FACHSEMINAR «Intelligent planen und Energiekosten sparen» «Innovative Systeme zur Beheizung und Kühlung von Gebäuden» Referenten Rolf Blatter Geschäftsführer, EMB Pumpen AG David Hiltensperger Leiter Technik, EMB Pumpen AG Kontakt: Telefon: 061 836 80 20 technik@emb-pumpen.ch www.emb-pumpen.ch 1
Agenda Effiziente Bereitstellung des benötigten Volumenstromes in Deckenstrahlungsheizungen und -kühlung. > EMB Pumpen AG > Einsparpotential > Drehzahlregelung > Förderung zäher Medien > Anlagengerechte Pumpenauslegung/ -auswahl > Warum eine geregelte Pumpe? > Lebenszykluskosten (LCC) > Norm 2013: Neue gesetzliche Normen EMB Pumpen AG - Rheinfelden 2
Historie der EMB und der Wilo Gruppe Strategische Erfolgsfaktoren > Geschäftsfelder und Marktsegmente Gebäudetechnik, Wasserwirtschaft, Industrie > Klare Segmentierung mit 2 Marken EMB, WILO > Alles aus einer Hand > Motivierte Mitarbeiter > Zufriedene und loyale Kunden 3
Geschäftsfelder Heizung, Klima, Kälte Wasserversorgung Abwasserentsorgung & Behandlung Marktsegmente Industrie Gebäudetechnik Wasserwirtschaft 4
Umwälzpumpen Heizung, Klima, Lüftung EMB TOP-Z EMB IS EMB Stratos-Micra EMB Stratos Pumpen und Anlagen der Marke Gebäudetechnik / Industrie: Heizung-, Klima-, Kältetechnik 5
Pumpen und Anlagen der Marke Gebäudetechnik: Wasserversorgung und Abwassertechnik Pumpen und Anlagen der Marke Gebäudetechnik: Wasserversorgung und Abwassertechnik 6
Umsatz EMB Pumpen AG CAGR = 8,5% Motivierte Mitarbeiter Flache Hierarchien fördern die Eigenverantwortung Identifikation durch Verantwortung Niedrige Fluktuation Zufriedene Mitarbeiter, zufriedene Kunden Wir sind gemeinsam erfolgreich 7
Zufriedene Kunden und Betreiber Zentrum Paul Klee, Bern Spital Triemli, Zürich Fabrikation Ricola, Laufen Palais Wilson, Genève Endress+Hauser Flowtec AG, Reinach BL Messeturm, Basel Systemhaus 8
Systemhaus Technikraum Statistikaussage 95 % aller Heizungsanlagen in der Schweiz haben erhebliches Einsparpotential... - richtige Dimensionierung - Einstellungen und Abstimmung - Pumpentechnologie 9
Ursachen? > fehlender hydraulischer Abgleich der Verteilerstränge und der Verbraucher untereinander > keine leistungsadaptierende Pumpenregelung > Vernachlässigung des Wirkungsgrades der Pumpe im Betriebspunkt der Anlage > grosse Sicherheitsreserven in der Dimensionierung > bigger is better > jährliche Betriebszeit > Pumpenlaufzeit liegt deutlich über Kälteerzeugerlaufzeit [Fallstudie eines Krankenhauses. TU Dresden. 2001] Schweizer Studie über das Sanierungspotential von Heizungspumpen (Ravel 1992) Gebäude Anzahl Wohnungen pro Anlage Anzahl Anlagen Anzahl Pumpen inkl. Kessel-, WW-, Lüftung. etc Mittlere Leistung Effektiv nötige hydraul. Nutzleistung Bereich der Leistungsaufnahme Energieverbrauch vor Sanierung (5000h/a) Leistung redimensioniert Energieverbrauch nach Sanierung [W] [W] [W] [GWh/a] [W] [GWh/a] 0...80 EFH, MFH bis ca. 3 WE 1...3 800'000 1'500'000 55 2 413 12 90 81...150 MFH, kleine DL-Gebäude 3...10 400'000 750'000 110 5 413 25 94 151...500 MFH, kleine und mittlere DL-Gebäude 6...30 200'000 300'000 220 15 330 80 120 501...(5000) MFH Siedlung, DLund Industrie Gebäude 20...300 70'000 100'000 1000 100 500 400 200 TOTAL 1'470'000 2'650'000 1656 504 Einsparung durch richtige Dimensionierung 70% 1 152 Gwh/pa dies entspricht ca. 13% Jahresproduktion KKW Leibstadt. 10
