Vorteile elektronisch geregelter Pumpen

Transkript

1 Vorteile elektronisch geregelter Pumpen Referent: Christian Küken Dipl.Ing. Dipl.Wirt. Ing. Grundfos GmbH in Erkrath

2 Grundfos Konzern Gegründet 1945 von Poul Due Jensen Jährliche Produktion von mehr als 16 Millionen Pumpen Umsatz von 3,029 Mrd. Euro in Mitarbeiter weltweit

3 Grundfos Deutschland Grundfos GmbH in Erkrath ca. 400 Mitarbeiter Grundfos Water Treatment GmbH in Pfinztal ca. 220 Mitarbeiter Grundfos Pumpenfabrik GmbH in Wahlstedt ca. 620 Mitarbeiter Hilge GmbH & Co. KG in Bodenheim ca. 150 Mitarbeiter

4 Elemente von Lebenszykluskosten (LCC) Lebenszykluskosten sind die Summe aller Kosten, die über den gesamten Nutzungszeitraum anfallen Anschaffungskosten (5-8%) Installationskosten Energiekosten (87-93%) Wartungskosten (2-5%) Ausfallkosten Umweltkosten Betriebskosten Außerbetriebnahmekosten

5 Viele wissen nicht, dass Pumpen 10% des elektrischen Weltenergiebedarfs benötigen

6 Einsparpotentiale durch Pumpen in Europa 1 TWh = 1 Mrd. kwh 1 kwh entsprechen 800g CO2 Emission

7 Einsparpotential durch Pumpen in Deutschland 83,7% 94,2% 2,4% 33,1% 56,1%

8 Schlußfolgerungen Modernisierung des Wohngebäudebestandes ist Lebensaufgabe Viele alte Umwälzpumpen wurden bereits getauscht Der notwenige Austausch von defekten, alten Pumpen wird sicher stattfinden Die Öko-Designrichtlinie garantiert dabei den Einsatz hocheffizienter Technik Die Pumpe macht sich dabei im Normalfall innerhalb von 2-4 Jahren bezahlt Mit relativ wenig Aufwand sind große Einsparungen in der Industrie möglich Umweltnutzen und Unternehmernutzen decken sich dabei Modernisierte Pumpenanlagen amortisieren sich meist sehr schnell Die Investition in einen Pumpentausch weist meist sehr hohe Renditen auf BMWi / BAFA Förderung zielt genau hierauf ab Durch bis zu 30% Zuschuss-Förderung sind astronomische Renditen möglich Planung der Moderinisierungsmaßnahmen ist ebenfalls gefördert

9 Warum sparen elektr. geregelte Pumpen? Technologiewechsel bei den Motoren Bisher wurden Asynchronmotoren verwendet Heute EC-Motoren mit Permanentmagnet im Rotor Hierbei handelt es sich um Synchronmotoren Die Magnetisierung des Rotors entfällt Sehr große Wirkungsgrade sind möglich Die EC-Technik erfordert zwingend einen FU Anpassung der Pumpenleistung an das System Leistungsbedarf ändert sich bei Betriebspunktänderung Drehzahl 50% Volumenstrom 50% Drehzahl 50% Systemdruckverlust 25% Drehzahl 50% Leistungsbedarf 12,5% Vollast nur an 6% der Betriebsstunden erforderlich In 94% der Fälle befindet sich die Pumpe im Teillastbetrieb Ungeregelte Pumpen konnten sich nicht anpassen

10 Betriebspunktänderung bei fester Drehzahl H Nullast Teillast H N Vollast Q N Q

11 Regelgröße konstanter Differenzdruck H H N H (konstant) Q N Q

12 Regelgröße proportionaler Differenzdruck H H N =100% H (proportional) H = 50% Q N Q Der Differenzdrucksollwert gleitet bei sich veränderndem Volumenstrom

13 Einsparpotential ermitteln? Das Profil entscheidet. Eine hydraulische Anlage arbeitet meist nicht mit voller Leistung Die größten Einsparpotentiale sind im Teillastverhalten zu finden Ein Belastungsprofil versucht das Teillastverhalten vereinfacht zu spiegeln Für Heizungsanlagen existiert ein genormtes Belastungsprofil (RAL/Blauer Engel) Für andere Anlagenarten muss man es messen oder der Nutzer kennt es Vorraussetzung: Der Pumpenhersteller kann P1 am Betriebspunkt ermitteln 44% 35% 15% 15% 35% 44% 6% W t = 6800 h/a x (0,06 x P 1,100% + 0,15 x P 1,75% + 0,35 x P 1,50% + 0,44 x P 1,25% ) P L,avg = 0,06 x P 1,100% + 0,15 x P 1,75% + 0,35 x P 1,50% + 0,44 x P 1,25%

