Durch den Einsatz moderner Pumpentechnologie Energie und Kosten sparen

Transkript

1 Pumpen für die Reinwassertechnik HERBORNER PUMPENFABRIK Abwassertechnik J. H. Hoffmann GmbH & Co. KG Industrie Durch den Einsatz moderner Pumpentechnologie Energie und Kosten sparen

2 Persönliche Kurzvorstellung: Name Position Burkhard Schwarz Exportleiter Osteuropa/ Leiter Außendienst Deutschland Im Unternehmen seit

3 Inhalt der Präsentation: Firma und Produkte Energieeffizienz - Eine globale Herausforderung Energieeffizienz durch Einsatz neuer Pumpentechnologie Umwelteffizienz und Kostensenkung über Energieeinsparung o Beispiel: Frequenzumrichter o Beispiel: Umwelteffizienz durch Wärmerückgewinnung bei Pumpen o Beispiel: Senkung der Schallemissionen o Beispiel: PM-Motoren die Energiesparmotoren o Beispiel: Energiesparen durch HPC-Beschichtung

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5 Gegründet Mitarbeiter 18 Mio. Umsatz Pumpen für die Rein- und Abwassertechnik 2 Standorte: Herborn und Landsberg/Saale Weltweite Vertretungen

6 Unsere Geschichte: Gründer J.H. Hoffmann Rübenschneider von 1877 Gartenpumpe um 1900 Feuerlöschpumpe um 1930 Membranpumpe um 1930 Abwasserpumpe von 1954 Blockpumpe

7 Innovationen der letzten Jahre:

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9 Energieeffizienz Eine globale Herausforderung Energiesparmaßnahmen und Klimaschutz betreffen unserer aller Zukunft! Motoren sind derzeit für 30% des weltweiten Stromverbrauchs verantwortlich. Pumpen besitzen 10% des weltweiten Stromverbrauchs. Das entspricht in Europa etwa 259 Terawattstunden (TWh) jährlich. Aus diesem Grund besteht ein großes Potenzial bei Pumpen, durch deren verbesserte Effizienz, Kosten und CO2-Emissionen zu senken. Mit der 2009 in Kraft getretenden Ökodesign-EuP ( Energy using Products ) (Richtlinie 2009/125/EG) werden hierbei strenge Normen festgesetzt. Der Gesetzgeber begleitet somit den Weg der Einführung neuer Technologien, die nachfolgend beschrieben werden.

10 Energieeffizienz Weltweit steigende Anforderung Quelle: SEW

11 Standardisierung der Wirkungsgradklassen Quelle: SEW

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13 Pumpenwahl in der Schwimmbadtechnik Attraktionspumpe Beispiel Rutsche (UNIBAD X, XC, PM, herborner.x) Attraktionspumpe Beispiel Wasserfontäne (UNIBLOCK-GF, PM, herborner.f) Solaranlagen Pumpen (UNIBLOCK-D) Schwallwasserbehälter (Wasserspeicher) (UNIVERS-T) Filteranlage (UNIBLOCK-GF, PM, herborner.f, UNIBAD X, XC, PM, herborner.x) Füllwassernachspeisepumpe (UNIBLOCK-D, GF, PM herborner.f) Filterraumentwässerung (UNIVERS-T) Schlammwasserhebeanlage (UNIVERS-T, A oder UNIPUMP)

14 Anforderungen an die Pumpen Sichere Abdeckung der Anforderungen aus der Verfahrenstechnik Hohe Zuverlässigkeit, Betriebssicherheit und damit Standzeit Breites Raster an Pumpen zur optimalen Pumpenwahl Saug- und druckseitig Messgeräte anschließbar Technische Hilfsmittel zur Vermeidung von Trockenläufen der GLRD Schallschutz nach DIN 4109 Minimaler Wartungsaufwand Hohe Wirkungsgrade für Pumpenhydraulik und Motor Steile Pumpenkennlinie zur optimalen Anlagensteuerung Optimale Life cycle costs (LCC)

