Druckluftverbrauch im Ringnetz messen: Messrichtung, Rückströmung und geeignete Messstelle berücksichtigen

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Ein Druckluftverbrauchszähler zeigt:

1.250 Nm³/h

an.

Ist das damit automatisch der Verbrauch der angeschlossenen Produktionshalle?

In einem verzweigten oder ringförmigen Druckluftnetz nicht unbedingt.

In einem klassischen Stichnetz ist die Strömungsrichtung häufig eindeutig:

Kompressor → Hauptleitung → Verbraucher

In einem Ringnetz kann Druckluft den gleichen Netzabschnitt dagegen abhängig vom aktuellen Betriebszustand aus unterschiedlichen Richtungen versorgen.

Dann kann die Strömung beispielsweise morgens:

links → rechts

und einige Minuten später:

rechts → links

verlaufen.

Für eine belastbare Verbrauchsbilanz müssen deshalb nicht nur Durchflussmenge und Rohrdurchmesser stimmen.

Entscheidend sind auch:

• die tatsächliche Strömungsrichtung,
• mögliche Rückströmungen,
• die Position der Messstelle im Ring,
• die Abgrenzung des zu bilanzierenden Verbrauchers,
• Ein- und Auslaufbedingungen,
• der minimale und maximale Durchfluss,
• die verwendete Bezugsnorm für den Normvolumenstrom,
• die korrekte Verarbeitung negativer beziehungsweise rückwärts gerichteter Durchflüsse.

Die wichtigste Frage lautet deshalb nicht zuerst „Welchen Durchflussmesser brauche ich?“, sondern „Welche Druckluftmenge möchte ich an dieser Stelle überhaupt bilanzieren?“

Geeignete Lösungen finden Sie bei ICS Schneider unter Durchflussmesstechnik sowie unter Verbrauchszähler für Gase und Druckluft.

Warum ist die Messung im Druckluft-Ringnetz anspruchsvoller?

Ringnetze werden eingesetzt, damit Verbraucher aus mehreren Richtungen mit Druckluft versorgt werden können.

Vereinfacht:

Kompressorstation → Ring → Verbraucher → Ring → zurück zur Hauptleitung

Dadurch können:

• Druckverluste reduziert,
• Versorgungswege verkürzt,
• Lasten besser verteilt,
• Teilbereiche flexibler versorgt

werden.

Messtechnisch entsteht jedoch ein Problem

Der Durchfluss in einem einzelnen Ringabschnitt ist nicht zwangsläufig konstant gerichtet.

Seine Richtung hängt davon ab:

• welche Kompressoren laufen,
• welche Verbraucher aktiv sind,
• welche Ventile geöffnet sind,
• welche Druckverluste aktuell im Netz auftreten,
• ob Teilnetze miteinander verbunden oder getrennt sind.

Damit kann dieselbe Messstelle

zeitweise einen:

Zufluss

und zu einem anderen Zeitpunkt einen:

Rückfluss

erfassen.

Warum kann sich die Strömungsrichtung ändern?

Die Druckluft strömt grundsätzlich entsprechend den aktuellen Druckverhältnissen im Netz.

Beispiel

Eine Produktionshalle ist an zwei Stellen mit einem Ringnetz verbunden.

Auf der linken Seite liegt:

7,1 bar

an.

Auf der rechten Seite:

6,9 bar

Zunächst

strömt ein größerer Anteil der Luft:

links → Halle

Startet nun ein großer Verbraucher auf der linken Seite des Werks

kann sich die Druckverteilung verändern.

Dann kann der Ringabschnitt plötzlich aus der entgegengesetzten Richtung gespeist werden.

Die Strömungsumkehr ist dabei kein Fehler

sondern kann eine normale Folge der:

• Ringnetzstruktur,
• wechselnden Verbraucherlast,
• Kompressorregelung

sein.

Für die Messung bedeutet dies

Ein Durchflussmesser, der nur eine Richtung korrekt erfasst beziehungsweise dessen Auswertung Rückfluss ignoriert, kann in einem Ringabschnitt zu einer falschen Bilanz führen.

Durchfluss und Verbrauch richtig unterscheiden

Bei Druckluftmessungen werden zwei Größen häufig miteinander vermischt.

Momentaner Durchfluss

beispielsweise:

Q = 850 Nm³/h

Verbrauch

ist dagegen die über die Zeit integrierte Menge.

Vereinfacht:

V = ∫ Q(t) dt

Bei konstantem Durchfluss

vereinfacht:

V = Q × t

Beispiel

Q = 500 Nm³/h

für:

2 h

ergibt:

V = 1.000 Nm³

Bei wechselnder Strömungsrichtung

wird jedoch das Vorzeichen relevant.

Zum Beispiel:

+500 Nm³/h

für Vorwärtsströmung und:

-200 Nm³/h

für Rückströmung.

Deshalb

muss vor der Auswertung festgelegt werden, ob:

• nur der Nettofluss,
• Vorwärts- und Rückwärtsmenge getrennt,
• oder der gesamte transportierte Volumenstrom

erfasst werden soll.

Zuerst das Messziel festlegen

Die optimale Messstelle hängt unmittelbar von der Fragestellung ab.

