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6 | 2013

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TITELTHEMA Richtiger

TITELTHEMA Richtiger Druckdurch kompetente Wartung Jede biologisch arbeitende Kläranlage benötigt für die Sauerstoff-Versorgung des Belebungsbeckens eine Druckluft-Station. Diese arbeitet aber nur dann mit höchstmöglicher Energie-Effizienz, wenn ein erhöhter Anlagendruck durch das nachgeordnete System, überhöhte Ansaugtemperaturen durch unzureichende Be- und Entlüftung und/oder erhöhte Betriebsstunden durch unzureichende Wartung ausgeschlossen sind. Die folgenden Praxis- Beispiele aus dem Bereich biologisch arbeitender Kläranlagen zeigen, dass diese Kriterien die Energie-Effizienz eines Gebläses negativ beeinflussen und zu erheblichen Energie-Mehrkosten führen können. Norbert Barlmeyer Berechnet wurden die jährlichen Mehrkosten jeweils für ein mittelgroßes Gebläse. Da Druckluft-Stationen in Kläranlagen aber aus bis zuvier und mehr Einzelanlagen bestehen können, summiert sich der Energie-Mehraufwand schnell zu mehreren tausend Euro proJahr. Beispiel 1: Erhöhter Anlagendruck verursacht durch das nachgeschaltete System Jedes Gebläse wird vor der Auslieferung auf einen vordefinierten Druck eingestellt. Die auf diesen Druck verdichtete Luft wird dann zumeist über eine Ringleitung mit mehreren Stichleitungen zu denimBeckenverlegten Ausströmern geführt. Voraussetzung für einen optimalen Betrieb sind unter anderem korrekt angesteuerte Blendenregulierschieber am Eintritt in das Becken. Falsch eingestellte Schieber führen schnellzueinem erhöhten Druck im Zuleitungsnetz, sodass die Verdichter dann gegen einen höheren Druck arbeiten müssen, wodurch die Energiekosten sofort steigen. Aber noch ein zweites Argument ist wichtig: Die Blendenregulierschieber werden über eine Druckkonstanthaltung angesteuert, sodass die Zuleitungen automatisch geschlossen werden, sobald der geforderte Sauerstoffgehalt im Becken erreicht ist. Die oftmals frequenzgeregelten Gebläse werden nach dem Schließen des Schiebers zeitverzögert heruntergefahren. Beieinerzulange eingestelltenVerzögerungszeit laufen die Gebläse dann zunächstweiterinVolllast gegendie geschlossenen oder teilweise geschlossenenSchieber mit derFolge, dass dieLuft über die Druckventile entweicht. Das führtnicht nur zu Luftverlusten, im Extremfallkann einerhöhter Gegendruck sogar zur Beschädigung und zur Zerstörung derDruckventile und derGebläsestufen führen. Der Gegendruck kann aber auch steigen, wenn die Ausströmer (etwa Zuleitungsschläuche/Plattenbelüfter) im Becken durch chemische Bestandteile im Abwasser gealtert sind. Oder wenn sich die Rohrleitungen und/oder Ausströmer 12 UmweltMagazin Juni 2013