14 Einsparung im Einfamilienhaus Nutzfläche : 180 m² Spez. Heizlast : 100 W/m² (90er Jahre) Gebäudeheizlast : 18,0 kw Temperaturspreizung : 10 K (Heizkörper) Volumenstrom Vollast : 1,60 m³/h Förderhöhe Vollast : 2,5 m Leistungsaufnahme alte Pumpe : 90 W (gem. Typenschild, ungeregelt) Jährliche Betriebsstunden : 6800 h/a (283 Tage) Arbeitspreis elektr. Energie : 0,22 EUR/kWh Steigerungsrate Energie : 6 % p.a. Belastungsprofil : RAL / Blauer Engel Alte Pumpe ist eine UPS von 1999 (passend dimensioniert) Energieverbrauch alte Pumpe : 6800 h/a x 0,09 kw = 612 kwh/a Energiekosten pro Jahr heute : 612 kwh/a x 0,22 EUR/kWh = 134,64 EUR/a Energiekosten in 15 Jahren : = 3.133,88 EUR Neue bedarfsgerechte Pumpenauslegung mit Standard-Belastungsprofil.

15 Einsparung im Einfamilienhaus Übersicht alte Pumpe UPS Energieverbrauch alte Pumpe : 612 kwh/a Energiekosten pro Jahr heute : 134,64 EUR/a Energiekosten in 15 Jahren : 3.133,88 EUR Übersicht neue Pumpe ALPHA Energieverbrauch neue Pumpe : 73 kwh/a Energiekosten pro Jahr heute : 16,06 EUR/a Energiekosten in 15 Jahren : 373,81 EUR Ersparnis im ersten Jahr : 118,58 EUR Ersparnis in 15 Betriebsjahren : 2.760,07 EUR Bruttopreis neue Pumpe : 402,-- EUR

16 Einsparung im Mehrfamilienhaus Nutzfläche : 650 m² (8 Wohneinheiten) Spez. Heizlast : 100 W/m² (90er Jahre) Gebäudeheizlast : 65,0 kw Temperaturspreizung : 10 K (Heizkörper) Volumenstrom Vollast : 5,70 m³/h Förderhöhe Vollast : 4,5 m Leistungsaufnahme alte Pumpe : 211 W (gem. Kennlinie am Betriebspunkt, ungeregelt) Jährliche Betriebsstunden : 6800 h/a (283 Tage) Arbeitspreis elektr. Energie : 0,22 EUR/kWh Steigerungsrate Energie : 6 % p.a. Belastungsprofil : RAL / Blauer Engel Alte Pumpe ist eine UPS F von 2004 (passend dimensioniert) Energieverbrauch alte Pumpe : 6800 h/a x 0,211 kw = kwh/a Energiekosten pro Jahr heute : 1435 kwh/a x 0,22 EUR/kWh = 315,70 EUR/a Energiekosten in 15 Jahren : = 7.348,22 EUR Neue bedarfsgerechte Pumpenauslegung mit Standard-Belastungsprofil.

17 Einsparung im Mehrfamilienhaus Übersicht alte Pumpe UPS F Energieverbrauch alte Pumpe : kwh/a Energiekosten pro Jahr heute : 315,70 EUR/a Energiekosten in 15 Jahren : 7.348,22 EUR Übersicht neue Pumpe MAGNA Energieverbrauch neue Pumpe : 342 kwh/a Energiekosten pro Jahr heute : 75,24 EUR/a Energiekosten in 15 Jahren : 1.751,28 EUR Ersparnis im ersten Jahr : 240,46 EUR Ersparnis in 15 Betriebsjahren : 5.596,94 EUR Bruttopreis neue Pumpe : 951,-- EUR