Typische Messziele sind

• Gesamtverbrauch eines Werks,
• Verbrauch einer Produktionshalle,
• Verbrauch einer Maschine,
• Verbrauch einer Kostenstelle,
• Bilanz eines Ringabschnitts,
• Erkennung von Leckagen,
• Optimierung der Kompressoren,
• Überwachung der Netzverteilung.

Beispiel

Soll der Verbrauch einer einzelnen Maschine bestimmt werden, ist eine Messstelle direkt in deren Stichleitung meist wesentlich eindeutiger als eine Messung in einer Hauptleitung des Ringnetzes.

Für eine Hallenbilanz

müssen dagegen unter Umständen mehrere Zu- und Abgänge erfasst werden.

Deshalb gilt

Je näher eine Messstelle an der eindeutig abzugrenzenden Verbrauchergruppe liegt, desto einfacher wird in der Regel die Verbrauchsbilanz.

Die richtige Messstelle im Ringnetz auswählen

Eine technisch gut zugängliche Rohrleitung ist nicht automatisch eine gute Messstelle.

Eine geeignete Messstelle sollte

• den gewünschten Bilanzraum eindeutig abgrenzen,
• geeignete Strömungsbedingungen bieten,
• ausreichende Ein- und Auslaufstrecken ermöglichen,
• für Montage und spätere Kalibrierung zugänglich sein,
• keinen starken Kondensatanfall am Sensor verursachen,
• einen geeigneten Rohrdurchmesser besitzen.

Ungünstige Position

Eine Messstelle wird irgendwo im Ring ausgewählt, weil dort bereits ein freier Stutzen vorhanden ist.

Problem

Der Messwert kann dann gleichzeitig enthalten:

• Verbrauch der gewünschten Halle,
• Versorgung eines benachbarten Teilnetzes,
• Rückströmung aus einem anderen Ringabschnitt.

Das Ergebnis

ist zwar ein technisch korrekter Durchflusswert, aber möglicherweise:

nicht der gesuchte Verbrauchswert

Verbraucher und Teilnetze eindeutig abgrenzen

Vor Installation sollte deshalb zunächst ein vereinfachtes Rohrleitungsbild erstellt werden.

Markiert werden sollten

• Kompressoren,
• Druckluftbehälter,
• Ringleitungen,
• Verbindungsleitungen,
• Absperrventile,
• Hauptverbraucher,
• bestehende Messstellen.

Anschließend wird eine Bilanzgrenze gezogen

beispielsweise um:

Produktionshalle A

Alle Leitungen, die diese Grenze kreuzen

müssen bei einer vollständigen Bilanz berücksichtigt werden.

Hat die Halle nur einen Anschluss

ist die Bilanz einfach:

Verbrauch Halle = gemessener Zufluss

Hat sie dagegen zwei Anschlüsse an das Ringnetz

muss beispielsweise gelten:

Verbrauch Halle = Q1 + Q2

wobei beide Durchflüsse mit korrektem Vorzeichen berücksichtigt werden.

Rückströmung erkennen und richtig bewerten

Rückströmung bedeutet nicht zwangsläufig, dass Druckluft zu den Kompressoren zurückströmt.

Gemeint ist

dass die Luft an einer bestimmten Messstelle entgegen der dort definierten positiven Messrichtung fließt.

Beispiel

Der Sensor ist definiert für:

A → B = positiv

Tatsächlich fließt die Luft zeitweise

B → A

Dann liegt

negative beziehungsweise rückwärts gerichtete Strömung

vor.

Das kann beispielsweise auftreten

• bei Lastwechseln,
• nach dem Abschalten eines Kompressors,
• bei Zuschaltung eines zweiten Kompressornetzes,
• bei Änderung von Ventilstellungen,
• durch unterschiedliche Verbraucher im Ring.

Vor Installation sollte daher geprüft werden

Kann sich an dieser Messstelle die Fließrichtung umkehren?

Wann ist eine bidirektionale Durchflussmessung notwendig?

Eine bidirektionale Messung ist besonders dann erforderlich, wenn der tatsächliche Durchfluss in beide Richtungen:

• auftreten kann
• und für die Bilanz relevant ist.

Typisches Beispiel

Eine Messstelle befindet sich direkt in einer:

Ringleitung

und nicht in einer eindeutig gerichteten Verbraucher-Stichleitung.

Dann sollte das Messsystem

nicht nur erkennen:

|Q| = 300 Nm³/h

sondern möglichst auch:

Q = +300 Nm³/h

oder:

Q = -300 Nm³/h

Der bei ICS gelistete IVA500

ist optional für:

bidirektionale Messung

verfügbar.

Auch beim IVA520

ist laut den von ICS bereitgestellten Gerätedaten eine bidirektionale Ausführung verfügbar.

Wichtig

Bei der Bestellung muss die benötigte Richtungsfunktion berücksichtigt werden. Eine standardmäßig nur für eine Fließrichtung konfigurierte Messstelle sollte nicht nachträglich automatisch als bidirektionaler Verbrauchszähler interpretiert werden.

Fließrichtung mit einem separaten Richtungsschalter erfassen

Für Druckluft-Ringleitungen führt ICS zusätzlich den:

IVA 409 Richtungsschalter

Seine Aufgabe ist nicht primär

den eigentlichen Verbrauch zu messen.