15 Auswahlkriterium Lebens-Zyklus-Kosten LCC Zur Ermittlung der kostengünstigsten Technik hat sich die Berechnung der Life cycle costs (kurz LCC) etabliert. Beispiel Reinwasserpumpe: Betriebskosten Anschaffungskosten LCC = C ic + C in + C e + C o + C m + C s + C env + C d C ic C in C e C o C m C s C env C d = Anschaffungskosten = Einrichtungs- und Inbetriebnahmekosten = Energiekosten = Betriebskosten = Instandhaltungskosten = Ausfallkosten = Umweltschutzkosten = Stilllegungs- und Entsorgungskosten

16 Auswahlkriterium Lebens-Zyklus-Kosten LCC Hersteller bieten Berechnungstools Online oder mittels Excel an

17 Pumpenwahl in der Schwimmbadtechnik UNIBAD X Der Standard unter den Badewasserumwälzpumpen Gleitringdichtungen mit hoher technischen Qualität in Werkstoffausführung SiC/SiC Umführungskanal mit Entlüftungshahn zur Vermeidung von Trockenläufen UNIBAD X Das Original Verstärkte Lagerung und Wellenausführung Großzügig dimensionierter Filterkorb

18 Die richtige Pumpenwahl reduziert die LCC! Durch gebrochene Kanten an Laufradschaufelausläufen lässt sich der Pumpenwirkungsgrad verbessern. Durch eine Nachschmiereinrichtung an Motoren lässt sich die Lebensdauer der Lager deutlich erhöhen. Verstärkte Lagerungen der Motoren erhöhen, wie stärker ausgeführte Wellen, die Lebensdauer der Pumpen erheblich. Schauen Sie einmal bei Ihren Pumpen nach!

19 Einsparpotential bei unterschiedlichen Pumpen- Wirkungsgraden UNIBAD /1504X Q = 144 m³/h, H = 22,7 m, = 79,9 % P = 144*22,7 / (367*0,799) kw = 11,1kW Betriebspunkt andere Pumpe: Q = 144 m³/h, H = 22,7 m, = 74,9 % P = 144*22,7 / (367*0,749) kw = 11,9kW Energieeinsparung Pdif = 0,8 kw 144 m³/h Kosteneinsparung bei 0,15 /kwh, 8000h/a Einsparung: 960,00 /Jahr

20 Einsparpotential bei Bypass-Leitungen Sind Nebenstränge mit zu versorgen (z. B. für Wärmetauscher), ist es in der Regel günstiger, diese mit einer separaten Pumpe zu versehen Dadurch können in vielen Fällen die Hauptstrangpumpen kleiner ausgelegt werden, was in Summe zu einer Energieeinsparung führt Beispiel: Volumenstrom 500 m³/h wird aufgeteilt in Hauptstrang 430 m³/h und Nebenstrang 70 m³/h. Will man beide Stränge gemeinsam bedienen, werden 2 x 22 kw benötigt. Summe 44 kw Anschlussleistung Alternativ kann man den Hauptstrang mit 2 x 18,5 kw betreiben, wenn man für den Nebenstrang eine separate Pumpe mit 1,1 kw Leistung vorsieht! Summe 38,1 kw Ergebnis: Einsparung von ca. 6 kw!

21 Welche Möglichkeiten gibt es?

22 Beispiel: Frequenzumrichter

23 Frequenzumrichter Grundsätzlicher Gedanke der Frequenzregelung von Pumpen ist die Drehzahlanpassung. In der Badewasserumwälzung kennen wir: 1. Eine Energieeinsparung im Fall wechselnder Betriebspunkte und deren Ansteuerung über unterschiedliche Drehzahlen o Bekanntes Beispiel für einen solchen Fall ist die Nachtabsenkung o In der Vergangenheit wurde hierzu (sofern möglich) eine Pumpe vom Netz genommen 2. Eine Reduktion des Förderstroms bzw. Anpassung an die Anlagenerfordernisse o Als Beispiel kann hierzu herangezogen werden, Pumpen über Frequenzumrichter an wechselnde Betriebsverhältnisse von Anlagen oder Attraktionen anzupassen. o Bis vor wenigen Jahren gab es lediglich die Möglichkeit, die Pumpen über eine so genannte Drosselregelung an die Erfordernisse anzupassen. Hierbei wird mittels Schieber oder Blende Einfluss auf die Rohrleitungskennlinie der Anlage genommen und letztlich Energie vernichtet!

