VDI 4075 Blatt 2-2015 Cleaner production (PIUS) - Painting processes.pdf

1、ICS 13.020.30, 87.020 VDI-RICHTLINIEN August 2015 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Produktionsintegrierter Umweltschutz (PIUS) Lackierverfahren Cleaner production (PIUS) Painting processes VDI 4075 Blatt 2 / Part 2 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist ver

2、bindlich. The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Energie und Umwelt (GEU) Fachbereich Ressourcenmanagement VDI-Handbuch Ressourcenmanagement in der Umwelttechnik VDI-Handbuch Produktion

3、stechnik und Fertigungsverfahren, Band 1: Grundlagen und Planung Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgaben:03.07;05.14Entwurf,deutschFormereditions:03/07;05/14Draft,inGerman onlyZu beziehen durch/AvailableatBeuthVerlagGmb

4、H,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/ All rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2015Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Normative Verweise 3 3 Abkrzungen . 3 4 Vorgehensweise 3 4.1 Schritt 1 Definition der Ziele und Wirkungsgrenzen . 5

5、4.2 Schritt 2 Identifikation der typischen Ein- und Ausgangsstrme 5 4.3 Schritt 3 Feststellung der Rahmenbedingungen 6 4.4 Schritt 4 Auswahl und Darstellung der Ein- und Ausgangsstrme 8 4.5 Schritt 5 Analyse des PIUS-Potenzials . 9 4.6 Schritt 6 Darstellung des Verbesserungspotenzials durch PIUS im

6、Vergleich zur Istsituation anhand von Anwendungsbeispielen . 14 5 Praxisbeispiele 14 5.1 Kunststofflackierung 15 5.2 Praxisbeispiel zur Holzlackierung 18 5.3 Weitere Praxisbeispiele 20 6 Kennzahlen fr PIUS-Manahmen . 23 Schrifttum 27 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Normative refere

7、nces . 3 3 Abbreviations 3 4 Procedure 3 4.1 Step 1 Define the objectives and system boundaries 5 4.2 Step 2 Identify the typical input and output flows . 5 4.3 Step 3 Determine the relevant framework 6 4.4 Step 4 Select and represent the input and output flows 8 4.5 Step 5 Analyse the PIUS potentia

8、l 9 4.6 Step 6 Represent the potential for improvement through PIUS compared with the actual situation, using application examples . 14 5 Practical examples . 14 5.1 Painting of plastics . 15 5.2 Practical example from wood painting 18 5.3 Other practical examples . 20 6 Indicators for PIUS measures

9、 23 Bibliography 27 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08 2 VDI 4075 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Ric

10、htlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.

11、vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/4075. Preliminary note The con

12、tent of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the fu

13、ll text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. A catalogue of all available par

14、ts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/4075. Einleitung Produktionsintegrierter Umweltschutz (PIUS) hat bei Lackierverfahren fr Anwender eine besondere Bedeutung, weil es sich beim Lackieren in der Re-gel um Produktionsverfahren mit hohem Potenzial zur Energie-

15、und Ressourceneinsparung sowie zur Emissions- und Abfallreduzierung handelt. PIUS verfolgt dabei das Ziel, mglichst unmittelbar im Produktionsverfahren Umweltschutzvorgaben hufig verbunden mit Kosteneinsparungen ohne zustzliche Prozessschritte zu erfllen. Die Poten-ziale knnen vielfach erarbeitet we

16、rden durch: niedrigeren Lack- und Lsemittelverbrauch durch erhhte Auftragswirkungsgrade, Energieeinsparungen beim Trocknungs- und Lackvernetzungsprozess, Verbesserung der Zuluftkonditionierung bei der Lackapplikation und reduzierten Einsatz von Druckluft. Wesentliche Emissionen bei den Lackierverfah

17、ren stellen die organischen Lsemittel dar. Relevante Abflle entstehen durch Lackkoagulat aus dem Overspray sowie aus Reinigungsvorgngen. Insbesondere soll in dieser Richtlinie der Blick auf moderne Lackiersysteme gerichtet werden. Introduction Cleaner production is of particular significance for use

18、rs of painting processes, as these production processes usually have high potentials for energy and resource savings and for the reduction of emis-sions and waste. PIUS (German: Produktionsin-tegrierter Umweltschutz; production-integrated environmental protection) aims at achieving envi-ronmental co

19、mpliance plus possibly cost savings directly within the production process, without introducing any extra process steps. In many cases, savings potentials lie in the following: reduced paint and solvent consumption due to increased transfer efficiencies, energy savings in the paint drying and curing

20、 steps, improvements in supply-air conditioning during paint application, and use of less compressed air. Organic solvents are among the major emissions in painting processes. Relevant waste types generated are paint sludge from overspray and from cleaning processes. This standard intends to focus e

21、specially on mod-ern painting systems. 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie wendet sich an Praktiker aus vor-wiegend kleinen und mittelstndischen Unterneh-men (KMU) der Lackierbranche. Die Richtlinie gibt einen berblick ber die konomischen und kologischen Optimierungsmanahmen von La-ckierverfahren.