Er erkennt

die Fließrichtung

ICS beschreibt den IVA 409 speziell für

Druckluft- und Gas-Ringleitungen

Der Richtungsschalter erkennt laut ICS

bereits sehr geringe Änderungen der Strömungsrichtung und besitzt keine mechanischen Verschleißteile.

Die Richtungsinformation

wird über einen potentialfreien Kontakt bereitgestellt.

In Verbindung mit Verbrauchssensoren

kann damit zwischen:

zufließender Druckluft

und:

abfließender Druckluft

unterschieden werden.

ICS nennt ausdrücklich die Kombination

des IVA 409 mit:

IVA500 / IVA520

für die Messung von zu- und abfließender Druckluft in Ringleitungen.

Druckluftbilanz im Ringnetz aufstellen

Eine Bilanz betrachtet eine definierte Systemgrenze.

Vereinfacht gilt

Verbrauch = Summe Zuflüsse − Summe Abflüsse

Beispiel

Eine Halle erhält über die linke Leitung:

Q1 = +600 Nm³/h

und über die rechte Leitung:

Q2 = +250 Nm³/h

Dann beträgt der momentane Gesamtzufluss

850 Nm³/h

Ändert sich die Netzsituation

und an Messstelle 2 strömen nun:

-100 Nm³/h

aus der Bilanzzone heraus, ergibt sich:

600 − 100 = 500 Nm³/h

Damit wird deutlich

Bei einer Ringnetzbilanz ist das Vorzeichen des Durchflusses ebenso wichtig wie sein Betrag.

Warum ein einfacher Totalisierer falsche Verbrauchswerte liefern kann

Viele Durchflussmesser besitzen einen integrierten Verbrauchszähler beziehungsweise Totalisierer.

In einer eindeutig gerichteten Leitung

ist die Auswertung einfach:

Gesamtverbrauch = Summe aller positiven Durchflüsse über die Zeit

Bei einer Richtungsumkehr

muss dagegen klar definiert sein, wie das Gerät beziehungsweise die übergeordnete Software:

• Vorwärtsmenge,
• Rückwärtsmenge,
• Nettoverbrauch

verarbeitet.

Problematisch wäre beispielsweise

wenn sowohl:

+100 Nm³

als auch:

-100 Nm³

einfach als jeweils:

100 Nm³ Verbrauch

aufsummiert würden.

Dann würde der Totalisierer

200 Nm³

anzeigen, obwohl der Nettofluss über die Bilanzgrenze:

0 Nm³

beträgt.

Deshalb muss bereits bei der Inbetriebnahme festgelegt werden

welche Größe später benötigt wird:

Vorwärtsmenge / Rückwärtsmenge / Nettomenge

Messbereich und geringe Nachtverbräuche berücksichtigen

Eine Verbrauchsmessstelle muss nicht nur den maximalen Produktionsverbrauch erfassen.

Für Energieanalysen sind häufig gerade kleine Durchflüsse interessant

beispielsweise während:

• Produktionsstillstand,
• Nachtbetrieb,
• Wochenende,
• Betriebsferien.

Dann kann der normale Produktionsfluss beispielsweise

1.500 Nm³/h

betragen.

Nachts verbleiben dagegen nur

60 Nm³/h

Diese 60 Nm³/h

können teilweise aus:

• Leckagen,
• offenen Blasdüsen,
• Ventilleckagen,
• weiter betriebenen Verbrauchern

resultieren.

Ein zu groß dimensionierter Messbereich

kann die Auflösung im unteren Bereich verschlechtern.

Deshalb

sollten bei der Auslegung:

Qmin

und:

Qmax

realistisch bestimmt werden.

Normvolumen und Bezugsbedingungen vereinheitlichen

Druckluftverbrauch wird häufig als Normvolumen angegeben.

Der angezeigte Wert

Nm³/h

bezieht sich nicht einfach auf das geometrische Volumen der komprimierten Luft in der Rohrleitung.

Stattdessen

wird die Gasmenge auf definierte Bezugsbedingungen umgerechnet beziehungsweise entsprechend dem Messprinzip als Normvolumenstrom ausgegeben.

Wichtig ist

dass verschiedene Messstellen im Werk dieselben Bezugsbedingungen verwenden.

Andernfalls kann

1.000 Nm³

an Messstelle A nicht unmittelbar mit:

1.000 Nm³

an Messstelle B verglichen werden, wenn unterschiedliche Referenzbedingungen eingestellt sind.

Beim IVA520

sind unterschiedliche Bezugsbedingungen einstellbar.

Deshalb sollte bei der Inbetriebnahme dokumentiert werden

• Bezugsdruck,
• Bezugstemperatur,
• verwendete Gasart,
• verwendete Einheit.

Besonders für Energiemanagement und Kostenstellenabrechnung gilt

Alle miteinander verglichenen Druckluftmessstellen sollten auf derselben definierten Bezugsbasis arbeiten.

Ein- und Auslaufstrecken richtig planen

Durchflussmessgeräte benötigen geeignete Strömungsbedingungen.

Störungen entstehen beispielsweise hinter

• Rohrbögen,
• T-Stücken,
• Reduzierungen,
• Ventilen,
• Regelarmaturen,
• Filtern.

Diese Bauteile können

• Drall,
• asymmetrische Geschwindigkeitsprofile,
• Turbulenzen

erzeugen.

Wird der Sensor unmittelbar dahinter montiert

kann das lokale Strömungsprofil vom für die Messung angenommenen Profil abweichen.