24 Kreiselpumpen- Leistungsbedarf in Abhängigkeit zur Pumpendrehzahl Affinitätsgesetze Q, H, P in [%] Volumenstrom Q ~ n (Proportional) Förderhöhe H ~ n 2 (Quadratisch) Leistung P ~ n 3 (Kubisch) Drehzahl n [%] Volumenstrom Q V V 1 2 n n 1 2 Förderhöhe H p p 1 2 Leistung P P P 1 2 n n 1 2 n n

25 Kreiselpumpen- Leistungsbedarf in Abhängigkeit zur Pumpendrehzahl Energieeinsparpotenzial Leistung P [%] Drehzahl n [%] Eine Herabsenkung der Pumpendrehzahl um 20 % bedeutet eine Leistungseinsparung von 50%!

26 Beispiel Nachtabsenkung durch Abschalten einer Pumpe BP 2 BP 1 15,5 m 10,0 m 12,2 kw 7,0 kw Betriebspunkt 1: Einsatz von zwei Pumpen Q = 228 m³/h, H = 15,5 m, Perf = 12,2 kw Betriebspunkt 2: Nachtabsenkung durch Abschalten einer Pumpe: Q = 180 m³/h, H = 10 m, Perf = 7,0 kw Energieeinsparung Nachtabsenkung: Pdif = 5,2 kw 180 m³/h 228 m³/h 78,9 % Kosteneinsparung bei 0,15 /kwh, 4000h/a Einsparung: 3.120,00 /Jahr

27 Beispiel Nachtabsenkung durch Drehzahlregelung BP 1 15,5 m Betriebspunkt 1: Einsatz von zwei Pumpen Q = 228 m³/h, H = 15,5 m, Perf = 12,2 kw BP 2 6,0 m Betriebspunkt 2: Frequenzregelung von zwei Pumpen: Q = 140 m³/h, H = 6 m, Perf = 3,0 kw 12,2 kw 3,0 kw Energieeinsparung Nachtabsenkung: Pdif = 9,2 kw 140 m³/h 78,9 % Kosteneinsparung bei 0,15 /kwh, 4000h/a Einsparung: 5.520,00 /Jahr 228 m³/h

28 Kosteneinsparung bei Drosselregelung BP 2 BP 1 15,5 m Auslegungspunkt: Q = 114 m³/h, H = 15,5 m 12 m Betriebspunkt 1: Q = 156 m³/h, H = 12 m, Perf = 6,85 kw 6,85 kw Betriebspunkt 2: (Drosselregelung) Q = 114 m³/h, H = 15,5 m, Perf = 6,08 kw 6,08 kw Energieeinsparung Pdif = 0,77 kw 114 m³/h 78,9 % Kosteneinsparung bei 0,15 /kwh, 8000h/a Einsparung: 924,00 / Jahr 156 m³/h In anderen Fällen Mehrkosten möglich!

29 Kosteneinsparung bei Drehzahlregelung Auslegungspunkt: BP 1 12,0 m Q = 114 m³/h, H = 15,5 m BP 2 6,4 m Betriebspunkt 1: Q = 156 m³/h, H = 12 m, Perf = 6,85 kw 6,85 kw Betriebspunkt 2: (Drehzahlregelung) Q = 114 m³/h, H = 6,4 m, Perf = 2,85 kw 2,85 kw Energieeinsparung Pdif = 4,00 kw 78,9 % Kosteneinsparung bei 0,15 /kwh, 8000h/a Einsparung: 4.800,00 / Jahr 114 m³/h 156 m³/h

30 Neueste Generation Frequenzumformer PED Für Motorleistung bis 22 kw Leistungsstark und kombinierbar mit allen Motortypen (außer Einphasenmotoren) o Direkt- oder Wandanbau o Ansteuerung Analog 0-10V, 4-20mA oder z.b. Profibus, CANbus. o Standardmäßig PM- fähig o Robustes Gehäuse o Kostenlose PC Software o Schutzart IP55 o S1- Betrieb bis 50 C Umgebungstemperatur

