Druckluftverbrauch richtig messen: Nm³/h und m³/h unterscheiden

→ Produktkategorie: Durchflussmesstechnik

 

Druckluftverbrauch lässt sich nur dann eindeutig bewerten und zwischen verschiedenen Messstellen vergleichen, wenn klar definiert ist, auf welchen Druck- und Temperaturzustand sich der angegebene Volumenstrom bezieht.

Eine Anzeige von 500 m³/h beantwortet deshalb noch nicht automatisch die Frage, wie viel Druckluft ein Verbraucher tatsächlich benötigt. Entscheidend ist, ob damit das reale Volumen der komprimierten Luft in der Rohrleitung oder ein auf definierte Referenzbedingungen umgerechnetes Normvolumen gemeint ist.

Gerade in Druckluftnetzen ist der Unterschied erheblich. Luft mit beispielsweise 7 bar Überdruck nimmt in der Rohrleitung nur einen Bruchteil des Volumens ein, das dieselbe Luftmenge nach Entspannung auf ungefähr atmosphärischen Druck beanspruchen würde.

Für Verbrauchsbilanzen, Leckagebewertungen, Kostenstellenmessungen und Vergleiche zwischen Kompressorleistung und Verbrauch müssen deshalb immer dieselben Bezugsbedingungen verwendet werden.

Ein besonders passendes Messgerät ist der IVA520 thermische Massenstromsensor. Das Gerät misst den Massenstrom und gibt daraus direkt den auf definierte Referenzbedingungen bezogenen Volumenstrom beziehungsweise Gesamtverbrauch aus.

Für die Nachrüstung in vorhandenen größeren Rohrleitungen eignet sich außerdem der IVA500 Verbrauchssensor. Weitere Lösungen finden Sie unter Verbrauchszähler für Gase und Druckluft sowie in der gesamten Durchflussmesstechnik bei ICS Schneider.

Warum sind m³/h bei Druckluft nicht eindeutig?

Ein Kubikmeter beschreibt zunächst nur ein geometrisches Volumen.

Bei Flüssigkeiten ist das häufig relativ unkompliziert, weil sich deren Volumen bei üblichen Prozessdrücken nur vergleichsweise wenig verändert.

Gase verhalten sich anders.

Druckluft ist kompressibel.

Dieselbe Luftmasse kann deshalb abhängig von Druck und Temperatur völlig unterschiedliche Volumina einnehmen.

Beispiel

Wird Luft von ungefähr atmosphärischem Druck auf einen deutlich höheren Druck komprimiert, bleibt die Luftmasse erhalten, ihr Volumen nimmt jedoch stark ab.

Die Angabe:

100 m³/h

ist deshalb ohne zusätzliche Information nicht ausreichend.

Es muss bekannt sein, ob sich der Wert auf:

• den tatsächlichen Zustand in der Rohrleitung,
• einen definierten Normzustand,
• bestimmte Referenzbedingungen des Messgerätes

bezieht.

Was ist Betriebsvolumen?

Das Betriebsvolumen beschreibt das tatsächliche geometrische Gasvolumen unter den momentan herrschenden Prozessbedingungen.

Relevant sind insbesondere:

• Betriebsdruck,
• Gastemperatur.

Beispiel

Ein Durchfluss von:

100 m³/h Betriebsvolumen

bei:

7 bar(g)

beschreibt das reale Volumen, das die komprimierte Luft unter diesen Bedingungen pro Stunde in der Rohrleitung einnimmt.

Wird dieselbe Luftmenge auf atmosphärischen Druck entspannt, nimmt sie ein wesentlich größeres Volumen ein.

Betriebsvolumen wird häufig benötigt für

• Strömungsgeschwindigkeit in Rohrleitungen,
• Dimensionierung von Leitungen,
• Druckverlustberechnungen,
• Auslegung bestimmter volumetrischer Durchflussmesser.

Für den Vergleich des eigentlichen Druckluftverbrauchs ist das Betriebsvolumen dagegen häufig weniger praktisch, weil sich der Wert bereits bei einer Änderung des Netzdrucks verändert.

Was ist Normvolumen?

Beim Normvolumen wird die tatsächlich vorhandene Gasmenge rechnerisch auf festgelegte Referenzbedingungen zurückgeführt.

Der aktuelle Rohrleitungsdruck ist damit nicht mehr die Bezugsbasis für das angezeigte Volumen.

Typische Einheiten sind:

Nm³/h

für den momentanen Normvolumenstrom und:

Nm³

für den aufsummierten Normverbrauch.

Der große Vorteil

Die gleiche Luftmasse soll bei gleichen definierten Referenzbedingungen immer denselben Normvolumenwert besitzen, unabhängig davon, ob sie im Druckluftnetz beispielsweise bei:

6 bar(g)

oder:

8 bar(g)

transportiert wird.

Normvolumen eignet sich deshalb besonders für:

• Druckluftverbrauchsbilanzen,
• Kostenstellenmessungen,
• Leckagebewertung,
• Energiemanagement,
• Vergleich unterschiedlicher Verbraucher,
• Vergleich verschiedener Produktionsbereiche.

