Routinemäßige Überprü- fung des Wirkungsgrades

Anlagenmessung als Grundlage zur Energiekostensenkung

Johannes KAPPEL, Dipl.-Ing. Dr. techn., Jahrgang1957, Studium der Verfahrenstechnik (Chemieanlagenbau) an der Technischen Univer- sität Graz, 1980 bis 1982 DissertationamInstitut für Verfahrenstechnik an der TUGraz über industrielle f".bsorptionswärmepumpen, seit 1982 Mitarbeiter der Firma ASTRO GmbH in Graz mit Aufgaben- schwerpunkt auf den Gebieten: Energiemessungen, Energieconsul- ting, Planung und Projektierung von energietechnischen Anlagen für Industrie- und Gcvverbebetriebe sowie Hochbauten.

In einer Vielzahl von Betrieben wurden seit der Energiekrise verstärkt Energie- sparprojekte durchgeführt. Aufgrund der Erfahrung des Autors kann bei solchen Projekten nur nach Durchführung einer Anlagenmessung eine optimale Rendite erzielt werden, und zwar durch:

- Optimierung der bestehenden Anlagen - Beseitigung von Mängeln

- Optimierung des Kosten-Nutzen-Verhältnisses bei Neu- oder Umbauten von Anlagen

- Nachweis der Einsparungen durch eine Abnahmemessung

Durch eine Reihe von Beispielen sollen diese Punkte untermauert werden.

gen die Klappen defekt waren und der Ven- tilator daher das Rauchgas im Kreis förder- te. Dies bewirkte, daß die beiden Wärme- rückgewinnungsanlagen praktisch wir- kungslos waren und das Rauchgas nicht aus den Schmelzwannen abgesaugt wur- de. So konnte auch erklärt werden, warum

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Abb.1:Heizungsschema und Energiefluß eines. Slahlbaubelriebes

gen, wie in Abbildung 1 dargestellt, die An- lage 4 nicht genügend mit Wärme versorgt werden.

Daraufhin wurde der Brenner des Kessels gegen einen größeren ausgetauscht. Au- ßer höheren Abgasverlusten wurde aber kein Effekt erzielt und man entschloß sich daher zu einer Messung. Diese ergab, daß die Heißwasserpumpe falsch dimensioniert war und nur 60% der vom Kessel geliefer- ten Energie abführen konnte. Außerdem hatte die Anlage 1 - ein Lufterhitzer - einen defekten Regler und übernahm dadurch 21 statt 6%der Heizleistung. In diesen beiden Schwachstellen lagen die Ursachen für die fehlende Kapazität an der Anlage 4.

Nach durchgeführter Messung konnte man den defekten Regler austauschen, die Pumpe um 15%in der Förderleistung ver- stärken und die Heizleistung des Kessels wieder durch den Einbau des ursprüngli- chen Brenners zurücknehmen. Damit wur- den mit sehr geringen Kosten nicht nur die geplante Versorgung der einzelnen Anla- gen erreicht, sondern auch der Energiever- brauch wesentlich gesenkt.

Routinemäßige Überprü- fung des Wirkungsgrades

Beispiel 2: Wärmerückgewinnung bei Metallschmelzöfen

Bei vier Metallschmelzöfen waren Wärme- rückgewinnungsanlagen mit der in Abb. 2 dargestellten Schaltung installiert: Die Rauchgase konnten entweder direkt oder über ein Wärmerückgewinnungsregister und einen Ventilator in den Kamin geleitet werden.

Bei der Messung, durch die die Wirkungs- weise der vier Anlagen überprüft werden sollte, stellte sieh heraus, daß bei zwei Anla-

Einleitung

Es ist eine Erfahrungstatsache, daß sich eine schlecht funktionierende energietech- nische Anlage (Klimaanlagen, Dampfkes- sel, Produktionsanlagen usw.) optisch meist gar nicht von jenen mit gutem Wir- kungsgrad unterscheidet, ja oft sind sogar die Energieverbräuche von zwei gleichen Anlagen (Bauart, Baujahr und Hersteller gleich) gänzlich unterschiedlich. Es können daher nur durch eine Anlagenmessung der Ist-Zustand aufgenommen und Informatio- nen für Verbesserungsmöglichkeiten ge- wonnen werden.