18 Einsparungen in Industriebetrieben Industrielle Umwälzanlage zur Kühlung eines Produktionsprozesses Volumenstrom Volllast : 230 m³/h (Messung empfehlenswert!) Förderhöhe Vollast : 25 m (Messung empfehlenswert!) Hydraulische Leistung : 15,97 kw Geschätzter Wirkungsgrad : 24 % (40% Pumpe, 60% Motor) Motorbemessungsleistung P2 : 45,00 kw Leistungsaufnahme alte Pumpe : 66,54 kw (Messung empfehlenswert!) Lastprofil gemäß Nutzerangabe 100% Volumenstrom : h/a 50% Volumenstrom : h/a Arbeitspreis elektr. Energie : 0,16 EUR/kWh Steigerungsrate : 3 % p.a. Neue Druckregelung : nur Konstantdruckregelung möglich (Messung empfehlenswert!) 18 Jahre alte Pumpe ist unbekannt (Typenschild ist verschwunden) Energieverbrauch alte Pumpe : 8000 h/a x 66,54 kw = kwh/a Energiekosten pro Jahr heute : kwh/a x 0,16 EUR/kWh = EUR/a Energiekosten in 15 Jahren : = EUR Neue bedarfsgerechte Pumpenauslegung mit kundespezifischem Belastungsprofil.

19 Einsparung in Industriebetrieben Übersicht 18 Jahre alte, unbekannte Pumpe Energieverbrauch alte Pumpe : kwh/a Energiekosten pro Jahr heute : EUR/a Energiekosten in 15 Jahren : EUR Übersicht neue Pumpe NBE /177, 22 kw, 2-polig Energieverbrauch neue Pumpe : kwh/a Energiekosten pro Jahr heute : EUR/a Energiekosten in 15 Jahren : EUR Ersparnis im ersten Jahr : EUR Ersparnis in 15 Betriebsjahren : EUR Bruttopreis neue Pumpe : EUR (Inkl. FU und Drucksensor)

20 Woher bekomme ich Daten über die alte Pumpe? Historische Produktdaten über Typenschild Für viele Pumpen sind Produktdaten verfügbar Diese sagen jedoch nichts über Betriebspunkt & Lastverhalten aus Somit fehlt die wichtigste Information für die LCC-Analyse Grundfos Pump Audit / LCC-Analyse Zunächst werden mechanische Pumpenparameter ermittelt Zusätzlich werden die dynamischen Anlagenparameter ermittelt Volumenstrom, Förderhöhe & Leistungsaufnahme werden aufgezeichnet Pump Audit über verschiedene Zeiträume durchführbar Ergebnis: Das reale Belastungsprofil der Anlage für LCC-Analyse Aufwand lohnt erst bei größeren Pumpen ab 7,5 kw Motorleistung Kosten für die Messungen können teilweise angerechnet werden Der Kunde kann sich auf die berechneten Einsparungen verlassen

21 BMWi / BAFA-Förderung für den Mittelstand Investitionszuschüsse zum Einsatz hocheffizienter Querschnittstechnologien im Mittelstand Was wird gefördert? Einzelmaßnahmen (Invest für Austausch 5-30 TEUR) elektr. Motoren und Antriebe Pumpen RLT-Anlagen Druckluftsysteme WRG-Systeme zur Nutzung von Abwärme Systemische Optimierung (Mindestinvest 30 TEUR) Energieeinsparkonzept erforderlich Einsparung durch die Maßnahmen min. 25% Systeme wie bei Einzelmaßnahmen und zusätzlich: Beleuchtungsanlagen Wärmedämmung an Rohren, Pumpen und Armaturen Fachplanung Energieeinsparkonzept ist förderfähig Erforderliche begleitende Planung ist förderfähig

22 BMWi / BAFA-Förderung für den Mittelstand Wer wird gefördert? Kleine und mittlere Unternehmen Bis zu 500 Mitarbeiter Bis zu 100 Mio. EUR Jahresumsatz Contractor, die die geförderten Maßnahmen für ein Unternehmen nach o.a. Kriterien durchführen Mehrfachförderungen eines Unternehmens möglich Wie und wieviel wird gefördert? Förderung erfolgt als Zuschuss Bis zu 30% der förderfähigen Ausgaben sind, abhängig von der Unternehmensgröße, zuschussfähig Die maximale Förderung bei der systemischen Optimierung beträgt 100 TEUR Beratungen sind bis 60%, maximal 6 TEUR förderfähig Bundesförderung wird aufgelegt vom BMWi Bewilligungsbehörde ist die BAFA

