IHK_1. Westf. Energieforum am Systemtechnologien als Schlüssel zur Energieeffizienz Dr. Markus Beukenberg, CTO, WILO SE Dortmund

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1 IHK_1. Westf. Energieforum am Systemtechnologien als Schlüssel zur Energieeffizienz Dr. Markus Beukenberg, CTO, WILO SE Dortmund

2 Übersicht Welche Themen werden behandelt: Komponentenwirkungsgrad Systemansatz Technologien in Gebäuden Betriebs- und Herstellkosten Motor-Antriebssysteme Problemlösungen Kommunikation und Vernetzung _Systemtechnologie als Schlüssel zur Energieeffizienz, Markus Beukenberg/CTO 06/2014

3 Verteilung des Energieverbrauchs Energieverbrauch Europa Verkehr Industrie Gebäude 31% 28% 41% 3

4 Kostenverteilung für Gebäude über der Lebensdauer 75 % 25 % Herstellkosten Betriebs- und Folgekosten 4

5 Technologien in Gebäuden In einem Gebäude kommen die unterschiedlichsten Technologien zusammen: Beleuchtung Beschattung Aufzüge und Fahrtreppen, Heizung Lüftung Klimatisierung Sicherheitstechnik Bewässerung Automatisierung Entertainment Kommunikation Optimaler Betrieb wird möglich, bei Abstimmung der einzelnen Gewerke auch innerhalb eines Gebäudes Betrachtung des Gesamtsystems _Systemtechnologie als Schlüssel zur Energieeffizienz, Markus Beukenberg/CTO 06/2014

6 Wilo Haus Management Fremde Komponenten Beleuchtung Sonnenschutz und Verdunklung Air Conditioning Ventilation Sicherheit Spaß und Entertainment Logik und Steuerung: Benutzerdefinierte Szenarien Geplante Aktivitäten Komfortlevel Energiesparziele Systemansatz Fluid Management: Pumpen und Ventile Heizung Warmwasser Gartenbewässerung Entwässerung Regenwassermanagement Filtration und Hygiene Sensoren und Information: Temperatur Anwesenheit Licht Fensterstellung Internetwetterbericht _Systemtechnologie als Schlüssel zur Energieeffizienz, Markus Beukenberg/CTO 06/2014

7 Interaktion der Technologien Dahinter stehen ganz konkrete Fragen: Wie kann durch rechtzeitige Beschattung die Aufheizung von Räumen durch Sonneneinstrahlung minimiert werden? Warum muss ein Raum beleuchtet, belüftet und beheizt werden, wenn niemand sich darin befindet? Wann muss die Heizung aktiv werden, um einen Raum rechtzeitig zu erwärmen? Was ist der energetisch optimale Fahrweg eines Aufzugs? Wie kann durch Simulation von Anwesenheit die Sicherheit erhöht werden? _Systemtechnologie als Schlüssel zur Energieeffizienz, Markus Beukenberg/CTO 06/2014

8 Beispiele zu Energiesparpotentialen Automation des Sonnenschutzes spart bis zu 13% der elektrischen Energie, eine Einzelraumtemperaturregelung mit Wärmebedarfs- statt Wärmeangebots- Steuerung bis zu 25%, moderne Kälte- und Klimatechnik kann den Energieverbrauch im Gebäudebetrieb um bis zu 40 % senken. Moderne Heizungsumwälzpumpen sparen bis zu 80% der elektrischen Energie im Vergleich zu ungeregelten Pumpen _Systemtechnologie als Schlüssel zur Energieeffizienz, Markus Beukenberg/CTO 06/2014

9 Pumpen im Gebäudebestand Die Betrachtung der Einzelkomponente 12 Mio. 2,2/Haus 26,4 Mio. Stck 1,5 Mio. 10,5/Gebäude 15,7 Mio. Stck 42 Mio. Pumpen unterschiedlichster Typen Einsparpotential >10 TWh/a 9

10 Systemdefinition System Umgebung Ein System ist eine Anzahl von interagierenden oder von einander abhängigen Komponenten, die ein gemeinsames Ganzes bilden und in direktem Austausch mit ihrer Umgebung stehen Begrenzung _Systemtechnologie als Schlüssel zur Energieeffizienz, Markus Beukenberg/CTO 06/2014

11 Lösungen an Stelle von Produkten Die Kunden von heute suchen mehr und mehr nach Herstellern, die Ihnen Lösungen liefern anstatt nur Produkte oder Komponenten. In der Welt der Pumpen und Elektromotoren finden sich diese Lösungen in Form von Motor-Antriebssystemen. 11

12 Motor-Antriebssystem Motor-Antriebssystem Elektr. Netz FU Filter in/out AC-DC-AC Motor Mechanik Getriebe, Kupplung, Bremse, Drossel Last Pumpe, Lüfter, Kompressor, Transport Fluss IEC Lastprofil Moment, Drehzahl, Zeit Motorsystem 12

