Zweistufiger Schraubenkompressor: rund 10 % weniger Energie als eine Standardschraube
Der zweistufige Schraubenkompressor verdichtet die Luft in zwei Schritten mit Zwischenkühlung, nahe am theoretischen isothermen Kreisprozess. Rund 10 % weniger Energie als eine Standardschraube bei konstanter Last; mit einem Permanentmagnet-Frequenzumrichter kumulieren sich bei variabler Last beide Einsparungen.
Warum in zwei Stufen verdichten
Die Verdichtung eines Gases ist exotherm: Je stärker man verdichtet, desto höher steigt die Temperatur. Ganz ohne Kühlung würde eine ideale adiabate Verdichtung von 1 auf 8 bar absolut die Luft von 20 °C auf etwa 260 °C bringen. In einer ölgeschmierten Schraube nimmt das eingespritzte Öl den Großteil dieser Wärme im Verlauf der Verdichtung auf, sodass die Luft den Verdichterblock deutlich unter diesem Wert verlässt. Je stärker sich die Luft während der Verdichtung erwärmt, desto mehr Arbeit erfordert die Verdichtung: Genau das verringert die Kühlung zwischen zwei Stufen.
Die zweistufige Maschine verdichtet in zwei Schritten: Stufe 1 bringt die Luft auf 3-4 bar, die Luft wird zwischen den beiden Stufen gekühlt (durch einen Zwischenkühler oder, bei einer ölgeschmierten Schraube, durch Öl, das in den Kanal zwischen den beiden Stufen eingespritzt wird), dann verdichtet Stufe 2 auf 8 bar. Die zweite Stufe arbeitet mit gekühlter, also dichterer Luft, was Energie spart. Man nähert sich der theoretischen isothermen Verdichtung (der effizientesten, praktisch aber unmöglich).
Die konkreten Zahlen
Für ölgeschmierte Schrauben bei 100 psig (6,9 bar) nennt das Sourcebook des US-Energieministeriums 16 bis 19 kW pro 100 cfm für eine Standardschraube und 15 bis 17 kW für eine zweistufige Schraube. Untergrenze gegen Untergrenze, Obergrenze gegen Obergrenze, liegt der Unterschied bei 6 bis 11 %: in der Größenordnung von 10 %. Mit einem Frequenzumrichter kumulieren sich die beiden Einsparungen, die eine auf dem bereits durch die andere gesenkten Verbrauch: Bei variabler Last liegt die Gesamteinsparung gegenüber einer Schraube mit Last-Leerlauf-Regelung bei etwa 18 bis 27 %; gegenüber einer Schraube mit Ansaugdrosselregelung, bei der der Frequenzumrichter fast ein Drittel einspart, nähert sie sich 40 %.
| Standardschraube, feste Drehzahl | Referenz 100 % |
|---|---|
| Standardschraube, Permanentmagnet-VSD | −9 bis −19 % gegenüber einer Schraube mit Last-Leerlauf-Regelung, bei 60 % Bedarf (DOE-Sourcebook) |
| Zweistufig, feste Drehzahl | ≈ −10 % (6 bis 11 %, konstante Last) |
| Zweistufig, PM-VSD | Beide Einsparungen kumulieren sich: etwa 18 bis 27 % gegenüber einer Schraube mit Last-Leerlauf-Regelung |
Wo die zweistufige Verdichtung am meisten bringt
- 24/7-Industrie: Petrochemie, Stahlindustrie, Zementwerke, Papierindustrie
- Kunststoffverarbeitung im Dauerbetrieb: Extrusion, PET-Streckblasen mit hoher Taktrate
- Standorte mit stabiler Last von 70-100 % die meiste Zeit
- Hochdruckanwendungen bis 13 bar: Theoretisch wächst die Einsparung durch die Kühlung zwischen den Stufen mit dem Druckverhältnis
- Energieintensive Standorte: Strom macht bereits 76 % der Kosten eines Kompressors über zehn Jahre aus, im Zweischichtbetrieb an fünf Tagen pro Woche (US-Energieministerium, 2000), und dieser Anteil wächst mit den Betriebsstunden
Mehrkosten in der Anschaffung und jährliche Einsparung
Ein zweistufiger Kompressor ist in der Anschaffung teurer als eine Standardschraube gleicher Leistung: Der Zwischenkühler bringt Gewicht und Platzbedarf hinzu, und die Mechanik ist komplexer. Der genaue Betrag steht im Angebot, er hängt von der Konfiguration ab.
Was sich ohne Angebot berechnen lässt, ist die Einsparung. Bei einem 75-kW-Kompressor mit 8.000 Betriebsstunden pro Jahr unter Volllast, also rund 600.000 aufgenommenen Kilowattstunden, entspricht ein Unterschied in der spezifischen Leistung von 6 bis 11 % etwa 36.000 bis 66.000 eingesparten Kilowattstunden pro Jahr. Multiplizieren Sie mit Ihrem kWh-Preis: Die Größenordnung der jährlichen Einsparung ist sofort sichtbar. Der Investitionsbetrag seinerseits steht im Angebot.
Die zusätzliche Stufe spart in jeder Laststunde, nicht nur im Dauerbetrieb; die Einsparung wächst mit den Stunden. Sie ist die Referenztechnologie an energieintensiven Standorten.
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