Hocheffizienzpumpen Effizienzsteigerung von Pumpen. Die Pumpe als System. Ihr Referent: Frank Räder

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1 Hocheffizienzpumpen Effizienzsteigerung von Pumpen Die Pumpe als System Ihr Referent: Frank Räder

2 Kurzvorstellung Grundfos Gegründet 1945 von Poul Due Jensen Jährliche Produktion von mehr als 16 Millionen Pumpen Umsatz von 3,2 Mrd. Euro Mitarbeiter Größter Pumpenhersteller weltweit

3 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

4 Grundfos in Deutschland Grundfos GmbH in Erkrath ca. 400 Mitarbeiter Grundfos Water Treatment GmbH in Pfinztal ca. 220 Mitarbeiter Grundfos Pumpenfabrik GmbH in Wahlstedt ca. 620 Mitarbeiter

5 Grundfos Wahlstedt

6 Vier Schritte zur Effizienzsteigerung - Energieeffizienz von Pumpe und Motor - Auslegung von Pumpe und Motor - Betriebsweise im hydraulischen System - Intelligenz: selbst > System > Prozess

7 Vier Schritte zur Effizienzsteigerung - Energieeffizienz von Pumpe und Motor - Auslegung von Pumpe und Motor - Betriebsweise im hydraulischen System - Intelligenz: selbst > System > Prozess

8 Wirkungsgrad Entscheidend ist, was hinten rauskommt! Wirkungsgrad η = P ab P zu

9 Änderung von Klassifizierungen EEI IE Nassläufer Trockenläufer (Motoren)

10 Klassifizierung Nassläufer EEI IE Nassläufer Trockenläufer (Motoren)

11 Energie-Label ist tot, es lebe der EEI Seit dem (extern) A heute: EEI < 0,40 EEI 0,27 Messlatte für Best in Class liegt bei EEI = 0,20. Seit dem (extern und intern) EEI 0,23 Messlatte für Best in Class bleibt bei EEI = 0,20. Integrierte Pumpen sind dann auch betroffen (OEM)

12 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)

13 MAGNA3 GO ALPHA2

14 MAGNA3 Energieeffizienzindex Besser als der EuP/ErP Best in class -Referenzwert Über 75 % Einsparung gegenüber einer ungeregelten D-Klasse! 1,00 0,27 0,23 0,20 <0,20 Typische Bestandspumpe EuP 2013 EuP 2015 Benchmark MAGNA3

15 ALPHA2 Energieeffizienzindex Besser als der EuP/ErP Best in class -Referenzwert 44 % unter EuP 2013-Anforderung 1,00 34 % unter EuP 2015-Anforderung 25 % unter EuP Benchmark -Level 0,27 0,23 0,20 0,15 Typische Bestandspumpe EuP 2013 EuP 2015 Benchmark ALPHA2 85 % Einsparung gegenüber typischer Bestandspumpe (ungeregelt)

16 Entscheidungskriterium Lebenszykluskosten Beispiel vorzeitiger Pumpentausch?

17 Beispiel Pumpentausch Im Folgenden wird untersucht, ob der Austausch der vorhandenen, funktionsfähigen Pumpe wirtschaftlich ist. Heizung für Gebäude (ca m 2 ) Installierte Pumpe: Grundfos UPS F Alter der Pumpe: 11 Jahre Auslegungspunkt: Förderstrom Q = 22 m 3 /h Förderhöhe H = 4,5 m Berechnungszeitraum: 15 Jahre

18 Grundfos Product Center

19 Leistungsdaten Bestandspumpe UPS F Q = 22 m 3 /h H = 4,5 m P1max = 760 W

20 Auslegung Neue Pumpe

21 Leistungsaufnahme Neue Pumpe (Auslegungsbetriebspunkt) Auslegungsbetriebspunkt Q = 22 m 3 /h H = 4,5 m P 1 = 421 W Einsparung 44 % gegenüber 760 W der alten Pumpe

22 Berücksichtigung des Lastprofils

23 Kostendifferenz Kostendifferenz: in 15 Jahren

24 Kostendifferenz

25 Amortisation des Pumpenaustauschs

26 Klassifizierung von Motoren EEI IE Nassläufer Trockenläufer (Motoren)

27 Frage Nach welcher Zeit haben die Stromkosten den Anschaffungspreis eines 3 kw Motors bei Dauerlauf erreicht? 24 Tage!