Energiebedarf >Pumpensysteme sind verantwortlich für etwa 20% des elektrischen Energiebedarfs weltweit [worldpumps 01/2004] >In der Schweiz hat es 2,7 Mio. Heizungspumpen >jährlicher Verbrauch der Pumpen ca. 1 656 GWh [Ravel 1992] >Einsparpotential von 70% nur durch richtige Dimensionierung möglich (Ohne ECM-Technologie von Stratos). Das entspricht ca. 2.5% vom Schweizerischen Gesamtenenergieverbrauch. >Weitere 30% bis 40% Einsparpotential durch ECM- Technologie (Stratos) möglich. Einflussparameter der Pumpenleistung >Pumpenbauart und Wirkungsgrad >Güte der Auslegung >ungeregelte / geregelte Pumpen 11
Geregelt oder ungeregelt? Ungeregelte Pumpe Förderhöhe H [m] H 2 H 1 Teillast, neuer Betriebspunkt Max. Kühl-/Heizlast: Betriebspunkt = Maximalpunkt Q 2 Q 1 Förderstrom Q [m³/h] Drehzahlregelung Elektronisch stufenlos geregelt >Selbsttätige Differenzdruckregelung n max n regel 1. Eine Sensorik ermittelt die aktuelle Förderhöhe (Istwert). Förderhöhe H [m] H 2 H 1 n regel n regel regel n regel n regel 3 2 Betriebspunktverschiebung 1 2. Die Elektronik erkennt die Abweichung zwischen dem Sollwert (Punkt 1) und dem Istwert (Punkt 2). 3. Der Regler reduziert die Drehzahl und bringt die Förderhöhe wieder auf den Sollwert (Punkt 3). Q 1 Q 2 Förderstrom Q [m³/h] 12
Energieeinsparpotentiale durch Drehzahlregelung Physikalische Zusammenhänge - Der Förderstrom ist proportional der Drehzahl Q 1 n 1 = Q 2 n 2 - Der Druck ist proportional dem Quadrat der Drehzahl H 1 n 1 = H 2 n 2 2 - Der Leistungsbedarf ist proportional der 3. Potenz der Drehzahl P 1 n 3 1 P 2 n 2 Energieeinsparpotentiale durch Drehzahlregelung Leistungsbedarf >Verhältnis Leistungsaufnahme / Drehzahl P alt n 1 P neu n 2 3 d. h. ½ Drehzahl ⅛ Leistungsaufnahme Beispiel: P alt = 7,5 kw n 1 = 2850 1/min n 2 = 1400 1/min 3 P neu P alt n 2 n 1 P neu 7,5 3 1400 0,88 2850 kw 13
Der Sicherheitszuschlag bei der Rohrnetzberechnung geplante Rohrnetzkennlinie geplanter Betriebspunkt Föderhöhe H Pumpe A Pumpe B H C A B wirkliche Rohrnetzkennlinie wirklicher Betriebspunkt korrigierter Betriebspunkt Leistungsbedarf P A C B Förderstrom Q Leistungsersparnis P H = Sicherheitszuschlag bei der Rohrnetz - berechnung bedeutet 30 % größerer Stromaufwand Förderstrom Q Auslegung einer ungeregelten Pumpe Betriebspunkt im Kennlinienfeld: Volumenstrom V PU Förderhöhe H [m] I II III 1/3 1/3 1/3 Förderstrom Q [m³/h] Bereich I (linkes Drittel) Eine kleinere Pumpe wählen, wenn der Betriebspunkt in diesem Bereich liegt. Bereich II (mittleres Drittel) Die Pumpe ist optimal gewählt, wenn der Betriebspunkt hier liegt. Bereich III (rechtes Drittel) Eine größere Pumpe wählen, wenn der Betriebspunkt in diesem Bereich liegt. 14
