Ecodesign: Einsatz von Ecodesign-Methoden

Transkript

1 Ecodesign: Einsatz von Ecodesign-Methoden Simon Züst, inspire AG / ETH Zürich Cleantec City Fachtagung 7: Ecodesign

2 Agenda Einstieg und Motivation Systemabgrenzung Methoden Erste Abschätzungen Energiesimulation Systemspezifische Lösungen Zusammenfassung Simon Züst 02/2013 inspire AG 2

3 Einstieg: Werkzeugmaschine aus Sicht Ecodesign Quellen: Reiden, Rollomatic, Trumpf, Starrag, Schaublin Werkzeugmaschine = aktives Produkt Der dominante Ressourcen- und Energieverbrauch findet während des Betriebs statt Werkzeugmaschine = Systemverbund Verbund aus verschiedener Systeme (CNC, Kühlschmiermittel, Prozessklimatisierung, ) Thermische Sensibilität Fertigungsqualität kann von der Temperaturverteilung beeinflusst werden Maschine / Prozess bestimmt Produkteigenschaften Die erzeugten Produkte verbrauchen wiederum Energie und Ressourcen Hebelwirkung Simon Züst 02/2013 inspire AG 3

4 Anforderungen an Ecodesign von WZM Optimierung der Nutzungsphase Berücksichtigung von Kaskaden Weniger Energie- und Ressourcenverbrauch bei gleichbleibender Fertigungsqualität Integration in Produktentwicklungsprozess (PEP) des jeweiligen Unternehmens Simon Züst 02/2013 inspire AG 4

5 Quelle: Züst Engineering AG Integration in PEP???? Simon Züst 02/2013 inspire AG 5

6 Grundlagen aus diversen Projekten RE-Manufacturing (KTI-Projekt ) Mehrkanal Messsystem für Leistungsaufnahmen Gute Datengrundlage Ecodesign-Planungshilfen (finanziert BFE & Swissmem): Abwärme / BON Ineffiziente Komponente = Wärmequelle Umgang mit Wärmequellen und senken Vermeiden von Betrieb ohne Nutzen (BON) Ecodesign Toolbox (Projekt Swiss Electric Research) Laufzeit: Oktober 2011 Februar 2012 Inspire AG: 25 Messungen an WZM in Produktion Simon Züst 02/2013 inspire AG 6

7 Agenda Einstieg und Motivation Systemabgrenzung Methoden Erste Abschätzungen Energiesimulation Systemspezifische Lösungen Zusammenfassung Simon Züst 02/2013 inspire AG 7

8 Systemgrenzen & methodische Ansätze (l) Ganzer Lebenszyklus Übersicht Identifikation des Verbesserungspotentials Rohstoffe & Herstellung Transport Betrieb Recycling Betrieb der Maschine Ziel: Effiziente Bereitstellung der Prozessleistung Identifikation von Ineffizienzen FU Antrieb Abwärme Prozess KSM System Abwärme Abwärme Kühlmittel Einzelnes Subsystem Dimensionierung einzelner Komponenten Σ Simon Züst 02/2013 inspire AG 8

9 Systemgrenzen & methodische Ansätze (l) Ganzer Lebenszyklus Übersicht Identifikation des Verbesserungspotentials Betrieb der Maschine Ziel: Effiziente Bereitstellung der Prozessleistung Identifikation von Ineffizienzen Einzelnes Subsystem Dimensionierung einzelner Komponenten EcoEstimationTool EMod Beispiel: Optimierung KSM Simon Züst 02/2013 inspire AG 9

10 Quelle: Züst Engineering AG Integration in PEP Simon Züst 02/2013 inspire AG 10

11 Agenda Einstieg und Motivation Systemabgrenzung Methoden Erste Abschätzungen Energiesimulation Systemspezifische Lösungen Zusammenfassung Simon Züst 02/2013 inspire AG 11

12 Quelle: Züst Engineering AG EcoEstimationTool Zweck: Übersicht / Zusammenhang: Wo sind die relevanten Energie- und Ressourcenverbräuche? Simon Züst 02/2013 inspire AG 12

13 Quelle: Züst Engineering AG EcoEstimationTool: Anwendung Geführte Dateneingabe Eingesetzte Materialien Nennleistung Betriebszustände Beabsichtigte Nutzung Berechnung der Energieäquivalente über hinterlegte Werte Auswertung und Interpretation der Resultate Simon Züst 02/2013 inspire AG 13

14 Quelle: Züst Engineering AG EcoEstimationTool: Resultate I Life-Cycle Recycling Services Scrap material Ressources Infrastructure Tools Energy Comissioning Transportation Packaging Purchasing Production Simon Züst 02/2013 inspire AG 14

15 Quelle: Züst Engineering AG EcoEstimationTool: Resultate II Verteilung der Primärenergie über die einzelnen Produktlebensabschnitte Erste Hinweise auf BON Unterstützung für Festlegung Ecodesign-Strategie State specific energy demand Ready 15% Standby 10% Off 0% WZM: Nutzungsphase mit dominantem Energieverbrauch Operation 75% Simon Züst 02/2013 inspire AG 15

16 Quelle:S. Züst, IWF 2012 Emod: Beschreibung Zweck: Erste Aussagen über Leistungsaufnahme und Verluste einzelner WZM EMod = Energie Modell Entwicklung am IWF / inspire AG Einsatz in der frühen Entwicklungsphase Gestützt auf Modellbibliothek Simon Züst 02/2013 inspire AG 16

17 EMod: Anwendung 1. Topologie Prozess Antrieb Verstärker 2. Modellart (Model DB) Kienzle DC Brushless Map 3. Komponenten Typ (Component DB) k c, z κ a, κ i, R a P, 4. Simulation Simon Züst 02/2013 inspire AG 17

18 Quelle: Quelle: S. S. Züst, Züst IWF EMod: Beispiel Messung Simulation Simon Züst 02/2013 inspire AG 18

19 KSM-Systeme Zweck: Spezialisiertes Tool für die energetische Bewertung von Kühlschmiermittelanlagen. Ausgangslage: Zweck: Kühlen, Schmieren, Späne schwemmen KSM-Systeme haben einen signifikanten Anteil am Energieverbrauch Problem: Hoher maximaler Volumenfluss gefordert, aber im realen Betrieb oft nur Teillast Regelung des KSM-Flusses über Drosseln / Mehrwegventile Simon Züst 02/2013 inspire AG 19

20 KSM-Systeme: Umsetzung Expertenwissen für Pumpensysteme vorhanden Zwei Stufen: Effektivität: Was will der Kunde wirklich? Effizienz: Wie kann das benötigte KSM bereitgestellt werden? Resultate: Factsheet KSM-Systeme Berechnungs-Tool Simon Züst 02/2013 inspire AG 20

21 Agenda Einstieg und Motivation Systemabgrenzung Methoden Erste Abschätzungen Energiesimulation Systemspezifische Lösungen Zusammenfassung Simon Züst 02/2013 inspire AG 21

22 Zusammenfassung Ecodesign-Methoden ergänzen bestehende Entwicklungsprozesse in der Industrie. Für die Festlegung von Ecodesign-Strategie / Ecodesign- Anforderungen existieren praktikable Methoden & Tools, welche in der Praxis bereits erfolgreich getestet wurden. Für eine technische Umsetzung sind oft problemspezifische Methoden &Tools notwendig. Simon Züst 02/2013 inspire AG 22

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Fragen? Simon Züst MSc ETH ME Inspire AG Simon Züst 02/2013 inspire AG 23

24 Quellen Simon Züst 02/2013 inspire AG 24