28 EU - Klassifizierung für Motoren Durch die CEMEP wurde eine freiwillige Effizienz-Klassifizierung eingeführt (EFF1,2,3) Das IEC hat in der IEC auf eine neue Klassifizierung (IE 1 bis 4) umgestellt CEMEP Klassifizierung Super Premium Wirkungsgrad [ IE 4 ] Premium Wirkungsgrad [ IE 3 ] Hoher Wirkungsgrad [ IE 2 ] Standard Wirkungsgrad [ IE 1 ] Niedriger Wirkungsgrad [ --- ] IEC Klassifizierung IEC: Internationale Elektrotechnische Kommission

29 ErP Verordnung 640/ Seit dem 16. Juni 2011 müssen alle Motoren die IE2-Norm erfüllen 2015 Seit dem müssen alle Elektromotoren von kw entweder die IE3 Norm oder die IE2 Norm unter Verwendung eines Frequenzumrichters erfüllen 2017 Ab 2017 müssen alle Elektromotoren von kw entweder die IE3 Norm oder die IE2 Norm unter Verwendung eines Frequenzumrichters erfüllen 2020 Jährliche Energieeinsparungen von 135 TWh und einer jährlichen Reduktion der CO 2 Emissionen um 63 Millionen Tonnen

30 Neuer MGE-Motor, besser als IE4 Vergleich mit IE Level IEC

31 Vergleich IE2 vs. MGE 1,1 kw Beispiel: Motorleistung P 2 = 1,1 kw (Dauerbetrieb) IE2-Motor: η =79 % IE4-Motor: η =91 % Aufgenommene Leistung: P 1 = P 2 η motor IE2-Motor: P 1 = 1,39 kw IE4-Motor: P 1 = 1,21 kw Der Unterschied: h/jahr * 0,18 kw * 0,20 /kwh = 321 Euro / Jahr

32 Übersicht: EEI, IE, MEI 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 ,27 ; ab ,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 ; 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

33 Vier Schritte zur Effizienzsteigerung - Energieeffizienz von Pumpe und Motor - Auslegung von Pumpe und Motor - Betriebsweise im hydraulischen System - Intelligenz: selbst > System > Prozess

34 Modellgesetze Qx Q n = n x Der Volumenstrom Q ändert sich proportional zur Drehzahl n H H x n = n x 2 Die Förderhöhe H ändert sich quadratisch zur Drehzahl n Px P n = n x 3 Die Leistung P ändert sich in der dritten Potenz zur Drehzahl n Die Leistung P ändert sich in der dritten Potenz zum Förderstrom

35 Beispiel Große Pumpe (TPE) Q = 160 m3/h H = 34,7 m n = 100 % P = 20,8 kw Q = 80 m3/h (50%) H = 8,6 m (25%) n = 50 % P = 2,9 kw (14%)

36 Beispiel Kleine Pumpe (MAGNA3) Q = 8 m3/h H = 8 m P = 369 W Q = 4 m3/h (50%) H = 2 m (25%) P = 57 W (15,5%)

37 Abfall des Wirkungsgrades P = Q * H * ρ * g Pumpen-Wirkungsgrad am Wirkungsgrad-Bestpunkt: 71,8 % Pumpen-Wirkungsgrad am Betriebspunkt: 41,5 %

38 Grundfos Product Center

39 Vier Schritte zur Effizienzsteigerung - Energieeffizienz von Pumpe und Motor - Auslegung von Pumpe und Motor - Betriebsweise im hydraulischen System - Intelligenz: selbst > System > Prozess

40 Konkret: Das Einsparpotenzial P = Q * H * ρ * g Auslegungspunkt Pumpenkennlinie Anlagenkennlinie Q

41 Verlauf der Leistungsaufnahme Leistungsanpassung P 1 : 5.0 kw bis 15 kw

42 Pump Audit Ich weiß, dass ich nichts weiß! (Sokrates) Voraussetzung für den Erwerb von Wissen ist das Eingeständnis der eigenen Unwissenheit Und jetzt????

