Zu enge Belüftungsöffnungen, zugestellte Belüftungsgitter, zu hohe Innentemperaturen und verstopfte Filtermatten sind vier Maschinenraum-Beispiele, die in Kläranlagen den Energieverbrauch gehörig nach oben treiben. Damit sind sie hauptverantwortlich für einen schlechten Wirkungsgrad der Drucklufterzeuger, die den Sauerstoff in die Belebungsbecken eintragen. Die gute Nachricht: Alle vier sind mit wenig Aufwand und überschaubarem finanziellen Investment zu beseitigen.
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- Artikel Auf den Sauerstoff kommt es an
Thermodynamik im Maschinenraum: Damit den Gebläsen nicht die Luft ausgeht
Effektive Abluft nimmt Temperatur raus
Die Abluftkulisse ist im Maschinengebäude, im Verhältnis zur Zuluftkulisse, so zu platzieren, „dass wir im Innenraum möglichst einen diagonalen Strömungsverlauf erhalten“, erklärt Torsten Lehmann. Die Abluftkulisse hat vor allem die Aufgabe, überschüssige Wärme nach außen zu leiten. Für die Abluft gilt in puncto Schallemissionen das Gleiche wie bei der Zuluft: Die Wärme muss raus, der Schall bleibt drinnen. AERZEN rüstet Abluftkulissen daher mit Schalldämpferelementen aus und sorgt mit Abluftventilatoren dafür, dass die warme Luft schnell den Raum verlässt. Torsten Lehmann: „Die Abluftventilatoren sind sinnvollerweise in Deckenhöhe montiert, da hier die Luft am wärmsten ist.“ Gerade in Bezug auf die Temperaturverteilung ist es wichtig, dass das Maschinenhaus nach der Himmelsrichtung passend steht. „Die Zuluft liegt idealerweise im Norden, die Abluft im Süden“, sagt Torsten Lehmann und empfiehlt weiter: „Isolieren Sie auch die Druckleitungen im Raum, das macht ihn spürbar kühler.“ Zudem reicht es nicht aus, verstopfte Filter mit Druckluft auszublasen. „Zugesetzte Filter sorgen schnell für einen Druckwiderstand von 25 und mehr Millibar.“ Bei einer durchschnittlichen Kläranlage mit vier Gebläsen mit jeweils 37 kW Motorleistung, 6.900 Betriebsstunden im Jahr und 20 Cent pro Kilowattstunde würde allein der verstopfte Ansaugfilter von den Gebläsen 5 Prozent mehr Leistung abfordern – das sind mehr als 10.000 Euro im Jahr.
Je wärmer der Aufstellraum, umso weniger Sauerstoff
Nicht ausreichend dimensionierte Zu- und Abluftwege geben einem zweiten Effizienzkiller weiteren Vorschub: der Temperatur. Was für den Luftdruck gilt, gilt umgekehrt für die Temperatur. Je wärmer es im Maschinenhaus wird, umso dünner wird aufgrund der physikalischen Gasgesetze die Luft. Daraus folgt, dass pro Kubikmeter immer weniger Sauerstoffmoleküle vorhanden sind, je wärmer die Luft ist. Dieser Zusammenhang wirkt sich gravierend auf die Biologie in der Belebung aus, da mit steigender Temperatur weniger Sauerstoff gefördert wird. Die O2-Kennzahl ist aber entscheidend für die aerob ablaufende Nitrifikation. Der Rückschluss: Das Aggregat muss auch hier mehr leisten bzw. länger laufen, um den geforderten Sauerstoff ins Becken zu bekommen. Die Folge: Der Energiebedarf steigt. In Zahlen ausgedrückt mindert ein Temperaturplus von 3 Kelvin den Wirkungsgrad um etwa ein Prozent. „Maschinenräume sind schnell 20 Grad zu warm im Vergleich Maschinenraum zu Außentemperatur – und das sind Verluste beim Wirkungsgrad von 7 Prozent“, erklärt Torsten Lehmann. Deshalb gehören beispielsweise wärmeabstrahlende Frequenzumrichter nicht in den Aufstellraum von Belüftungsgebläsen auf Kläranlagen, sondern in einen Extra-Aufstellraum für die Elektrik!