Solche Messungen sind empfehlenswert:

- beim Auftreten von Problemen - zur routinemäßigen Überprüfung des

Wirkungsgrades

- zur Optimierung der Fahrweise von be- stehenden Anlagen

- zum Vergleich des Wirkungsgrades mit anderen Anlagen

- zur Minimierung der Investitionskosten bei Umbauten

- zur Schaffung einer fundierten EntSGhei- dungsgrundlage und

- zur Uberprüfung der Effizienz von Ener- giesparinvestitionen

Zu den oben angeführten Punkten werden im folgenden Beispiele aus der Praxis ge- bracht.

Messungen beim Auftreten von Problemen

·BeispieI1: Heizungswasserverteilung in einem Stahlbaubetrieb

Ein Heizkessel versorgt in einem Stahlbau- betrieb vier verschiedene Anlagen mit Heißwasser. Die geplante Aufteilung der Wärmeströme ergab eine Reservekapazität von fast 30%. Trotzdem konnte an kalten Ta-

22

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Brennerstufe

Abb. 3: Feuerungstechnischer Wirkungsgrad eines Dampfkessels

Hersteller, gleiches Baujahr, gleiche Anla- Diese Differenzen waren durch relativ gerin- genkonzeption) wurde der Energiever- ge Regelabweichungen bei der Zuluftauf- brauch im Sommer für einen Nachmittag bereitung verursacht worden; die Raumluft- wie folgt ermittelt: zustände waren bei beiden Anlagen etwa Anlage 1 Anlage 2 gleich. Man sieht daraus, wie hoch das Ein- Wärmeverbrauch: 371 kW 282 kW sparpotential durch Optimierung der Kälteverbrauch: 126 kW 9 kW. Regiereinstellung vor allem dort sein kann, Abb. 2: Wärmerückgewinnung - MetaJlschmelzwannen

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Optimierung der Fahrweise von bestehenden Anlagen

Je komplexer die Anlage ist (z.B. Papierma- schine, Kraftzentrale usw.), umso wichtiger ist die Optimierung der Fahrweise und um- so höher sind die dadurch erzielbaren Ein- sparungen. Ein vollständiges Beispiel aus diesen Bereichen würde hier zuweitführen, so daß die Möglichkeiten nur anhand des feuerungstechnischen Wirkungsgrades angedeutet werden sollen.

Beispiel 4: Wirkungsgrad eines Dampfkessels

Die größten Energiemengen werden übli- cherweise im Kessel umgesetzt. Welche Bedeutung besonders hier einer regelmä- ßigen Wartung zukommt, zeigt Abbil- dung 3.

Durch Absinken des mittleren feuerungs- technischen Wirkungsgrades von 89,3 auf 86,2%ergaben sich Mehrkosten an Heizöl von 10.500,-- SlMonat. Im Vergleich dazu betragen die Kosten für eine Brennerwar- tung nur einen Bruchteil davon. Durch re- gelmäßige Messungen kann der Abfall des Wirkungsgrades festgestellt und die Länge der Wartungsintervalle optimiert werden.

Vergleich mit anderen Anla- gen

Beispiel 5: Spezifischer Dampfver- brauch .

Der spezifische Dampfverbrauch ist eine wichtige Kennzahl einer Papiermaschine.

Die in Abb. 4 eingetragenen Punkte zeigen die großen Unterschiede, die es zwischen einzelnen Anlagen gibt. Der beratende in- genieur kann durch die Kenntnis vieler Ver- gleichskennzahlen auf den eventuell zu ho- hen Verbrauch hinweisen und die Gründe für diesen finden.

