Lebenszykluskosten von Pumpen in Kaltwasseranlagen. Dipl.-Ing. (FH) Frank Räder GRUNDFOS GmbH

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1 Lebenszykluskosten von Pumpen in Kaltwasseranlagen Dipl.-Ing. (FH) Frank Räder GRUNDFOS GmbH

2 Grundfos Zentrale in Dänemark

3 Grundfos Pumpenfabrik in Wahlstedt

4 Lebenszykluskosten Lebenszykluskosten von Pumpen in Kaltwasseranlagen Lebenszykluskosten sind die Summe aller Kosten, die über den gesamten Nutzungszeitraum anfallen Anschaffungskosten Installationskosten Energiekosten Wartungskosten Ausfallkosten Umweltkosten Betriebskosten Außerbetriebnahmekosten

5 Lebenszykluskosten Lebenszykluskosten bestehen bei Pumpensystemen zu ca. 85 % aus Energiekosten!

6 Effizienz Deshalb im Fokus: Energie-Effizienz eines Pumpensystems Gebäudetechnik Industrie

7 Effizienz Energieeffizienz von Pumpensystemen Drei entscheidende Kriterien: - Wirkungsgrad von Pumpe und Motor - Auslegung von Pumpe und Motor - Betriebsweise im hydraulischen System

8 Wirkungsgrad Energieeffizienz von Pumpensystemen Drei entscheidende Kriterien: - Wirkungsgrad von Pumpe und Motor - Auslegung von Pumpe und Motor - Betriebsweise im hydraulischen System

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

10 Wirkungsgrad Der Wirkungsgrad eines Systems verändert sich in Abhängigkeit vom Betriebspunkt, deshalb... Förderhöhe Wirkungsgrad- Bestpunkt Wirkungsgrad am Betriebspunkt Wirkungsgradkennlinie Leistung der Pumpe Förderstrom

11 Klassifizierung von Nassläuferpumpen und Pumpenmotoren... erfolgt eine Bewertung anhand von Effizienz- Klassifizierungen: Energieeffizienz-Index ( A-Label ) und Energieeffizienz-Klasse ( EFF1 ) Nassläufer Trockenläufer

12 Klassifizierung von Nassläuferpumpen Europump-Klassifizierungsschema für Heizungs- Umwälzpumpen: Energie-Effizienz-Index (EEI) EU-Durchführungsverordnung 641 vom : ab 2013: IEE < 0,27 ab 2015: IEE < 0,23 Der Energie-Effizienz-Index EEI wird berechnet als EEI = P L,avg / P ref P L,avg P ref = Gewichtete Durchschnittsleistungsaufnahme = Referenzleistungsaufnahme

13 Klassifizierung von Nassläuferpumpen ALPHA2 MAGNA Q: bis 2,7 m³/h H: bis 6,0 m t: +2 C bis +110 C Q: bis 39 m³/h H: bis 12,0 m t: +2 C bis +110 C

14 Klassifizierung von Trockenläuferpumpen Bewertung von Trockenläufern (Motoren)

15 Klassifizierung von Trockenläuferpumpen Klassifizierung von Motoren gemäß CEMEP/EU Grundfos tronic

16 Klassifizierung von Trockenläuferpumpen Vergleich Energiekosten EFF1 und EFF2 Beispiel: Motorleistung P 2 = 5,5 kw (Dauerbetrieb) Eff2-Motor: η =86% Eff1-Motor: η =90% Aufgenommene Leistung: P 1 = P 2 η motor Eff2-Motor: P 1 = 6,4 kw Eff1-Motor: P 1 = 6,1 kw Der Unterschied: h/jahr * 0,3 kw = kwh / Jahr h/jahr * 0,3 kw * 0,20 kwh = 525,60 Euro / Jahr

17 Klassifizierung von Trockenläuferpumpen Neu: International Efficiency Class IEC IEC Energieklasse IEC Code EFF Code Super Premium Efficiency Premium Efficiency IE4 IE3 Vorschrift ab 2015 *1) Vorschrift ab 2011 *1) High Efficiency IE2 EFF1 Standard Efficiency IE1 EFF2 Below Standard Efficiency - EFF3 *1) Details siehe EU-Durchführungsverordnung 640 vom

18 Auslegung von Pumpen Energieeffizienz von Pumpensystemen Drei entscheidende Kriterien: - Wirkungsgrad von Pumpe und Motor - Auslegung von Pumpe und Motor - Betriebsweise im hydraulischen System

19 Auslegung von Pumpen Betrieb der Pumpe möglichst in der Nähe des Wirkungsgrad-Bestpunktes! Pumpen-Wirkungsgrad am Wirkungsgrad- Bestpunkt: 71,8 % Pumpenwirkungsgrad am Betriebspunkt 41,5 %

20 Energieeffizienz von Pumpensystemen Drei entscheidende Kriterien: - Wirkungsgrad von Pumpe und Motor - Auslegung von Pumpe und Motor - Betriebsweise im hydraulischen System

21 Pumpen mit veränderlicher Drehzahl

22 Das Einsparpotenzial P = Q * H * ρ * g H Druck bei Drosselung 7 bar Ansteigender Differenzdruck Gewünschter Druck = 4 bar Feste Drehzahl Q ist Q nenn Q

23 Konstantdruckregelung Leistungsanpassung P 1 : 5.0 kw bis 15 kw

24 Regelungsarten im Überblick Konstantkennlinie Konstantdruckregelung Proportionaldruckregelung

25 Hydraulik-Kreisläufe in der Kältetechnik Generell gilt für ein geschlossenes System: Die gesamte an die Pumpenwelle übertragene Leistung wird vom System in Wärme umgewandelt! Die erforderliche Kälteleistung erhöht sich entsprechend.

