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HocheffizienzpumpenEffizienzsteigerung von PumpenDie Pumpe als System
Ihr Referent: Frank Räder ([email protected])
Kurzvorstellung Grundfos
• Gegründet 1945 von Poul Due Jensen
• Jährliche Produktion von mehr als16 Millionen Pumpen
• Umsatz von 3,2 Mrd. Euro
• 19.000 Mitarbeiter
• Größter Pumpenhersteller weltweit
Produkte• Grundfos produziert hauptsächlich:
• Nassläuferpumpen
• Trockenläuferpumpen
• Druckerhöhungsanlagen
• Unterwasserpumpen
• Abwasserpumpen
• Industriepumpen
• Dosierpumpen
• Entwicklung, Produktion und Verkauf von Elektromotoren
• Entwicklung, Produktion und Verkauf von Elektronik für die Steuerung und Regelung von Pumpen und Pumpensystemen
Grundfos in Deutschland
•Grundfos GmbH in Erkrath
• ca. 400 Mitarbeiter
•Grundfos Water Treatment GmbHin Pfinztal
• ca. 220 Mitarbeiter
•Grundfos Pumpenfabrik GmbHin Wahlstedt
•ca. 620 Mitarbeiter
Grundfos Wahlstedt
- Energieeffizienz von Pumpe und Motor
- Auslegung von Pumpe und Motor
- Betriebsweise im hydraulischen System
- Intelligenz: selbst > System > Prozess
Vier Schritte zur Effizienzsteigerung
- Energieeffizienz von Pumpe und Motor
- Auslegung von Pumpe und Motor
- Betriebsweise im hydraulischen System
- Intelligenz: selbst > System > Prozess
Vier Schritte zur Effizienzsteigerung
Wirkungsgrad η =Pab
Pzu
„Entscheidend ist, was hinten rauskommt !“
Wirkungsgrad
Nassläufer Trockenläufer (Motoren)
IE
Änderung von Klassifizierungen
EEI
Nassläufer Trockenläufer (Motoren)
IEEEI
Klassifizierung Nassläufer
„A“ heute: EEI < 0,40
Seit dem 01.01.2013 (extern)
– EEI ≤ 0,27
– Messlatte für „Best in Class“ liegt bei EEI = 0,20.
Seit dem 01.08.2015 (extern und intern)
– EEI ≤ 0,23
–Messlatte für „Best in Class“ bleibt bei EEI = 0,20.
– Integrierte Pumpen sind dann auch betroffen (OEM)
Energie-Label ist tot, es lebe der EEI
Grundfos Projekt Red Wolf€ 30 Mio. Produkt-Entwicklungskosten ALPHA2
€ 40 Mio. Produkt-Entwicklungskosten MAGNA3
€ 68 Mio. Investition in die Produktionsstandorte
Grundfos Deutschland (Wahlstedt) Grundfos Dänemark (Bjerringbro)
MAGNA3 GO ALPHA2
MAGNA3 Energieeffizienzindex
• Besser als der EuP/ErP “Best in class”-Referenzwert
• Über 75 % Einsparung gegenüber einer ungeregelten D-Klasse!
Typische Bestandspumpe
EuP 2013 EuP 2015 Benchmark MAGNA3
1,00
0,270,23 0,20 <0,20
85 % Einsparung gegenüber typischer Bestandspumpe (ungeregelt)
1,00
0,270,23 0,20 0,15
Typische Bestandspumpe
EuP 2013 EuP 2015 Benchmark ALPHA2
ALPHA2 Energieeffizienzindex
• Besser als der EuP/ErP “Best in class”-Referenzwert
• 44 % unter EuP 2013-Anforderung
• 34 % unter EuP 2015-Anforderung
• 25 % unter EuP “Benchmark”-Level
Entscheidungskriterium Lebenszykluskosten
… Beispiel vorzeitiger Pumpentausch?
Beispiel Pumpentausch
Im Folgenden wird untersucht, ob der Austausch der vorhandenen, funktionsfähigen Pumpe wirtschaftlich ist.
Heizung für Gebäude (ca. 1200 m2)
Installierte Pumpe: Grundfos UPS 50-120F
Alter der Pumpe: 11 Jahre
Auslegungspunkt: Förderstrom Q = 22 m3/h
Förderhöhe H = 4,5 m
Berechnungszeitraum: 15 Jahre
Grundfos Product Center
www.grundfos.de
Leistungsdaten Bestandspumpe
Q = 22 m3/hH = 4,5 mP1max = 760 W
UPS 50-120 F
Auslegung „Neue Pumpe“
Leistungsaufnahme „Neue Pumpe“ (Auslegungsbetriebspunkt)
Q = 22 m3/hH = 4,5 mP1 = 421 W
Auslegungsbetriebspunkt
Einsparung 44 %gegenüber 760 W der alten Pumpe
Berücksichtigung des Lastprofils
Kostendifferenz
Kostendifferenz: 24.000 € in 15 Jahren
Kostendifferenz
Amortisation des Pumpenaustauschs
Nassläufer Trockenläufer (Motoren)
IEEEI
Klassifizierung von Motoren
Nach welcher Zeit haben die Stromkosten den Anschaffungspreis eines 3 kW Motors bei
Dauerlauf erreicht ?
