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Folie 1G. Seibert-Erling: Einfluss der Auslegung und Abstufung der Gebläse auf die Effizienz der BelüftungseinrichtungÖWAV-Seminar „Belüftung auf Abwasserreinigungsanlagen“ am 19.05.2015 in Wien

Dr.-Ing. G. Seibert-Erling

Einfluss der Auslegung und Abstufung derGebläse auf die Effizienz der

Belüftungseinrichtung


Dr.-Ing. G. Seibert-Erling

Einfluss der Auslegung und Abstufung derGebläse auf die Effizienz der

Belüftungseinrichtung

Gebläsestation

Be- und Entlüftung

Motor, Frequenzumrichter

Gebläsestufe

Messeinrichtungen

Belüfter

Sauerstoffbedarf

Planung

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zur Person

Dr.-Ing. G. Seibert-Erling (1958)

Maschinenbauingenieur (1985)

Promotion in Mess- und Regelungstechnik (1992)

Abt-Ltr, NL-Leiter bei Ing.-Büros

Geschäftsführer der setacon GmbH (2010)Beratungsleistungen Umwelt, Verfahren, Energie

Persönliches Mitglied in VDI und DWA (>25 J.)

Mitglied in folgenden Gremiender DWA- DWA FA KEK-10 Energie in der Wasser- und Abfallwirtschaft

“Energierechts-Feuerwehr”- DWA AG KEK-10.2 Abwasserwärmenutzung- DWA AG 6.5 Belüftung und Durchmischung


Inhalt und Gliederung

(1) Maschinentechnische Auslegung (bisher)(schlechtes) Beispiel, Maschinentechnische Kenngrößen

(2) Leistungsangaben, WerksabnahmenNormen, Kenngrößen, Vergleichbarkeit

(3) Energieeffiziente AuslegungKennlinien, Staffelung, kombinierter Betrieb

(4) Inbetriebnahme, Regelung, OptimierungPraxisbeispiel Köln-Stammheim

(5) Zusammenfassung

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Inhalt, Gliederung

MaschinentechnischeAuslegung


Prioritäten bei der Auslegung

Bemessungswert(genaue Einhaltung)

Redundanz (n+1) Ersatzteilhaltung

(möglichst gleicheAggregate)

Robustheit Energieeffizienz

Prioritäten bisher

einmalige projektorientierteBeschaffung

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404550556065707580859095

100

0 500 1.000 1.500 2.000 2.500

spez

. Lei

stun

g in

W/(N

m³/h

bar

)

Luftmenge in Nm³/h

GM 3 S GM 4 S GM 7 L GM 10 S

GM 15 L GM 25 S GM 30 L GM 35 S

Auslegungsdaten

4445464748495051525354

0 2.500 5.000 7.500 10.000 12.500

spez

. Lei

stun

g in

W/(N

m³/h

bar

)

Luftmenge in Nm³/h

GM 50 L GM 60 S GM 80 L GM 90 S

GM 130 L GM 150 S GM 220 L GM 240 S

Ausbaugröße ca. 100.000 EW Luftbedarf im Mittel ca. 5.750 Nm³/h Luftbedarf in der Spitze ca. 11.500 Nm³/h Reserve (4+1): 14.375 Nm³/h Gebläsegröße: 2.875 Nm³/h


Betriebsdaten: Häufigkeitsverteilung + Kennlinie

1.000 1.250 1.500 1.750 2.000 2.250 2.500 2.750 3.000 3.250 3.5000

20

40

60

80

100

120

140KupplungsleistungLeistungsmessung FLUKE

Leis

tung

in k

W

Luftmenge

45

46

47

48

49

50

51

52

Ene

rgie

beda

rf in

W/(N

m³/h

bar

)

spez. Energiebedarf

0,01

0,52

10

305070

90

9899,5

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 4.500 5.0000

20

40

60

80

Häu

figke

it

Luftmenge in Nm³/h

Häu

figke

it

Luftmengen 2009 Gebläseüberprüfung 2010 - Kennlinienaufnahme

3.000 Nm³/h 3.000 Nm³/h

5


Energieeffizienz0,01

0,52

10

305070

90

9899,5

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 4.500 5.0000

20

40

60

80H

äufig

keit

Luftmenge in Nm³/h

Häu

figke

it

1.000 1.250 1.500 1.750 2.000 2.250 2.500 2.750 3.000 3.250 3.5000

20

40

60

80

100

120

140KupplungsleistungLeistungsmessung FLUKE

Leis

tung

in k

W

Luftmenge

45

46

47

48

49

50

51

52

Ene

rgie

beda

rf in

W/(N

m³/h

bar

)

spez. Energiebedarf


Energieeffizienter Betrieb durch FrequenzumrichterThese/Behauptung:

Durch den Einsatz von Frequenzumrichternwird die Effizienz von Gebläsen verbessert.Der günstigste Betriebspunkt liegt bei 80%Teillast. Eine Frequenz von 20 Hz solltenicht unterschritten werden.

