Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH

Welche Gebläseart sich für die Belüftung von Kläranlagen eignet, hängt unter anderem davon ab, ob der Druckluftbedarf konstant ist oder stark schwankt.

Bild: Pixabay, jarmoluk

Schraubengebläse für die Abwassertechnik Kläranlagen mit weniger Energieaufwand belüften

08.04.2020

Mit effizienten Schrauben-, Turbo- und Drehkolbengebläsen können Betreiber von Kläranlagen ihre Energiekosten für Belüftungsaufgaben drastisch senken. Welche Technik sich dabei für welche Kläranlage eignet, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Welche das sind und wie viel Energie sich einsparen lässt, lesen Sie im Folgenden.

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Atlas Copco hätte auf der Ifat im Mai sein neues, ölfrei verdichtendes Schraubengebläse ZS 4 VSD+ in den Fokus gestellt. Es eignet sich unter anderem für die Belüftung der biologischen Becken von Kläranlagen.

Aufgrund eines sparsamen Permanentmagnetmotors der Wirkungsklasse IE5 arbeitet das ZS-Gebläse sehr effizient. Laut dem Hersteller weist der Motor über den kompletten Regelbereich der Maschine, also auch im Teillastbetrieb, einen nahezu konstant hohen Wirkungsgrad von 97 Prozent auf.

Atlas Copco setzt in den Maschinen seinen selbst entwickelten Neos-Umrichter ein, der die Motoren mit der neuesten Technologie zur Drehzahlregelung laufen lässt (VSD+, Variable Speed Drive). Damit soll die Effizienz der Gebläse auch bei schwankender Auslastung steigen, sodass sie mit bis zu zehn Prozent weniger Energie auskommen als die Vorgängerbaureihe. Die Gebläse werden mit Leistungen von 37 bis 90 kW angeboten und erzeugen vom TÜV zertifizierte, absolut reine Druckluft nach ISO 8573-1, Klasse 0 (2010).

„Unsere neuen ZS-VSD+-Gebläse zählen zu den energiesparendsten Schraubengebläsen auf dem Markt“, sagt Lisa-Marie Grzeskowiak, Produktmanagerin für Niederdrucksysteme bei Atlas Copco in Essen. Dabei erziele das ZS 4 VSD+ mit seinem neuen Schraubenelement Druckerhöhungen um bis zu 1,5 bar. „Die Maschinen sind so kompakt konstruiert, dass ihre Standfläche nur etwa halb so groß ist wie bei den Vorgängern gleicher Leistung. Damit passen die Gebläse in jeden Kompressorraum und können mit dem Hubwagen leicht positioniert werden.“

Druck und Temperatur werden bei dem ZS 4 VSD+ kontinuierlich überwacht. Die Gebläse arbeiten mit einem einstufigen, direkt angetriebenen Schraubenelement und verbrauchen nach Angaben von Atlas Copco aufgrund der internen Verdichtung bis zu 30 Prozent weniger Energie als Drehkolbengebläse.

Turbogebläse oftmals auf lange Sicht wirtschaftlicher

Als zweite Neuheit nennt Grzeskowiak die drehzahlgeregelten Turbogebläse der Baureihe ZB 5-6 VSD+. „Die Turbos sind maximal effizient und unter bestimmten Bedingungen auf lange Sicht noch wirtschaftlicher als die Schrauben“, sagt die Produktmanagerin.

Die Gebläse hat Atlas Copco für Druckerhöhungen bis 1,4 bar entwickelt und bietet sie mit Volumenströmen zwischen 2.000 und 11.000 m3/h an. Ihre Antriebe sind magnetgelagert, also kontaktlos. Dadurch entfällt die Lagerreibung, was Vibrationen verhindert und den Verschleiß reduziert. „Gegenüber anderen Technologien sind Energieeinsparungen von 30 bis 60 Prozent möglich“, überschlägt Grzeskowiak.

Die höhere Anfangsinvestition für die Turbos sollen Anwender mit der Zeit über die niedrigere Stromrechnung wieder hereinholen. „Ihre Vorteile spielen die Maschinen besonders dort aus, wo hohe Volumenströme gefordert sind“, sagt Grzeskowiak. „Hier können Turbos effizienter arbeiten als Schraubengebläse, zumindest bei relativ konstantem Druckluftbedarf, wenn entsprechend wenig geregelt werden muss.“ Bei stärker schwankenden Bedarfen und einem dadurch großen Regelbereich seien Schraubengebläse aber meistens sinnvoller.