Auslegung einer geregelten Pumpe Variabler Volumenstrom Bereich I (linkes Drittel) > Eine kleinere Pumpe wählen, wenn der Betriebspunkt in diesem Bereich liegt. H I II III 1/3 1/3 1/3 Bereich II (mittleres Drittel) > Die Pumpe wird zu ca. 98% ihrer Betriebszeit im optimalen Betriebsbereich betrieben. Bereich III (rechtes Drittel) > Die geregelte Pumpe wird nur im Auslegungspunkt (d.h. wärmster/ kältester Tag des Jahres) im V ungünstigen Bereich betrieben, d.h. ca. 2% ihrer Betriebszeit. Förderung von zähem Medium mit Kreiselpumpen Änderung der Pumpendaten bei Fördermedien mit anderer Viskosität und Dichte >Heisswasserförderung in der Gebäudetechnik >Datenkorrektur kann vernachlässigt werden >Gravierende Veränderung des Fördermediums Wasser ab 10 % Volumenanteil (z.b. Verwendung von Glykol) >Neuermittlung der Pumpendaten Q,H und P für die Förderung von Flüssigkeiten höherer Viskosität 15
Einfluss der Zähigkeit auf die Pumpenkennlinie Anlagengerechte Pumpenauslegung 16
Anlagengerechte Pumpenauslegung Q = 14,2 m³/h H = 3.97 m T v = 16 C T r = 19 C EMB Select 3.1.10 Pumpen-Planungssoftware für Pumpen, Systeme und Komponenten EMB-Select 3.1.10 > Berechnung > Auslegung > Katalog & Artikelrecherche > Pumpen-Austausch > Dokumentation > Stromkosten- und Amortisationsberechnungen > Lebenszykluskosten (Life Cycle Costs) > Datenexport nach Acrobat PDF, GAEB, Datanorm, VDMA, VDI, CEF > Automatisches Internet-Update 17
Anlagengerechte Auslegung mit EMB Pumpen Select Pumpenauslegung Stratos 40/1-8 p-c Energieeinsparpotential bei Drehzahlregelung p-c Q = 14,18 m³/h H = 3,97 m P 1 = 309 W Q = 4,0 m³/h H = 3,97 m P 1 = 104 W - 205 W 18
Pumpenauslegung Stratos 40/1-8 p-v Energieeinsparpotential bei Drehzahlregelung p-v (Sollwert auf 5,3 m) Q = 14,18 m³/h H = 3,97 m Q = 4,0 m³/h H = 2,6 m P 1 = 309 W P 1 = 55,6 W - 253,4 W Life Cycle Costs (Lebenszykluskosten) Der Kaufpreis ist nicht alles! Betrachten Sie immer das Ganze! 19
Eisberg der Kosten Planung Installationskosten Pumpenkosten Energie Reparatur Personal und Betriebskosten Verwaltung Betriebsmittel Entsorgung Wartung Lebenszykluskostenvergleich mit EMB-Select >Förderstrom >Förderhöhe >Energiekosten Q = 14,17 m³/h H = 3.97 m 0,23 CHF/kWh 20
Lebenszykluskostenvergleich mit EMB Pumpen Select Lebenszykluskostenvergleich Standard TOP-S 40/10 21
Lebenszykluskostenvergleich EMB Stratos 40/1-8 CHF -2659.87 Was heisst Innovation für den Kunden? z.b. EMB Stratos CHF 7'000 CHF 6'000 CHF 5'000 Gesamtkosten Anschffung & Energie CHF 4'000 CHF 3'000 CHF 2'000 CHF 1'000 CHF 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Betriebsjahre TOP-S 40/10 Stratos 40/1-8, dp-v, Hs=14,2m 22