Deshalb

müssen die für die jeweilige:

• Sensorbauform,
• Rohrdimension,
• Störstelle

vorgesehenen Ein- und Auslaufbedingungen eingehalten werden.

Wichtig

Es gibt keine universelle Einlaufstrecke, die für jeden Durchflussmesser und jede Rohrinstallation gleichermaßen gilt.

Die Vorgaben des konkreten Geräts sind maßgebend.

Einbauort und Rohrleitungszustand berücksichtigen

Neben der Strömungsrichtung spielen auch die mechanischen Bedingungen eine Rolle.

Zu prüfen sind

• tatsächlicher Rohrinnendurchmesser,
• Nennweite,
• Rohrmaterial,
• Korrosion und Verschmutzung,
• Montageposition,
• Zugänglichkeit,
• Betriebsdruck,
• Gastemperatur.

Besonders bei Einstecksensoren

muss die Einbautiefe korrekt eingestellt werden.

Eine falsche Position des Sensorelements

verändert die lokale gemessene Strömungsgeschwindigkeit und kann dadurch einen systematischen Fehler verursachen.

Bei großen Rohrleitungen

sollte deshalb der reale Innendurchmesser bekannt sein und nicht lediglich die nominale DN-Angabe übernommen werden.

Trockene und nasse Druckluft unterscheiden

Das Messprinzip muss zum Zustand der Druckluft passen.

Thermische Verbrauchssensoren

eignen sich besonders für gasförmige Medien ohne Kondensation am Sensorelement.

Problematisch kann eine Messstelle sein

an der:

• Kondensat vorhanden ist,
• Wassertröpfchen mitgerissen werden,
• die Leitung regelmäßig nass wird.

Für solche Anwendungen

muss ein entsprechend geeignetes Messprinzip gewählt werden.

ICS führt beispielsweise den

IVD520 Inline-Differenzdruck-Durchflusssensor

unter anderem ausdrücklich für:

nasse Druckluft

Damit zeigt sich

Die Frage „Ringnetz oder Stichleitung?“ ist nur ein Auswahlkriterium. Ebenso wichtig ist der tatsächliche Zustand des Mediums an der Messstelle.

Leckagen über Verbrauchsmessungen erkennen

Eine der wichtigsten Anwendungen von Druckluftzählern ist die Leckageanalyse.

Typischer Ansatz

Der Produktionsbereich wird außerhalb der regulären Betriebszeit beobachtet.

Idealer Zustand

Wenn alle vorgesehenen Verbraucher abgeschaltet sind, sollte der Verbrauch stark zurückgehen.

Bleibt beispielsweise konstant

Q = 120 Nm³/h

bestehen, ist zu prüfen, welche Verbraucher diesen Grundverbrauch verursachen.

Aber gerade im Ringnetz

muss vorher geklärt werden, ob diese:

120 Nm³/h

tatsächlich in den untersuchten Bereich fließen.

Ein Ringabschnitt kann nachts

auch Druckluft in einen benachbarten Bereich weiterleiten.

Deshalb

ist für die Leckageanalyse eine klar definierte:

Bilanzgrenze

wichtiger als lediglich ein einzelner Messwert im Ring.

Messwerte an SPS, Leitsystem und Energiemanagement übertragen

Für eine dauerhafte Verbrauchsüberwachung werden die Messwerte häufig zentral erfasst.

Beim IVA500 sind laut ICS serienmäßig verfügbar

• 4 … 20 mA,
• Impulsausgang,
• Modbus RTU über RS-485.

Je nach Ausführung sind zusätzlich verfügbar

• Modbus TCP,
• Ethernet,
• PoE,
• M-Bus.

Beim IVA520

stehen ebenfalls verschiedene analoge und digitale Schnittstellenvarianten zur Verfügung.

Für Ringnetze besonders wichtig

ist dabei nicht nur die Übertragung des Durchflussbetrags.

Das übergeordnete System sollte auch wissen

• welche Strömungsrichtung vorliegt,
• wie positive und negative Werte behandelt werden,
• welcher Totalisierer verwendet wird.

Für eine saubere Bilanz

sollten Datenpunktnamen beispielsweise eindeutig unterscheiden zwischen:

Flow Forward

Flow Reverse

Consumption Forward

Consumption Reverse

Net Consumption

Empfohlener Planungs- und Prüfablauf für eine Druckluftmessung im Ringnetz

1. Messziel definieren: Gesamtverbrauch, Hallenverbrauch, Maschinenverbrauch, Leckage oder Netzbilanz festlegen.
2. Rohrnetz aufnehmen: Ringleitungen, Stichleitungen, Kompressoren und Verbraucher dokumentieren.
3. Bilanzgrenze festlegen: Definieren, welche Leitungen in die gewünschte Verbrauchszone hinein- oder herausführen.
4. Mögliche Strömungsrichtungen prüfen: Für jede Messstelle untersuchen, ob Rückströmung auftreten kann.
5. Messstelle auswählen: Möglichst eindeutige Verbraucherzuordnung und geeignete Rohrbedingungen kombinieren.
6. Mediumzustand prüfen: Trockene oder nasse Druckluft, Temperatur, Druck und mögliche Kondensation berücksichtigen.
7. Qmin und Qmax abschätzen: Produktionsspitzen ebenso wie Nacht- und Leckageströme berücksichtigen.
8. Messprinzip auswählen: Für trockene Druckluft beispielsweise thermischen Verbrauchssensor, für andere Bedingungen entsprechend geeignete Messprinzipien prüfen.
9. Bidirektionalität festlegen: Bei möglicher Strömungsumkehr geeignete Gerätekonfiguration wählen.
10. Richtungserkennung festlegen: Falls erforderlich IVA 409 beziehungsweise eine geeignete bidirektionale Messlösung einplanen.
11. Rohrdimension prüfen: Tatsächlichen Innendurchmesser und Einbausituation bestimmen.
12. Einlaufbedingungen prüfen: Bögen, T-Stücke, Ventile und Reduzierungen vor der Messstelle berücksichtigen.
13. Einbaulage definieren: Herstellerangaben zur Montage einhalten.
14. Bezugsbedingungen vereinheitlichen: Normtemperatur, Normdruck und Gasart dokumentieren.
15. Signalverarbeitung definieren: Vorwärts-, Rückwärts- und Nettomenge eindeutig festlegen.
16. Kommunikation einrichten: Analogsignal, Impuls, Modbus oder andere Schnittstelle entsprechend der Anwendung verwenden.
17. Messstelle plausibilisieren: Nach Inbetriebnahme aktuelle Strömungsrichtung mit dem Anlagenzustand vergleichen.
18. Verbrauchsbilanz prüfen: Summe der Teilverbraucher mit Hauptmessung vergleichen.
19. Nachtverbrauch analysieren: Grundlast und mögliche Leckageströme auswerten.
20. Trend speichern: Verbrauch über Schichten, Tage und Produktionszustände vergleichen.
21. Kalibrierung planen: Wiederkehrende Überprüfung beziehungsweise Rekalibrierung in den Wartungsplan aufnehmen.

Typische Fehler bei der Druckluftmessung im Ringnetz

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
Verbrauch einer Halle scheint zeitweise negativ	Strömungsrichtung im Ring hat sich geändert	Fließrichtung und Bilanzgrenze prüfen
Durchflusswert stimmt, Verbrauchsbilanz aber nicht	Messstelle erfasst zusätzlich einen benachbarten Netzabschnitt	Rohrnetz und Verbraucherzuordnung prüfen
Totalisierter Verbrauch ist ungewöhnlich hoch	Vorwärts- und Rückwärtsfluss werden beide positiv addiert	Totalisierer-Konfiguration prüfen
Hauptzähler zeigt weniger als Summe der Teilzähler	Unterschiedliche Bezugsbedingungen oder Messstellenfehler	Normbedingungen, Gasart und Einbau prüfen
Durchfluss ändert sich stark nach Zuschaltung eines Verbrauchers an anderer Stelle	Lastverteilung im Ring verschiebt sich	Messrichtung und Druckverteilung analysieren
Nachtverbrauch ist überraschend hoch	Leckagen oder Versorgung anderer Ringabschnitte	Bilanzgrenzen und Betriebszustände prüfen
Sensor zeigt unmittelbar hinter einem Rohrbogen instabile Werte	Gestörtes Strömungsprofil	Einbauposition und erforderliche Einlaufstrecke prüfen
Messwert passt nach Rohrumbau nicht mehr	Geänderte Rohrgeometrie oder Strömungsverteilung	Innendurchmesser und Messstellenparameter prüfen
Thermischer Sensor liefert unplausible Werte bei Kondensatanfall	Nasse Druckluft beziehungsweise Flüssigkeit am Sensorelement	Mediumzustand und geeignetes Messprinzip prüfen
Sehr kleine Leckageströme werden schlecht aufgelöst	Messbereich beziehungsweise Rohrdimension zu groß	Qmin und Messbereich neu bewerten
Rückströmung wird nicht erkannt	Messsystem nicht für bidirektionale Erfassung ausgelegt	Geräteausführung und Richtungserkennung prüfen

Praxisbeispiel: Produktionshalle in einem Druckluft-Ringnetz bilanzieren

Eine Produktionshalle wird an zwei Stellen aus einem zentralen Druckluft-Ringnetz versorgt.

Messziel

Der Betreiber möchte den:

tatsächlichen Druckluftverbrauch der Halle

erfassen.

Erster Ansatz

Ein Verbrauchssensor wird in der linken Ringhauptleitung installiert.

Problem

Der dort gemessene Durchfluss versorgt nicht ausschließlich die Halle.

Ein Teil der Luft strömt je nach Betriebszustand weiter in den:

restlichen Ring

Die Messstelle ist damit für die Hallenabrechnung ungeeignet

obwohl der Sensor selbst korrekt misst.

Verbesserte Lösung

Die Bilanzgrenze wird direkt um die Halle gelegt.

An Anschluss A

wird gemessen:

QA

An Anschluss B

wird gemessen:

QB

Beide Messstellen können abhängig von der Netzsituation ihre Richtung ändern

und werden deshalb richtungsabhängig ausgewertet.

Momentaufnahme 1

QA = +480 Nm³/h

QB = +220 Nm³/h

Hallenverbrauch

QHalle = 700 Nm³/h

Momentaufnahme 2

Nach Änderung der Ringnetzlast:

QA = +520 Nm³/h

QB = -80 Nm³/h

Dann beträgt der Nettozufluss

QHalle = 520 − 80 = 440 Nm³/h

Die negative Strömung an Messstelle B

ist kein Messfehler.