Auch die ZB 5-6 VSD+ sind mit einer integrierten Drehzahlregelung ausgestattet, sodass die Gebläse den erzeugten Volumenstrom stets den Anforderungen des jeweiligen Prozesses anpassen. Dadurch ist eine bedarfsgerechte Luftversorgung bei geringem Energieverbrauch möglich, die Lebenszykluskosten der ZB-Turbos sind entsprechend niedrig.

Wie die ZS-Schrauben sind auch die ZB-Turbos für ihre ölfreie Verdichtung gemäß ISO 8573-1, Klasse 0 zertifiziert. Damit wird kein Öl durch das Gebläse in den Prozess eingetragen, was das Risiko einer Kontamination des Abwassers reduziert.

Turbo- und Schraubengebläse als Kombination

Wenn große Regelbereiche und höchste Energieeffizienz gefragt sind, empfiehlt Grzeskowiak die Installation eines ZB-VSD+-Turbos in Kombination mit einer ZS-Schraube: „Das senkt die laufenden Kosten drastisch, ohne dass man auf Flexibilität und Regelbarkeit verzichten muss.“

Welche Verdichtertechnologie oder Maschinenkombination am sinnvollsten ist, hänge vom tatsächlichen Bedarf ab. „Hier schafft ein Airscan im Vorfeld Planungssicherheit", schlägt Grzeskowiak vor. „Dabei messen wir den tatsächlichen Volumenstrom im Betrieb, die Druckerhöhung sowie die Regelbereiche. Dann simulieren wir die Anlage unter Nutzung der modernsten Gebläsetechnologien.“ Das Ergebnis ist eine Übersicht, aus der der Betreiber sein Einsparpotenzial in Kilowattstunden und Euro entnehmen kann.

Neue Drehkolbengebläse für den kleinen Geldbeutel

Neben Schrauben- und Turbogebläsen hat Atlas Copco für die Wasseraufbereitung auch die Drehkolbengebläse der ZL-Serie im Programm. „Diese Technologie ist physikalisch zwar nicht so effizient wie die Schrauben- oder Turbogebläse, dafür sind unsere neuen ZL-Gebläse sehr kostengünstig in der Anschaffung“, sagt Grzeskowiak.

Die Maschinen werden als anschlussfertige Einheit samt Steuerung und Frequenzumrichter ausgeliefert und lassen sich damit leicht installieren. Der integrierte Umrichter ist auf das Drehkolbengebläse abgestimmt und bereits programmiert. Der Anwender kann so auf einen externen Frequenzumrichter und die damit verbundene Aufstellung, Verkabelung und Programmierung verzichten.

Stromersparnis rechtfertigt Investition

Welches System sich am besten für eine Kläranlage eignet und über die Lebensdauer am effizientesten ist, lässt sich laut Grzeskowiak nicht über einen Kamm scheren. „Aber da wir alle Technologien aus einer Hand anbieten, können wir unsere Kunden unabhängig zu den jeweiligen Vor- und Nachteilen beraten“, sagt die Produktmanagerin.

Für Druckerhöhungen unter 450 mbar etwa könne man durchaus ein Drehkolbengebläse in Betracht ziehen. „Unsere ZL-Gebläse erhöhen den Druck um 300 bis 1.000 mbar und sind mit Leistungsaufnahmen von 1,1 bis 315 kW fein abgestuft erhältlich. Moderne Schraubengebläse wie die ZS brauchen aber weniger Energie, senken also die Stromkosten. Das rechtfertigt den höheren Anschaffungspreis in jedem Fall, denn die Investition amortisiert sich schnell.“

Ab einer Druckerhöhung von 450 mbar empfiehlt Grzeskowiak prinzipiell eher Schraubengebläse – und bei entsprechenden Rahmenbedingungen die Turbos oder eine Kombination der Technologien.

Bildergalerie

  • Die drehzahlgeregelten Schraubengebläse des Typs ZS 4 VSD+ verdichten die Luft mit ihrem Permanentmagnetmotor der IE5-Klasse (halbrechts hinten in der Maschine).

    Bild: Atlas Copco

  • Die neuen ZB-Turbogebläse erhöhen den Druck um bis zu 1,4 bar. Unten rechts zu sehen sind die beiden Prozessluftfilter, unten mittig der separate Prozesslufteinlass: Das Sammelrohr leitet die Luft direkt von der Ansaugstelle zum Laufrad des Gebläses, um sie von der inneren Hitze zu trennen.

    Bild: Atlas Copco

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