HocheffizienzpumpenEffizienzsteigerung von PumpenDie Pumpe als System

Ihr Referent: Frank Räder (fraeder@grundfos.com)

Kurzvorstellung Grundfos

• Gegründet 1945 von Poul Due Jensen

• Jährliche Produktion von mehr als16 Millionen Pumpen

• Umsatz von 3,2 Mrd. Euro

• 19.000 Mitarbeiter

• Größter Pumpenhersteller weltweit

Produkte• Grundfos produziert hauptsächlich:

• Nassläuferpumpen

• Trockenläuferpumpen

• Druckerhöhungsanlagen

• Unterwasserpumpen

• Abwasserpumpen

• Industriepumpen

• Dosierpumpen

• Entwicklung, Produktion und Verkauf von Elektromotoren

• Entwicklung, Produktion und Verkauf von Elektronik für die Steuerung und Regelung von Pumpen und Pumpensystemen

Grundfos in Deutschland

•Grundfos GmbH in Erkrath

• ca. 400 Mitarbeiter

•Grundfos Water Treatment GmbHin Pfinztal

• ca. 220 Mitarbeiter

•Grundfos Pumpenfabrik GmbHin Wahlstedt

•ca. 620 Mitarbeiter

Grundfos Wahlstedt

- Energieeffizienz von Pumpe und Motor

- Auslegung von Pumpe und Motor

- Betriebsweise im hydraulischen System

- Intelligenz: selbst > System > Prozess

Vier Schritte zur Effizienzsteigerung

- Energieeffizienz von Pumpe und Motor

- Auslegung von Pumpe und Motor

- Betriebsweise im hydraulischen System

- Intelligenz: selbst > System > Prozess

Vier Schritte zur Effizienzsteigerung

Wirkungsgrad η =Pab

Pzu

„Entscheidend ist, was hinten rauskommt !“

Wirkungsgrad

Nassläufer Trockenläufer (Motoren)

IE

Änderung von Klassifizierungen

EEI

Nassläufer Trockenläufer (Motoren)

IEEEI

Klassifizierung Nassläufer

„A“ heute: EEI < 0,40

Seit dem 01.01.2013 (extern)

– EEI ≤ 0,27

– Messlatte für „Best in Class“ liegt bei EEI = 0,20.

Seit dem 01.08.2015 (extern und intern)

– EEI ≤ 0,23

–Messlatte für „Best in Class“ bleibt bei EEI = 0,20.

– Integrierte Pumpen sind dann auch betroffen (OEM)

Energie-Label ist tot, es lebe der EEI

Grundfos Projekt Red Wolf€ 30 Mio. Produkt-Entwicklungskosten ALPHA2

€ 40 Mio. Produkt-Entwicklungskosten MAGNA3

€ 68 Mio. Investition in die Produktionsstandorte

Grundfos Deutschland (Wahlstedt) Grundfos Dänemark (Bjerringbro)

MAGNA3 GO ALPHA2

MAGNA3 Energieeffizienzindex

• Besser als der EuP/ErP “Best in class”-Referenzwert

• Über 75 % Einsparung gegenüber einer ungeregelten D-Klasse!

Typische Bestandspumpe

EuP 2013 EuP 2015 Benchmark MAGNA3

1,00

0,270,23 0,20 <0,20

85 % Einsparung gegenüber typischer Bestandspumpe (ungeregelt)

1,00

0,270,23 0,20 0,15

Typische Bestandspumpe

EuP 2013 EuP 2015 Benchmark ALPHA2

ALPHA2 Energieeffizienzindex

• Besser als der EuP/ErP “Best in class”-Referenzwert

• 44 % unter EuP 2013-Anforderung

• 34 % unter EuP 2015-Anforderung

• 25 % unter EuP “Benchmark”-Level

Entscheidungskriterium Lebenszykluskosten

… Beispiel vorzeitiger Pumpentausch?

Beispiel Pumpentausch

Im Folgenden wird untersucht, ob der Austausch der vorhandenen, funktionsfähigen Pumpe wirtschaftlich ist.

Heizung für Gebäude (ca. 1200 m2)

Installierte Pumpe: Grundfos UPS 50-120F

Alter der Pumpe: 11 Jahre

Auslegungspunkt: Förderstrom Q = 22 m3/h

Förderhöhe H = 4,5 m

Berechnungszeitraum: 15 Jahre

Grundfos Product Center

www.grundfos.de

Leistungsdaten Bestandspumpe

Q = 22 m3/hH = 4,5 mP1max = 760 W

UPS 50-120 F

Auslegung „Neue Pumpe“

Leistungsaufnahme „Neue Pumpe“ (Auslegungsbetriebspunkt)

Q = 22 m3/hH = 4,5 mP1 = 421 W

Auslegungsbetriebspunkt

Einsparung 44 %gegenüber 760 W der alten Pumpe

Berücksichtigung des Lastprofils

Kostendifferenz

Kostendifferenz: 24.000 € in 15 Jahren

Kostendifferenz

Amortisation des Pumpenaustauschs

Nassläufer Trockenläufer (Motoren)

IEEEI

Klassifizierung von Motoren

Nach welcher Zeit haben die Stromkosten den Anschaffungspreis eines 3 kW Motors bei

Dauerlauf erreicht ?