Welche Normbedingungen gelten?

Die Bezeichnung Nm³ allein sollte nicht als vollständige Definition der Bezugsbedingungen verstanden werden.

In der Praxis werden unterschiedliche Referenzzustände verwendet.

DIN 1343

Ein häufig verwendeter Normzustand ist:

TN = 0 °C = 273,15 K

und:

pN = 1.013,25 mbar absolut

Drucklufttechnik nach DIN 1945 beziehungsweise ISO-1217-Bezug

Bei Druckluft-Verbrauchsmessgeräten werden häufig auch Referenzbedingungen von:

20 °C

und:

1.000 mbar absolut

verwendet.

Bei Geräten wie dem IVA520 können entsprechende Referenzbedingungen berücksichtigt beziehungsweise eingestellt werden.

Das ist für Vergleiche entscheidend

Ein Messwert von:

1.000 m³

bezogen auf 20 °C und 1.000 mbar ist nicht exakt derselbe Gaszustand wie:

1.000 Nm³

bezogen auf 0 °C und 1.013,25 bar.

Für eine Verbrauchsbilanz sollte deshalb nicht nur die Einheit, sondern auch die hinterlegte Referenztemperatur und der Referenzdruck dokumentiert werden.

Warum muss mit Absolutdruck gerechnet werden?

Für Gaszustandsberechnungen ist nicht der angezeigte Überdruck entscheidend, sondern der Absolutdruck.

Ein typisches Manometer in einem Druckluftnetz zeigt beispielsweise:

7 bar(g)

an.

Das bedeutet ungefähr:

7 bar Überdruck gegenüber der Umgebung

Der Absolutdruck beträgt bei ungefähr 1 bar Umgebungsdruck:

pabs ≈ 8 bar(a)

Vereinfacht gilt

pabs = pg + pamb

Wer bei der Umrechnung versehentlich mit:

7 bar

statt:

8 bar absolut

rechnet, erzeugt einen erheblichen systematischen Fehler.

Überdruck und Absolutdruck dürfen bei der Umrechnung von Gasvolumenströmen nicht verwechselt werden.

Warum beeinflusst die Temperatur das Volumen?

Bei gleichem Druck nimmt eine wärmere Gasmenge ein größeres Volumen ein als dieselbe Gasmenge bei niedrigerer Temperatur.

Für Gasberechnungen muss die Temperatur deshalb als absolute Temperatur verwendet werden.

Die Umrechnung lautet:

T [K] = t [°C] + 273,15

Beispiel

20 °C entsprechen:

293,15 K

0 °C entsprechen:

273,15 K

Eine Rechnung mit:

20 / 0

ist deshalb physikalisch falsch.

Für die Volumenstromumrechnung müssen Kelvinwerte verwendet werden.

Betriebsvolumen in Normvolumen umrechnen

Für eine näherungsweise ideale Gasbetrachtung kann der Normvolumenstrom aus dem Betriebsvolumenstrom berechnet werden.

Vereinfacht gilt:

QN = QB · (pB / pN) · (TN / TB)

mit:

• QN = Normvolumenstrom,
• QB = Betriebsvolumenstrom,
• pB = absoluter Betriebsdruck,
• pN = absoluter Referenzdruck,
• TB = absolute Betriebstemperatur in Kelvin,
• TN = absolute Referenztemperatur in Kelvin.

Für höhere Genauigkeitsanforderungen

kann zusätzlich die reale Gasabweichung vom idealen Gas über den Kompressibilitätsfaktor berücksichtigt werden:

QN = QB · (pB / pN) · (TN / TB) · (ZN / ZB)

Bei üblichen industriellen Druckluftanwendungen wird die notwendige Umrechnung in einem geeigneten Verbrauchsmessgerät normalerweise bereits innerhalb der Messwertverarbeitung berücksichtigt.

Praxisbeispiel: 100 m³/h bei 7 bar Überdruck

In einer Druckluftleitung werden tatsächlich:

100 m³/h Betriebsvolumen

gemessen.

Die Betriebsbedingungen betragen:

7 bar(g)

und:

20 °C

Bei ungefähr 1 bar Atmosphärendruck ergibt sich:

pB ≈ 8 bar absolut

Referenz: 20 °C und 1 bar absolut

Da Betriebs- und Referenztemperatur identisch sind, vereinfacht sich die Betrachtung näherungsweise zu:

QN ≈ 100 · 8 / 1

und damit:

QN ≈ 800 m³/h

auf dieser Referenzbasis.

Referenz nach DIN 1343

Bei:

0 °C

und:

1.013,25 mbar absolut

ergibt sich näherungsweise:

QN ≈ 736 Nm³/h

Das Beispiel zeigt zwei wichtige Effekte gleichzeitig: Der Normvolumenstrom ist deutlich größer als das reale Rohrleitungsvolumen und verschiedene Referenzbedingungen erzeugen unterschiedliche Normvolumenwerte.

Wie stark unterscheiden sich verschiedene Bezugsbedingungen?

Die Unterschiede wirken auf den ersten Blick klein, können bei großen jährlichen Verbrauchsmengen aber wirtschaftlich relevant werden.

