Wieviel Strom braucht eine Schreinerei

Im Auftrag des VSSM und Energie 2000 Ressort Gewerbe von Rolf Gloor.


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© GLOOR ENGINEERING, CH-7434 SUFERS, 23. AUGUST 1997

Einleitung

Das Ressort Gewerbe von Energie 2000 unterstützt die Mitglieder des VSSM bei der rationellen Verwendung von Energie. In einem ersten Schritt ist der Stromverbrauch von 20 Schreinereien untersucht worden. Die Auswertung zeigt, dass die Höhe der Stromrechnung nicht nur von der Betriebsgrösse und vom Automatisierungsgrad abhängt, sondern vor allem auch von der Infrastruktur.

Die 20 untersuchten Betriebe verbrauchen 5000 bis 350'000 kWh Strom im Jahr. Dafür bezahlen sie ihrem Elektrizitätswerk 1000 bis 70'000 Franken. Je nach Betrieb könnte, ohne Einbusse an Produktivität, 10 bis 50% dieser Energie eingespart werden. Die Holzbearbeitungsmaschinen haben am Stromverbrauch einen geringeren Anteil als allgemein angenommen wird. Es sind die Hilfseinrichtungen wie Späneabsaugung, Heizung, Druckluftanlage, welche die Stromrechnung in die Höhe treiben. Für eine erste Beurteilung dient der Jahresstromverbrauch einer Schreinerei.


Spezifische Verbrauchswerte

Je grösser eine Schreinerei ist, desto mehr produziert sie und desto mehr Energie braucht sie. Als Vergleichswert kann also der Stromverbrauch pro Betriebsgrösse herangezogen werden. Was heisst aber gross, ist es die Anzahl Mitarbeiter, die Produktionsfläche, der Umsatz, die Automatisierung oder eine Kombination dieser Kriterien? Damit die Berechnung transparent bleibt, wird im folgenden nur der spezifische Stromverbrauch pro Mitarbeiter und pro Produktionsfläche verglichen.

Wenn man den Jahresstromverbrauch pro Mitarbeiter vergleicht, unterscheiden sich die untersuchten Betriebe um den Faktor 8. Der Durchschnittswert liegt bei 5800 kWh Strom pro Jahr und Mitarbeiter, etwa gleichviel wie ein dreiköpfiger Haushalt mit Elektroboiler. Beim Vergleich pro m² Produktionsfläche sind die Unterschiede ähnlich, der Durchschnitt liegt bei 90 kWh pro m² und Jahr. Aber die Schreinereien mit dem hohen Stromverbrauch pro m² sind nur teilweise die mit einem hohen Verbrauch pro Mitarbeiter. Wenn eine Schreinerei den Personalbestand reduziert hat oder sich in zu grossen Räumlichkeiten befindet, hat sie meistens auch einen hohen Stromverbrauch pro Mitarbeiter, weil dann die Infrastruktur (Absaugung, Druckluft, Heizung, Licht) überdimensioniert ist.

Betrachtet man die energie-effizienten Betriebe, so sollte eine durchschnittliche Schreinerei mit 10 Mitarbeiter und 600 m² Produktionsfläche einen Stromverbrauch von etwa 30'000 kWh pro Jahr haben. Bei den untersuchten Betrieben variierten die Stromkosten pro kWh (Arbeitstarif, Leistungstarif und Grundgebühr) zwischen 12 und 33 Rappen pro kWh mit einem Durchschnitt von 24 Rappen pro kWh.

Der spezifische Stromverbrauch pro Mitarbeiter variiert stark.

 

Pro m² Produktionsfläche gibt es immer noch erhebliche Unterschiede im Stromverbrauch.


Energiesparmöglichkeiten

Die Möglichkeiten zur rationellen Elektrizitätsverwendung in Schreinereien können in drei Bereiche eingeteilt werden:

  1. Betreiben: Ein- und Ausschalten, Einstellungen, Wartung, Kontrolle
  2. Sanierungen: Umbau, Optimierung, Automatisierung
  3. Erneuerungen: Erweiterungen, Neuanschaffungen

Im Folgenden werden entsprechende Massnahmen für die verschiedenen Stromverbraucher vorgeschlagen:

Holzbearbeitungsmaschinen

Die Maschinen machen trotz der hohen installierten Leistung nur einen geringen Teil des Stromverbrauchs aus. Bei 2000 Arbeitsstunden pro Jahr läuft eine Bearbeitungsmaschine nur zwischen 50 und 200 Betriebsstunden pro Jahr. Die Maschinen verursachen viel Lärm und darum wird ihr Betrieb auf das Notwendige reduziert. Im Allgemeinen lohnt sich das Abschalten bei Unterbrüchen, welche länger als 5-mal die Hochlaufzeit dauern.