Sie zeigt, dass ein Teil der über Anschluss A zugeführten Druckluft aktuell über Anschluss B wieder in den Ring zurückströmt.

Ergebnis

Erst durch die Kombination aus geeigneter Messstellenwahl und korrekter Richtungsauswertung wird aus mehreren Durchflusswerten eine belastbare Verbrauchsbilanz.

Passende ICS-Produkte für Druckluft-Ringnetze

IVA500 – Verbrauchssensor für Druckluft und Gase

Für die Verbrauchsmessung in bestehenden Rohrleitungen führt ICS den:

IVA500

ICS nennt unter anderem

• Messung des Massenstroms mit direkter Ausgabe des Normvolumenstroms,
• thermisches Massenstromprinzip,
• Einsatz für Druckluft und verschiedene nicht korrosive Gase,
• 4 … 20 mA, Impuls und Modbus RTU serienmäßig,
• weitere Kommunikationsschnittstellen optional,
• integriertes Display,
• Einsatz von DN15 bis DN1000, größere Durchmesser auf Anfrage,
• Einbau über ½”-Kugelhahn,
• optional bidirektionale Messung.

Für Ringnetze besonders wichtig

ist die Option:

bidirektionale Messung

weil sich die Strömungsrichtung in einem Ringabschnitt ändern kann.

IVA520 – Inline-Durchfluss- und Verbrauchssensor

Für eine definierte Inline-Messstrecke steht bei ICS der:

IVA520

zur Verfügung.

Der IVA520

misst den Massenstrom und gibt direkt den Normvolumenstrom aus.

ICS nennt unter anderem

• Messung von Durchfluss und Verbrauch,
• thermisches Messprinzip,
• integrierte Messstrecke,
• verschiedene Messbereiche,
• verschiedene Bezugsnormen,
• 4 … 20 mA,
• Impulsausgang,
• Modbus RTU,
• weitere Schnittstellenvarianten,
• optionale bidirektionale Messung.

Für eine Neuanlage

kann die integrierte Messstrecke helfen, die mechanische Installation der Verbrauchsmessung eindeutig zu definieren.

IVA 409 – Richtungsschalter für Druckluft- und Gasanlagen

Speziell für Ringleitungen bietet ICS den:

IVA 409

Seine zentrale Aufgabe

ist die Erkennung der:

Fließrichtung von Druckluft und Gasen

ICS nennt

• spezielle Eignung für Ringleitungen,
• Erkennung sehr kleiner Änderungen der Strömungsrichtung,
• keine mechanischen Verschleißteile,
• Einbau unter Druck,
• potentialfreien Kontakt zur Richtungsinformation.

Besonders relevant

ist die von ICS beschriebene Kombination mit:

IVA500 / IVA520

zur eindeutigen Erfassung von:

zufließender und abfließender Druckluft

in Ringleitungen.

IVD520 – für nasse Druckluft

Ist an der vorgesehenen Messstelle mit nasser Druckluft zu rechnen, führt ICS außerdem den:

IVD520 Inline-Differenzdruck-Durchflusssensor

ICS nennt als Einsatzgebiet ausdrücklich

nasse Druckluft

Das Gerät liefert

• Durchfluss,
• Gesamtverbrauch,
• Temperatur,
• Druck.

Welche Lösung passt?

Aufgabe	Passende ICS-Lösung
Verbrauchsmessung in bestehender Druckluftleitung	IVA500
Verbrauchsmessung mit definierter Inline-Messstrecke	IVA520
Bidirektionaler Betrieb im Ringnetz	IVA500 beziehungsweise IVA520 in entsprechender bidirektionaler Ausführung
Separate Erkennung der Fließrichtung im Ringnetz	IVA 409
Erfassung zu- und abfließender Druckluft in Ringleitungen	IVA 409 in Kombination mit IVA500 / IVA520 entsprechend Messkonzept
Nasse Druckluft	IVD520 beziehungsweise für die konkrete Anwendung geeignetes Messprinzip prüfen

Weitere Lösungen finden Sie unter Durchflussmesstechnik bei ICS Schneider.

Fazit

Die Druckluftmessung in einem Ringnetz ist in erster Linie eine Frage der:

richtigen Bilanzgrenze

und erst danach eine Frage des Sensors.

Ein Ringnetz kann seine Strömungsrichtung ändern

Abhängig von Verbrauchern, Kompressoren und Druckverteilung kann dieselbe Leitung zeitweise in beide Richtungen durchströmt werden.

Eine einzelne Messstelle ist deshalb nicht automatisch ein Verbrauchszähler

Der gemessene Durchfluss muss eindeutig dem gewünschten:

• Verbraucher,
• Teilnetz,
• Gebäude,
• Kostenbereich

zugeordnet werden können.

Bei Rückströmung muss die Richtung berücksichtigt werden

Für eine Nettobilanz gilt:

Zufluss positiv → Rückfluss negativ

Bidirektionale Messung kann deshalb entscheidend sein

IVA500 und IVA520 sind bei ICS mit entsprechender bidirektionaler Option verfügbar.

Für Ringleitungen kann zusätzlich der IVA 409 eingesetzt werden

um die aktuelle Strömungsrichtung eindeutig zu erkennen.

Auch die Messstelle selbst entscheidet über die Qualität

Einlaufbedingungen, Rohrinnendurchmesser, Einbautiefe, Mediumzustand und Normbedingungen müssen zum Messkonzept passen.

Und schließlich

müssen alle Zähler einer Bilanz dieselbe Definition von:

Normvolumen + Strömungsrichtung + Totalisierung

verwenden.

Für die Praxis gilt deshalb

Rohrnetz aufnehmen → Messziel definieren → Bilanzgrenze festlegen → alle Zu- und Abgänge identifizieren → mögliche Richtungsumkehr prüfen → geeignete Messstellen auswählen → Qmin und Qmax bestimmen → Zustand der Druckluft prüfen → passendes Messprinzip auswählen → gegebenenfalls bidirektionale Messung oder IVA 409 vorsehen → Einlaufbedingungen und Rohrdaten prüfen → einheitliche Normbedingungen parametrieren → Vorwärts- und Rückwärtsfluss eindeutig auswerten → Totalisierer prüfen → Messstellen unter unterschiedlichen Anlagenzuständen testen → Nachtverbrauch und Leckagen analysieren → Verbrauchstrends dauerhaft dokumentieren.

FAQ: Druckluftverbrauch im Ringnetz richtig messen

Warum ist die Durchflussmessung in einem Ringnetz schwierig?

Weil Druckluft einen Netzabschnitt abhängig von der aktuellen Druck- und Verbrauchssituation in unterschiedlichen Richtungen durchströmen kann.

Kann sich die Strömungsrichtung in einer Druckluft-Ringleitung tatsächlich umkehren?

Ja. Änderungen der Verbraucherlast, Kompressorsteuerung oder Ventilstellungen können die Druckverteilung und damit die lokale Strömungsrichtung verändern.

Was ist der Unterschied zwischen Durchfluss und Verbrauch?

Durchfluss ist die momentan transportierte Gasmenge pro Zeit. Verbrauch ist die über einen Zeitraum integrierte Gasmenge.

Wie wird Druckluftverbrauch berechnet?

Grundsätzlich wird der Durchfluss über die Zeit integriert: V = ∫ Q(t) dt.

Was bedeutet bidirektionale Durchflussmessung?

Ein bidirektionales Messsystem kann Durchfluss in beiden möglichen Strömungsrichtungen erfassen beziehungsweise richtungsabhängig auswerten.

Wann brauche ich eine bidirektionale Druckluftmessung?

Wenn sich die Strömungsrichtung an der Messstelle ändern kann und beide Richtungen für die Verbrauchs- oder Netzbilanz relevant sind.

Brauche ich in einer Stichleitung ebenfalls bidirektionale Messung?

Nicht zwangsläufig. Wenn die Strömung konstruktiv eindeutig vom Ring zum Verbraucher verläuft und keine Rückströmung möglich ist, reicht grundsätzlich eine entsprechend gerichtete Messung.

Wo sollte ein Druckluftzähler installiert werden?

Möglichst dort, wo der gewünschte Verbraucher oder Bilanzbereich eindeutig abgegrenzt wird und zugleich geeignete Strömungs- und Einbaubedingungen vorhanden sind.

Kann ich den Verbrauch einer Halle direkt im Ring messen?

Nur wenn die Messstelle beziehungsweise Kombination mehrerer Messstellen tatsächlich alle Zu- und Abflüsse der Halle erfasst.

Was bedeutet eine Bilanzgrenze?

Eine Bilanzgrenze ist eine gedachte Grenze um den zu untersuchenden Bereich. Alle Druckluftleitungen, die diese Grenze kreuzen, müssen für eine vollständige Bilanz berücksichtigt werden.

Wie wird eine Hallenbilanz mit zwei Druckluftanschlüssen berechnet?

Die richtungsabhängigen Durchflüsse beider Anschlüsse werden mit ihrem jeweiligen Vorzeichen addiert.

Kann ein negativer Durchflusswert korrekt sein?

Ja. Bei einer bidirektionalen Messstelle kann ein negativer Wert einfach bedeuten, dass die aktuelle Strömung entgegen der definierten positiven Richtung verläuft.

Ist Rückströmung ein Fehler im Druckluftnetz?

Nicht zwangsläufig. In Ringleitungen kann eine Strömungsumkehr aufgrund der aktuellen Druckverteilung völlig normal sein.

Warum kann ein Totalisierer im Ringnetz falsch interpretiert werden?

Wenn Vorwärts- und Rückwärtsmengen nicht entsprechend dem Messziel verarbeitet werden, kann beispielsweise der transportierte Gesamtstrom mit dem tatsächlichen Nettoverbrauch verwechselt werden.

Was ist der Unterschied zwischen Bruttomenge und Nettomenge?

Eine Bruttobetrachtung kann sämtliche transportierten Mengen unabhängig von der Richtung berücksichtigen. Die Nettomenge berücksichtigt dagegen Zu- und Rückfluss mit unterschiedlichen Vorzeichen.

Warum ist der Nachtverbrauch wichtig?

Während Produktionsstillständen können verbleibende Durchflüsse Hinweise auf Leckagen oder unbeabsichtigt aktive Verbraucher liefern.

Kann ich Leckagen über einen Hauptzähler finden?