24 Tage !

Frage

EU - Klassifizierung für Motoren• Durch die CEMEP wurde eine freiwillige Effizienz-Klassifizierung eingeführt (EFF1,2,3)

• Das IEC hat in der IEC 60034-30 auf eine neue Klassifizierung (IE 1 bis 4) umgestellt

Hoher Wirkungsgrad [ IE 2 ]

Premium Wirkungsgrad [ IE 3 ]

Standard Wirkungsgrad [ IE 1 ]

Niedriger Wirkungsgrad [ --- ]

Super Premium Wirkungsgrad [ IE 4 ]

- - - - -

- - - - -

CE

ME

P K

lass

ifiz

ieru

ng

IEC

Kla

ssif

izie

run

g

IEC: Internationale Elektrotechnische Kommission

ErP – Verordnung 640/2009

2011Seit dem 16. Juni 2011müssen alle Motoren die IE2-Norm erfüllen

2015Seit dem 01.01. 2015müssen alle Elektromotoren von 7.5 - 375 kW entweder die IE3 Norm oder die IE2 Norm unter Verwendung eines Frequenzumrichters erfüllen

2017Ab 2017 müssen alle Elektromotoren von0.75 - 375 kW entweder die IE3 Norm oder die IE2 Norm unter Verwendung eines Frequenzumrichters erfüllen

2020Jährliche Energieeinsparungen von 135 TWh und einer jährlichen Reduktion der CO2

Emissionen um 63 Millionen Tonnen

Vergleich mit IE Level IEC 60034-30-1

Neuer MGE-Motor, besser als IE4

Der Unterschied:

8.760 h/Jahr * 0,18 kW * 0,20 €/kWh = 321 Euro / Jahr

Beispiel: Motorleistung P2 = 1,1 kW (Dauerbetrieb)

IE2-Motor: η =79 % IE4-Motor: η =91 %

ηmotor

P2Aufgenommene Leistung: P1 =

IE2-Motor: P1 = 1,39 kW IE4-Motor: P1 = 1,21 kW

Vergleich IE2 vs. MGE 1,1 kW

Verordnung (EG) 641/2009 zur Durchführung der Richtlinie 2005/32/EG„ Umweltgerechte Gestaltung von externen Nassläufer-Umwälzpumpen und in Produkte integrierten Nassläufer- Umwälzpumpen“EnergieEffizienzIndex EEI seit 01.01.2013 0,27 ; ab 01.08.2015 0,23

Verordnung (EG) 622/2012 Änderungen zur Verordnung (EG) Nr. 641/2009

Verordnung (EG) 640/2009 zur Durchführung der Richtlinie 2005/32/EG„ Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von Elektromotoren“Basierend auf IEC-Norm 60034-30 ; Wirkungsgradklassen IE2, IE3, IE4

Verordnung (EG) 547/2012 zur Durchführung der Richtlinie 2005/32/EG„ Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von Wasserpumpen“MindestEffizienzIndex MEI – Anforderung aktuell 0,70

Übersicht: EEI, IE, MEI

- Energieeffizienz von Pumpe und Motor

- Auslegung von Pumpe und Motor

- Betriebsweise im hydraulischen System

- Intelligenz: selbst > System > Prozess

Vier Schritte zur Effizienzsteigerung

Der VolumenstromQ ändert sichproportional zur Drehzahl n

=

n

n

Q

Qxx

2

=

n

n

H

Hxx Die Förderhöhe H ändert sich

quadratisch zur Drehzahl n

3

=

n

n

P

Pxx Die Leistung P ändert sich

in der dritten Potenz zur Drehzahl n

Modellgesetze

Die Leistung P ändert sich in der dritten Potenz zum Förderstrom

Q = 160 m3/hH = 34,7 mn = 100 %P = 20,8 kW

Q = 80 m3/h (50%)H = 8,6 m (25%)n = 50 %P = 2,9 kW (14%)

Beispiel „Große Pumpe“ (TPE)

Q = 8 m3/hH = 8 mP = 369 W

Q = 4 m3/h (50%)H = 2 m (25%)P = 57 W (15,5%)

Beispiel „Kleine Pumpe“ (MAGNA3)

Pumpen-Wirkungsgrad am Wirkungsgrad-Bestpunkt: 71,8 %

P = Q * H * ρρρρ * g

Abfall des Wirkungsgrades

Pumpen-Wirkungsgrad am Betriebspunkt: 41,5 %

Grundfos Product Center

www.grundfos.de

- Energieeffizienz von Pumpe und Motor

- Auslegung von Pumpe und Motor

- Betriebsweise im hydraulischen System

- Intelligenz: selbst > System > Prozess

Vier Schritte zur Effizienzsteigerung

Auslegungspunkt

Q

P = Q * H * ρρρρ * g

Pumpenkennlinie

Anlagenkennlinie

Konkret: Das Einsparpotenzial

Leistungsanpassung P1: 5.0 kW bis 15 kW

Verlauf der Leistungsaufnahme

Und jetzt ????