Wer im täglichen Betrieb von Gebläsen in Kläranlagen meint, zur Innenklimaverbesserung einfach die Tür oder das Fenster eines Maschinenhauses zu öffnen, hat die Rechnung ohne den Schall gemacht. Mit dem Ziel vor Augen, dass ein System dann am wirksamsten arbeiten kann, wenn sämtliche Aspekte berücksichtigt werden, die auf so ein System wirken, hat AERZEN für die Zu- und Abluft Kulissenschalldämpfer entwickelt. Die Einheiten sorgen zunächst für ein wirksames Einfügedämmmass von 30 dB. Die Kulissen im Inneren sind so konzipiert, dass sie effektiv den Schall mindern und wenig Strömungswiderstand erzeugen, damit die Aggregate im Maschinenhaus keinen Unterdruck ziehen. Komplettiert wird die Zuluftkulisse von einem Wetterschutzgitter, das auch Vögel und Laub daran hindert, in den Ansaugkanal zu geraten.
Zuluft contra Schall
Es ist völlig unerheblich, woher Belüftungsgebläse ihre Ansaugluft beziehen: Wichtig ist, dass davon ausreichend in der richtigen Temperatur vorhanden ist. Diese einfach erscheinende Aussage fördert in der Praxis anspruchsvolle Querzusammenhänge beziehungsweise Abhängigkeiten zu Tage. Sorgt ein Drehkolbenverdichter (Schraubengebläse) wie zum Beispiel ein Delta Hybrid von AERZEN für Luft in den Belebungsbecken, dann sind damit Emissionen in puncto Schall und Temperatur verbunden. Würde bei der Konzeption des Maschinenhauses der Schwerpunkt ausschließlich darauf liegen, die äußere Hülle möglichst schalldicht zu bauen, kann dies dazu führen, dass dem Delta Hybrid die Luft ausgeht. Hintergrund: Es strömt durch den Schallschutz zu wenig Außenluft ins Innere nach. Dieser Mangel hat zur Folge, dass die zwangsfördernden Drehkolbenverdichter (Schraubengebläse) einen Unterdruck im Inneren des Gebäudes erzeugen. Das kann so weit gehen, dass sich Türen nicht mehr öffnen lassen. Der sinkende Luftdruck hat prozesstechnisch zur Konsequenz, dass die Aggregate mehr leisten müssen, um die notwendige Menge an Sauerstoff in die Belebung zu drücken. Sprich: Die Maschinen müssen mehr Differenzdruck überwinden, weil der negative Ansaugdruck den Gesamtdruck erhöht.
Torsten Lehmann, AERZEN Deutschland, Büroleitung Nord/Ost
Jeder Abstrich beim Wirkungsgrad – und wenn er nur wenige Prozentpunkte beträgt – summiert sich am Ende des Tages zu einem eklatanten Verlust an Energieeffizienz und damit zu steigenden Stromkosten“, betont Torsten Lehmann. Der Leiter des Vertriebsbüros in Nord- und Ostdeutschland hat häufig erleben müssen, dass die richtige Belüftung von Maschinenaufstellräumen zu den unbeachteten Stiefkindern auf Kläranlagen gehört. „Es geht ja bei der Belüftung von Belebungsbecken nicht direkt um das geförderte Luftvolumen, sondern um die notwendige Menge Sauerstoff, die für eine effektive Nitrifikation ins Abwasser zu bringen ist. Den Sauerstoff will ich haben. Das ist das Wichtigste, wenn wir über Gebläsetechnik bei einer ‚Druckluftbelüftung‘ sprechen. Daher ist das branchenübliche Wort ‚Druckluftbelüftung‘ eigentlich nicht richtig, da es nicht um Druckluft, sondern um Sauerstoffeintrag geht.“ Die Knackpunkte bei der Konzeption sind vor allem ein ausreichender Volumenstrom, die wirksame Begrenzung der Temperatur im Aufstellraum und zudem die Ausrichtung des Gebäudes nach der Himmelsrichtung. Auch eine alternative Ansaugung der Maschinen über Rohrleitung, also direkt von außen, kann Nachteile mit sich bringen, da man das Ansauggeräusch annähernd direkt nach außen verlagert.
Von 100 Prozent eingesetzter Energie gehen typischerweise 15 Prozent an Verlusten bereits in einem schlecht gestalteten Maschinenraum verloren: Das sind thermische Verluste durch die Wärmeabstrahlung der Aggregate, mechanische Verluste durch entstehenden Unterdruck im Maschinenaufstellraum und Ansaugverluste. Das ist es aber noch längst nicht gewesen – zumindest dann nicht, wenn bei der Belüftung Fehler gemacht werden.