22、1 Scope This standard is intended for practical experts mainly from small- and medium-sized enterprises (SME) of the painting industry. It provides an overview of economic and ecological measures for optimizing painting processes. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08A

23、ll rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 4075 Blatt 2 / Part 2 3 Lackierverfahren sind in der Regel begrifflich den organischen Beschichtungsverfahren der Oberfl-chentechnik zuzurechnen. Die Richtlinie kon-zentriert daher ihren Schwerpunkt auf den Prozess-schritt Lacka

24、pplikation“, z. B. in einer Spritzkabi-ne, und die nachfolgenden Schritte Lackvernet-zung“ und Trocknung“. Die Vorbehandlungspro-zesse zum Lackieren, z. B. Reinigungs- und Nach-behandlungsverfahren, sind nicht Gegenstand die-ser Richtlinie. Painting processes can in general be counted among the orga

25、nic surface coating processes. This standard therefore puts its focus on the process step of “paint application”, e.g. in spray booths, and the subsequent steps of “paint curing” and “drying”. Painting pre- and post-treatment processes, such as cleaning, are not dealt with in this standard. 2 Normat

26、ive Verweise Das folgende zitierte Dokument ist fr die Anwen-dung dieser Richtlinie erforderlich: VDI 4075 Blatt 1:2014-10 Produktionsintegrierter Umweltschutz (PIUS); Grundlagen und An-wendungsbereich 2 Normative references The following referenced document is indispensa-ble for the application of

27、this standard: VDI 4075 Part 1:2014-10 Cleaner production (PIUS); Basic principles and area of application 3 Abkrzungen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Abkrzungen verwendet: DBU Deutsche Bundesstiftung Umwelt EMAS Eco-Management and Audit Scheme (System fr nachhaltiges Umwel

28、tma-nagement) ESTA elektrostatisch untersttzte Lackie-rung HVLP High Volume Low Pressure (hohes Luftvolumen, niedriger Druck) LVLP Low Volume Low Pressure (niedri-ges Luftvolumen, niedriger Druck) PET-Folie Polyesterfolie (Polyethylentereph-thalat-Folie) VOC Volatile Organic Compound (flch-tige orga

29、nische Verbindungen) UV ultraviolett (z. B. UV-Lack; UV-Schutz) 3 Abbreviations The following abbreviations are used throughout this standard: DBU German Federal Environmental Foundation (Deutsche Bundesstiftung Umwelt) EMAS eco management and audit scheme ESTA electrostatic painting HVLP high (air)

30、 volume, low pressure LVLP low (air) volume, low pressure PET film polyester film (polyethylene tereph-thalate film) VOC volatile organic compound UV ultraviolet (as in: UV paint; UV pro-tection) 4 Vorgehensweise Um im Rahmen von Optimierungen das PIUS-Ver-besserungspotenzial des Lackierprozesses er

31、ken-nen und Teilprozesse auf Relevanz prfen zu kn-nen, sind die Ein- und Ausgangsstrme, siehe auch Bild 1, jeweils bezglich der Mengen und Kosten zu quantifizieren, zu analysieren und Folgewirkun-gen mglicher Vernderungen zu bewerten. Hierbei bedarf es zur Strukturiertheit und besseren bersichtlichk

32、eit einer Gliederung des Lackierpro-zesses in System- und Wirkungsgrenzen. 4 Procedure To identify the PIUS optimization potential of a painting process and to investigate the relevance of sub-processes, it is necessary to quantify and ana-lyse quantities and costs of the input and output flows (see

33、 Figure 1) and evaluate the effects of possible changes. For this, the painting process needs to be examined regarding its system boundaries, in order to under-stand its structure clearly. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08 4 VDI 4075 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vo

34、rbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Bild 1. Wesentliche Prozessschritte der Lackier-verfahren sowie Ein- und Ausgangsstrme Hinsichtlich einer PIUS-Analyse mit Blick auf Optimierungen bei den Lackierverfahren sind fol-gende Aspekte fr die Auswahl der System- bzw. Wirkungsgrenze

35、n von Interesse: Materialbedarf und Materialart, das heit Fls-siglacke (lsemittel- oder wasserbasiert), Pul-verlacke oder Folien (z. B. PET-Folien; ein- oder mehrschichtig) Applikationstechnik, das heit Gieen, Walzen, Tauchen, Fluten sowie die unterschiedlichen Spritzverfahren wie elektrostatisch un