Ich weiß, dass ich nichts weiß ! (Sokrates)

“Voraussetzung für den Erwerb von Wissen ist das Eingeständnis der eigenen Unwissenheit”

Pump Audit

Mess- und Analyse-Geräte

Volumenstrommesser

Für Nennweiten von 15 – 1500mm für Flüssigkeieten von -20 bis +125°C

DatenloggerAnaloge Sensoren

Druck, Temperatur, Füllstand, etc.

Ereigniszähler

z.B. Pumpenein- ausschaltungen

Energiemesser

bis 750 V, bis 1000 A

GRUNDFOS PUMP AUDIT in der Praxis

- Energieeffizienz von Pumpe und Motor

- Auslegung von Pumpe und Motor

- Betriebsweise im hydraulischen System

- Intelligenz: selbst > System > Prozess

Vier Schritte zur Effizienzsteigerung

Grundfos iSOLUTIONS

… BEZIEHEN SIE DIE GANZE ANLAGE IN IHREÜBERLEGUNGEN EIN.

DENKEN SIE NICHT NUR AN DIE PUMPE …

Die Pumpe als Datenlieferant, Beispiele:LeistungsaufnahmeTemperaturDifferenzdruckVolumenstromWärmeleistungLastprofile

Intelligente Datenerfassung

FLOWLIMIT

AUTOADAPT

FLOWADAPT

Sollwertschiebung

Intelligente Regelungsarten

PUMPE Regulierventil Wärmemengenerfassung

Intelligente Interaktionen

• Mögliche Betriebsarten: Parallelbetrieb, Wechselbetrieb oder Redundanz

• Grundfos MAGNA3 kann mittels drahtloserKommunikation mit einer weiteren MAGNA3 kommunizieren.

• Die Verbindung zwischen zwei parallel geschalteten Pumpen (Doppelpumpe oderzwei Einzelpumpen) kann mit Hilfe des eingebauten Wizards oder Grundfos GO schnell und einfach hergestellt werden.

3 Analogeingänge: - 0/4-20mA/0-10V Sensoren - 0,5-3,5V Grundfos Sensoren

- Grundfos Potentiometer

1x LiqTec (Trockenlaufschutzsensor)

2 PT100/1000 Eingänge

4x Digitaleingänge: 2 feste DI

und 2 parametrierbare als DI oder DO

1x Grundfos Digital Sensoren (RS232) 2x pot. freie Ausgangsrelais

1 CIM Steckplatz für Feldbuskommunikation

1 Analogausgang (0/4-20mA) für Betriebsparameter

2 Digitalausgänge

Intern:+5/24VGenibus

Intelligente Motoren und Sensorik

• Beispiel: Modul FM300

Intelligente Betriebs- und Regelungsarten

• Exakte Anpassung an Ihre Anwendung

• Konstanter Druck

• Konstante Temperatur

• Konstante Differenztemperatur

• Konstanter Volumenstrom

• Konstanter Füllstand

• Konstant … (was auch immer)

• Konstante Kennlinie

Intelligente GLT-Anbindung

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Nutzen der Leitsystem-Aufschaltung

Bus-Protokolle• BACnet MS/TP• BACnet IP• LON• Profibus-DP• PROFINET• Modbus RTU• Modbus TCP• Genibus (proprietär)• GLT Konverter• GSM, GPRS, GRM

Funk (2,1 GHz)

Infrarot

MI 202(98046376)

Apple iPhone 5, 5S und 5C iPad 4/Retina iPod Touch 5

Apple iPhone 3GS/4/4SiPad 1/2/3iPod Touch 3/4 mit iOS5

Android TabletsAndroid Smartphones

MI 204 (98424092)

MI 301(98046408)

Kostenlose Grundfos GOSoftware- für Android- für iOS

iPod Touch 5 Bundlemit MI204

(98612711)

Bedien- und Analysegerät Grundfos GO

Berichte erstellen

• Inbetriebnahme

• Einstellung

• Betriebsüberwachung

• Datenanalyse

• Export/Import der Konfigurationsdatei

• Grundfos GO ist für iPhone®, iPod®, iPad®

erhältlich.

• Grundfos GO ist für Android Smartphones erhältlich(Bluetooth® Adapter).

Auslesenund abspeichern

Export/Import der Konfigurationsdatei

- Energieeffizienz von Pumpe und Motor

- Auslegung von Pumpe und Motor

- Betriebsweise im hydraulischen System

- Intelligenz > selbst > Prozess > System

Vier Schritte zur Effizienzsteigerung

Hocheffizienzpumpen Vielen Dank !

Ihr Referent: Frank Räder (fraeder@grundfos.com)