23 Übersicht Ökodesign Richtlinie für Pumpen EuP-Richtlinie (Ökodesign-Richtlinie) als Dach-Verordnung Nr. 32/2005/EG EuP = Energy Using Products Richtlinie (Ursprungsfassung) Nr. 125/2009/EG ErP = Energy Related Products Richtlinie (Neufassung, Ersatz) Die ErP Richtlinie stellt allgemein fest, dass Produkte, die Energie verbrauchen, Mindestanforderungen in Bezug auf ihre Energieeffizienz erfüllen müssen. Für verschiedene Produkte wurden unterschiedliche Durchführungsrichtlinien geschaffen. Produkte, die die Anforderungen der Durchführungsrichtlinien zum jeweiligen Stichtag nicht erfüllen, dürfen keine CE-Kennzeichnung mehr erhalten. Solche Produkte dürfen dann in der EU nicht mehr in Verkehr gebracht werden. Pumpen allgemein (Trockenläufer) Bestehen aus mehreren Komponenten und haben daher Bezug auf mehrere Richtlinien Elektromotore IE1 IE4 gemäß Nr. 640/2009/EG Wasserpumpen MEI gemäß Nr. 547/2012/EG Nassläuferpumpen in Heizungsanlagen Diese sehr spezielle Gruppe hat eine eigene Durchführungsrichtlinie Der dedizierte Einsatzzweck wurde mit Hilfe von Belastungsprofilen präziser berücksichtigt Nassläuferpumpen EEI 0,20 0,27 gemäß Nr. 641/2009/EG

24 EG-Richtlinie zu Nassläufer-Umwälzpumpen Neues/altes Effizienzkriterium: Der Energieeffizienzindexes EEI Der EEI ist ein Vergleichskennwert für die Effizienz von Heizungsumwälzpumpen Verglichen wird eine Referenzpumpe (F-Label) mit der zu beurteilenden Pumpe Der EEI berücksichtigt auch das Teillastverhalten Es wird das zuvor beschriebene Standard-Belastungsprofil verwendet Das gesamte Verfahren ist im Anhang der EG-Richtlinie detailliert beschrieben Der EEI wurde verdeckt bereits beim Energielabel verwendet

25 Verfahren zur EEI-Ermittlung Verbrauchsermittlung von alter und neuer Pumpe in derselben, fiktiven Anlage (100% Volumenstrom ausgehend vom Bestpunkt der zu prüfenden Pumpe) P Ref P L,avg EEI = P P L,avg Ref P L,avg P Ref Gewichtete Durchschnittsleistungsaufnahme zu prüfende Pumpe Gewichtete Durchschnittsleistungsaufnahme zu prüfende Referenzpumpe

26 EEI-Werte im Vergleich EEI = 1,00 Referenzwert (D oder F-Label Pumpe) EEI = 0,40 Heutiges A-Label (bezogene auf alte D-Label Pumpe) EEI 0,27 Vorschrift ab 1. Januar 2013 (bezogen auf alte F-Label Pumpe) EEI 0,23 Vorschrift ab 1. August 2015 EEI 0,20 Best in Class gemäss Richtlinie EEI 0,17 0,19 Die neue MAGNA3 EEI 0,15 Die neue ALPHA2 Die EEI-Werte müssen auf dem Pumpentypenschild aufgedruckt werden!

27 Ausnahmeregelungen Die beschriebenen Regelungen gelten für eigenständig betriebene (externe) Nassläufer-Umwälzpumpen Folgende Ausnahmen von der Regel gibt es: Zirkulationspumpen für die häusliche Wasserversorgung Pumpen für den Primärkreislauf von thermischen Solaranlagen und Wärmepumpenanlagen (bis 1. August 2015) Pumpen für die Verwendung innerhalb von Geräten (bis 1. August 2015) Austauschpumpen für in Geräte eingebaute Pumpen, die vor dem 1. August 2015 installiert worden sind (bis 1. Januar 2020)

28 ALPHA2 Energieeffizienzindex EEI < 0,15 Höchste Effizienz Besser als der EuP/ErP Best in class -Referenzwert 44 % unter EuP 2013-Anforderung 34 % unter EuP 2015-Anforderung 25 % unter EuP Benchmark -Level Angaben für 4m-Ausführung 87 % Einsparung gegenüber typischer Bestandspumpe (ungeregelt)