Bezugsbasis	Temperatur	Absolutdruck	Ergebnis im Beispiel
Betriebszustand	20 °C	8 bar(a)	100 m³/h
Referenz 20 °C / 1 bar	20 °C	1.000 mbar(a)	ca. 800 m³/h
DIN 1343	0 °C	1.013,25 mbar(a)	ca. 736 Nm³/h

Zwischen den beiden Referenzvolumenströmen liegt in diesem Beispiel bereits eine Differenz von rund neun Prozent.

Bei einer Jahresmenge von mehreren Millionen Kubikmetern kann eine solche unterschiedliche Bezugsbasis erhebliche Abweichungen in Verbrauchs- und Kostenstatistiken verursachen.

Warum thermische Sensoren den Massenstrom messen

Thermische Verbrauchssensoren wie IVA500 oder IVA520 bestimmen im Kern den Gas-Massenstrom.

Die Luftmasse selbst verändert sich durch Kompression nicht.

Dadurch kann aus dem gemessenen Massenstrom über die definierte Dichte bei den Referenzbedingungen unmittelbar ein standardisierter Volumenstrom berechnet werden.

Das hat einen wichtigen Vorteil

Der Benutzer muss nicht jedes Mal selbst aus:

• Rohrleitungsdruck,
• Temperatur,
• Betriebsvolumen

den Normvolumenstrom berechnen.

Das Messsystem kann unmittelbar Werte wie:

Nm³/h

beziehungsweise:

Nm³

bereitstellen.

Für die Parametrierung bleibt aber wichtig

• richtige Gasart,
• richtige Bezugsbedingungen,
• richtige Einheit.

Durchfluss und Verbrauch unterscheiden

Auch die Begriffe Durchfluss und Verbrauch werden häufig vermischt.

Momentaner Volumenstrom

Ein Wert wie:

500 Nm³/h

beschreibt die momentane Durchflussrate.

Gesamtverbrauch

Der Zähler integriert diesen Durchfluss über die Zeit.

Das Ergebnis kann beispielsweise lauten:

2.500.000 Nm³

für einen bestimmten Produktionszeitraum.

Für Kostenstellenmessungen

ist meist der integrierte Gesamtverbrauch entscheidend.

Für:

• Anlagendimensionierung,
• Spitzenlastanalyse,
• Leckagesuche,
• Erkennung ungewöhnlicher Betriebszustände

ist dagegen auch der momentane Normvolumenstrom wichtig.

Kompressor-FAD und Druckluftverbrauch vergleichen

Eine weitere typische Fehlerquelle entsteht beim Vergleich einer Kompressorleistung mit einem Druckluft-Verbrauchsmessgerät.

Bei Kompressoren wird häufig die:

Free Air Delivery (FAD)

beziehungsweise Liefermenge bezogen auf definierte Ansaugbedingungen angegeben.

Diese Zahl entspricht nicht dem geometrischen Volumenstrom der verdichteten Luft in der Druckleitung.

Beispiel

Ein Kompressor mit einer Liefermenge von ungefähr:

1.000 m³/h

bezogen auf atmosphärische Referenzbedingungen führt bei beispielsweise 7 bar(g) keineswegs 1.000 m³/h geometrisches Rohrleitungsvolumen.

Das tatsächliche Volumen der verdichteten Luft ist wesentlich kleiner.

Für einen belastbaren Vergleich

müssen deshalb Kompressorwert und Verbrauchsmessung:

• auf derselben Druckbasis,
• auf derselben Temperaturbasis,
• mit derselben Definition der Gasmenge

verglichen werden.

Nur dann lässt sich beispielsweise aus:

Kompressorliefermenge − gemessene Verbraucher

eine sinnvolle Netzbilanz bilden.

Warum die Bezugsbedingungen für Energiekosten wichtig sind

Druckluft gehört in vielen Industriebetrieben zu den vergleichsweise kostenintensiven Energieträgern.

Typische Kennzahlen sind beispielsweise:

kWh/Nm³

oder:

€/1.000 Nm³

Eine falsche Bezugsbasis verfälscht diese Kennzahlen

Wird die elektrische Energie des Kompressors auf einen Verbrauchswert bezogen, der nach anderen Normbedingungen berechnet wurde als der Referenzwert, entsteht ein systematischer Fehler.

Das betrifft beispielsweise:

• Kompressorvergleich,
• Standortbenchmarking,
• Kostenstellenabrechnung,
• Leckagekosten,
• Wirtschaftlichkeitsrechnung von Effizienzmaßnahmen.

Die Bezugsbedingungen gehören deshalb in die Dokumentation einer Druckluftmessstelle genauso wie Messbereich, Rohrdurchmesser und Gasart.

Was passiert bei schwankendem Netzdruck?

Angenommen, ein Verbraucher benötigt über einen bestimmten Zeitraum nahezu dieselbe Luftmasse.

Der Netzdruck verändert sich jedoch.

Bei höherem Druck nimmt dieselbe Luftmasse ein kleineres Betriebsvolumen ein.