31 Zusammenfassend: Über die Anschaffung einer Drehzahlsteuerung mittels FU muss das Ziel sein, Energieeffizienz zu erzielen und hierüber Kosten zu minimieren! Eine Optimierung der Drehzahl führt hierbei zu niedrigerem Energieverbrauch, verringertem Wartungsaufwand, reduziertem mechanischen Verschleiß und damit zu enormen Kosteneinsparungen. Falls wechselnde Betriebsverhältnisse vorliegen, kann die Fördermenge der Pumpe über die Drehzahlsteuerung optimal an die Erfordernisse angepasst werden. Eine stetige Pumpensteuerung im Bereich des Bestwirkungsgrads und Anpassung an die geforderten Betriebsbedingungen ist über die Drehzahlsteuerung möglich. Eine maximale Reduzierung der Drehzahl auf unter ca. 30 Hz sollte vermieden werden, um die Strömungsführung in der Pumpenhydraulik zu erhalten.

32 Zu beachten ist: Die Hygienehilfsparameter sind zu überwachen: Redoxspannung Chlor ph-wert Mess- und Regeltechnik, z.b. Dosierpumpen, sind in die Betrachtung der Integration von Frequenzumrichtern einzubeziehen. Die erforderliche Beckenein- und durchströmung ist zu gewährleisten. Bei Altanlagen muss eine ausführliche Bestandsanalyse durchgeführt werden. Hinzuziehung von Fachplanern und Fachfirmen sollte/muss erfolgen. Diese Punkte dürfen auf keinen Fall vernachlässigt, sondern müssen in die Planungen mit einbezogen werden!

33 Beispiel: Umwelteffizienz über Wärmerückgewinnung

34 Beispiel: Umwelteffizienz durch Wärmerückgewinnung bei Pumpen UNIBAD XC oder UNIBLOCK GFC Einsparung durch Wärmerückgewinnung: Von ca. 200,00 /Jahr bis ca ,00 /Jahr

35 Berechnung der eingetragenen Wärmekosten Auszug aus der Tabelle

36 Berechnung der eingetragenen Wärmekosten

37 Fallbeispiel: 3kW und 22kW Auszug aus der Tabelle

38 Beispiel: Senkung der Schallemissionen

39 Senkung der Schallemissionen durch C - Motoren UNIBAD (Luftgekühlt) UNIBAD XC (Wassergekühlt)

40 Senkung der Schallemissionen - Grundlagen Lärm: Lärm ist Schall (Geräusch), der Nachbarn oder Dritte stören (gefährden, erheblich benachteiligen oder erheblich belästigen) kann. Emission: Emission ist die Einwirkung eines von einer Anlage ausgehenden Geräusches auf Nachbarn oder Dritte. Die Emissionsrichtwerte sind festgesetzt. Bewertung / Vergleiche: Absenkung um 10 db(a) = Absenkung um 50% des Geräuschpegels/Lärms

41 UNIBAD UNIBAD XC

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43 Beispiel: PM-Motoren Die Energiesparmotoren

44 Beispiel: PM- Motoren Die Energiesparmotoren Mehr Power für die Pumpe! Die neue richtungweisende Motorentechnik mit Energieeffizienz IE3

45 Heute schon die Technik von Morgen! 1. Vom Gesetzgeber wird gefordert, seit 2011 sogenannte IE2- Motoren (früher eff1) als Standard zu verwenden. 2. Für 2015 sieht der Gesetzgeber die Einführung der IE3- Motoren vor. Alternativ sind IE2-Motoren mit Frequenzumrichtern einzusetzen. 3. Herborner Pumpen wird der Forderung nach IE3 mit den PM- Motoren schon heute gerecht. 4. Bei fast allen Motoren wird bereits IE4 erreicht! IE1 = Standard Wirkungsgrad (vergleichbar eff2) IE2 = Hoher Wirkungsgrad (vergleichbar eff1) IE3 = Premium Wirkungsgrad IE4 = Super Premium Wirkungsgrad