24 Tage !
Frage
EU - Klassifizierung für Motoren• Durch die CEMEP wurde eine freiwillige Effizienz-Klassifizierung eingeführt (EFF1,2,3)
• Das IEC hat in der IEC 60034-30 auf eine neue Klassifizierung (IE 1 bis 4) umgestellt
Hoher Wirkungsgrad [ IE 2 ]
Premium Wirkungsgrad [ IE 3 ]
Standard Wirkungsgrad [ IE 1 ]
Niedriger Wirkungsgrad [ --- ]
Super Premium Wirkungsgrad [ IE 4 ]
- - - - -
- - - - -
CE
ME
P K
lass
ifiz
ieru
ng
IEC
Kla
ssif
izie
run
g
IEC: Internationale Elektrotechnische Kommission
ErP – Verordnung 640/2009
2011Seit dem 16. Juni 2011müssen alle Motoren die IE2-Norm erfüllen
2015Seit dem 01.01. 2015müssen alle Elektromotoren von 7.5 - 375 kW entweder die IE3 Norm oder die IE2 Norm unter Verwendung eines Frequenzumrichters erfüllen
2017Ab 2017 müssen alle Elektromotoren von0.75 - 375 kW entweder die IE3 Norm oder die IE2 Norm unter Verwendung eines Frequenzumrichters erfüllen
2020Jährliche Energieeinsparungen von 135 TWh und einer jährlichen Reduktion der CO2
Emissionen um 63 Millionen Tonnen
Vergleich mit IE Level IEC 60034-30-1
Neuer MGE-Motor, besser als IE4
Der Unterschied:
8.760 h/Jahr * 0,18 kW * 0,20 €/kWh = 321 Euro / Jahr
Beispiel: Motorleistung P2 = 1,1 kW (Dauerbetrieb)
IE2-Motor: η =79 % IE4-Motor: η =91 %
ηmotor
P2Aufgenommene Leistung: P1 =
IE2-Motor: P1 = 1,39 kW IE4-Motor: P1 = 1,21 kW
Vergleich IE2 vs. MGE 1,1 kW
Verordnung (EG) 641/2009 zur Durchführung der Richtlinie 2005/32/EG„ Umweltgerechte Gestaltung von externen Nassläufer-Umwälzpumpen und in Produkte integrierten Nassläufer- Umwälzpumpen“EnergieEffizienzIndex EEI seit 01.01.2013 0,27 ; ab 01.08.2015 0,23
Verordnung (EG) 622/2012 Änderungen zur Verordnung (EG) Nr. 641/2009
Verordnung (EG) 640/2009 zur Durchführung der Richtlinie 2005/32/EG„ Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von Elektromotoren“Basierend auf IEC-Norm 60034-30 ; Wirkungsgradklassen IE2, IE3, IE4
Verordnung (EG) 547/2012 zur Durchführung der Richtlinie 2005/32/EG„ Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von Wasserpumpen“MindestEffizienzIndex MEI – Anforderung aktuell 0,70
Übersicht: EEI, IE, MEI
- Energieeffizienz von Pumpe und Motor
- Auslegung von Pumpe und Motor
- Betriebsweise im hydraulischen System
- Intelligenz: selbst > System > Prozess
Vier Schritte zur Effizienzsteigerung
Der VolumenstromQ ändert sichproportional zur Drehzahl n
=
n
n
Q
Qxx
2
=
n
n
H
Hxx Die Förderhöhe H ändert sich
quadratisch zur Drehzahl n
3
=
n
n
P
Pxx Die Leistung P ändert sich
in der dritten Potenz zur Drehzahl n
Modellgesetze
Die Leistung P ändert sich in der dritten Potenz zum Förderstrom
Q = 160 m3/hH = 34,7 mn = 100 %P = 20,8 kW
Q = 80 m3/h (50%)H = 8,6 m (25%)n = 50 %P = 2,9 kW (14%)
Beispiel „Große Pumpe“ (TPE)
Q = 8 m3/hH = 8 mP = 369 W
Q = 4 m3/h (50%)H = 2 m (25%)P = 57 W (15,5%)
Beispiel „Kleine Pumpe“ (MAGNA3)
Pumpen-Wirkungsgrad am Wirkungsgrad-Bestpunkt: 71,8 %
P = Q * H * ρρρρ * g
Abfall des Wirkungsgrades
Pumpen-Wirkungsgrad am Betriebspunkt: 41,5 %
Grundfos Product Center
www.grundfos.de
- Energieeffizienz von Pumpe und Motor
- Auslegung von Pumpe und Motor
- Betriebsweise im hydraulischen System
- Intelligenz: selbst > System > Prozess
Vier Schritte zur Effizienzsteigerung
Auslegungspunkt
Q
P = Q * H * ρρρρ * g
Pumpenkennlinie
Anlagenkennlinie
Konkret: Das Einsparpotenzial
Leistungsanpassung P1: 5.0 kW bis 15 kW
Verlauf der Leistungsaufnahme
Und jetzt ????
