Danfoss EC+ Konzept Höhere Effizienz durch optimierte Komponenten. Tobias Dietz Verkaufsdirektor Danfoss GmbH

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1 Danfoss EC+ Konzept Höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tobias Dietz Verkaufsdirektor Danfoss GmbH

2 Danfoss EC+ Konzept Höhere Effizienz durch optimierte Komponenten AGENDA Einführung Danfoss Antriebstechnologien in der Gebäudeautomation Beispiele aus der Praxis Zusammenfassung Abschlussdiskussion Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

3 Danfoss in Kürze 78 Jahre Erfahrung im Bereich energieeffizienter Technologien Konzern verfügt über Lösungen zur Bekämpfung des Klimawandels Im Süden Dänemarks verwurzeltes globales Kompetenzzentrum für Energieeffizienz Bitten und Mads Clausen Stiftung hält Aktienmehrheit an Danfoss (nicht börsennotiert) ~ Mitarbeiter M Umsatz Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

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6 Drehzahlregelung 22 TWh Energie sparen? Warum? Es gab schon immer gute Gründe, schonend mit Energie umzugehen Umwelt schützen / CO2-Reduzierung Niedrige Betriebskosten Motorwirkungsgrad 5 TWh Zusätzliche Argumente Lokale und globale Gesetzgebungen Steigende Energiekosten Nachhaltigkeit Das Diagramm zeigt das Einsparpotential im Bereich der elektrischen Antriebe bis 2020 in Deutschland Einsparpotential in der EU: 104 TWh Haupttechnologien für Einsparungen bei elektrischen Antrieben sind: Drehzahl- bzw. Leistungsregelung Höhere Motor- / Umrichterwirkungsgrade Quelle: ZVEI 2009 Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

7 Druck [bar] Energiebedarf einer Pumpe bei Drehzahlregelung Pumpenkennlinie Drosselregelung Drehzahlreglung Durch die Verringerung der Drehzahl wird der Energiebedarf bei den meisten Anwendungen reduziert, selbst bei sinkendem Wirkungsgrad! Beispiel: Kreiselpumpen P ~ n 3 Der Vorteil der Drehzahlreglung besonders im HVAC-Bereich wird von Danfoss seit mehr als 25 Jahren aufgezeigt und praktisch umgesetzt Arbeitspunkt Anlagenkennlinie Drehzahlregelung Mehr als 1,5 Millionen installierte VLT in HVAC- Anwendungen führen bereits heute zu hohen Einsparungen Durchfluss [Q] Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

8 Energy Monitoring Um Energieeinsparungen beurteilen zu können, muss der Anwender seinen Energieverbrauch kennen VLT HVAC Drive bietet Funktionen (Trendfunktion) zur Ermittlung und Analyse des Energieverbrauchs: Zähler: Abgegebene Motorleistung [kw] Zähler: Energie [kwh] Zähler: Motorlaufstunden Zähler: Betriebsstunden des FU s Häufigkeitsverteilung Energieprotokoll Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

9 100 % 95 % 90 % 85 % 80 % 75 % 70 % IE1 IE2 IE3 0,1 kw 1 kw 10 kw 100 kw 1000 kw Grenzwerte IE-Wirkungsgradklassen (50 Hz / 4 polige Motoren) nach IEC Bessere Wirkungsgrade Der Wirkungsgrad bei Nennlast eines Danfoss VLT liegt typischerweise zwischen 96 % und 98 % In der IEC sind Wirkungsgradklassen für Drehstromasynchronmotoren (DASM) definiert worden Viele Länder/Regionen (Europa/USA/China ) definieren Mindestwirkungsgrade, die auch als MEPS (Minimum Efficiency Performance Standards) bezeichnet werden Entwurf zur Klassifizierung von IE4 Motoren (IEC ) vorhanden. Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

10 Antriebstechnologien in der Gebäudeautomation Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

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12 Motor Ventilator (Elektronik) Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

13 Motorwirkungsgrad BLDC Brushless DC Oft als EC-Motor / ECM bezeichnet Induktionsmotor Asynchronmotor PMSM permanenterregter Synchronmotor PM-Motor Synchron-Reluktanzmotor Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