Faktencheck:

Jedes Gebläse hat eine primär von der Maschinen-drehzahl abhängige Kennlinie.Die Umrichterfrequenz muss in Verbindung mit derGetriebeübersetzung gesehen werden.

Die energetische Effizienz muss für jedes Aggregat und die jeweiligenBetriebsbedingungen (zumindest rechnerisch) beurteilt werden.Bei mehr als 50.000 kWh/a lohnt eine messtechnische Überprüfung.

Baron Münchhausen

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Paradigmenwechsel

Bemessungswert(genaue Einhaltung)

Redundanz (n+1) Ersatzteilhaltung

(möglichst gleicheAggregate)

Robustheit Energieeffizienz

Prioritäten bisher

Energieeffizienz Robustheit Verfügbarkeit

(u. a. durch Redundanz) Instandhaltung

(Wartungsvertrag) Bemessungswert

...auch einhalten flexible Programmierung

Prioritäten zukünftig

fließende bedarfsorientierteBeschaffung

einmalige projektorientierteBeschaffung


Inhalt, Gliederung

Leistungsangaben

Werksabnahme

Betrieb

7


Werksseitige Prüfbedingungen für Verdichter

Bestimmung des Leistungsbedarfs durch thermodynamischeBilanzierung (DIN 1945, ISO 5389)

Bestimmung der mechanischen Leistungsaufnahme unterdefinierten Betriebsbedingungen bei geforderten Werten fürLuftmenge und Druck (ISO 1217)


Typischer Prüfstand für Verdichter

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Verdichter im Einsatz auf einer Kläranlage


Betriebswerte und energetische Kenngrößen

1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.0000

20

40

60

80

100

120Leistungsmessung FLUKEKupplungsleistung

Leis

tung

in k

W

Luftmenge in Nm³/h

46

47

48

49

50

51

52

spez. Energiebedarf

Ene

rgie

beda

rf in

W/(N

m³/h

bar

)

Bekannte energetische Kenngrößen- spezifischer Leistungsbedarf = elektrische Leistung / (erzeugte Luftmenge x Druck)- Einheit: W / (Nm³/h bar)- gute Werte: 30 – 40 , Mittelfeld: 40 – 50, schlecht: > 50- typische Werte aus der Praxis liegen heute bei 45 – 65 W/(Nm³ bar)

Messtechnische Überprüfung

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Inhalt, Gliederung

EnergieeffizienteAuslegung einerStation/Gruppe


Systematische Vorgehensweise

Der Belastungszustand (Luftmenge) anhand von Betriebsdaten auszurückliegenden Jahren analysieren (Erzielte Reinigungsleistung undEnergieverbrauch im üblichen Rahmen?)

Verschieben sich die ermittelten Auslegungsdaten durch weitere Optimierungen(Austausch von Belüftern, Veränderung von Sollwerten, neue Gebläse/Verdichter,geänderte Belastung, etc.)?

Dimensionierung aufgrund der größten Häufigkeit der Belastungswerte mit einemeinzigen möglichst energieeffizienten Aggregat („Rennpferd“).

Für die seltener auftretenden Betriebszustände Aggregate ergänzen, so dassForderungen nach Verfügbarkeit, Überdeckung und robustem Betrieb erfülltwerden („ Ackergaul“).

Grundsteine für energieeffizienten Betrieb und gute Regelung

30

35

40

45

50

55

60

0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000

spez

ifisc

he L

eist

ung

[W/(N

m³/h

bar

)]

Luftmenge [Nm³/h]

GM 50 LGM 30 L

30

35

40

45

50

55

60

0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000

spez

ifisc

he L

eist

ung

[W/(N

m³/h

bar

)]

Luftmenge [Nm³/h]

HST S2500-1-L-4GM 30 L

30

35

40

45

50

55

60

0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000

spez

ifisc

he L

eist

ung

[W/(N

m³/h

bar

)]

Luftmenge [Nm³/h]

HST S2500-1-L-4

GM 30 L

Kennlinie der vorh. Gebläse

typischer Betriebsbereich

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Drucklufterzeugung - Hersteller und Aggregate


Kombinierter Betrieb von DrucklufterzeugernThese/Behauptung:

Turboverdichter und Drehkolbengebläsekönnen nicht parallel an einer gemeinsamenDruckleitung betrieben werden, weil derpulsierende Luftstrom der DrehkolbenSchäden am gleichmäßig strömendenTurboverdichter verursacht!

Faktencheck:

Aus technischer Sicht können alle üblichenVerdichterbauarten bei entsprechenderAuslegung parallel an der gleichenDruckleitung betrieben werden.

Die meisten Hersteller haben heute alle Bauarten im Portfolio undempfehlen kombinierte Lösungen für den energieeffizienten Betrieb.