26 Hydraulik-Kreisläufe in der Kältetechnik Im Folgenden wird untersucht: Gesteuerte Pumpe : Pumpe im Kaltwasser-Primärkreis Geregelte Pumpe : Pumpe im Verbraucherkreis

27 Pumpe im Primärkreis Reihenschaltung von freier Kühlung und Kaltwassersatz Freie Kühlung

28 Der Betriebspunkt H Durch Änderung des Widerstandes ändert sich die Steigung der Anlagenkennlinie. Als Betriebspunkt stellt sich immer der Schnittpunkt aus Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie ein Pumpenkennlinie Anlagenkennlinie Q

29 Betriebspunkt 1: ohne freie Kühlung Druckverlust: 15 m

30 Betriebspunkt 2: mit freier Kühlung Druckverlust: 20 m

31 H 2 verschiedene Betriebspunkte H 1 H N1 H 2 H N2 Q N1,2 Q 1 Q 2 Q

32 Betriebspunkt 1: WT Ein, Pumpe ungeregelt Q = 28,3 m 3 H = 23,7 m Förderstrom: Q = 26 m 3 /h Förderhöhe: H = 20,0 m P1 = 2,91 kw

33 Einsparpotenzial 1: WT Ein, Pumpe gesteuert Q = 26,0 m 3 H = 20,0 m n = 93% Förderstrom: Q = 26 m 3 /h Förderhöhe: H = 20,0 m P1 = 2,47 kw Reduzierung der Leistungsaufnahme: 2910 W 2470 W = 444 Watt (15,2 %)

34 Betriebspunkt 2: WT Aus, Pumpe ungeregelt Q = 31,5 m 3 H = 22 m Förderstrom: Q = 26 m 3 /h Förderhöhe: H = 15,0 m P1 = 3,05 kw

35 Einsparpotenzial 2: WT Aus, Pumpe gesteuert Q = 26,0 m 3 H = 15,0 m n=83% Förderstrom: Q = 26 m 3 /h Förderhöhe: H = 15,0 m P1 = 1,91 kw Reduzierung der Leistungsaufnahme: 3050 W 1910 W = 1140 Watt (37,4 %)

36 Zusammenfassung Förderstrom: Q = 26 m 3 /h Förderhöhe: H = 20 m Förderhöhe: H = 15 m ungeregelt geregelt / gesteuert ungeregelt geregelt / gesteuert Q = 28,3 m3 H = 23,7 m P1 = 2,91 kw Q = 26,0 m3 H = 20,0 m n = 93% P1 = 2,47 kw Q = 31,5 m3 H = 22 m P1 = 3,05 kw Q = 26,0 m3 H = 15,0 m n = 83% P1 = 1,91 kw Differenz: 440 W (15 %) Differenz: 1140 W (37 %)

37 Jährliches Einsparpotenzial und Amortisation Nutzungsdauer: je Betriebszustand 2000 Stunden Amortisation der Mehrkosten der regelbaren Pumpe: < 3 Jahre Energiepreis: 20 ct / kwh

38 Pumpen in Verbraucherkreisen Verbraucherkreise volumenvariabel

39 Berücksichtigung des Lastprofils 10 % 30 % 40 % 20 % Förderhöhe: H = 15 m Förderstrom: Q = 26 m3/h

40 Lebenszykluskosten-Berechnung mit WinCAPS Förderhöhe: H = 15 m Förderstrom: Q = 26 m3/h Dateneingabe in WinCAPS : Energiepreis: 20 ct/kwh Energiepreissteigerung: 6 % Zinssatz: 6 %

41 Vergleich: Lebenszykluskosten geregelt / ungeregelt Proportionaldruckregelung Ungeregelt 15 Jahre 526,- gespart 9.232,- Mehrkosten verursacht

42 Vergleich: Lebenszykluskosten geregelt / ungeregelt

43 Vergleich: Lebenszykluskosten geregelt / ungeregelt

44 Die Produkte sind verfügbar: Grundfos-Pumpen mit MGE ( EFF1 Motor incl. Frequenzumformer ) Leistung: 0.37 bis 22kW CUE CRE MTE NBE NKE TPE CHIE

45 25 % des weltweiten Verbrauchs elektrischer Energie wird von Pumpen verursacht! Lassen Sie uns jetzt handeln!

46 GRUNDFOS Service Plus

47 Effizienz Lebenszykluskosten von Pumpensystemen, Fazit: Drei entscheidende Kriterien: - Wirkungsgrad von Pumpe und Motor - Auslegung von Pumpe und Motor - Betriebsweise im hydraulischen System

48 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!