Ich weiß, dass ich nichts weiß ! (Sokrates)
“Voraussetzung für den Erwerb von Wissen ist das Eingeständnis der eigenen Unwissenheit”
Pump Audit
Mess- und Analyse-Geräte
Volumenstrommesser
Für Nennweiten von 15 – 1500mm für Flüssigkeieten von -20 bis +125°C
DatenloggerAnaloge Sensoren
Druck, Temperatur, Füllstand, etc.
Ereigniszähler
z.B. Pumpenein- ausschaltungen
Energiemesser
bis 750 V, bis 1000 A
GRUNDFOS PUMP AUDIT in der Praxis
- Energieeffizienz von Pumpe und Motor
- Auslegung von Pumpe und Motor
- Betriebsweise im hydraulischen System
- Intelligenz: selbst > System > Prozess
Vier Schritte zur Effizienzsteigerung
Grundfos iSOLUTIONS
… BEZIEHEN SIE DIE GANZE ANLAGE IN IHREÜBERLEGUNGEN EIN.
DENKEN SIE NICHT NUR AN DIE PUMPE …
Die Pumpe als Datenlieferant, Beispiele:LeistungsaufnahmeTemperaturDifferenzdruckVolumenstromWärmeleistungLastprofile
Intelligente Datenerfassung
FLOWLIMIT
AUTOADAPT
FLOWADAPT
Sollwertschiebung
Intelligente Regelungsarten
PUMPE Regulierventil Wärmemengenerfassung
Intelligente Interaktionen
• Mögliche Betriebsarten: Parallelbetrieb, Wechselbetrieb oder Redundanz
• Grundfos MAGNA3 kann mittels drahtloserKommunikation mit einer weiteren MAGNA3 kommunizieren.
• Die Verbindung zwischen zwei parallel geschalteten Pumpen (Doppelpumpe oderzwei Einzelpumpen) kann mit Hilfe des eingebauten Wizards oder Grundfos GO schnell und einfach hergestellt werden.
3 Analogeingänge: - 0/4-20mA/0-10V Sensoren - 0,5-3,5V Grundfos Sensoren
- Grundfos Potentiometer
1x LiqTec (Trockenlaufschutzsensor)
2 PT100/1000 Eingänge
4x Digitaleingänge: 2 feste DI
und 2 parametrierbare als DI oder DO
1x Grundfos Digital Sensoren (RS232) 2x pot. freie Ausgangsrelais
1 CIM Steckplatz für Feldbuskommunikation
1 Analogausgang (0/4-20mA) für Betriebsparameter
2 Digitalausgänge
Intern:+5/24VGenibus
Intelligente Motoren und Sensorik
• Beispiel: Modul FM300
Intelligente Betriebs- und Regelungsarten
• Exakte Anpassung an Ihre Anwendung
• Konstanter Druck
• Konstante Temperatur
• Konstante Differenztemperatur
• Konstanter Volumenstrom
• Konstanter Füllstand
• Konstant … (was auch immer)
• Konstante Kennlinie
Intelligente GLT-Anbindung
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Nutzen der Leitsystem-Aufschaltung
Bus-Protokolle• BACnet MS/TP• BACnet IP• LON• Profibus-DP• PROFINET• Modbus RTU• Modbus TCP• Genibus (proprietär)• GLT Konverter• GSM, GPRS, GRM
Funk (2,1 GHz)
Infrarot
MI 202(98046376)
Apple iPhone 5, 5S und 5C iPad 4/Retina iPod Touch 5
Apple iPhone 3GS/4/4SiPad 1/2/3iPod Touch 3/4 mit iOS5
Android TabletsAndroid Smartphones
MI 204 (98424092)
MI 301(98046408)
Kostenlose Grundfos GOSoftware- für Android- für iOS
iPod Touch 5 Bundlemit MI204
(98612711)
Bedien- und Analysegerät Grundfos GO
Berichte erstellen
• Inbetriebnahme
• Einstellung
• Betriebsüberwachung
• Datenanalyse
• Export/Import der Konfigurationsdatei
• Grundfos GO ist für iPhone®, iPod®, iPad®
erhältlich.
• Grundfos GO ist für Android Smartphones erhältlich(Bluetooth® Adapter).
Auslesenund abspeichern
Export/Import der Konfigurationsdatei
- Energieeffizienz von Pumpe und Motor
- Auslegung von Pumpe und Motor
- Betriebsweise im hydraulischen System
- Intelligenz > selbst > Prozess > System
Vier Schritte zur Effizienzsteigerung
Hocheffizienzpumpen Vielen Dank !
Ihr Referent: Frank Räder ([email protected])