13 Was ist ein Motor-Antriebssystem? Elektromotor + Frequenz- Umrichter + Getriebe + Angetriebene Last (Pumpe) 13

14 Vorteile des Systemansatzes Der Systemansatz liefert die folgenden Vorteile für Kunden: Outsourcen von knappem Expertenwissen Kleinerer Einkaufspreis je Systemkomponente Effizientere Systeme erlauben die Senkung der Betriebskosten Single point of contact für Service- und Wartungsverträge Der Systemansatz liefert die folgenden Vorteile für Hersteller: Besseres Verständnis der Kundenanwendungen und bedarfe Höhere Margen im Verkauf von Komponenten und Serviceleistungen Vollständige Integration in den Betrieb und Prozess des Kunden Möglichkeit zur Übertragung der Lösung auf andere Standorte des Kunden und/oder an ähnliche Kunden 14

15 Nachteile des Sytemansatzes Unkenntnis zum Stromverbrauch und den Betriebskosten Keine genaue Kenntnis der Betriebsweise Wann sollte die Komponente getauscht werden und welche? Umbauaufwand zu groß Fehlende oder unklare Förderprogramme Beharrungssyndrom Wer entscheidet? Heute schon mehr tun als verlangt wird? Fehlende technische Information Etc. 15

16 Wirkungsgradbetrachtung des Systems SYSTEMWIRKUNGSGRAD: Ideales Szenario Selbst in diesem Beispiel aus 6 Komponenten mit idealen Wirkungsgraden verliert man noch fast 6% der Anfangsenergie Source: SEW Eurodrive 16

17 Wirkungsgradbetrachtung des Systems 10 Jahre alter Motor Neuer Hocheffizienz-Motor Realistisches Szenario: nur Austausch des Elektromotors gegen einen wirkungsgradoptimierten Motor: Verbesserung nur 4%. Source: SEW Eurodrive 17

18 Wirkungsgradbetrachtung des Systems Neuer Hocheffizienz-Motor Brand new, premium-efficient motor and planetary gearbox Neuer Hocheffizienz-Motor und Planetengetriebe Ein Systemansatz mit gleichzeitigem Tausch des Getriebes ergibt eine zweistellige Wirkungsgradverbesserung von 15%. Source: SEW Eurodrive 18

19 Wirkungsgradbetrachtung des Systems Konventionelles Pumpensystem Systemwirkungsgrad 31% Standard Motor Wirkungsgrad 90% Kupplung Wirkungsgrad 98% Regulierventil Wirkungsgrad 66% Rohrleitung Wirkungsgrad 69% Eingangsleistung 100 STD Pumpe Wirkungsgrad 77% Ausgangsleistung 31 Teillast bei 60% 19

20 Wirkungsgradbetrachtung des Systems Hochwirkungsgrad - Pumpensystem Systemwirkungsgrad 72% Frequenzumrichter Wirkungsgrad 96% Hocheffizienzmotor Wirkungsgrad 90% Kupplung Wirkungsgrad 99% Optimierte Rohrleitung Wirkungsgrad 90% VSD HEM Eingangsleistung 43 Hocheffizienzpumpe Wirkungsgrad 88% Ausgangsleistung 31 Teillast bei 60% 20

21 Zusammenfassung Einsparpotential bei Verwendung des Systemansatzes ist sehr groß Systemlösungen werden für Pumpen immer häufiger angeboten Aufgrund gesetzlicher Vorgaben werden die Wirkungsgrade der Einzelkomponenten weiter steigen Systemübergreifende Lösungen erst am Anfang Standards zur Kommunikation fehlen (Internet of Things) Betriebskosten sind mehrfach höher als die Investitionskosten Wer entscheidet Information ist nach wie vor ausschlaggebend 21

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 22

23 Pumpen-Energieverbrauch in Gebäuden Deutschland = 42 Mio. Pumpen Bestand alte Technik Elektrischer Energieverbrauch Einsparpotenzial % Einsparpotenzial CO 2 Dies entspricht > als 1 Kernkraftwerk bzw. ca. 4 Kohlekraftwerke (= 30 % von EU = 140 Mio. Stck.) > 95 % 40 Mio. = 18 TWh/a = 10,8-12,6 TWh/a = 6,5-7,6 Mio. to/a 1 kwh/elek. Strom 0,6 kg CO 2 TWh/a Mio. Pumpen im Bestand

24 Europäische Ökodesign-Richtlinien Energieeffizienzindex (EEI) 0,27 für Nassläuferpumpen 2015 Energieeffizienzindex (EEI) 0,23 für alle Nassläuferpumpen 2017 Energieeffizienzindex (EEI) 0,23 auch für Ersatzpumpen für in Produkte integrierte Nassläufer-Umwälzpumpen 2013 Effizienzniveau MEI > 0,1 für Wasserpumpen 2011 Effizienzniveau IE2 für Elektromotoren in Trockenläuferpumpen 2015 Effizienzniveau MEI > 0,4 für Wasserpumpen 2015 Effizienzniveau IE3 für Elektromotoren in Trockenläuferpumpen (7,5-375 kw) 2020 Effizienzniveau IE3 für Elektromotoren in Trockenläufern (0, kw) 24

25 Energieeffizienzklassen nach IEC

26 Home Automation Übersicht Marktteilnehmer Smart Home gewinnt stark an Bedeutung und immer mehr Hersteller beteiligen sich _Systemtechnologie als Schlüssel zur Energieeffizienz, Markus Beukenberg/CTO 06/2014

27 Motor-Antriebsystem 27

28 Wirkungsgradbetrachtung des Systems 28