Bei niedrigerem Druck wird das Betriebsvolumen größer.

Eine reine Betriebsvolumenmessung würde deshalb unterschiedliche Werte anzeigen

obwohl die tatsächlich verbrauchte Luftmasse praktisch gleich bleibt.

Ein auf konstante Referenzbedingungen bezogener Normvolumenstrom

bleibt dagegen für dieselbe Gasmenge vergleichbar.

Genau deshalb hat sich die normierte beziehungsweise standardisierte Volumenangabe für Druckluftverbrauchsmessungen etabliert.

Was passiert bei schwankender Gastemperatur?

Auch eine Temperaturänderung verändert das Betriebsvolumen.

Warme Luft besitzt bei gleichem Druck ein größeres Volumen als kalte Luft.

Das ist beispielsweise relevant

• direkt hinter einem Kompressor,
• vor und nach einem Nachkühler,
• bei außenliegenden Druckluftleitungen,
• bei starken jahreszeitlichen Temperaturschwankungen.

Wird lediglich das geometrische Volumen verglichen, können sich Unterschiede ergeben, obwohl der Massenstrom ähnlich ist.

Bei einer Normvolumenmessung wird dieser Temperatureffekt auf die definierte Bezugsbasis zurückgeführt.

Trockene und nasse Druckluft unterscheiden

Nicht nur Druck und Temperatur bestimmen die Auswahl des Messsystems.

Auch der Feuchtezustand der Druckluft ist wichtig.

Thermische Massenstromsensoren

eignen sich besonders für gasförmige Medien, bei denen keine störende Kondensation am Sensorelement auftritt.

Problematisch können Messstellen sein

wenn:

• flüssiges Kondensat mitgeführt wird,
• Wassertröpfchen vorhanden sind,
• die Leitung regelmäßig nass ist.

Typische kritische Positionen liegen beispielsweise direkt nach:

• Kompressoren ohne ausreichende Aufbereitung,
• Nachkühlern,
• nassen Druckluftbehältern.

Für nasse Druckluft

kann ein geeignetes Differenzdruck-Messprinzip sinnvoller sein.

ICS führt hierfür beispielsweise den IVD520 Inline-Differenzdruck-Durchflusssensor.

Welches Messprinzip eignet sich?

Messaufgabe	Typisch geeignetes Prinzip
Verbrauchsmessung trockener Druckluft	thermischer Massenstrom
Nachrüstung in vorhandener großer Rohrleitung	thermischer Einstecksensor
Definierte Inline-Messstrecke	thermischer Inline-Sensor
Messung direkt am Maschinenverbraucher	kompakter Inline-Verbrauchssensor
Nasse Druckluft	geeignetes Differenzdruck-Messverfahren
Sehr große Rohrdimensionen	Einsteck-, Ultraschall- oder anderes geeignetes Messkonzept prüfen

Die Entscheidung sollte nicht nur anhand der maximalen Durchflussmenge erfolgen.

Auch:

• Minimaldurchfluss,
• Druck,
• Temperatur,
• Feuchte,
• Rohrdurchmesser,
• Strömungsrichtung,
• Einbausituation

müssen berücksichtigt werden.

Einbaubedingungen richtig berücksichtigen

Auch ein korrekt auf Nm³/h eingestellter Sensor kann falsche Verbrauchswerte liefern, wenn er mechanisch falsch eingebaut ist.

Vor einem Durchflusssensor können insbesondere

• Rohrbögen,
• T-Stücke,
• Reduzierungen,
• Ventile,
• Filter

das Strömungsprofil beeinflussen.

Je nach Messprinzip sind deshalb definierte Ein- und Auslaufstrecken erforderlich.

Bei einem Einstecksensor

müssen zusätzlich berücksichtigt werden:

• korrekte Eintauchtiefe,
• richtige Sensorausrichtung,
• tatsächlicher Rohrinnendurchmesser.

Ein falscher Durchmesser kann zu einem direkten systematischen Fehler bei der Volumenstromberechnung führen.

Warum der tatsächliche Rohrinnendurchmesser wichtig ist

Ein Einstecksensor erfasst die Strömungsgeschwindigkeit an einer definierten Position im Rohr.

Für den Volumenstrom wird diese Geschwindigkeit mit dem wirksamen Rohrquerschnitt verknüpft.

Vereinfacht gilt:

Q = v · A

mit:

• Q = Volumenstrom,
• v = Strömungsgeschwindigkeit,
• A = Rohrquerschnitt.

Die Querschnittsfläche beträgt

A = π · d² / 4

Der Durchmesser geht damit quadratisch in die Querschnittsfläche ein.

Eine falsche Annahme des Innendurchmessers kann deshalb einen merklichen Messfehler verursachen.

Nicht nur DN übernehmen

Die Nennweite allein beschreibt nicht zwingend exakt den tatsächlichen Innendurchmesser.

Dieser hängt beispielsweise ab von:

• Rohrwerkstoff,
• Wandstärke,
• Rohrserie,
• Beschichtungen,
• Ablagerungen.

Messstellen im Werk vergleichbar machen

Für ein Energiemonitoring sollten alle Druckluft-Verbrauchsmessstellen nach derselben Systematik eingerichtet werden.