Ein Hauptzähler kann einen ungewöhnlichen Grundverbrauch sichtbar machen. Zur Lokalisierung der Leckage sind anschließend weitere Teilmessungen beziehungsweise eine systematische Leckagesuche erforderlich.

Warum ist der minimale Durchfluss bei der Auswahl wichtig?

Ein Messgerät muss nicht nur Produktionsspitzen, sondern gegebenenfalls auch kleine Nacht- und Leckageströme ausreichend zuverlässig erfassen.

Was ist Normvolumenstrom?

Der Normvolumenstrom beschreibt die Gasmenge bezogen auf definierte Referenzbedingungen für Druck und Temperatur.

Warum müssen die Bezugsbedingungen aller Druckluftzähler gleich sein?

Nur dann können Verbrauchswerte verschiedener Messstellen unmittelbar miteinander verglichen und bilanziert werden.

Was sind Einlaufstrecken?

Einlaufstrecken sind ausreichend lange Rohrabschnitte vor dem Durchflussmesser, in denen sich ein für die Messung geeignetes Strömungsprofil ausbilden soll.

Warum sind Rohrbögen vor dem Sensor problematisch?

Sie können Drall und asymmetrische Geschwindigkeitsprofile erzeugen und dadurch die Durchflussmessung beeinflussen.

Wie lang muss die Einlaufstrecke sein?

Das hängt vom konkreten Messgerät, der Rohrdimension und der Art der vorgelagerten Störung ab. Maßgebend sind die Herstellerangaben des jeweiligen Sensors.

Warum muss der Rohrinnendurchmesser bekannt sein?

Bei bestimmten Durchflussmessverfahren wird er für die Berechnung des Volumenstroms beziehungsweise die korrekte Parametrierung benötigt.

Kann ich einen thermischen Verbrauchssensor bei nasser Druckluft einsetzen?

Die konkrete Eignung hängt vom Sensor und den Prozessbedingungen ab. Kondensation am thermischen Sensorelement kann problematisch sein. Für nasse Druckluft führt ICS beispielsweise geeignete Differenzdruck-Durchflusslösungen wie den IVD520.

Was ist der IVA500?

Der IVA500 ist ein bei ICS gelisteter Verbrauchssensor für Druckluft und verschiedene Gase nach dem thermischen Massenstromprinzip.

Kann der IVA500 bidirektional messen?

Ja. ICS führt eine optionale bidirektionale Messung für den IVA500 auf.

Für welche Rohrgrößen eignet sich der IVA500?

ICS gibt den Einsatz von DN15 bis DN1000 an; größere Durchmesser sind auf Anfrage möglich.

Welche Schnittstellen besitzt der IVA500?

ICS nennt serienmäßig 4 … 20 mA, Impulsausgang und Modbus RTU über RS-485 sowie weitere optionale Schnittstellen.

Was ist der IVA520?

Der IVA520 ist ein Inline-Durchfluss- und Verbrauchssensor mit integrierter Messstrecke für Druckluft und verschiedene Gase.

Kann der IVA520 bidirektional messen?

Ja. In den von ICS bereitgestellten Gerätedaten ist eine bidirektionale Ausführung vorgesehen.

Was ist der IVA 409?

Der IVA 409 ist ein Richtungsschalter für Druckluft- und Gasanlagen, den ICS speziell für die Erkennung der Fließrichtung in Ringleitungen führt.

Misst der IVA 409 selbst den Druckluftverbrauch?

Seine Hauptaufgabe ist die Erkennung der Strömungsrichtung. Für die eigentliche Verbrauchsmessung wird er mit geeigneten Verbrauchssensoren kombiniert.

Kann der IVA 409 mit IVA500 oder IVA520 kombiniert werden?

Ja. ICS beschreibt die Kombination ausdrücklich zur Erfassung von zu- und abfließender Druckluft in Ringleitungen.

Was ist der IVD520?

Der IVD520 ist ein Inline-Differenzdruck-Durchflusssensor, den ICS unter anderem für nasse Druckluft und technische Gase führt.

Welche Werte liefert der IVD520?

ICS nennt Durchfluss, Gesamtverbrauch, Temperatur und Druck.

Welche Messlösung ist für ein Druckluft-Ringnetz am sinnvollsten?

Das hängt vom Messziel und der Einbausituation ab. Bei möglicher Richtungsumkehr sind eine geeignete bidirektionale IVA500-/IVA520-Ausführung beziehungsweise ein Messkonzept mit IVA 409 besonders relevant.

Wo finde ich den IVA500 bei ICS Schneider?

Weitere Informationen finden Sie unter IVA500 Verbrauchssensor bei ICS Schneider.

Wo finde ich den IVA 409 bei ICS Schneider?

Weitere Informationen finden Sie unter IVA 409 Richtungsschalter bei ICS Schneider.

Wo finde ich den IVD520 bei ICS Schneider?

Weitere Informationen finden Sie unter IVD520 Inline-Differenzdruck-Durchflusssensor bei ICS Schneider.

Wo finde ich weitere Druckluft-Verbrauchszähler bei ICS Schneider?

Eine Übersicht finden Sie unter Verbrauchszähler für Gase und Druckluft bei ICS Schneider.

Wo finde ich weitere Durchflussmessgeräte bei ICS Schneider?

Eine Übersicht finden Sie unter Durchflussmesstechnik bei ICS Schneider.