Auf der Suche nach Verbesserungen im Kläranlagenbetrieb, wird man auch bei unscheinbaren Anlagenprozessen fündig. Mit einer durchdachten Abluftsteuerung des Gebläsehauses der Biologie lässt sich elektrische Energie einsparen und es wird zusätzlich eine Wärmequelle für eine mögliche Gebäudeheizung gewonnen.

Bild: Gebläsehaus der Biologie

Bei der Erzeugung von Druckluft für die feinblasige Belüftung der Biologie wird durch den Verdichtungsprozess Wärme erzeugt. Durch die Lagerreibung und das Getriebe wird das Aggregat zusätzlich erwärmt. Diese Wärme wird meist über einen Ölkühler an die Umgebungsluft im Gebläsehaus ausgetauscht. Damit sich die Umgebungsluft im Gebäude nicht zu stark erwärmt, wird sie über Deckenventilatoren an die Außenluft abgegeben. Kühlere Luft von Außen strömt dabei in Bodennähe nach. Dabei stellt sich die Frage wie die Raumtemperatur eingestellt werden soll. Am Temperaturregler der Abluftventilatoren einfach 25°C einzustellen ist sicherlich nicht sehr effizient. Im Sommer, bei Außentemperaturen von beispielsweise 30°C werden alle Abluftventilatoren in Betrieb sein und die eingestellte Temperatur von 25°C wird dennoch nicht erreicht werden. Bei einer elektrischer Leistung von mehreren Kilowatt pro Deckenventilator, besteht hier eine größere Einsparmöglichkeit. Bei der Wahl der optimalen Raumtemperatur im Gebläsehaus muss darauf geachtet werden, dass die Ölkühler die Wärme auf jeden Fall noch abgeben können. Bei höherer Raumtemperatur sinkt die Temperaturdifferenz am Ölkühler zwischen Öl und Umgebungsluft mit dem Effekt, dass die Lüfter am Ölkühler eine höhere Betriebszeit haben. 

Grafik: Betriebsstunden von Deckenventilatoren bei verschiedenen Temperaturen

Die Grafik zeigt drei Versuche der Abluftregelung. Im ersten Teil waren 20°C eingestellt. Es zeigt sich eine hohe Laufzeit der Abluftventilatoren. Danach wurde der Sollwert im Gebläsehaus stufenweise auf 35°C erhöht. Dabei stellte sich heraus, dass mindestens ein Deckenventilator immer in Betrieb war. Die Steuerung wurde für den dritten Versuch entsprechend geändert, so dass auch ein Betrieb ohne Deckenventilator möglich war. Der Sollwert der Raumtemperatur wurde auf 35°C belassen. Bei vergleichbaren Außentemperaturen reduzierten sich die Betriebsstunden der Ventilatoren, gegenüber der Ursprungseinstellung, um 80 bis 90%. Überraschenderweise sank auch bei tiefen Außentemperaturen von -5°C im Tagesdurchschnitt die Raumtemperatur nicht wesentlich unter 35°C ab, so dass man sich zusätzlich überlegen kann, die Wärmeenergie des Raumes zu nutzen. Damit ist es z.B. möglich ein anderes nahegelegenes Betriebsgebäude mit einer Lüftung oder über Wärmetauscher zu beheizen.

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Autor: CS

Auf die Drucklufterzeugung der Belebung einer Kläranlage entfallen, je nach Anlagenausstattung, zwischen 40% und 60% der elektrischen Energie. Eine Möglichkeit an den Gebläsen elektrische Energie einzusparen besteht darin, den Druck den tatsächlichen Erfordernissen anzupassen. Sehr oft wird die Sammelleitung der Gebläse mit einem konstanten Druck betrieben. In belastungsschwachen Zeiten würde ein geringerer Druck vollkommen ausreichen um die benötigte Luftmenge zu fördern. Die Energiekostenersparnis ist näherungsweise gleich dem prozentuellen Anteil der Druckerhöhung im Gesamtsystem [1].
Eine Reduzierung des Drucks um 5% hat eine Reduzierung des Energiebedarfs um 5% zur Folge.

Bild: Sammelleitung eines Belüftungssystems 

Beim Betrieb von mehreren Becken an einer gemeinsamen Luftleitung wird, jeweils getrennt, die Sauerstoffkonzentration mittels eines Regelschiebers eingestellt. Dadurch können gemeinsame Gebläse nicht mehr sinnvoll direkt angesteuert werden. Es erfolgt in der Regel eine Zwischenschaltung der Druckregelung für die Biologiegebläse. Um die Leistungsfähigkeit des Belüftungssystems zu gewährleisten wird bei der Konstantdruckregelung ein Druck eingestellt bei dem die Belüfterelemente, bei voll geöffnetem Regelschieber, den maximal zulässigen Luftdurchsatz durchlassen. Diese maximale Kapazität des Luftdurchsatzes wird bei der Konstantdruckregelung ständig vorgehalten. Bei einem geringeren Luftbedarf drosseln die Regelschieber und erzeugen unnötige Druckverluste.
Bei der Gleitdruckregelung wird der Druck in der Sammelleitung variabel anhand des Öffnungsgrads des relevanten Regelschiebers eingestellt. Dadurch stellt sich ein geringerer Systemdruck im Belüftungssystem ein.

Grafik: Systemdruck bei Gleitdruckregelung

Dies erreicht man, indem man vermeidet, dass die Luftschieber mit kleinen Öffnungsweiten betrieben werden [2]. Bei Vollöffnung des Regelschiebers wird auch der maximal eingestellte Druck erreicht. Die Auswahl des relevanten Regelschiebers sollte nach dem Kriterium des am weitesten geöffneten Regelschiebers stattfinden. Dort wird am meisten Luftdurchsatz benötigt oder der Druckverlust ist dort am größten. Die Einstellung des minimalen und maximalen Drucks der Gleitdruckregelung sowie die Begrenzungen des Regelschiebers richten sich im Wesentlichen nach den Herstellerangaben für die minimalen und maximalen Durchsätze der Belüfterelemente. Die einzelnen Regelkreise sind aufeinander abzustimmen damit der Druck im Belüftungssystem immer den Erfordernissen entspricht.
Mittels der beschriebenen Gleitdruckregelung können Energieeinsparungen bis zu 5% erzielt werden. Dies zeigen die Erfahrungen der Kläranlagen, die mit Gleitdruckregelung ausgestattet sind [3]. Der Aufwand besteht lediglich in der Änderung des Programms der Gebläseregelung, das bedeutet, dass ohne jede Investition so leicht Beträge von mehr als Tausend Euro gespart werden können. Bei einer großen Anlage können schnell auch Zehntausend Euro zusammenkommen.

Quellen:
[1] W. Frey: Belüftung von Belebungsbecken, Osnabrück Mai 2006
[2] W. Lieb: Modernisierung der Gebläseregelung auf der Kläranlage Vaihingen, Lehrer- und Obmanntagung DWA 2006
[2] K. Holzenthal: KA Abwasser, Abfall 2003 Nr.9

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Autor: CS