Einheitlich dokumentiert werden sollten

• Gasart,
• Referenztemperatur,
• Referenzdruck,
• Einheit des Momentanwertes,
• Einheit des Gesamtzählers,
• Rohrinnendurchmesser,
• Messstellenbezeichnung,
• Strömungsrichtung.

Beispiel

Messstelle A arbeitet mit:

20 °C / 1.000 mbar

Messstelle B mit:

0 °C / 1.013,25 mbar

Beide zeigen einen technisch korrekten normierten Volumenstrom.

Ihre Zählerstände dürfen aber nicht einfach ohne Berücksichtigung der unterschiedlichen Referenzbasis miteinander verglichen werden.

Bei einer zentralen Druckluftbilanz sollte deshalb eine einheitliche Referenzbasis für alle Messstellen definiert werden.

Praxisbeispiel: scheinbar falscher Verbrauch nach Sensortausch

Eine Produktionshalle besitzt seit mehreren Jahren einen Druckluft-Verbrauchszähler.

Der typische Tagesverbrauch beträgt:

10.000 m³

Nach einem Sensortausch zeigt der neue Zähler bei nahezu unveränderter Produktion plötzlich:

9.200 m³

Erster Verdacht

Der neue Sensor messe zu wenig.

Mechanische Prüfung

Rohrdurchmesser, Einbauposition und Durchflussbereich sind korrekt.

Prüfung der Parametrierung

Beim alten Sensor war als Bezugsbasis:

20 °C / 1.000 mbar

eingestellt.

Beim neuen Sensor wurde dagegen:

0 °C / 1.013,25 mbar

verwendet.

Ursache

Die beiden Geräte zeigen dieselbe physikalische Gasmenge auf unterschiedlichen Bezugsbedingungen an.

Der Unterschied ist deshalb kein eigentlicher Messfehler.

Lösung

Die Referenzbedingungen des neuen Sensors werden entsprechend dem betrieblichen Messstandard vereinheitlicht.

Zusätzlich werden die Bezugsbedingungen aller Verbrauchsmessstellen dokumentiert.

Das Beispiel zeigt, warum bei unerwarteten Änderungen nicht nur Kalibrierung und Sensorgenauigkeit, sondern auch die verwendete Normvolumendefinition überprüft werden muss.

Typische Fehlerbilder

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
Verbrauch ist ungefähr um Faktor 7 bis 9 zu klein	Betriebsvolumen mit Normvolumen verwechselt	Druck- und Bezugsbedingungen prüfen
Umrechnung stimmt trotz bekanntem Betriebsdruck nicht	Überdruck statt Absolutdruck verwendet	bar(g) in bar(a) umrechnen
Messstellen unterscheiden sich um mehrere Prozent	unterschiedliche Referenztemperaturen	Normbedingungen vergleichen
Neuer Zähler zeigt weniger als der alte	andere Bezugsbasis parametriert	Referenzdruck und Referenztemperatur prüfen
Verbrauch ändert sich stark mit Netzdruck	Betriebsvolumen statt normierter Gasmenge ausgewertet	Messprinzip und Einheit prüfen
Jahresbilanz passt nicht zur Kompressorliefermenge	unterschiedliche Definitionen beziehungsweise Referenzbedingungen	FAD und Verbrauchsbasis vereinheitlichen
Verbrauchsmessung nach Rohrumbau falsch	Rohrinnendurchmesser oder Strömungsprofil verändert	Parametrierung und Einbausituation prüfen
Einstecksensor zeigt dauerhaft zu viel oder zu wenig	falsche Eintauchtiefe oder Rohrdurchmesser	Montageabmessungen prüfen
Messung direkt nach Kompressor instabil	nasse Druckluft, Pulsationen oder hohe Temperatur	Messprinzip und Messstelle prüfen
Verbrauch sinkt nach Druckerhöhung scheinbar	Betriebsvolumen wird betrachtet	normierte Gasmenge auswerten
Kostenkennzahl kWh/m³ verändert sich nach Sensortausch	Bezugsbedingungen des Zählers geändert	Einheit und Normzustand vergleichen
Zähler verschiedener Hersteller stimmen nicht überein	Referenzbedingungen oder Gasparametrierung unterschiedlich	Konfigurationen vollständig vergleichen
Verbrauchswerte sind nachts unerwartet hoch	reale Leckagen oder Grundverbrauch	Lastprofil bei Produktionsstillstand auswerten