Energieklassifizierung für Nassläufer Heizungspumpen > In Europa ~ 120 Millionen Heizungspumpen > Verbrauch pro Jahr ~ 60 000 Gigawattstunden > Einsparpotential laut IEA* von 70%. > Mögliche Einsparung 42 000 Gigawattstunden pro Jahr. > Bisherige, freiwillige Kennzeichnung der Pumpenhersteller: Energieklasse A-G Die Energieklasse A gilt für alle Pumpen mit einem Energie- Effizienz-Index (EEI) <0,40. > Neue gesetzliche Regelungen werden alle Pumpenarten betreffen. Diese sind sind in der EU schon verbindlich und eine Übernahme in der Schweiz wird mittels Energieverordnung im Sommer erwartet. Ab 2013 sind dann nur noch Nassläuferpumpen mit einem EEI <0.27 erlaubt. *IEA (International Energy Agency) Norm 2013/2015 Nassläuferpumpen: = Aufgrund der Energieverordnung CH resp. Ökodesign-Richtlinie EU bereits umgesetzt = Umsetzung in der Schweiz nach Übernahme in die Energieverordnung (erwartet Sommer 2011) 23
Auswirkungen konkret Schon heute «auf Norm» ab 2015! Norm 2013/2015 Trockenläuferpumpen: Energieklasse nach ErP Super Premium Efficency IEC Code aktuell ErP IE4 EFF Code alt Premium Efficiency IE3 High Efficiency IE2 EFF 1 Standard Efficiency IE1 EFF2 Below Standard Efficiency EFF3 IE = Neue Norm der IEC (ErP Kommission) EFF = Alte Bezeichnung vom CEMEP (Herstellerverband elektrischer Geräte) 24
Norm 2013/2015 NORM 2011 IE2 erfüllt! St. Antonius Krankenhaus in Nieuwegein (Holland) Vergleich Lebenszykluskosten der Stratos 50/1-8 mit einer Standardpumpe > Vollkostenrechnung auf Lebenszyklus 12 Jahre ausgelegt (internationaler Standard /Lastprofil Blauer Engel) Berücksichtigt werden: > Anschaffungspreis > Energieverbrauch im Lebenszyklus > Inflationsrate > Preis für 1 kwh > Reparaturhäufigkeit > Leistungsaufnahme der Pumpe im jeweiligen Lastfall 25
St. Antonius Krankenhaus in Nieuwegein (Holland) Lebenszykluskosten im Einzelnen EUR 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Standardpumpe (St.Antonius) LCC: 3329 EUR Stratos 50/1-8 LCC: 1802 EUR Entsorgung 15 15 Installation 30 30 Reparaturkosten 49 74 Energiekosten 2545 615 Investition 690 1069 St. Antonius Krankenhaus in Nieuwegein (Holland) Lebenszykluskostenvergleich Stratos - Standardpumpe EUR 3500 3000 2500 Standardpumpe 2000 1500 Stratos 1000 500 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Jahr 26
Drehzahlregelung Nassläufer Synchron-ECM-Technologie Stratos-Micra Stratos H max 6 / Q max 2,8 PN10 T:+2 C - +110 C R 1-1¼ /bis 3-40 W H max 12 / Q max 100 PN10(16) T:-10 C - +110 C R 1¼ - DN 100 / bis 0,6 kw Drehzahlregelung Elektronisch geregelte Trockenläufer NORM 2011 IE2 erfüllt! IP-E/DP-E IE/IE-D IE-PC H max 28 / Q max 155 PN 16 T:-10 C - +120 C DN 32 - DN 80 / bis 4kW H max 39 / Q max 210 PN 16 T:-20 C - +140 C DN 32- DN 80 / 5,5-7,5 kw H max 50 / Q max 250 PN 16 T:-20 C - +140 C DN 65- DN 100/11-22 kw 27
Fazit: Pumpen für Wärme, Kälte und Klima EMB Pumpen >Standard und Elektronikpumpen >ECM Pumpentechnik bei Stratos und Stratos-Micra >Integrierte elektronische Regelung >Ideale Leistungsanpassung - bei Überdimensionierung - bei ausgeprägten Gebäudelastprofilen >Problemlose Anbindung an die Gebäudeautomation = Energieeffizienz! Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 28