29 und das sagt der TÜV-Süd Höchste Effizienz Vergleichstests von 5 bzw. 7 Fabrikaten mit Fokus auf Energieffizienz und Verbrauch Die Vergleichstests wurde durchgeführt vom TÜV-Süd Product Service GmbH Es gab zwei Testreihen mit Pumpen unterschiedlicher Größe Die ALPHA2 hat in beiden Vergleichstests jeweils den ersten Platz in Bezug auf Energieeffizienz gemäß Energieeffizienzindex (EEI) und Energieverbrauch belegt Mit lediglich 44 kwh bzw. 74 kwh Energiebedarf bei 5000 Betriebsstunden waren beide Grundfos ALPHA2 Pumpen die jeweils sparsamsten in ihrer Klasse Der ausführliche Testreport liegt auf der Grundfos Internetseite zum Download bereit Testverfahren: EN :2012 EG 641:2009 EG 622:2012 Geteste Pumpenfabrikate: DAB, Halm, Lowara, Rotheigner, WILO, Smedegaard (KSB) und Xinhu.

30 Die neue Grundfos ALPHA2 Anwendung +2 C 110 C im Dauerbetrieb Heizungsanlagen Kälteanlagen Trinkwasserzirkulation (N) Thermische Solaranlagen Eigenschaften und Funktionen Anzeige aktuelle Leistungsaufnahme Anzeige aktueller Durchfluss Nachtabsenkungsfunktion AUTOAdapt Funktion 3 Proportionaldruckkennlinien 3 Konstantdruckkennlinien 3 Feste Drehzahlen Kataphorese beschichtetes Gehäuse Inkl. Wärmedämmschalen Inkl. ALPHA-Stecker 5 Jahre Gewährleistung (Handwerkermarke) Effizienz Einzige Pumpe mit EEI < 0,15 Testsieger TÜV-Süd Effizienteste Pumpe

31 MAGNA3 Energieeffizienzindex EEI < 0,20 Höchste Effizienz Besser als der EuP/ErP Best in class -Referenzwert Über 75 % Einsparung gegenüber einer ungeregelten D-Klasse! 1,00 0,27 0,23 0,20 <0,20 Bestandspumpe EuP 2013 EuP 2015 Benchmark MAGNA3

32 Der große Bruder der ALPHA2: die MAGNA3 Anwendung -10 C 110 C im Dauerbetrieb Bis 50% Glykolanteil im Medium Heizungsanlagen Kälteanlagen Wärmequellenanlagen Geothermie Trinkwasserzirkulation (N) Thermische Solaranlagen Eigenschaften und Funktionen Optischer Betriebsindikator (Grundfos Eye) Umfangreiche Ansteuerungsmöglichkeiten Komfortable Bedienung über Display Betriebsparameter jederzeit abrufbar Statitische Daten jederzeit abrufbar AUTOAdapt Funktion FlowLimit Funktion FlowAdapt Funktion Differenzdruckregelung Konstant/Proportional Feste Drehzahl stufenlos einstellbar Temperaturregelung Differenztemperaturregelung (ab 2014) Integrierte Wärmemengenerfassung (mit 2. Fühler) Integriertes Doppelpumpenmanagement Busanbindung über Module Fernbedienbar mit Smartphones 5 Jahre Gewährleistung (Handwerkermarke) Effizienz Einzige Pumpe dieser Größe mit EEI < 0,20

33 Was hat sich am 1. Januar 2013 geändert? Das altbekannte A-Label gibt es nicht mehr Nassläufer-Heizungsumwälzpumpen, die die gerforderten EEI-Werte nicht erfüllen, bekommen keine CE-Zeichen mehr und dürfen damit in der EU nicht mehr verwendet werden. Die Pumpenhersteller dürfen damit im EU-Raum faktisch keine ungeregelten Nassläuferpumpen mehr in Verkehr bringen. Die Großhändler dürfen Lagerbestände noch abverkaufen. Nur im Rahmen der Ausnahmen dürfen noch ungeregelte Nassläufer-Umwälzpumpen in Verkehr gebracht werden. Wichtig für TGA-Planer: Kein A-Label mehr in Ausschreibungen verwenden Keine ungeregelten Pumpen mehr in Heizungsanwendungen ausschreiben In Ausschreibungen einen EEI 0,27 oder besser verlangen

34 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit