Energieeinsparungen in Gießereien: Stromverbrauch von Ventilatoren

Industrieventilatoren werden häufig in Gießereien eingesetzt. Bei mittelgroßen bis großen installierten Leistungen arbeiten diese Maschinen häufig unter Bedingungen, die ihre Effizienz beeinträchtigen.

Seit über einem Jahr sind die Energiekosten in die Höhe geschossen, was die Produktion für produzierende Unternehmen und insbesondere für Gießereien unhaltbar macht.

Allerdings birgt diese Krise eine große Chance: Jede Investition, die zu mehr Energieeffizienz führt, amortisiert sich viel schneller.

Allerdings sind schnelle Maßnahmen erforderlich, um den Energieverbrauch – und damit die Kosten – zu senken.

Seit mehreren Monaten führen wir Sensibilisierungs- und Verbreitungsaktivitäten über die möglichen Einsparungen durch, die in kurzer Zeit und mit reduzierten Budgets beim Verbrauch von Industrieventilatoren erzielt werden können.

Warum sich Gedanken über den Stromverbrauch von Ventilatoren machen?

Diese Maschinen haben in der Regel einen Anteil von rund 14 % an den gesamten Stromkosten. Kein großer Anteil, aber auch kein unbedeutender. Vor allem, wenn man bedenkt, dass Ventilatoren aufgrund der Art und Weise, wie sie gekauft oder verwaltet werden, sehr oft zu einer Energieverschwendung führen, die sogar 50 % der verbrauchten Energie übersteigen kann.

Um die Energiekosten von Ventilatoren zu senken, sind darüber hinaus keine großen Investitionen erforderlich und in fast allen Fällen muss die Maschine nicht einmal ausgetauscht werden.

Eine genaue Analyse der Bedingungen, unter denen die Ventilatoren und die Systeme, an die sie angeschlossen sind, funktionieren müssen, ist jedoch unerlässlich.

Keine Maßnahme zur Energieeffizienz von Ventilatoren wird wirklich effektiv sein, wenn sie nicht auf einem vollständigen Foto der tatsächlichen Funktionsweise des Systems, in dem sie installiert ist, und der verschiedenen Produktionsanforderungen basiert.

Gerade in dieser Voranalyse lassen sich die Hauptbereiche der Energieeffizienz und -einsparung identifizieren.

So finden Sie die typischen Bedingungen der Energieverschwendung bei in Anlagen installierten Industrieventilatoren

Es wurden typische Situationen identifiziert, die zu einem ineffizienten Betrieb der Lüfter führen.

Der erste Aspekt hängt mit der Regulierung des vom Ventilator gelieferten Durchflusses zusammen. In vielen Anwendungen benötigt das System tatsächlich einen Luft- oder Gasdurchfluss, der sich im Laufe der Zeit ändert. Der symbolträchtigste Fall ist der der an die Brenner angeschlossenen Ventilatoren, die abhängig von der Masse des zu verbrennenden Gases eine bestimmte Luftmasse zuführen müssen. Leider ist es nicht nur gängige Praxis, diese Regelung in falscher Weise durchzuführen aus energetischer Sicht, oft aber auch auf die Zuverlässigkeit des Lüfters selbst.

Der gelieferte Durchfluss wird tatsächlich durch die Drosselung eines Ventils hinter dem Ventilator gesteuert. Bei Anpassungen innerhalb eines kleinen Durchflussbereichs verursacht diese Methode keine mechanischen Probleme. Wenn jedoch Anpassungen erforderlich sind, die Verhältnisse von 1:10 in Bezug auf den Nenndurchfluss erreichen, ist der Ventilator einem instabilen Betrieb mit starken Pulsationen des Ausgangsdrucks (und damit Flammen in den Brennern), einem dumpfen und zyklischen Geräusch usw. ausgesetzt Ausfälle der Lager und/oder der Struktur der Maschine selbst.

Die Regulierung mit einem Ventil am Auslass verursacht im Vergleich zu anderen Regulierungssystemen in jedem Fall einen viel höheren Stromverbrauch.

Eine weitere Situation, in der in bedeutenden Gießereien Energieeinsparungen erzielt werden können, sind Ventilatoren, die an Absaug- und Staubsammelsysteme angeschlossen sind. Da diese Systeme nicht „produktiv“, sondern oft gesetzlich vorgeschrieben sind, besteht die Tendenz, sie zum niedrigsten Preis zu kaufen. Qualität und Effizienz der verbauten Ventilatoren sind daher für den geringen Anschaffungspreis selbstverständlich ausreichend.

Idealerweise muss beim Kauf des Systems festgestellt werden, dass der Industrieventilator einen hohen Wirkungsgrad hat, da er hauptsächlich mit staubfreien Dämpfen arbeitet. Leider trifft man sehr häufig auf Maschinen mit mittlerem bis niedrigem Wirkungsgrad. zwischen 50 % und 60 %.

Analysen zufolge ist es jedoch möglich, eine Verbrauchseinsparung von mindestens 20 % zu erzielen, ohne den Lüfter austauschen zu müssen.

Neben diesen beiden typischen Situationen kann es auch andere geben, die nur von Zeit zu Zeit mit entsprechenden Messungen beurteilt werden können. Es muss gesagt werden, dass es in einer Gießerei fast selbstverständlich ist, Ventilatoren für Brenner und andere Geräte zu finden, die in Staubabscheidesystemen installiert sind. Daher ist es fast immer sinnvoll, mit der nächsten Phase der Verbrauchsmessung und der daraus resultierenden Analyse von Effizienzszenarien fortzufahren.

Sobald in dieser zweiten Phase die Betriebsparameter, die aufgenommene Leistung und die verschiedenen Anforderungen des Systems an Produktivität und Flexibilität erfasst sind, kann beurteilt werden, welche Energieeffizienzstrategie sinnvoll ist.

Welche Energieeffizienzstrategien können für Ventilatoren eingesetzt werden?

Um den Stromverbrauch von Ventilatoren in Gießereien zu reduzieren, gibt es grundsätzlich drei verschiedene Lösungen:

1. Verwenden Sie einen Regulierungsdämpfer (dapò);

2. Verwenden Sie einen Frequenzumrichter (Wechselrichter);

3. Installieren Sie ein Laufrad mit höherem Wirkungsgrad.

Die ersten beiden können verwendet werden, um die Durchflussmenge des Ventilators anstelle der normalerweise am Auslass angebrachten Absperrklappen zu regulieren. Die Regulierungsklappe, im Fachjargon Dapò oder IGV genannt, ermöglicht einen größeren Bereich der Durchflussregulierung. Tatsächlich ist ein Betrieb mit Durchflussraten von 10 % bis 100 % ohne Probleme für den Ventilator oder das System möglich.

Der Inverter hingegen ermöglicht es Ihnen, die Drehzahl des Ventilators zu reduzieren und somit den geförderten Durchfluss zu verringern. Diese Effizienzstrategie ermöglicht eine größere Energieeinsparung im Vergleich zum Dapò-Fensterladen. Andererseits kann es jedoch nicht verwendet werden, wenn die Durchflussmenge reduziert werden muss und gleichzeitig ein ziemlich ähnlicher Druckwert des Systems aufrechterhalten werden muss (z. B. bei regenerativen Brennern). In diesen Situationen kommt es zum Pumpphänomen, das zu einer Instabilität der Flammen und einer Beschädigung des Ventilators selbst führt.

Die dritte Strategie ist jedoch optimal für Absauggeräte, die in Staubsammelsystemen installiert sind und die, wie bereits erwähnt, in der Regel eher nach dem Preis als nach der Effizienz ausgewählt werden. Ohne Austausch des gesamten Ventilators ist es möglich, ein Laufrad zu installieren, das bei gleicher angesaugter Fördermenge die Leistungsaufnahme drastisch reduzieren kann.

Schließlich ist es möglich, einen Mix aus den drei vorgestellten Strategien anzuwenden, wenn dieser eine wirksamere Reduzierung des Verbrauchs ermöglicht.

Von der Theorie zur Praxis: Fallstudie zur Energieeffizienz und Reduzierung des Energieverbrauchs bei Verbrennungsluftventilatoren

Um die richtige Methode zur Reduzierung des Stromverbrauchs von Ventilatoren in Gießereien besser zu verstehen, berichten wir im Folgenden über den Fall einer angewandten Beratung.

Es wurden vier Ventilatoren analysiert, die die gleiche Anzahl an Brennern versorgten. Die installierten Leistungen waren wie folgt:

- Lüfter 1: 22 kW

- Lüfter 2: 22 kW

- Lüfter 3: 11 kW

- Lüfter 4: 30 kW

Der Luftstrom wurde an jedem Ventilator über eine Absperrklappe im nachgeschalteten Rohr reguliert. Die Lüfter mussten im Wesentlichen in zwei Modi arbeiten. Meistens war die Drosselklappe teilweise geschlossen. In Notfällen wurde es jedoch vollständig geöffnet, um einen maximalen Luftstrom zu ermöglichen.

Jede Energieeffizienzmaßnahme musste daher diese beiden unterschiedlichen Bedürfnisse berücksichtigen. Die Größe der Lüfter zu verringern, um eine Teilbeanspruchung der Klappe zu vermeiden, war daher eine unrealistische Option.

Hier ist ein Beispiel dafür, wie diese Überlegungen, die nur bei einer Voranalyse der Anlage und der Ventilatoren angestellt werden können, für den Erfolg der Energieeffizienzmaßnahme von grundlegender Bedeutung sind.

Ohne alle tatsächlichen Anforderungen des Systems zu bewerten, wäre es naheliegend gewesen, sich für den Kauf kleinerer Ventilatoren – und damit mit geringerem Verbrauch – zu entscheiden, um eine Drosselung der Durchflussraten durch Drosselklappen zu vermeiden und so die Möglichkeit zur Bewältigung der Notsituation zu verlieren.

Nachdem alle tatsächlichen Anforderungen des Systems verstanden wurden, besteht der nächste Schritt darin, die Durchflussmenge und die tatsächlichen Werte der aufgenommenen Leistung zu messen. Sobald diese Daten erfasst wurden, kann mit der Durchführung von Simulationen unter Berücksichtigung der verschiedenen zuvor gezeigten Strategien begonnen werden.

In dieser Phase ist es wichtig, Industrieventilatoren zu kennen und zu wissen, wie sie gut funktionieren. Das Risiko besteht tatsächlich darin, dass die Maschinen unter unsicheren und instabilen Bedingungen zum Einsatz kommen.

Im vorliegenden Fall boten sich zwei der vorgestellten Strategien an: Austausch der Laufräder durch andere mit höherem Wirkungsgrad und Regelung mittels Frequenzumrichter (Wechselrichter). In Absprache mit dem Kunden erfolgte jedoch nur die Installation der Wechselrichter entschieden, da der zusätzliche Nutzen hinsichtlich der Energieeinsparung durch die neuen Laufräder im Vergleich zu den für den Eingriff erforderlichen Kostensteigerungen minimal war.

Die mit einem Wechselrichter aufgenommene Leistung berücksichtigt die Energieverluste aufgrund der Einführung des Wechselrichters und den geringeren Wirkungsgrad, mit dem der Elektromotor arbeitet, wenn er im Vergleich zur Nennleistung bei geringeren Lastbedingungen arbeitet.

Nach Angaben des Kunden läuft die Anlage unter normalen Bedingungen 7.200 Stunden pro Jahr.

Wenn Sie also die eingesparte Energie mit der Anzahl der Stunden pro Jahr multiplizieren, erhalten Sie eine viel klarere Vorstellung von der tatsächlich erzielten Einsparung, d. h. 183.600 kWh/Jahr.

An dieser Stelle können wir einen Gedanken vorwegnehmen, der dem Leser in den Sinn kommen könnte: „Können in jeder Situation so große Einsparungen erzielt werden, die fast 40 % des ursprünglichen Verbrauchs entsprechen?“

Die Antwort ist negativ. Solch große Einsparungen bei den Energiekosten der Ventilatoren werden nicht immer erreicht. Manchmal können noch größere Einsparungen erzielt werden, und in anderen Fällen ist eine Energieeffizienzmaßnahme wirtschaftlich nicht sinnvoll.

Die vorläufige Analyse, die für diejenigen durchgeführt wird, die eine Reduzierung des Verbrauchs beantragen, zielt darauf ab, zu bewerten, ob die Voraussetzungen dafür gegeben sind, einen wirtschaftlichen Nutzen zu erzielen, der die Investition wert ist. Es ist nicht möglich, Energieeinsparungen durch Ventilatoren in Gießereien zu garantieren, ohne zuvor eine Voranalyse und eine Feldmesskampagne durchgeführt zu haben.

Quelle: In Fonderia – ll magazine dell’industria fusoria italiana