14 Motorwirkungsgrad / Innen- und Außenläufer Stator Stator Innenläufer Außenläufer Rotor Rotor Außenläufer Innenläufer: Rotor ist im Stator platziert Anwendungsbereich 1 W bis > x MW Standardisierte Abmessungen (IEC) Unzählige Hersteller DASM (Drehstromasynchronmotor) PM-Motoren in IEC-Gehäuse sind von vielen Herstellern verfügbar Außenläufer: Rotor dreht um den inneren Stator Früher: Geringer Wirkungsgrad Einfache Montage der Permanentmagnete Wenige Hersteller (für Lüfter mit EC-Motor noch weniger) Keine Standardabmessung. Motor nur gegen gleichen Motor austauschbar Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

15 Wirkungsgrade EC/PM/IE2 Forschungsergebnisse FH Kaiserslautern Messwerte 1,1 kw Motoren (Quadratische Lastkurve) Wirkungsgrad 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 PM EC IE UPM 700 UPM 900 UPM 1100 UPM 1300 UPM 1500 UPM 1700 UPM Drehzahl PVerluste 350 W 300 W 250 W 200 W 150 W 100 W 50 W PM EC IE2 0 W 0 W 200 W 400 W 600 W 800 W 1000 W 1200 W 1400 W 1600 W Pzu Verluste der Regelelektroniken sind in den Messwerte enthalten Geringe Unterschiede zwischen EC und PM (3kW-Motor zeigt vergleichbares Verhalten) Unterschied EC/PM zu IE2 ist ähnlich Unterschied IE1 zu IE2 Zur Energiebetrachtung sollten anstelle des Wirkungsgrades die Verluste betrachtet werden Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

16 Lüfterwirkungsgrad Größe und Form der Lüfternabe beeinflussen den aerodynamischen Wirkungsgrad eines Lüfters EC-Lüfter Lüfternabe ist kritisch für aerodynamischen Wirkungsgrad Kompakte EC-Lüfter haben oft eine sehr große Motornabe. Dies reduziert den Lüfterwirkungsgrad. Der Wirkungsgrad eines EC-Lüfters ist somit ein Kompromiss aus Wirkungsgrad und Länge Ein PM-Motor im IEC-Abmessungen ermöglicht eine kleine Nabe und somit einen hohen Lüfterwirkungsgrad. Motor in IEC + direkt getriebener Lüfter Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

17 Gesamtwirkungsgrad Der Gesamtwirkungsgrad ergibt sich aus Ventilator und Rohleitungssystem = η ( Lüfter ) System η η Installati on Rohrleitun g Hersteller können den besten Wirkungsgrad in einen System nur durch Auswahl des besten Lüfters bei einer optimalen Drehzahl erreichen EC-Lüfter sind nur in vorgegebenen Standarddesigns verfügbar. Standardlösungen treffen oft nicht den besten Anlagenpunkt EC+ ermöglicht die individuelle Zusammenstellung des besten Systems Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

18 IE2 Motor + FU + direkt angetriebener Lüfter Beispiel Systemwirkungsgrad ø450 Radiallüfter* η System 63% Systemwirkungsgrad Ein hoher Motorwirkungsgrad garantiert noch keinen hohen Systemwirkungsgrad: η = η η η η System Umrichter Motor Kupplung η Umrichter steigt bei größeren Leistungen. Typisch 92 98% (Danfoss VLT: 96-98%) Lüfter Quelle: VDI DIN 6014 EC-Lüfter EC+ Lüfter η System 60% η System 67% *Lüfterdaten sind Herstellerkatalogen entnommen, Motor + FU Wirkungsgrade wurden bei vergleichbaren Lasten gemessen η Motor hängt von der Leistung und dem Motortype ab (EC/PM oder DASM) η Kupplung beschreibt die Effizienz der mechanischen Kraftübertragung Motor/Lüfter Direktantrieb = 100%, Keilriemen 85-95%. η Lüfter wird durch die Lüfterkonstruktion bestimmte. Große Naben (z.b. EC-Lüfter) können den Wirkungsgrad einschränken. Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

