Enorme Effizienzpotenziale bei Kleinmotoren

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1 Enorme Effizienzpotenziale bei Kleinmotoren Motor Summit 2007, Zürich, 11. April Viele Millionen Antriebe <0,5 kw mit langen Betriebszeiten beanspruchen 12 bis 15% des gesamten Schweizer Stromverbrauchs. Grosse Effizienzpotenziale sind realisierbar. Jürg Nipkow dipl. El. Ing. ETH/SIA Schweizerische Agentur für Energieeffizienz S.A.F.E.

2 Elektrizität CH: 50% Motoren 1% 2% 4% 10% 2% 3% 2% 27% Industrie Motoren Haustechnik: Pumpen, Venti., Kompress. Bahnen, Tram, Trolleybus Kühl-/Gefriergeräte Waschm./Trockner/Geschirrsp.-Motoren Gewerbliche Anwend., Motoren Wärmepumpen Heizung/Warmwasser Kleinmotoren Staubsauger, HH-Maschinen Kleinstmotoren in Geräten, PCs etc. Beleuchtung Vorwiegend Kleinmotoren 13% 8% Elektroheizung/Warmwasser Waschm./Trockner/Geschirrsp.-Wärme Kochen/Backen/Kaffee etc. Haushalt 5% Kleingeräte Haushalt Elektrowärme 13% 0.1% 0.7% 4% 2% 0.5% 1.4% Industrie Elektrowärme Gewerbliche Anwend. Wärme Bürogeräte inkl. Standby J. Nipkow Unterhaltungselektronik inkl. Standby 2

3 Gewichtige Kleinmotoren-Anwendungen ca. Mio. Stück / ca. % LV* Umwälzpumpen Haustechnik (Heizung, Warmwasser, Kühlung, Solartechnik): 2,5 4% Kompaktventilatoren (Wohnungslüftung, Bad/WC, Kühlgeräte, Klimageräte, etc.) 6 1,5% Kleinkompressoren in Kühl- und Gefriergeräten sowie Klimageräten 5 4,5% Sonstige Hilfsantriebe und Spezialmotoren 2 5% Total, rund 12 bis 15% *Landesverbrauch J. Nipkow 3

4 η 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Wirkungsgrad von Kleinmotoren Magnetmotor, EC-Motor Wellenleistung [kw] Perm.Magnet spezial elektronisch ASM 3 Stern *** ASM 2 Stern ** DC Perm.Magnet konv. ASM 1 Stern * 1-ph ASM mit Betriebskond. Universal-Motor (Kollektormotor) 1-ph Spaltpol ASM J. Nipkow 4

5 (Noch) Einsatz ineffizienter Kleinmotoren 1-Phasen-Asynchronmotor (mit Betriebskondensator): Kühlkompressoren, Kompaktventilatoren Universalmotor: Staubsauger, Küchenmaschinen, Handwerkzeuge Spaltpolmotor: Kleinventilatoren Bad/WC etc., Abgasventilatoren (Brennwert- Kleinkessel), Laugenpumpen. J. Nipkow 5

6 Funktionsprinzip Magnetmotor (EC-Motor, Brushless DC, Permanentmagnet-Motor) (Nassläufer-Pumpen) J. Nipkow 6

7 Vorteile des Magnetmotors Sehr viel besserer Wirkungsgrad als Asynchronmotor (vor allem < 100 W), Rotorverluste fallen weg Drehzahlsteuerung/-Regelung inklusive; auch Drehzahlen über 3000 Upm Hohes Drehmoment möglich bei niedrigem Anlaufstrom Baut kleiner als ASM, vor allem für höhere Drehzahlen, Materialeinsparung - Kostet (meist) mehr, elektronische Steuerung notwendig J. Nipkow 7

8 Umwälzpumpen (Haustechnik) Rund 2,5 Mio. Klein-Umwälzpumpen verbrauchen ca. 4% des Schweizer Stroms, so viel wie alle Kühl-/ Gefriergeräte Die neue A-Klasse ist bis 4x effizienter Die meisten sind bis 3x überdimensioniert Sparpotenzial im Mittel etwa 2/3 Gleiche Gruppen (Biral) Bei Neuanlagen und Erneuerung wirtschaftlich Hemmnisse: Nichtwissen, Überwälzung der Stromkosten J. Nipkow 8

9 Wirkungsgrade von Umwälzpumpen Wirkungsgrad Kleine und mittlere Nassläufer 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Hochwirkungsgrad- Pumpen Bestpunkte Markt EFH bis 30 Wg. grössere hydr. Förderleistung [W] J. Nipkow 9