CNC-Maschinen laufen meistens den ganzen Tag, aber selten sind sie dauernd am arbeiten. Jede automatisch Anlage sollte eine Ruheschaltung haben, welche alle nicht benötigten Aggregate (Hydraulik, Absaugung, Kühlung, Vakuum etc.) bei einem Unterbruch abstellt. Wenn ein solcher Betriebsmodus nicht vorhanden ist, sollte dieser nachgerüstet werden, denn das spart nicht nur Energie, er erhöht auch die Standzeit der Maschine.

Bei der Neuanschaffung von Maschinen sind vom Lieferanten verbindliche Angaben über die Leerlaufleistung zu fordern. Eine geringe Leistungsaufnahme (kW) im Leerlauf ist ein Zeichen für eine energieeffiziente Maschine mit geringem Verschleiss.

Absauganlage

Die Absauganlagen verbrauchen in den meisten Betrieben viel mehr Strom als die Holzbearbeitungsmaschinen. Der Absaugventilator muss nur laufen, wenn eine der angeschlossenen Maschinen am arbeiten ist. Wenn die Schieber der anderen Maschinen immer geschlossen sind, kann je nach der Kennlinie des Ventilators 5 bis 20% Energie eingespart werden. Ein einfacher 15 kW Rohluftventilator kostet etwa 7000 Franken und verbraucht während 10 Jahren mit je 1000 Betriebsstunden 150'000 kWh Strom für rund 30'000 Franken. Wenn noch ein Transportventilator dazukommt sind es 40'000 Franken in 10 Jahren.

Bei einer einfachen Sanierung sollte darauf geachtet werden, dass die oben genannten Massnahmen leichter durchgeführt werden können, indem die Schalter und Schieber gut erreichbar sind oder die Bedienung automatisch erfolgt. Wenn die Absaugung zu stark ist, kann durch eine Reduktion der Ventilatordrehzahl (Riemenscheibe wechseln) auch der Stromverbrauch reduziert werden. Eine weitere einfache Massnahme ist die Verwendung von kleinen mobilen Absauganlagen für einzelne Maschinen.

In den meisten Schreinereien wird die volle Absaugmenge nur zu einem Bruchteil der Betriebszeit benötigt. Bei einer grösseren Sanierung oder einer Neuanlage lohnt sich eine optimierte Absaugung. Eine solche Anlage hat automatische Schieber, mehrere Rohrleitungen zum Filter und einen geregelten Reinluftventilator. Damit sind gegenüber einer konventionellen Anlage Energieeinsparungen von 70% zu erwarten, welche nach wenigen Jahren die Mehrkosten zahlen.

Heizung

In Schreinereien läuft nachts nur die Heizung. Aus der Stromrechnung kann man den Verbrauch von Niedertarifstrom herauslesen. Bei 8 Stunden Niedertarifzeit verbraucht die Heizung das 3-fache (24 Stunden pro Tag durch 8 Stunden Niedertarif) des Niedertarifstromes. Die Stromverbraucher sind die Heizungsgebläse und die Umwälzpumpen. Bei warmer Witterung ist zu prüfen, welche Umwälzpumpen laufen und abgestellt werden können. Damit die Pumpen nach längerem Stillstand nicht festsitzen, genügt es, diese pro Woche ein paar Minuten laufen zu lassen (Schaltuhr mit Wochenprogramm).

Die eingesetzten Umwälzpumpen sind meistens um Faktoren zu gross. Als Richtwert sollte die Pumpenleistung etwa 1‰ der Heizleistung entsprechen. Für eine 80 kW Heizung genügt also eine 80 Watt Pumpe. Eine 570 Watt Pumpe kostet ein paar hundert Franken und braucht schon während den 8760 Stunden eines Jahres 5000 kWh Strom für 1000 Franken. Gebläse und Umwälzpumpe können bei geringerem Wärmebedarf auch langsamer laufen. Für die halbe Menge wird achtmal weniger Leistung benötigt. Bei grösseren Anlagen lohnt sich eine Drehzahlanpassung mit Frequenzumrichter.

