wenn dies zur Bedarfscharakteristik passt,
• Wärmerückgewinnung aus Kompressoren, wenn ein nutzbarer Wärmeabnehmer und geeignete Betriebsbedingungen vorhanden sind,
• kontinuierliches Energiemonitoring und Energiemanagement in Anlagen, bei denen die laufende Überwachung der Parameter sinnvoll ist.

Nicht jede Anlage benötigt jede dieser Maßnahmen. Ein Teil des Audits besteht gerade darin, Reihenfolge und Notwendigkeit der Eingriffe festzulegen.

Was enthält der Auditbericht?

Der Berichtsumfang hängt vom vereinbarten Messumfang ab, sollte aber den Weg von den Daten zu einer technischen Entscheidung ermöglichen. Der Bericht kann enthalten:

• Beschreibung der Anlagenkonfiguration und Auditgrenzen,
• Übersicht über Kompressoren, Trockner, Filter, Druckluftbehälter und wesentliche Netzelemente,
• Beschreibung des Betriebsprofils des Werks und der Messbedingungen,
• Diagramme zu Energie, Leistung, Volumenstrom und Druck, sofern diese Parameter aufgezeichnet wurden,
• Analyse der Betriebszustände der Kompressoren und ihres Zusammenspiels,
• Darstellung wesentlicher Druckverluste und Kapazitätsengpässe,
• Ergebnisse von Taupunkt- oder Luftqualitätsmessungen, sofern sie Bestandteil des Umfangs waren,
• Ergebnisse der Leckageortung, sofern diese Bestandteil des Audits war,
• Bewertung ausgewählter Endverbraucher,
• Liste erkannter Probleme mit zugehörigen Messnachweisen,
• Varianten von Korrektur- und Modernisierungsmaßnahmen,
• Umsetzungsprioritäten und Abhängigkeiten zwischen den Maßnahmen,
• Abschätzung der energetischen und wirtschaftlichen Wirkung, soweit Datenqualität, Bezugsbedingungen und angewandte Methodik dies zulassen,
• Annahmen, Einschränkungen und Hinweis auf Daten, die nach Umsetzung der Änderungen weiter überwacht werden sollten.

Der Bericht sollte sich nicht auf eine Einkaufsliste von Geräten beschränken. Sein Wert liegt darin zu zeigen, warum eine bestimmte Änderung empfohlen wird und welche Voraussetzungen erfüllt sein müssen, damit die erwartete Wirkung erreicht werden kann.

Wann lohnt sich ein vollständiges Audit?

Ein vollständiges Audit ist besonders sinnvoll, wenn:

• der Energieverbrauch der Druckluftstation hoch ist oder steigt, die Ursache aber unklar ist,
• mehrere Kompressoren in der Anlage arbeiten und unklar ist, ob ihre Steuerung richtig koordiniert ist,
• an Verbrauchern Druckabfälle oder Druckschwankungen auftreten,
• das Werk eine Produktionsausweitung plant und die Systemreserve überprüft werden muss,
• die Frage nach einem Kompressortausch, dem Kauf eines drehzahlgeregelten Geräts oder einer Änderung der Steuerung besteht,
• unklar ist, ob Trocknung und Filtration die Prozessanforderungen erfüllen,
• die Anlage mehrfach erweitert wurde und ein aktuelles Bild von Volumenströmen und Engpässen fehlt,
• Leckagen bereits behoben wurden, der Energieverbrauch aber weiterhin zu hoch ist,
• vor einer Modernisierung Basisparameter festgelegt und ein Verfahren zur späteren Erfolgskontrolle bestimmt werden müssen.

Wenn das Problem bekannt ist und sich auf die Lokalisierung von Leckagen beschränkt, kann ein vollständiges Audit unnötig sein. In diesem Fall ist eine eigenständige Leckageortung die bessere Wahl.

Normen und Bewertungsmethodik

Für die Bewertung eines Druckluftsystems kann ISO 11011 als Referenz dienen. Sie beschreibt Anforderungen an die energetische Bewertung des Gesamtsystems, die Datenanalyse und die Berichterstattung.

Wenn die Reinheit der Druckluft Gegenstand der Prüfung ist, definiert ISO 8573-1 Reinheitsklassen für Partikel, Wasser und Öl; weitere Teile der Reihe beschreiben die entsprechenden Messverfahren. Der Umfang solcher Prüfungen sollte sich aus den Prozessanforderungen ergeben.

ISO 50001 ist dagegen eine Norm für Energiemanagementsysteme und technologieneutral. Sie schreibt keine konkrete Lösung für die Druckluftstation vor und ist keine Grundlage für die automatische Auswahl von Frequenzumrichter, Druckniveau oder Kompressortyp.

Wie bereitet man sich auf das Audit vor?

Zu Beginn reichen grundlegende Informationen über die Anlage und das zu untersuchende Problem aus. Falls vorhanden, sind folgende Angaben hilfreich:

• Liste der Kompressoren mit grundlegenden Parametern und Steuerung,
• Informationen zu Trocknern, Filtern und Druckluftbehältern,
• Anlagenschema oder aktueller Werksplan,
• Produktions- und Schichtplan,
• Daten aus Energiezählern oder Kompressorsteuerungen,
• Informationen zu typischen und maximalen Druckwerten,
• Liste der Verbraucher mit besonders hohem oder kritischem Bedarf,
• Anforderungen an Drucktaupunkt und Druckluftqualität,
• Historie von Problemen, Störungen und früheren Modernisierungen.

Unvollständige Dokumentation schließt ein Audit nicht aus. Ein Teil der Daten kann bei der Vor-Ort-Begehung und durch Messungen erhoben werden. Wichtig ist jedoch, vor Beginn der Aufzeichnung Systemgrenzen, einen repräsentativen Betriebszeitraum und die Fragen festzulegen, die das Audit beantworten soll.

Lassen Sie uns den Umfang des Druckluftsystem-Audits festlegen

Wir passen den Umfang an die Größe der Anlage, die Anzahl der Kompressoren, die Betriebsweise des Werks, die verfügbaren Daten und das Analyseziel an. Möglich ist die Diagnose eines konkreten Problems ebenso wie eine umfassende Bewertung von Erzeugung, Aufbereitung, Verteilung und Nutzung der Druckluft.

Kontaktieren Sie Energy Trend, um die Anlage zu beschreiben und festzulegen, welche Daten und Messungen für die Vorbereitung des Audits benötigt werden.