36、tersttztes Spritzen (ESTA), Niederdruck-Druckluft-Sprit-zen (HVLP), Airless Vernetzungs- bzw. Trocknungstechnologien, das heit Konvektions- (Umgebungs-, Hei-trocknung und getrocknete Luft, u. a. mit Wr-merckgewinnung) und partielle Strahlentrock-nung (Infrarot, Ultraviolett, Elektronenstrahl, Mikrow

37、ellen) periphere Prozesse zu den Lackierverfahren, das heit Lack-Overspray-Behandlung, Ener-giebereitstellung, Frdertechnik, Luftkonditio-nierung usw. Bei den Lackierverfahren werden als Materialart zunehmend Pulver- und Wasserlacke eingesetzt. Dieses trifft fr Wasserlacke inzwischen auch fr den Ber

38、eich der Lohnlackierung zu, wo derzeit noch lsemittelhaltige Lacke dominieren. In der Pulverlackierung ist die Kreislauffhrung von Overspray-Pulver Stand der Technik. An der Reduzierung der Lackschichtdicke durch Dnn-schichtpulver sowie der Reduzierung der Ein-brenntemperaturen wird gearbeitet, um d

39、ie Pulver-lackierung noch effizienter zu gestalten. Der grte Teil des Energiebedarfs bei der Lackie-rung ist fr die Aufheizung des Substrats (zu la-ckierendes Werkstck) im Trocknungs- und Lack-vernetzungsprozess aufzubringen. Die hhere Ver-dampfungsenthalpie des Wassers spielt dagegen bei der Wasser

40、lacktrocknung nur eine untergeord-nete Rolle. Die Wahl der Trocknungstechnologie, Figure 1. Key steps of painting processes; input and output flows For a PIUS analysis with a view to optimizing painting processes, the following aspects are of interest when determining system boundaries: material con

41、sumption and material type, i.e. liquid paints (solvent- or water-based), powder-based paints or film coatings (e.g. PET films, single- or multi-layer) application technology, i.e. pour, roll, dip and flood coating as well as the various spraying processes such as electrostatic spraying (ESTA), high

42、-volume low-pressure spraying (HVLP), airless spraying curing and drying technologies, i.e. convection drying (ambient drying, hot drying, dried air, etc. with heat recovery) and partial radiation drying (infrared, ultraviolet, electron beam, mi-crowaves) processes peripheral to the painting process

43、, i.e. paint overspray treatment, energy supply, mate-rials handling, air conditioning, etc. As material types in painting, powder- and water-based paints are becoming more widespread now. As far as water-based paints are concerned, this even applies to the contract-painting sector, where solvent-ba

44、sed paints are still predominant. As for powder painting, recirculation of powder overspray is the state of the art. Efforts are made to reduce the paint layer thickness by means of thin-film powder, and to reduce the baking tempera-tures, in order to further increase the efficiency of powder painti

45、ng. The major part of the energy required in the paint-ing process is consumed for heating up the sub-strate (part to be painted) during drying and curing. In contrast to that, the increased evaporation en-thalpy of water plays only a minor role in the dry-ing of water-based paint. The energy consum

46、ption of the painting process is essentially determined by B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF86D9NormCD - Stand 2015-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 4075 Blatt 2 / Part 2 5 wie getrocknete Luft, Infrarot- oder Mikrowellen, bestimmt wesentlich den En

47、ergieverbrauch des Lackierprozesses. Moderne Trocknungsarten, wie die Infrarot- oder Mikrowellentrocknung, vermeiden hier die Auf-heizung groer Luftvolumina. Darber hinaus konnten, soweit mit groen Abluftmengen gearbei-tet werden muss, Wrmerckgewinnungstechniken fr die Abluftbehandlung etabliert wer

48、den. Wegen des Druckverlusts innerhalb der Wasser-fhrungen ist in industriellen Spritzkabinen die Nassbehandlung von Abluftstrmen als energiein-tensiv herauszustellen. Die Nassbehandlung behin-dert aufgrund des Problems der Kondensatbildung zudem eine Wrmerckgewinnung. Die Folienbeschichtung (z. B.

49、fr Polizei- oder Taxifahrzeuge oder als Innenbeschichtung mit sureresistenter PET-Folie fr Blechdosen) hat an Bedeutung gewonnen, da z. B. mit vorgedruckten oder durchgefrbten Folien auf Lackierprozesse verzichtet werden kann und zudem im ersten vor-genannten Beispiel die Fahrzeuge nach Folienent-fernung fr andere Nutzungen zur Verfgung ste-hen. Fr die Lackapplikation, -vernetzung und -trock-nung steht eine Vi