Vor dem Ersatz einer Heizung oder bei einer Neuanlage ist zuerst sorgfältig der Bedarf abzuschätzen. Durch die übliche Verknüpfung des Planungshonorars mit der Investitionssumme ist eine Überdimensionierung vorprogrammiert. Ein kluger Bauherr kehrt diese Abhängigkeit um und sichert sich mit einer Garantieabnahme nach dem ersten Betriebsjahr ab. Dazu gehört eine ausführliche Dokumentation der gesamten Heizungsanlage mit den Einstellwerten (Regler, Drosselventile etc.) und Messwerten (Temperaturen, Durchflussmengen, Druckwerte, Holzmenge, Wärmeproduktion, Stromverbrauch, etc.).

Druckluft

Es sind vor allem die grösseren Druckluftkompressoren (ab 4 kW Leistung), welche über 5% des Stromverbrauchs einer Schreinerei ausmachen. Ausserhalb der Arbeitszeit sollten der Kompressor und der Kältetrockner abgestellt werden. Dazu ist auch der Ausgang am Windkessel zu verschliessen, damit die durch Lecks ausströmende Luft nicht das Leistungssystem anfeuchtet. Der Kältetrockner ist etwa eine halbe Stunde vor dem Arbeitsbeginn einzuschalten (Wochenschaltuhr) damit er auf Betriebskälte ist, wenn wieder Druckluft benötigt wird. Die meisten Pressluftverbraucher benötigen nicht mehr als 4 bis 5 bar Druck. Es ist daher reine Energieverschwendung und erhöht den Verschleiss, wenn ein Kompressor auf 10 oder sogar 12 bar eingestellt ist, denn die ganze Differenz wird in Druckreduzierventilen vernichtet. Ein Solldruck um die 7 bar genügt in den meisten Schreinereien. Für die regelmässige Überprüfung des Zustandes der Druckluftanlage wird folgendes Vorgehen vorgeschlagen:

Bei der Sanierung von Druckluftanlagen sollte darauf geachtet werden, dass nur die gerade benötigen Stränge unter Druck sind. So können die Verluste durch Lecks auf die reine Betriebszeit der Maschinen reduziert werden. Maschinen welche kurzzeitig viel Pressluft benötigen und eine lange dünne Rohrleitung zum Windkessel haben, können mit einem lokalen Druckluftspeicher ausgerüstet werden. Dadurch ist es nicht nötig, das ganze Netz auf einem zu hohen Druck zu betreiben. Wenn nur einige Aggregate mehr Druck brauchen, so können diese vielleicht umgebaut werden (grösserer Zylinder). Auch ein Druckerhöhungsgerät oder ein eigener kleiner Kompressor kann sich lohnen. Am Aufstellungsort der Kompressoren sollte für saubere und kühle Ansaugluft gesorgt werden. Die Kompressorabwärme kann als Wärmequelle dienen (Holztrocknung, Warmwasseraufbereitung, etc.).

Für Betriebe mit nur gelegentlichem Druckluftbedarf ist der Kolbenkompressor die richtige Wahl. Wenn dauernd viel Druckluft benötigt wird, ist ein richtig dimensionierter Schraubenkompressor einzusetzen. Zwei sich ergänzende Kompressoren sind besser als ein grosser, welcher die meiste Zeit im Leerlauf vor sich hin heizt. Grosszügig dimensionierte Rohrleitungen gewährleisten einen geringen Druckverlust bis zu den Verbrauchern. Grosse Druckluftbehälter verbessern den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Druckluftanlage. Das gilt auch für Schraubenkompressoren, die leider oft ohne Speicher installiert werden.

Lackierei

Die Zu- und Abluftanlage in der Lackiererei muss nur während dem Betrieb der Spritzpistole laufen. Mit einem Schalter am Aufhängebügel für die Pistole können die Ventilatoren direkt bedarfsgerecht ein- und ausgeschaltet werden und der Lackierer spart erst noch Zeit. Je tiefer die Ventilatordrehzahl ist, desto weniger Energie wird verbraucht. Für die schnelle Trocknung von Teilen kann mit Abdeckblenden die Luftströmung über die Oberflächen geführt werden, ohne dass die Ventilatoren auf vollen Touren laufen. Je nach Anlage und Lackart kann auch mit Umluft getrocknet werden.

