Die kompletten 100 Prozent der einem Kompressor zugeführten Antriebsenergie werden in Wärme umgewandelt. Für eine möglichst umfassende Rückgewinnung und weitere Nutzung dieser Energie sind luft- und fluidgekühlte Schraubenkompressoren hervorragend geeignet. Bei ihnen finden sich etwa 76 Prozent der eingesetzten Energie als Wärme im Kühlfluid und werden diesem im Fluidnachkühler entzogen. Weitere 15 Prozent dieser Energie können als Wärme über den Druckluftnachkühler zurückgewonnen werden. Bis zu fünf Prozent gibt der Elektromotor an Wärme ab. Vollgekapselte Schraubenkompressoren ermöglichen es sogar, selbst diesen Energieanteil mit gezielter Kühlung zurückzugewinnen. Damit stehen bis zu 96 Prozent der ursprünglich zugeführten Antriebsenergie zur Zweitnutzung bereit. Nur etwa zwei Prozent gehen durch Wärmestrahlung verloren und weitere circa zwei Prozent verbleiben als Wärme in der Druckluft.
Natürlich kann diese Wärme einfach abgeleitet werden. Allerdings gibt es noch weitere Möglichkeiten der Verwendung dieser ohnehin vorhandenen Energiequelle. Am einfachsten und effizientesten ist es, die vom Kompressor erwärmte Kühlluft direkt zu nutzen. Zum Beispiel als Heizluft für angrenzende Räume. Dabei leitet ein Luftkanalsystem die Warmluft aus der Druckluftstation in benachbarte Lager oder Werkstätten, anstatt sie nach draußen abzuführen. Besteht kein Heizluftbedarf, wird die erwärmte Abluft durch einfaches Umstellen einer Schwenkklappe oder Jalousie ins Freie geleitet. Eine thermostatisch geregelte Jalousiesteuerung erlaubt es, die Warmluft so genau zu dosieren, dass konstante Temperaturen erreicht werden.
Neben der Voll- oder Zusatzheizung für Betriebsräume lässt sich die warme Abluft des Kompressors beispielsweise auch zum Unterstützen von Trocknungsprozessen, zum Aufbau von Warmluftschleusen oder zum Vorwärmen der Brennerluft von Heizanlagen einsetzen. Oft amortisieren sich die entsprechenden Investitionen schon innerhalb eines Jahres.
Natürlich lässt sich die Kompressor-Abwärme auch in vorhandene Warmwasser-Heizsysteme und Brauchwasseranlagen einspeisen. Dieses ist in mehreren Stufen möglich. Je nach vorgesehener Speicherkapazität können Wasser-Temperaturen von bis zu plus 70 °C erzeugt werden. Am kostengünstigsten geschieht dies mit einem Plattenwärmetauscher, der in den Kompressor integriert ist. Er wird an den Kühlfluid-Kreislauf des Kompressors angeschlossen und überträgt die Energie vom erwärmten Kühlfluid auf das zu erwärmende Wasser. Je nachdem, ob das Warmwasser bei sehr empfindlichen Produktions- und Reinigungsprozessen, als Dusch- und Waschwasser oder für Heizzwecke verwendet werden soll, kommen Sicherheits- oder Plattenwärmetauscher zum Einsatz. So sind ohne zusätzlichen Energieaufwand etwa 70 bis 80 Prozent der installierten Kompressorleistung wärmetechnisch nutzbar. Diese Variante der Wärmerückgewinnung ist auch mit primär wassergekühlten Schraubenkompressoren möglich. Generell macht der Einsatz von Methoden zur Wärmerückgewinnung Sinn, wenn die für die Drucklufterzeugung benötigten Kompressoren eine Leistung von mindestens 7,5 Kilowatt erbringen.
Vorher den wirklichen Bedarf ermitteln
Vor der Installation einer Druckluftanlage empfiehlt sich die Durchführung eines sogenannten Druckluftaudits. Denn die wenigsten Betreiber kennen ihren genauen Druckluftbedarf. Bei diesem Audit, das mit Hilfe moderner Analysewerkzeuge wie zum Beispiel der sogenannten ADA/KESS (Analyse der Druckluftauslastung/Kaeser Energiespar System-Service) schnell und problemlos durchgeführt werden kann, werden die genauen Bedarfsdaten eines Projektes exakt ermittelt. Das webbasierte System transportiert nicht nur die Messdaten, sondern auch die Systemdaten der auditierten Station und ist in der Lage, innerhalb kürzester Zeit dem Betreiber einen Bericht für eine erste Information zur Verfügung zu stellen. Die Daten können dann zum Beispiel in das Kess-System übernommen werden. Damit werden Planungsschritte für den Betreiber der Druckluftstation sowie die Investitionskosten und die möglichen Energieeinsparungen ermittelt. Für den Fall einer komplett neuen Installation werden von vornherein optimale Lösungen angeboten. Unabhängige Vergleiche von verschiedenen Systemvarianten sind dabei ohne weiteres möglich, um dann die wirtschaftlichste aussuchen zu können. Im Fall der Haustechnik empfiehlt es sich gleichzeitig mit diesem Druckluftaudit auch ein Wärmeaudit durchzuführen, damit parallel zum Luftverbrauch auch die Entwicklung des Wärmehaushaltes ermittelt werden kann.