46 Permanent- Magnet- Motoren (PM- Motoren) Die neue Technik der PM- Motoren (Synchronmotoren) bietet über die Reduktion der Verluste des Antriebs drei entscheidende Vorteile: - Mehr Leistung durch höchste Wirkungsgrade - Weniger Betriebskosten durch hohe Energieeinsparungen - Weniger CO 2 - Ausstoß durch geringeren Stromverbrauch

47 Wirkungsgradvergleich Vorteil PM-Motor: Kein Läuferschlupf = weniger Leistungsverluste

48 Berechnungsbeispiel bei Volllast: Pumpe Funktion Motornenn- Leistung Wirkungsgrad IE2 Wirkungsgrad PM Einsparung mit PM Energiekosten kw % % kw UNIBAD /0754X UWP Sportbecken 7,5 88,7 92 0,30 0,18 /kwh Energieverbrauch Asynchronmotor unter Volllast pro Stunde 1,522 Energieverbrauch Asynchronmotor unter Volllast bei 8000 Betriebsstunden / Jahr ,00 Energieverbrauch Permanent-Magnetmotor unter Volllast pro Stunde 1,467 Energieverbrauch Permanent-Magnetmotor unter Volllast bei 8000 Betriebsstunden / Jahr ,00 Energieeinsparung / Jahr PM zu IE2 437,00 Mehrpreis 7,5 kw Motor als Permanent- Magnetmotor 827,00 Amortisationszeit in Jahren (ohne FU- Anschaffungskosten) < 2 Gesamteinsparmenge an CO 2 pro Jahr (bei 0,59 kg/kwh) kg

49 Beispielsmessung mit Teillastbetrieb: Im Teillastbetrieb lässt sich durch den konstanten Wirkungsgrad der PM Motoren überproportional mehr Energie einsparen!!!

50 Berechnungsbeispiel inkl. Teillastbetrieb: Pumpe Funktion Motornennleistung Wirkungsgrad IE2 Wirkungsgrad PM Energiekosten kw % % UNIBAD 2 x /0304X UWP 2 x 3,0 85,5 89,5 0,18 /kwh Energieverbrauch Pumpe mit Asynchronmotor unter Volllast bei 5040 Betriebsstunden / Jahr 4.851,- Energieverbrauch unter Nachtabsenkung bei Abschalten einer Pumpe und 3600 Betriebsstunden / Jahr 2.122,- Gesamtenergieverbrauch mit Asynchronmotor / Jahr 6.973,- Energieverbrauch Pumpe mit Permanent-Magnetmotor + FU unter Volllast 5040 Betriebsstunden / Jahr 4.176,- Energieverbrauch Pumpe mit Permanent-Magnetmotor + FU unter Nachtabsenkung bei 3600 Betriebsstunden im Jahr 597,- Gesamtenergieverbrauch mit Permanent-Magnetmotor + FU / Jahr 4.773,- Energieeinsparung / Jahr PM inkl. FU zu IE2 ohne FU 2.200,- Mehrpreis für 2 x 3,0 kw Pumpe mit Permanent- Magnetmotor und Frequenzumformer PE-Drive 3.225,- Amortisationszeit in Jahren 1 1/2 Gesamteinsparmenge an CO2 pro Jahr (bei 0,59 kg/kwh) kg

51 Beispiel: HPC-Beschichtung

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54 100% Schutz Jede vom Medium berührte Stelle der Rückwand wird vor Korrosionsangriffen sicher geschützt. Das minimiert die LCC nachhaltig.

55 Reibungsminimierung = Wirkungsgradverbesserung:

56 Reibungsminimierung = Wirkungsgradverbesserung:

57 herborner.x Kombinierbar mit PM-, XC- oder FU-Antrieben

58 Zusammenfassend: Kurze Amortisationszeiten, energetisch optimierter Pumpen, in Verbindung mit der Langlebigkeit einer Herborner Pumpe gewährleisten geringste Lebenszykluskosten (LCC)! Beispiel Reinwasserpumpe: Anschaffungskosten Betriebskosten

59 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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