19 Das Danfoss EC+ Konzept EC+ ist die Kombination der besten und effizientesten Komponenten Lüfter PM-Motor im Innenläuferdesign Danfoss VLT Frequenzumrichter Kundennutzen Bester Systemwirkungsgrad Niedrige Lebensdauerkosten Breiter Leistungsbereich ( kw) Einfacher Austausch, Wartung und Service Und vieles mehr! Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

20 Beispiele aus der Praxis Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

21 Beispiele aus der Praxis New! PM motors offer the highest efficiency When launched the Centriflow Plus plug fan broke the world record in efficiency, its successor the Centriflow Plus EC, broke the record again. Now our new Centriflow Plus PM puts the previous records into history and lifts the record once again to a new higher level! Taking advantage of new permanent magnet motor technology with improved motor efficiency, also having optimized the airflow through our impeller, we have improved the total fan motor efficiency by up to 6%. Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

22 Beispiele aus der Praxis Hochleistungs-Radialventilator von Nicotra Gebhardt ausgestattet mit hocheffizientem Motor: Permanentmagnet-Motor PM/EC-Motor Induktionsmotor Effizienzklasse IE2 Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

23 Beispiele aus der Praxis Beispiel mit einem 3,0kW Motor Bemessungspunkt 50% Volumenstrom Steigerung des Systemwirkungsgrades um 16% Motortechnologie PM-Motor EC-Motor IE2-Motor Einheit Domel Lafert EC-Motor Async hron Volumenstrom (V) [m³/h] statische Druckerhöhung (dpfa) Pa Systemleistungsaufnahme P1S 0,42 0,45 0,48 0,56 [kw] Statischer Systemwirkungsgrad (ETA fas ), (berücksichtigt 63% 59% 56% 48% Ventilator-, Motor- und FU- bzw. Controller - Wirkungsgrad) % ETA fas Verbesserung um: 31% 22,9% 16,7% 0% Wirkungsgrad Der Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis der Förderleistung zur Wellenleistung. Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

24 Beispiele aus der Praxis Beispiel mit einem 3,0kW Motor Bemessungspunkt 100% Volumenstrom Steigerung des Systemwirkungsgrades um 6% Motortechnologie PM-Motor IE2-Motor EC-Motor Einheit Domel Lafert Asynchron EC-Motor Volumenstrom (V) [m³/h] statische Druckerhöhung (dpfa) Pa Systemleistungsaufnahme P1S 2,46 2,50 2,69 2,7 [kw] Statischer Systemwirkungsgrad (ETA fas ), (berücksichtigt 68% 67% 62% 62% Ventilator-, Motor- und FU- bzw. Controller - Wirkungsgrad) % ETA fas Verbesserung um: 10% 8% 0% 0% Wirkungsgrad Der Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis der Förderleistung zur Wellenleistung. Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

25 Beispiele aus der Praxis Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

26 Beispiele aus der Praxis Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

27 Zusammenfassung Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October

28 Das Danfoss EC+ Konzept... ermöglicht die Nutzung von PM-Motoren in IEC-Standardabmessungen mit einem Danfoss Frequenzumrichter. Vorteile des EC+ Konzepts: Freie Wahl der Motortechnologie: PM oder Asynchron mit gleichem Frequenzumrichter Bedienung und Installation des Gerätes bleiben gleich Herstellerunabhängig bei der Wahl aller Komponenten Nachrüstung bestehender Anlagen ist möglich Großer Leistungsbereich für Standard- und PM-Motoren Zusammenfassung: Amortisierungszeit unter 1.5 Jahren Bester Systemwirkungsgrad durch die Kombination wirkungsgradoptimierter Einzelkomponenten Statischer Systemwirkungsgrad bis 68% möglich

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Sie finden uns in Halle 4 auf den Ständen 101, 102 und 204. Danfoss EC+ Kozept höhere Effizienz durch optimierte Komponenten Tuesday, 16 October