Dabei sollten neben den charakteristischen Daten für Druckluft ( wie beispielsweise Menge, Druck und benötigte Luftqualität) auch die Daten für die Wärme (zum Beispiel Temperaturvor- und -rücklauf) abgefragt werden. Stehen diese fest, lässt sich ermitteln, wie viel Prozent der Kompressorenabwärme in den normalen Wärmebedarf des Projekts abgenommen werden kann. Daraus lässt sich errechnen, wie groß die Speicher sein müssen und wie hoch die Temperaturniveaus sind. Im optimalen Fall können 96 Prozent eingesetzt werden.
Worauf man achten sollte
Bei der weiteren Planung oder Optimierung der Druckluftstation gibt es einige Punkte zu beachten. So sollten Kompressoren und Heizung sich nicht im gleichen Raum befinden (gemäß der Unfallverhütungsvorschrift VBG 16), da sie für eine optimale Nutzung unterschiedliche Anforderungen an das Raumklima stellen. Der Raum der Kompressoren sollte gut belüftet sein, der Heizungsraum jedoch nicht. Ideal sind zwei voneinander getrennte Räume, die aber nebeneinander angeordnet sind, um den Weg zwischen Kompressoren und Heizung so kurz wie möglich zu halten. Auch wenn die beiden Anlagen getrennt voneinander platziert werden, lässt sich die Wärme der Kompressoren allerdings durchaus auch zur Erwärmung der Brenneransaugluft der Heizung einsetzen.
Da in den seltensten Fällen die Menge der anfallenden Wärme und der Wärmeverbrauch gleich dimensioniert sind, ist es ebenfalls wichtig, für ausreichend große Wärmespeichermöglichkeiten, also große Behälter zu sorgen, damit die optimale Versorgung auch dann gewährleistet ist, wenn Erzeugung und Verbrauch temporär nicht gleich groß ausfallen – ähnlich wie bei einem Haus, das mit einer Solarthermie ausgerüstet ist. Auch dort ist die Installation eines Speichers notwendig, da die Warmwassernutzung auch dann stattfindet, wenn die Sonne nicht scheint.
Luft- oder wassergekühlte Kompressoren?
Steht die Auslegung fest, gilt es, die richtigen Kompressoren zu wählen. Generell gibt es Kompressoren mit zwei unterschiedlichen Kühlverfahren: Luftkühlung und Wasserkühlung. Bei der ersten Variante leiten Luftkanäle mit thermostatisch gesteuerten Klappen (zur Temperierung) die warme Abluft von den Kompressoren zum Beispiel zum Heizen direkt in benachbarte Betriebsräume. Um die Verluste dieser zu minimieren, sollte der Weg der Abluft vom Kompressor zum Einsatzort nicht zu weit sein.
Heute stehen Schraubenkompressoren mit bis zu 355 kW luftgekühlt zur Verfügung. Auch wenn sie nicht ganzjährig genutzt werden kann, lohnt sich diese Art der Wärmerückgewinnung: Die Investition für die Wärmerückgewinnung mit Warmluftführung ist relativ niedrig und amortisiert sich in der Regel schon innerhalb eines Jahres. Anlagen, die zusätzlich mit Wasserwärmerückgewinnung ausgestattet sind, können ganzjährig Wasser liefern, das Temperaturen von bis zu plus 70 °C hat. Auch höhere Temperaturen können grundsätzlich erzielt werden. Da dies dann Einfluss auf den Leistungsbedarf der Kompressoren hat, sollte eine solche Nutzung vorher allerdings auf ihre Wirtschaftlichkeit geprüft werden.
Fazit
Wärmerückgewinnung kann also die Effizienz einer Druckluftanlage deutlich erhöhen und die Umwelt durch Vermeiden von Treibhausgas-Emissionen entlasten. Die Höhe der notwendigen Investitionen richtet sich nach örtlichen Gegebenheiten, Einsatzzweck und gewähltem Wärmerückgewinnungsverfahren.