Empfohlener Auslegungs- und Prüfablauf

1. Messziel definieren: Momentandurchfluss, Gesamtverbrauch oder beides festlegen.
2. Medium bestimmen: Druckluft beziehungsweise andere Gasart eindeutig angeben.
3. Zustand der Druckluft klären: Trocken, feucht oder mit Kondensat belastet unterscheiden.
4. Minimaldurchfluss bestimmen: Leckage- und Teillastbetrieb berücksichtigen.
5. Maximaldurchfluss bestimmen: Produktionsspitzen erfassen.
6. Betriebsdruck angeben: Minimal- und Maximalwert dokumentieren.
7. Druckart klären: Überdruck und Absolutdruck nicht verwechseln.
8. Gastemperatur bestimmen: Relevanten Betriebsbereich erfassen.
9. Normvolumenbasis definieren: Referenztemperatur und Referenzdruck festlegen.
10. Betriebsstandard vereinheitlichen: Gleiche Bezugsbedingungen für vergleichbare Messstellen verwenden.
11. Rohrdimension erfassen: Tatsächlichen Innendurchmesser berücksichtigen.
12. Messprinzip auswählen: Thermisch, Differenzdruck oder anderes geeignetes Verfahren wählen.
13. Messbereich auswählen: Teillast und Spitzen gleichermaßen berücksichtigen.
14. Messstelle prüfen: Bögen, T-Stücke und Ventile berücksichtigen.
15. Einlaufbedingungen beachten: Herstelleranforderungen einhalten.
16. Einbaurichtung prüfen: Sensor entsprechend der Strömungsrichtung montieren.
17. Einstecktiefe einstellen: Bei Einstecksensoren exakt nach Vorgabe montieren.
18. Gasart parametrieren: Falsche Gasdichte vermeiden.
19. Referenzbedingungen parametrieren: Gewünschte Normbasis einstellen.
20. Einheit prüfen: m³/h, Nm³/h, l/min oder andere Einheit eindeutig dokumentieren.
21. Zählerstand kontrollieren: Gesamtverbrauch und Momentanwert unterscheiden.
22. Plausibilitätsprüfung durchführen: Ergebnis mit Kompressor- oder Vergleichsdaten prüfen.
23. Alle Messstellen dokumentieren: Normbedingungen in Energiemanagementsystem übernehmen.
24. Regelmäßig kalibrieren beziehungsweise verifizieren: Langzeitstabilität sicherstellen.

Passende Druckluft-Verbrauchsmesser bei ICS Schneider

IVA520 – Inline-Verbrauchszähler für Druckluft und Gase

Der IVA520 ist ein thermischer Massenstromsensor mit integrierter Messstrecke für Druckluft und verschiedene nicht korrosive Gase.

Zu den wesentlichen Eigenschaften gehören:

• Messung des Massenstroms und direkte Ausgabe des Normvolumenstroms,
• integrierte Messstrecke,
• integriertes Display,
• 4 … 20 mA, Impuls und Modbus RTU serienmäßig,
• weitere Schnittstellen optional,
• optionale bidirektionale Messung,
• Druckbereich bis 40 bar,
• Temperaturbereich -30 … +80 °C,
• Rohrgrößen von DN 8 bis DN 80,
• keine bewegten Teile.

Für Druckluftverbrauchsmessungen ist besonders wichtig, dass der Sensor den Massenstrom erfasst und unmittelbar als normierten beziehungsweise standardisierten Volumenstrom ausgeben kann.

IVA500 – Verbrauchsmessung zur Nachrüstung

Der IVA500 ist ein thermischer Einstecksensor und eignet sich besonders zur Nachrüstung bestehender Druckluftleitungen.

ICS nennt unter anderem:

• direkte Ausgabe des Normvolumenstroms,
• Einbau über einen ½”-Kugelhahn,
• Montage unter Druck möglich,
• 4 … 20 mA, Impuls und Modbus RTU,
• integriertes Display,
• DN 15 bis DN 1000, größere Dimensionen auf Anfrage,
• optionale bidirektionale Messung,
• Druckbereich bis 50 bar.

Bei dieser Bauform müssen Rohrinnendurchmesser, Einbaulage und Eintauchtiefe besonders sorgfältig berücksichtigt werden.

IVA521 – kompakte Messung am Endverbraucher

Der IVA521 ist für kompakte Inline-Messstellen beispielsweise direkt an Maschinen oder hinter einer Wartungseinheit vorgesehen.

Das Gerät eignet sich insbesondere, wenn viele einzelne Druckluftverbraucher in ein Energiemonitoring eingebunden werden sollen.

Je nach Konfiguration stehen unter anderem zur Verfügung:

• Momentandurchfluss,
• Gesamtverbrauch,
• Temperatur,
• 4–20-mA-Ausgang,
• Impulsausgang,
• Modbus RTU,
• weitere optionale Kommunikationsschnittstellen.

IVD520 – für nasse Druckluft

Für Anwendungen mit nasser Druckluft steht der IVD520 zur Verfügung.

Das Gerät arbeitet nach dem Differenzdruckprinzip und liefert unter anderem:

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

Damit steht auch für Messstellen, an denen ein thermisches Sensorelement aufgrund von Kondensat problematisch wäre, eine geeignete Lösung zur Verfügung.

Weitere Geräte finden Sie unter Verbrauchszähler für Gase und Druckluft bei ICS Schneider.

Fazit

Bei Druckluft ist die Angabe eines Volumenstroms nur dann eindeutig, wenn Druck- und Temperaturbezug bekannt sind.

Betriebsvolumen beschreibt das reale Rohrleitungsvolumen

Es hängt unmittelbar von aktuellem Druck und aktueller Gastemperatur ab.