In vielen Betrieben verursacht die Lackierei in der kalten Jahreszeit einen hohen Wärmeverlust, weil die Wärme der ausströmenden Luft verloren geht. Bei hohen Betriebsstunden der Luftanlage kann diese mit einem Wärmetauscher ausgerüstet werden. Dadurch wird etwa die Hälfte der austretenden Wärme der kalten Zuluft übergeben.

Bei Neuanlagen sollte auf einen geringen Leistungsbedarf der Luftanlage geachtet werden. Die benötigte Leistung setzt sich zusammen aus Luftmenge mal Druckabfall durch Wirkungsgrad. Bei hoher Betriebsstundenzahl lohnt es sich, die Luftmenge der jeweiligen Lackieraufgabe anzupassen (zum Beispiel mit einem Frequenzumrichter). Bei warmer Witterung wird die Zu- und Abluft ausserhalb des Wärmetauschers geführt, um den Lackierraum mit Aussenluft zu kühlen und den Druckabfall zu reduzieren.

Diverse

Die beste Beleuchtung ist das Tageslicht. Fensterreihen in den oberen Bereichen können brauchbares Licht bis 8 Meter tief in den Raum tragen. Mit Oberlichtern wird zusätzliches Licht an die Arbeitsplätze gebracht. Ein möglichst heller Anstrich der Innenflächen unterstützt eine gute Beleuchtung. Die trotzdem notwendige künstliche Beleuchtung sollte auf die Arbeitsplätze abgestimmt sein, je nach Bedarf lokal schaltbar sein oder automatisch dem Tageslicht angepasst werden. Für eine energie-effiziente Beleuchtung mit guter Farbwiedergabe beim Arbeiten können Leuchstofflampen (Durchmesser 16 mm) und Halogen-Metalldampflampen eingesetzt werden. Gute und saubere Reflektoren unterstützen eine hohe Lichtausbeute. Eine zu sparsame Beleuchtung wirkt sich schlecht auf die Qualität aus.

Dass eine Leuchtstofflampe zum Einschalten mehr Energie braucht, als während einer Stunde im Betrieb ist ein hartnäckiges Märchen, in Wirklichkeit ist es weniger als eine Minute. Damit aber durch häufiges Schalten die Lebensdauer nicht zu fest abnimmt, sollte man mit dem wieder Einschalten mindestens 2 Minuten warten. In den Ausstellungsräumen werden vorwiegend die weniger energie-effizienten Halogenglühlampen eingesetzt. Mit Bewegungsmelder könnten diese Lampen so gesteuert werden, dass sie nur leuchten, wenn jemand in die Nähe kommt. Als Grundbeleuchtung empfiehlt sich auch in Ausstellungsräumen die Leuchtstofflampe.

In einigen älteren Betrieben hat es noch Maschinen mit 500 Volt Spannung. Zur Anpassung werden 380V/500V Drehstromtransformatoren eingesetzt, welche im Leerlauf schon eine Verlustleistung im Kilowattbereich haben. Solche Umformer sollten ausserhalb der Arbeitszeit mit einer Wochenschaltuhr automatisch abgeschaltet werden.


Zusammenfassung

In Schreinereien gibt es zahlreiche Möglichkeiten zur Steigerung der Energie-Effizienz. Es gibt Betriebe, welche die Stromkosten halbieren können, andere haben nur noch ein geringes Potential. Kleinere Betriebe brauchen im allgemeinen weniger spezifische Energie, weil die Mitarbeiter näher an der Infrastruktur (Absaugung, Heizung, Druckluft und Licht) sind und diese dadurch effizienter einsetzen.

Wieviel Strom braucht eine Schreinerei?

Sie braucht nicht zuviel, wenn folgende Zielwerte unterschritten werden:

  • 3000 kWh pro Jahr und Mitarbeiter
  • 50 kWh pro Jahr und m² Produktionsfläche.

Der VSSM bietet seinen Mitgliedern mit Unterstützung von Energie 2000 folgende Leistungen zur Erhöhung der Energie-Effizienz an:


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