Normvolumenstrom Druckerhöhung Ansaugvolumenstrom Klemmleistung bei 500 mbar Klemmleistung bei 550 mbar Klemmleistungsdifferenz Strommehrkosten *) im Lauf derZeitzugesetzt haben,weildie Druckschalldämpfer der Druckluft-Erzeuger mit Adsorptionsmaterial ausgekleidet sind, das sich mit der Zeit löst und dannüber das Netz in das System eingetragenwird. Bei Aerzener Drehkolbengebläsen ab Baujahr1995 undbei denDrehkolbenverdichtern der neuen Baureihe Delta Hybrid besteht diese Gefahr jedoch nicht, weil bei diesen Anlagen der Grundträger als Pulsationsschalldämpfer ausgebildet ist und die Geräuschreduzierung durch Luftumlenkungen und nicht durch Adsorptionsmaterialerreichtwird. Wenn derSauerstoffnicht mitDrehkolbengebläsen und/oder Drehkolbenverdichtern, sondern mit Turboverdichtern erzeugt wird,besteht bei Überdrücken im Netz zusätzlichdie Gefahr,dass dieTurboverdichter ander Pumpgrenze gefahren werden. Dann können starke Vibrationen, Druckstößeund Temperaturanstieg sehrschnell erhebliche Folgeschädenverursachen. Außerdem sinkt bei Turboverdichtern die Energie-Effizienz bei einem Druckanstieg deutlich stärker. Demgegenüber verursacht eine Druckerhöhung bei zwangsförderndenVerdichtern wie Drehkolbengebläsen oder denneuen Drehkolbenverdichtern der Baureihe Delta Hybrid nur höhere Energiekosten, so lange das maschinentechnisch vorgegebene Limitnicht überschrittenwird. Einpraktisches Rechenbeispielsoll zeigen,welcheStrommehrkosten entstehen, wenn derDruck bei einemauf 500Millibar (mbar) ausgelegten Drehkolbengebläsedurch dieoben geschildertenEntwicklungen um nur 50 mbar auf550 bar steigt. Als Verdichter wurde ein Drehkolbengebläse des Typs GM 30 Lgewählt. Durch die Erhöhung der Klemmleistung von37,26 Kilowatt (kW; bei 500mbar)auf 40,47mbar (bei 550 mbar)entstehenbei einerLaufzeitvon 5000 Betriebsstunden pro Jahr und einem Strompreis von 0,18 Drehkolbengebläse GM 30 L 1 669 Nm³/h von 500 auf 550 mbar 1 844 m³/h 37,26 kW 40,47 kW 3,21 kW 2 889 Euro/a Tabelle 1: Strommehrkosten bei Druckerhöhung eines auf 500 mbar ausgelegten Drehkolbengebläse um 50 mbar *) bei 5000 Bh/a und 0,18 Eurocent/kWh; der Einfluss des Frequenzumrichters ist in den Werten der Motor-Klemmenleistung nicht berücksichtigt; Bautoleranzen: Ansaugvolumenstrom und Kupplungsleistung jeweils +/- 5Prozent. Eurocent/kWh beachtliche Energie- Mehrkosten vonfast2900Europro Jahr und Verdichter(sieheTabelle 1). Beispiel 2: Überhöhte Temperatur der angesaugten Luft Da die Luft für Verdichtung und Kühlung eines Gebläses inbiologisch arbeitenden Kläranlagen in vielen Fällen aus demAufstellungsraum entnommenund nicht über Zuluftkanäleden Verdichtern direkt von außerhalb des Raumes zugeführtwird, beeinflusst dieRaumtemperatur sehrwesentlichdie Energie-Bilanz der Anlage. Eine erhöhte Raumtemperatur entsteht, wenn: 7 die Be- und Entlüftungsöffnungen falschpositioniertund/oder zu kleinsind Normvolumenstrom Arbeitsdruck Ansaugvolumenstrom Klemmleistung bei einer Raumtemperatur von 10 °C Klemmleistung bei einer Raumtemperatur von 30 °C Klemmleistungsdifferenz Strommehrkosten durch erhöhte Raumtemperatur*) zu verdichtenden Luft. Sie führtauchzu einer erhöhten Druckluft-Temperatur und damit zu einemverringertenSauerstoffgehalt der Druckluft, zu einem schlechteren Befüllungsgrad und zu einer schlechteren Kühlung der Verdichter. Alle Kriterien haben nur eine einzige Konsequenz: Der Verdichter muss längerarbeiten, um die benötigte Sauerstoffmenge zu fördern. Dasführtzwangsläufig zu steigenden Energiekosten. Als Faustformel gilt: Ein Anstieg der Ansaugtemperatur um 3°C bewirkt einen Energie-Mehraufwand von gut 1Prozent. Im folgenden Rechenbeispiel bleibt der Druck des Gebläses mit 500 mbar konstant, es verändert sichlediglichdie Raumtemperatur. Die Berechnung basiert wieder auf dem Aerzener Drehkolbengebläse GM 30 L mit einem Normvolumenstrom von 1669 Normkubikmeter pro Stunde(Nm³/h). Tabelle 2zeigt, dass die Leistung durch den Anstieg der Raumtemperatur von10auf 30 °C und der daraus resultierendenhöheren Luftmenge (gleiche Sauerstoffmenge) um3,78 kW steigt. Daraus folgt:Bei einerjährlichen Gesamtlaufzeit von 5000 Bh/a und einem Strompreis von 0,18 Eurocent/ kWh –ausschließlich verursacht durch den Anstieg der Raumtemperatur von Drehkolbengebläse GM 30 L 1 669 Nm³/h 500 mbar 1 767 m³/h / 1 934 m³/h 35,52 kW 39,30 kW 3,78 kW 3402 Euro/a Tabelle 2: Steigende Leistung bei einem Anstieg der Raumtemperatur von 10 auf 30 °C *) bei 5000 Bh/a und 0,18 Eurocent/kWh; der Einfluss des Frequenzumrichters ist in den Werten der Motor-Klemmenleistung nicht berücksichtigt; Bautoleranzen: Ansaugvolumenstrom und Kupplungsleistung jeweils +/- 5Prozent. (für eine intensive Durchlüftung sollte dieZuluft-Öffnung unten, dieAbluft-Öffnung an der gegenüberliegenden Seite oben liegen), 7 die Luftführung nicht durch thermostatgesteuerte Ventilatoren unterstützt wird oder wenn deren Leistung nicht ausreicht, 7 das Dach des Kompressorenraums nur unzureichend gegen intensive Sonneneinstrahlung gedämmtist oder 7 die Druckluft-Leitungen innerhalb der Station nicht oder nur unzureichendisoliertsind. Mit der Erhöhung der Raumtemperatur steigt nicht nur die Temperatur der 10 auf 30 °C –entstehen Energie-Mehrkosten von3402Europro Jahr und Gebläse. Beispiel 3: Unzureichende Wartung Nachteilig auf die Energiebilanz eines Drehkolbengebläses kann sich aber auch eine nicht den Vorgaben des Herstellers entsprechende Wartung auswirken. Ein klassisches Beispiel ist das defekte Druckventil. Wenn ein Gebläse etwa für einen Höchstdruck von 500mbarbestellt wird, wirddas Druckventil auf einen um50mbar erhöhten Druck, diesem Fall auf 550 mbar,einge- UmweltMagazin Juni 2013 13

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