Normvolumen macht Gasverbräuche vergleichbar

Die vorhandene Gasmenge wird auf festgelegte Referenzbedingungen zurückgeführt.

Nm³/h ist ohne Bezugsbedingungen nicht vollständig definiert

In der Praxis werden beispielsweise 0 °C und 1.013,25 mbar nach DIN 1343 oder in der Drucklufttechnik 20 °C und 1.000 mbar als Referenzbedingungen verwendet.

Für Berechnungen wird Absolutdruck benötigt

7 bar(g) entsprechen bei ungefähr 1 bar Umgebungsdruck rund 8 bar(a).

Temperatur muss in Kelvin eingesetzt werden

Nur so lässt sich die Gaszustandsänderung physikalisch korrekt berechnen.

Thermische Massenstromsensoren vereinfachen die Verbrauchsmessung

Sie erfassen die Gasmenge massenbezogen und können daraus direkt den auf definierte Referenzbedingungen bezogenen Volumenstrom ausgeben.

Alle Messstellen müssen dieselbe Bezugsbasis verwenden

Nur dann sind Kostenstellen, Hallenverbräuche, Leckageraten und Kompressorleistungen sinnvoll miteinander vergleichbar.

Für die Praxis gilt

Messziel definieren → Betriebsdruck und Temperatur erfassen → Überdruck in Absolutdruck umrechnen → gewünschte Normbedingungen festlegen → Gasart und Feuchtezustand bestimmen → geeignetes Messprinzip wählen → Rohrinnendurchmesser und Einbaubedingungen prüfen → Normbedingungen im Sensor korrekt parametrieren → Momentanwert und Gesamtverbrauch unterscheiden → Bezugsbasis dokumentieren → alle Messstellen im Energiemonitoring vereinheitlichen → Verbrauchswerte regelmäßig plausibilisieren und verifizieren.

FAQ: Nm³/h und m³/h bei Druckluft richtig unterscheiden

Was bedeutet Nm³/h bei Druckluft?

Nm³/h beschreibt einen auf definierte Norm- beziehungsweise Referenzbedingungen bezogenen Gasvolumenstrom pro Stunde.

Was bedeutet m³/h bei Druckluft?

Die Einheit allein ist nicht immer eindeutig. Sie kann ein Betriebsvolumen oder einen auf bestimmte Referenzbedingungen bezogenen Volumenstrom bezeichnen. Deshalb müssen die Gerätedokumentation und Bezugsbedingungen geprüft werden.

Was ist Betriebsvolumen?

Betriebsvolumen ist das tatsächliche geometrische Volumen der Druckluft bei aktuellem Rohrleitungsdruck und aktueller Temperatur.

Was ist Normvolumen?

Normvolumen ist die auf festgelegte Druck- und Temperaturbedingungen umgerechnete Gasmenge.

Warum ist der Normvolumenstrom größer als der Betriebsvolumenstrom?

Weil die komprimierte Luft nach der rechnerischen Entspannung auf ungefähr atmosphärischen Referenzdruck ein wesentlich größeres Volumen einnimmt.

Wie viel Normvolumen entspricht 1 m³ Druckluft bei 7 bar Überdruck?

Bei ungefähr 7 bar(g), also rund 8 bar(a), entspricht 1 m³ Betriebsvolumen bei identischer Temperatur näherungsweise etwa 8 m³ auf einer Referenzbasis von 1 bar absolut. Die genaue Umrechnung hängt zusätzlich von Temperatur und verwendeten Normbedingungen ab.

Warum muss bei der Umrechnung Absolutdruck verwendet werden?

Gaszustandsgleichungen beziehen sich auf den Druck gegenüber dem absoluten Vakuum und nicht auf den Überdruck gegenüber der Atmosphäre.

Was ist der Unterschied zwischen bar(g) und bar(a)?

bar(g) bezeichnet Überdruck gegenüber der Atmosphäre. bar(a) bezeichnet Absolutdruck gegenüber dem Vakuum.

Wie werden 7 bar(g) in bar(a) umgerechnet?

Bei ungefähr 1 bar atmosphärischem Umgebungsdruck entsprechen 7 bar(g) etwa 8 bar(a).

Welche Temperatur gilt für einen Normkubikmeter?

Das hängt von der verwendeten Bezugsdefinition ab. Nach DIN 1343 werden 0 °C verwendet. In der Drucklufttechnik werden bei bestimmten Referenzen auch 20 °C verwendet.

Welcher Druck gilt nach DIN 1343?

Als Referenzdruck werden 1.013,25 mbar absolut verwendet.

Welche Referenzbedingungen werden bei Druckluftmessgeräten häufig verwendet?

Neben DIN 1343 werden beispielsweise Referenzbedingungen von 20 °C und 1.000 mbar absolut nach der entsprechenden Druckluft-Bezugsbasis verwendet.

Sind 1.000 Nm³ nach DIN 1343 und 1.000 m³ bei 20 °C und 1 bar dieselbe Luftmenge?

Nein. Aufgrund der unterschiedlichen Referenztemperatur und des leicht unterschiedlichen Referenzdruckes bestehen messbare Unterschiede.

