Reduktion von Leckagen

Die Stromkosten sind ein wichtiger Aspekt der Druckluftnutzung, da sie über einen Zeitraum von fünf Jahren einen Anteil von weit über 70 % der Kosten einer optimierten Druckluftstation ausmachen können. Nach Schätzungen liegt der Energiebedarf bei einem Nenndurchfluss und einem typischen Druck von 7 bar zwischen 85 und 130 Wh/Nm³ Druckluft bei einer korrekt dimensionierten und gut geführten Anlage. Dies entspricht in der Regel etwa 1 bis 3 Eurocents pro Nm³ Druckluft, je nach Systemleistung und Strompreisen.

Luftleckagen sind ständige Verbraucher von Druckluft, auch außerhalb von Arbeitszeiten und in den Abendstunden. Schon kleine Leckagen können zu erheblichen Verbäuchen an elektrischer Energie und damit zu erheblichen Energiekosten führen. Sie zu beseitigen ist oft relativ einfach und eine regelmäßige Kontrolle der Leckagen ist daher eine gute Strategie, um die Stromkosten und CO₂-Emissionen aus der Stromerzeugung zu reduzieren.

Eine in der Regel leicht umzusetzende und kostengünstige Maßnahme für den Normalbetrieb ist die Reduzierung von Luftleckagen. Diese sind als wesentliche Quelle für Energieverluste in Druckluftsystemen identifiziert worden. Sie entstehen durch schlecht ausgeführte Installationsarbeiten, verschlissene Geräte oder mangelnde Sensibilität des Benutzers, z. B. durch halb geschlossene Luftventile. Eine besondere Herausforderung bei Luftlecks ist, dass sie in einem unter Druck stehenden Druckluftsystem immer vorhanden sind, auch am Wochenende, wenn niemand arbeitet. So kann die Vermeidung von Leckagen zu einer durchschnittlichen Reduzierung des Strombedarfs für die Druckluftversorgung zwischen 10 und 20 % des gesamten Energiebedarfs eines Druckluftsystems führen.

Auftreten und Erkennung von Luftleckagen

Luftleckagen können in allen Teilen eines Druckluftsystems auftreten, vom Luftkompressor bis zum Endverbraucher, einschließlich:

• Kupplungen, Fittings und Ventile
• Rohrverbindungen, Abtrennungen
• Druckregler und Kondensat-Abscheider 
• Werkzeuge und pneumatische Geräte.

Zielgröße

Als vernünftige Zielgröße sollte ein Gesamtleckage-Anteil von 10 % und weniger angestrebt werden. Eine weitere Reduktion der Leckagen unter diesen Anteil ist in den meisten Fällen nur mit einem sehr hohen Aufwand zu erzielen und deshalb meist nicht wirtschaftlich.

Auffinden von Leckagen

Die beste Methode, Leckagen aufzuspüren, ist mittels eines Ultraschall-Detektors. Er registriert die Schallwellen, welche durch eine Leckage verursacht werden. Der Vorteil ist, dass mittels des Detektors auch während des Betriebes Leckagen gefunden werden können. Bei Produktionsstillstand oder während Nachtschichten ist es möglich, mit bloßem Gehör bereits große Leckagen zu orten. Eine weitere Möglichkeit auf Dichtheit zu prüfen ist mittels Seifenwassers, welches auf Kupplungen, Verbindungen oder Dichtungen gegeben wird. Wenn sich Blasen bilden, kann man von einer undichten Stelle ausgehen. Insbesondere flexible Elemente und Anschlussstücke neigen zu Leckagen:

• Kupplungen: billige Schnellverschlusskupplungen aus Messing weisen hohen Leckagen Anteil auf
• Schläuche oder Dichtungen: PVC-Schläuche härten aus, Hanfdichtungen trocknen häufig aus bei Umstellung auf ölfreie Lust bzw. bei Installation neuer Trockner oder werden porös.
• Pneumatischen Schaltkomponenten: Lose und undichte Stecknippel, beschädigte Ölabscheider, Undichte Verteiler
• Zylinder: Verschlissene Zylinderabdichtungen oder Anschlüsse, Undichtheiten innerhalb der Komponenten

Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, Luftleckagen sofort zu erkennen bzw. zu reduzieren:

• Vor allem größere Leckagen verursachen ein vernehmbares Geräusch und/oder können sogar in der Nähe gefühlt werden.
• Die Verwendung von Seifenwasser, das mit einem Pinsel auf verdächtige Stellen aufgetragen wird, kann ein einfaches Mittel sein, um Leckagen zu identifizieren.
• Leckagen führen zu Ultraschallaussendungen. Der Markt bietet akustische Detektoren an, die solche Emissionen auch bei kleineren Leckagen lokalisieren können.
• Leckagen können auch mit bestimmten Gasen erkannt werden.

Beseitigung von Leckagen

Anschließend werden die Leckagen beseitigt durch:

• Nachziehen von Schneidringverschraubungen,
• Erneuern von Gewindeabdichtungen (Teflonband oder flüssige Gewindedichtmittel)
• Austausch von Ventilen, Zylindern, Kupplungen und Dichtringen
• Beschaffung von verlustarmen Kupplungen

Jeder Betrieb sollte eine zumindest jährliche Leckageortung selbst durchführen oder einen Fachbetrieb damit beauftragen. Darüber hinaus sind zeitliche und finanzielle Ressourcen für die Leckagen Beseitigung bereitzustellen, um die bei der Ortung festgestellten Leckagen auch wirklich beheben zu können. 

Eine weitere Strategie zum Umgang mit Leckagen ist die Abtrennung von Teilen des Druckluftnetzes, während die Produktion nicht läuft, z. B. durch automatisierte Ventile oder durch Hinzufügen von manuellen Schaltern, z. B. für Stillstandszeiten am Wochenende. Dies kann auch eine Strategie sein, wenn Leckagen schwer zu lokalisieren oder zu beheben sind.

Energieeffiziente Druckluftoptimierung im Kfz-Betrieb (Deutschland, 2021)

• Ausgangssituation: Die Druckluftversorgung soll optimiert werden. Da noch nicht absehbar ist, wie sich der Betrieb zukünftig aufstellt (evtl. zusätzliche Lackierung) soll nicht das Gesamtsystem erneuert werden, sondern aktuell nur die Verluste minimiert werden. Dazu wurde der Druckluftverlust gemessen. Auf Basis dessen wurde eine Berechnung erstellt und Maßnahmen definiert, um die Verluste zu minimieren, ohne jedoch in das Gesamtsystem mit Leitungsführung und Erzeugung (Kompressor) einzugreifen. Strömungsgeräusche sind nur an einer Stelle außerhalb des Werkstattbetriebes zu hören – alle weiteren Leckagen sind ohne Messtechnik nicht hörbar. Das Druckluftsystem wird nur an etwa 250 Tagen/Jahr für 8 Stunden sowie an 48 Samstagen für rund 4 Stunden betrieben (rechnerisch = 274 Tage mit 8 Stunden) = 2.192 Betriebsstunden (Verlustzeiten sind somit bereits optimiert).
• Beschreibung der Maßnahmen
  • Tausch von 17 Messing-Druckluftkupplungen gegen Stahlsicherheitskupplungen,
  • Erneuerung Druckluftanschluss an die Hebebühne,
  • Neuinstallation zusätzliche Wanddose mit Kugelhahn (Luftweiche).
• Nebeneffekte der Maßnahme: Erhöhung der Arbeitssicherheit, Sensibilisierung der Mitarbeiter
• Investitionskosten: etwa 2.000 EUR (Material 1.100 EUR + Montage 900 EUR)
• Amortisationszeit: 6 Jahre (ohne Energiepreissteigerung)
• Energieeinsparung: 1.368 kWh
• Kosteneinsparung: 330 EUR (= 0,24 EUR/kWh)
• CO₂-Einsparung: 584 kg / Jahr