Druckluft nach Bedarf – Frequenzregelung

Der Druckluftbedarf schwankt in den meisten Betrieben mehr oder weniger stark, je nach Tageszeit, Wochentag oder Zeitraum innerhalb eines Produktionszyklus. Herkömmliche Kompressoren können diesen Bedarfsschwankungen nicht exakt folgen und wechseln deshalb ständig zwischen Last- und Leerlaufbetrieb. Mit der Folge, dass sie in den Leerlaufphasen Energie verbrauchen, ohne Druckluft zu erzeugen. Das aber ist unwirtschaftlich und nicht besonders umweltfreundlich.

Eine optimal konfigurierte Druckluftanlage kann leicht zur Halbierung der Energiekosten beitragen. Effiziente Drucklufterzeugung bedient sich deshalb zunehmend der elektronischen Drehzahlregulierung. Wirtschaftliche Drucklufterzeugung, effiziente Frequenzregelung und effektive Drucklufttrocknung bieten unsere IVR- Kompressoren von 7.5kW bis 160kW Antriebsleistung.

Mit frequenzgeregelten Maschinen sind Druckluftanlagen rund um die Uhr auf wechselnde Anforderungen eingestellt. Ein Kompressor mit Frequenzregelung ist immer dann ideal, wenn der aktuelle Bedarf über die Abdeckung der Grundlast hinausgeht. Leistungsfähige elektronische Steuerungen verbinden geregelte und ungeregelte Kompressoren zu einer bedarfsabhängig arbeitenden Gesamtstation.

Stufenlos einstellbar

Die Frequenzregelung ermöglicht eine sehr breite Liefermengenregelung von 25 bis 100 %. Die Anpassung an den Druckluftbedarf erfolgt durch stufenlose Drehzahländerung des Antriebsmotors, der durch einen Frequenzumrichter angesteuert wird. Gleichzeitig wird dadurch die Drehzahl der Verdichterstufe verändert. Der Frequenzumrichter ermöglicht weiche Starts und Stopps des Antriebmotors. Die Anlaufströme liegen ohne Stromspitzen beim Einschalten im Bereich der Nennströme. Gerade bei größeren Antriebsleistungen ist dies ein Vorteil in der Energiebereitstellung. Sinkt die Liefermenge unter 25 %, arbeitet der Kompressor unwirtschaftlich. Je nach Schaltzyklus schaltet der Kompressor dann aus oder arbeitet im Leerlaufbetrieb weiter. Da ein Schraubenkompressor meist nicht sofort abschaltet, sondern erst für einige Zeit in den Leerlauf geht, wird genau dann unnötig Energie verbraucht. Durch die variable Anpassung der Liefermenge werden Schaltvorgänge und Leerlaufbetrieb aber weitgehend vermieden, so dass der Schraubenkompressor tatsächlich in dem für ihn günstigen Durchlaufbetrieb arbeiten kann.

Idealer Einsatzbereich

Die Leistungsaufnahme eines frequenzgeregelten Kompressors ist – bedingt durch die Verluste des Frequenzumrichters – bei Volllast etwa 3 bis 5 % höher, als die eines ungeregelten Kompressors. Demgegenüber hat die Frequenzregelung jedoch den unbedingten Vorteil, dass bei einer Regelung der Liefermenge durch die Drehzahl des Motors und damit der Drehzahl der Verdichterstufe, die Leistungsaufnahme gleichzeitig nahezu proportional abnimmt. Die Vorteile der Frequenzregelung liegen daher bei der Regelung in kleineren Liefermengenbereichen, wo etwa eine Proportionalregelung (stufenlose Leistungsregelung) über den Ansaugregler unwirtschaftlich arbeitet. Anhand des Vergleichs der beiden Regelkennlinien in der Abbildung erkennt man, dass bei durchschnittlichen

Liefermengen von 100 bis circa 85 % die stufenlose Leistungsregelung über den Ansaugregler Vorteile hat und darunter die Frequenzregelung weit wirtschaftlicher arbeitet. Daraus ergibt sich der ideale Einsatzbereich für die Frequenzregelung bei stark schwankendem Druckluftbedarf bis in kleine Liefermengenbereiche. Durch den sehr breiten Regelbereich bei der Frequenzregelung ist es auch bei kleinem Druckluftbedarf möglich, die Liefermenge diesem Bedarf anzupassen.

Für Spitzenlasten

Durch die Liefermengenanpassung kann der reale Druckluftnetzdruck im Idealfall bis auf 0,1 bar konstant auf dem benötigten Netzdruck gehalten werden. Die bei ungeregelten Kompressoren durch die Differenz zwischen Ein- und Ausschaltdruck vorgegebene Überverdichtung wird so vermieden. Das spart pro bar Höherverdichtung zwischen 6 und 10 % Energie ein. Durch die sehr breite, kontinuierliche Volumenstromregelung ist die Frequenzregelung sehr gut geeignet als Einzelkompressor sowie als Spitzenlastkompressor im Kompressoren Verbund. Bei der Produktion sehr großer Mengen an Druckluft, insbesondere auch ölfreier Druckluft, geht die Rechnung immer dann gut auf, wenn z.B. Turbokompressoren für die Grundlast und regelbare Schraubenkompressoren für die Spitzenlast miteinander in einer Gesamtlösung kombiniert werden.

Einsparungen und Vorteile von Schraubenkompressoren mit Frequenzregelung

  • weiche Starts und Stopps in Sekundenschnelle
  • kontinuierliche Volumenstromregelung von 25 bis 100 %
  • flexible Anpassung der Druckluftliefermenge
  • Verschleiß- und Wartungskostenminimierung
  • keine Anlaufstromspitzen
  • keine unnötige Höherverdichtung
  • konstanter Netzdruck +/-0,1 bar
  • praktisch fast kein Leerlaufbetrieb