43 GRUNDFOS PUMP AUDIT in der Praxis Mess- und Analyse-Geräte Energiemesser bis 750 V, bis 1000 A Ereigniszähler z.b. Pumpenein- ausschaltungen Datenlogger Volumenstrommesser Für Nennweiten von mm für Flüssigkeieten von -20 bis +125 C Analoge Sensoren Druck, Temperatur, Füllstand, etc.

44 Vier Schritte zur Effizienzsteigerung - Energieeffizienz von Pumpe und Motor - Auslegung von Pumpe und Motor - Betriebsweise im hydraulischen System - Intelligenz: selbst > System > Prozess

45 Grundfos isolutions

46 DENKEN SIE NICHT NUR AN DIE PUMPE BEZIEHEN SIE DIE GANZE ANLAGE IN IHRE ÜBERLEGUNGEN EIN.

47 Intelligente Datenerfassung Die Pumpe als Datenlieferant, Beispiele: Leistungsaufnahme Temperatur Differenzdruck Volumenstrom Wärmeleistung Lastprofile

48 Intelligente Regelungsarten PUMPE Regulierventil Wärmemengenerfassung FLOWLIMIT AUTOADAPT FLOWADAPT Sollwertschiebung

49 Intelligente Interaktionen Mögliche Betriebsarten: Parallelbetrieb, Wechselbetrieb oder Redundanz Grundfos MAGNA3 kann mittels drahtloser Kommunikation mit einer weiteren MAGNA3 kommunizieren. Die Verbindung zwischen zwei parallel geschalteten Pumpen (Doppelpumpe oder zwei Einzelpumpen) kann mit Hilfe des eingebauten Wizards oder Grundfos GO schnell und einfach hergestellt werden.

50 Intelligente Motoren und Sensorik Beispiel: Modul FM300 3 Analogeingänge: - 0/4-20mA/0-10V Sensoren - 0,5-3,5V Grundfos Sensoren - Grundfos Potentiometer Intern: +5/24V Genibus 1x Grundfos Digital Sensoren (RS232) 2x pot. freie Ausgangsrelais 1x LiqTec (Trockenlaufschutzsensor) 1 CIM Steckplatz für Feldbuskommunikation 1 Analogausgang (0/4-20mA) für Betriebsparameter 2 PT100/1000 Eingänge 4x Digitaleingänge: 2 feste DI und 2 parametrierbare als DI oder DO 2 Digitalausgänge

51 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

52 Nutzen der Leitsystem-Aufschaltung Intelligente GLT-Anbindung Bus-Protokolle BACnet MS/TP BACnet IP LON Profibus-DP PROFINET Modbus RTU Modbus TCP Genibus (proprietär) GLT Konverter GSM, GPRS, GRM 52

53 Bedien- und Analysegerät Grundfos GO ipod Touch 5 Bundle mit MI204 ( ) Apple iphone 3GS/4/4S ipad 1/2/3 ipod Touch 3/4 mit ios 5 MI 202 ( ) Funk (2,1 GHz) Apple iphone 5, 5S und 5C ipad 4/Retina ipod Touch 5 MI 204 ( ) Kostenlose Grundfos GO Software - für Android - für ios Infrarot Android Tablets Android Smartphones MI 301 ( )

54 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).

55 Export/Import der Konfigurationsdatei Auslesen und abspeichern

56 Vier Schritte zur Effizienzsteigerung - Energieeffizienz von Pumpe und Motor - Auslegung von Pumpe und Motor - Betriebsweise im hydraulischen System - Intelligenz > selbst > Prozess > System

57 Hocheffizienzpumpen Vielen Dank! Ihr Referent: Frank Räder