Brüder Grimm

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Verdichter - Einsatzbedingungen

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1.000

1 10 100 1.000 10.000 100.000

Dru

ck in

mba

r

Luftmenge in Nm³/h

Drehkolbengebläse

Schrauben-verdichter

Drehkolbengebläse

Turbo-verdichtervariableDrehzahl

Turbo-verdichter

festeDrehzahl


Inhalt, Gliederung

InbetriebnahmeRegelung

Optimierung

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GKW Stammheim

1

2

3

4

5

6

0 30.000 60.000 90.000 120.000 150.000

k

k

kkk

kkkk

Luftmenge in Nm3/h

Last

stuf

e

0 ,0 1

0 ,52

1 0

3 05 07 0

9 0

9 89 9 ,5

0 2 0 0 0 0 4 0 0 0 0 6 0 0 0 0 8 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

0 2 0 .0 0 0 4 0 .0 0 0 6 0 .0 0 0 8 0 .0 0 0 1 0 0 .0 0 00

5 0

1 0 0

1 5 0

2 0 0

2 5 0

3 0 0

3 5 0

4 0 0

4 5 0

An

za

hl

L u f tm e n g e in N m ³ /h

Hä

ufi

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eit

en

Betriebs-bereich

1

2

3

4

5

6

7

8

0 30.000 60.000 90.000 120.000 150.000

k

kk

g

gk

gg

gkk

ggk

ggkk

Luftmenge in Nm3/h

Last

stuf

e

1

2

3

4

5

6

7

8

0 30.000 60.000 90.000 120.000 150.000

k

kk

g

gk

gg

gkk

ggk

ggkk

Luftmenge in Nm3/h

Last

stuf

e

Laststufe nicht erforderlich

Laststufe nicht erforderlich

Bestand vor Umbau

Planung 2 neue Verdichter

Staffelung nach Umbau

Luftmengen nach Umbau0,0

1,0

10,0

40,0

70,0

95,0

0 30.000 60.000 90.000 120.000 150.000

0 30.000 60.000 90.000 120.000 150.0000

30

60

90

120

Anza

hl

Luftmenge in Nm³/h

Häu

figke

iten


28

29

30

31

32

33

0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000

Luftmenge in Nm³/h

spez

. Lei

stun

g in

W/(N

m³/h

bar

)

spez. Leistung TV1spez. Leistung TV2spez. Leistung TV3spez. Leistung TV4

Werksabnahme vs. Betriebsverhalten

0 250 500 750 1.000 1.250 1.500 1.750 2.00025

30

35

40

45

50spezifische Leistung

spez

. Lei

stun

g in

W/(N

m³/h

bar

)

Wirkleistung in kW

Schalter für Regelung Vorleitgitter

(ca. 10.000 EUR/Monat)

Werksabnahme 1992

Betriebsdaten 2012

optimaler Bereich

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Planung – Bau – Betrieb – Regelung -OptimierungDie Planungszeit dauert zwei Jahre, dieBauzeit drei Jahre, der leidvolle Betriebaber 30 Jahre (…)

Quelle: Rösler, N.: Gedanken zur Technologie derAbwasserreinigung, Korrespondenz Abwasser 3/82

Über das Ziel hinausschießen ist eben soschlimm, wie nicht ans Ziel kommen.

Wer das Ziel kennt, kann entscheiden; werentscheidet, findet Ruhe; wer Ruhe findet,ist sicher; wer sicher ist, kann überlegen;wer überlegt, kann verbessern.

Konfuzius


Zusammenfassung und Ausblick, Zielkonflikte

Druckluft ist eine äußerst wertvolle (teure!) Nutzenergie, für derenErzeugung höchste Maßstäbe an die Effizienz anzulegen sind.

Aufgrund der gestiegenen Energiekosten ergibt sich insgesamt eingroßer Modernisierungsbedarf.

Eine energieeffiziente Gesamtlösung für die Belüftung gelingt nur, wennsämtliche Komponenten aufeinander abgestimmt sind. HocheffizienteEinzelkomponenten sind kein Garant für Einsparungen.

Die Vergütung für Ingenieurleistungen setzt immer noch falsche Anreize ,die zu hohen Kosten für ineffiziente Lösungen führen. („HOAI behindertdie Effizienz!“)

Die „Mathematik“ zur Bewertung energieintensiver Anlagen (Vergabe,Abschreibungen, etc.) muss neu definiert werden. Insbesondere müssendie Lebenszykluskosten in die Bewertung einbezogen werden.

Für die Abwasserbranche muss die Erschließung der Effizienzpotenzialeim Bereich der Belüftung ein vordringliches Ziel sein!

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Setacon GmbHAugustinusstrasse 9b50226 FrechenTel. (02234) 988095-0

Kontaktaufnahme:[email protected]

Dr.-Ing. Gerhard Seibert-Erling

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