Beispiel 6: Klimaanlage im Kühlbe- trieb

Der Vergleich des Energieverbrauches zweier Anlagen ist oft schon innerhalb eines Betriebes möglich, wie dieses Beispiel zei- gen soll.

Für zwei gleiche Klimaanlagen (gleicher

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bei diesen bei den Schmelzwannen durch Überhitzung umfangreiche Reparaturar- beiten notwendig waren.

Beispiel 3: GroBklimaanlage

Bei einer großen Klimaanlage, die durch eine zentrale Hausleittechnik überwacht wurde, stellte man bei einer routinemäßigen Anlagenmessung einen Druckverlust am Wärmerückgewinnungsregister von über 1.200 Pa fest. Nach Reinigung des Regi- sters konnten durch Senkung des Druck- verlustes die Abluftmenge bei gleichzeitiger Halbierung der Ventilatorstromaufnahme gesteigert und Einsparungen von 300.000,- Slaerzielt werden.

24

Abb. 4: Spezifischer Dampfverbrauch von Papiermaschinen

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20 Kennlinie

Abb. 5: Minderleistung eines Ventilators tionsvorhaben darstellt. Die Erfahrung zeigt vielmehr, daß durch Sofortmaßnahmen zur Optimierung der Fahrweise sich die Kosten für die Messung bereits innerhalb eines

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Schaffung einer fundier- ten Entscheidungsgrund- lage

Vor allem bei kleineren und mittleren Anla- gen ist der Gesamtenergieverbrauch meist nicht bekannt, so daß die Einsparungen oft nur geschätzt werden.

Beispiel 8: Kompressor-Wärmerück- gewinnung

Für eine Anlage zur Nutzung der Abwärme eines DruckJuftkompressors (Investitionsko- sten 315.o00.~ S) wurden die Einsparun- gen mit300.000kWh/a bzw.180.000.-Sla geschätzt. Bei der Messung wurde festge- stellt, daß der Jahresstromverbrauch des Kompressors nur66.500kWh/a beträgt. al- so maximal10 % des geschätzten Wertes eingespart werden können.

Überprüfung der Effizienz von Energiesparinvestitio.

nen

Um sicherzustellen. daß die errechneten Einsparungen auch tatsächlich erreicht werden. ist eine Garantieabnahmemes- sung von neu installierten oder umgebau- ten Anlagen erforderlich.

Beispiel 9: Ventilatorkennlinie Ein Ventilator erbringtbeiMessung in einer ungünstigen Einbaulage oft wesentlich ge- ringere Leistung als bei der Abnahme nach DIN (Abbildung 5). Dazu kommen Strö- mungwiderstände, die nicht exakt im vor- aus zu berechnen sind. so daß bereits nach der Inbetriebnahme große Minderleistun- gen bestehen können.

Zusammenfassung

Es sollte an ausgewählten Beispielen erläu- tert werden. daß eine Anlagenmessung nicht eine zusätzliche Ausgabe bei Investi- . wo Heizung und Kühlung gleichzeitig mög- lich sind.

Minimierung der Investitionskosten

Da der Istzustand kaum den Auslegungs- daten entspricht, ist bei Umbauten eine op- timale Dimensionierung nur nach einer Messung möglich.

Beispiel 7: Wärmerückgewinnung Für einen Textiltrockner war bereits ein An- gebot einer Wärmerückgewinnung für eine Abluftmenge von12.000m-7-31h eingeholt worden. Da sich bei der Messung heraus- stellte, daß die effektive Abluftmenge (nach verschiedenen Produktionsänderungen) nur5.000m-7-3/hbetrug, konnten die Inve- stitionskosten von 300.000,- Sauf 140.000,-S gesenkt werden.

DER WIRTSCHAFTSINGENIEUR 18 (1986) 2

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