Warum ist die Referenztemperatur so wichtig?

Gasvolumen verändert sich mit der absoluten Temperatur. Derselbe Massenstrom ergibt bei unterschiedlichen Referenztemperaturen unterschiedliche Bezugsvolumenströme.

Warum muss in Kelvin gerechnet werden?

Gaszustandsgleichungen benötigen eine absolute Temperaturskala. Celsiuswerte können deshalb nicht direkt in Temperaturverhältnissen verwendet werden.

Wie lautet die vereinfachte Umrechnungsformel?

Für ein näherungsweise ideales Gas gilt QN = QB × pB/pN × TN/TB, wobei die Drücke absolut und die Temperaturen in Kelvin eingesetzt werden.

Muss der Kompressibilitätsfaktor berücksichtigt werden?

Für höhere Genauigkeitsanforderungen kann die reale Gasabweichung über den Kompressibilitätsfaktor Z berücksichtigt werden. Bei vielen üblichen Druckluftanwendungen übernimmt ein geeignetes Messsystem die notwendige Umrechnung.

Was misst ein thermischer Massenstromsensor?

Er bestimmt den Massenstrom des Gases und kann daraus über definierte Referenzbedingungen einen standardisierten Volumenstrom berechnen.

Benötigt ein thermischer Druckluftzähler zusätzlich einen Drucksensor?

Für die reine Massenstrom- beziehungsweise Normvolumenmessung ist bei thermischen Sensoren typischerweise keine separate externe Druckkompensation erforderlich. Die konkrete Geräteausführung und Anwendung müssen dennoch berücksichtigt werden.

Was ist der Unterschied zwischen Nm³/h und Nm³?

Nm³/h ist ein momentaner Normvolumenstrom. Nm³ ist eine über die Zeit aufsummierte Normgasmenge beziehungsweise ein Verbrauchszählerstand.

Welche Einheit sollte für Druckluftkosten verwendet werden?

Für Verbrauchs- und Kostenvergleiche eignet sich eine einheitlich definierte normierte Gasmenge, beispielsweise Nm³, besonders gut.

Warum stimmen zwei Druckluftzähler nicht überein?

Neben Messabweichungen können unterschiedliche Bezugsbedingungen, Gasarten, Rohrdurchmesser, Einbaubedingungen oder Parametrierungen die Ursache sein.

Kann ein Sensor nach DIN 1343 einen anderen Wert anzeigen als ein Sensor nach ISO-1217-Bezug?

Ja. Bereits die unterschiedlichen Referenztemperaturen und Referenzdrücke führen bei derselben Gasmasse zu unterschiedlichen Bezugsvolumenwerten.

Warum sollte die Normbasis aller Messstellen dokumentiert werden?

Damit Verbrauchswerte zwischen Hallen, Maschinen, Kostenstellen und Kompressoren korrekt verglichen und bilanziert werden können.

Was ist FAD bei einem Kompressor?

FAD steht für Free Air Delivery und beschreibt die Kompressorliefermenge bezogen auf definierte Ansaug- beziehungsweise Referenzbedingungen. Sie darf nicht mit dem geometrischen Volumenstrom der komprimierten Luft in der Druckleitung verwechselt werden.

Kann ich FAD direkt mit einem Druckluftzähler vergleichen?

Nur wenn beide Werte auf kompatible beziehungsweise identische Referenzbedingungen bezogen sind.

Welcher Sensor eignet sich für eine feste Druckluft-Verbrauchsmessung?

Der IVA520 bietet eine integrierte Messstrecke und gibt den Normvolumenstrom direkt aus.

Welcher Sensor eignet sich zur Nachrüstung in größeren Rohrleitungen?

Der IVA500 wird als Einstecksensor über einen Kugelhahn in bestehende Druckluftleitungen eingebaut.

Welcher Sensor eignet sich direkt an Maschinen?

Der IVA521 ist als kompakter Inline-Sensor unter anderem für einzelne Maschinenverbraucher ausgelegt.

Kann ein thermischer Sensor nasse Druckluft messen?

Kondensat am thermischen Sensorelement kann problematisch sein. Für nasse Druckluft sollte ein dafür geeignetes Messverfahren verwendet werden.

Welches Gerät eignet sich für nasse Druckluft?

ICS bietet beispielsweise den IVD520 Inline-Differenzdruck-Durchflusssensor für nasse Druckluft an.

Warum ist der Rohrinnendurchmesser wichtig?

Bei bestimmten Messverfahren wird aus Strömungsgeschwindigkeit und Rohrquerschnitt der Volumenstrom berechnet. Ein falsch eingegebener Innendurchmesser verursacht deshalb einen systematischen Messfehler.

Reicht die Nennweite DN zur Parametrierung aus?

Nicht immer. Der tatsächliche Innendurchmesser hängt unter anderem von Rohrwerkstoff und Wandstärke ab.

Wo finde ich weitere Druckluft-Verbrauchsmesser?

Weitere Lösungen finden Sie unter Verbrauchszähler für Gase und Druckluft bei ICS Schneider.