10 Keine Energievernichter einbauen Überströmventil, Bypass bei Brennwert-Heizgeräten Drehzahlregelung Drosselklappe bei Lüftungsanlagen Drehzahlregelung J. Nipkow 10

11 Ventilatoren mit Magnetmotor Drehzahlregelung inklusive, hoher Teillastwirkungsgrad Für Kleinst-Lüfter altbekannt Für Wohnungslüftungsgeräte (fast) Standard, Stichwort Gleichstrom Für Qualitätsansprüche verfügbar Für Billigprodukte noch Neuland Quelle: Ziel-Abegg Quelle: Viessmann J. Nipkow 11

12 Drehzahlregelung auch bei Kleinantrieben Umwälzpumpen: optimaler Volumenstrom automatisch durch Drehzahlregelung, keine Ventilgeräusche (Achtung: richtige Kennlinie einstellen!) Lüftung: Motor stufenlos nach Luftqualität (CO2) regeln (CO2-Steuerungen sind auf dem Markt, kostengünstig) Kühl- und Gefriergeräte: geregelter Kompressor vermeidet Druckausgleichsverluste des Taktbetriebs (ein/aus mit Thermostat); noch nicht auf dem Markt. J. Nipkow 12

13 Wie kommt man zu den effizienten Produkten? Umwälzpumpen: Energieetikette Klasse A + richtige Auslegung und Einstellung! (Dimensionierungshilfe in Leistungsgarantie Haustechnik, Minergie / EnergieSchweiz) Ventilatoren, Lüftungsgeräte: Gleichstrommotor Oder: EC-Motor, Magnetmotor. Zudem: richtiges Anlagekonzept, bedarfsabhängige Steuerung Hilfsaggregate von Heizkesseln: Nach Elektrizitätsverbrauch fragen! (betr. Pumpen: analog A-Klasse!) Die Anforderungen des Blauen Engels sind viel zu schwach; leider gibt es noch keine guten Standards. J. Nipkow 13

14 Ineffiziente Produkte: aus dem Markt! Die EuP (Energy using Products) Richtlinie der EU und die dazu geplanten Projekte werden helfen. Energiedeklarationen und entsprechende Prüfnormen sind Voraussetzung, Etiketten nach A-G Muster hilfreich. Minimum Efficiency Performance Standards (MEPS) sind notwendig, z.b. für Umwälzpumpen (Klassen A+B). Lebenszyklus-Kostenrechnung (LCC) muss in Ausschreibungen und für die Produkt-/Systemwahl vorgeschrieben werden (gemäss Norm SIA 480). J. Nipkow 14

15 Gesamtsystem optimieren Umwälzpumpen: gute hydraulische Schaltungen und grosszügige Verteilnetzauslegung ergeben kleine Druckverluste. Zusatznutzen: keine Einregulierung nötig, keine Geräusche. Lüftungen: bedarfsabhängige Regelung (CO2) und automatische Ausschaltung (Präsenzmelder etc.) bringen grosse Einsparungen. Kühl- und Gefriergeräte: die Vakuumisolierung wird den Kältebedarf nochmals senken, neue Kälteerzeuger sind gefragt: Mini-Kompressoren mit Magnetmotor? magnetische Kühlung? Stirling-minicooler? (auch die kleinsten konventionellen Kompressoren sind für A++ Kühlschränke überdimensioniert) J. Nipkow 15

16 Direktantriebe statt Getriebemotoren Bei Aufzügen seit Längerem angeboten, spart Maschinenraum, möglich mit Magnetmotoren Quelle: Kone Förderbänder: schlechte Wirkungsgrade von Schneckengetrieben eliminieren durch Direktantrieb mit Magnetmotor J. Nipkow 16

17 Gesamtsystem optimieren: Aufzüge Aufzüge verschwenden bis zu 80% des Stroms im Stand-by (BFE/SIA- Forschungsprojekt). Die Aufzugsindustrie arbeitet an Verbesserungen und an einer Energieetikette. Anteil des Standby- am gesamten Aufzugsenergieverbrauch, nach Gebäudeart 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Autolift Büro Büro Büro Büro Büro Büro Büro Büro Geschäftshaus Parking Parking Parking Parking Shopping J. Nipkow 17 Spital Besucheraufzug Spital Besucheraufzug Spital Bettenaufzug / Arztpraxis

18 Gesamtsystem optimieren: Kühlschrank Stromverbrauch von Haushalt-Kühlschränken kwh/ (Jahr*100L) Mittel 400 A++ mit Gefrierfach 350 A++ ohne Gefrierfach 300 (Klasse D) Magnetmotor geregelt Vakuumisolierung Perspektiven J. Nipkow 18