Pumpen, Antriebe und Systeme Bedarfsgerecht Planen ... · -Auslegung von Kreiselpumpen-optimaler Betriebspunkt-Mehrfachbetriebspunktauswahl ... Unternehmen KSB. Herstellung von Armaturen

Pumpen, Antriebe und Systeme Bedarfsgerecht Planen – Auslegen – Regeln

VDI Verein Deutscher Ingenieure e.V.Karlsruher Bezirksverein,

Deutscher Kälte- und Klimatechnischer VereinUnterbezirksverein Karlsruhe

Planen Regeln Auslegen I Dipl.Ing.(FH) Urban Benz I 14.04.2015 I 2

- Einführung

- Haupteinflußgrößen der Energiekosten bei Pumpen- Förderhöhe- Volumenstrom- ErP Richtline, Kennwerte Pumpen- hydraulischer Wirkungsgrad- Wirkungsgrad von elektrischen Antriebe

- Auslegung von Kreiselpumpen- optimaler Betriebspunkt- Mehrfachbetriebspunktauswahl- Überwachung und Optimierung im Betrieb

PumpMeter und SES

- Bedarfsgerecht Regeln- Grundlagen- Eingriffsmöglichkeiten an Pumpen- Lastabhängige Sollwertverschiebung- DFS Regelung

- Beispiele- Kühlwasser

Energieeffizienz - Planen Regeln AuslegenVDI Karlsruhe


Mit der Erfindung des „Kesselspeiseautomaten“ legte Johannes Klein vor 140 Jahren den Grundstein für das heute weltweit erfolgreiche Unternehmen KSB.

Herstellung von

� Armaturen seit 1872

� Pumpen seit 1873

Alles begann mit einer Idee

Erfahrung seit 1871

Wir ziehen Bilanz

Die aktuellen Konzernzahlen

4

Geschäftsjahr 2014

Auftragseingang: 2.321,2 Mio. €

Umsatz: 2.181,7 Mio. €

Mitarbeiter: 16.309

Planen Regeln Auslegen I Dipl.Ing.(FH) Urban Benz I 14.04.2015 I


Bedarfsgerecht Planen – Regeln - AuslegenGrundlagen der Drehzahlregelung

- Haupteinflußgrößen der Energiekosten bei Pumpen- Förderhöhe- Volumenstrom- hydraulischer Wirkungsgrad- Wirkungsgrad von elektrischen Antriebe


Haupteinflussgrößen der Energiekosten

Energiebedarf von Kreiselpumpen

n = Lebenszyklus in Jahren

z = Anzahl der Pumpen

KE = Energiepreis

ρ = Dichte des Fördermediums

g = Erdbeschleunigung = f(Qp(t)) !

{ }∫∑ ⋅⋅⋅⋅

⋅⋅==

1

0

t

t MP

PPz

1je dt

(t)H(t)QgC

ηηρ

EKn

t0.. t1 = Beginn und Ende des Betriebszyklus‘ im Jahr

Qp(t) = momentaner Förderstrom der Einzelpumpe

Hp (t) = momentane Förderhöhe der Einzelpumpe

ηp = Wirkungsgrad Pumpe

ηM = Wirkungsgrad Motor



Förderhöhe optimieren

Hp: Förderhöhe der Pumpe

{ }∫∑ ⋅⋅⋅⋅⋅⋅=

=

1

0

t

t MP

PPz

1je dt

(t)H(t)QgC

ηηρ

EKn




Wie hoch ist der Wirkungsgrad einer Rohrleitung?

H1 H2Q1 Q2

1

V21V H

H1HHH −=−= η

wegen gilt

konstant Q Q fürHH

211

2 ===η



Förderhöhe optimierenBeispiel für Nennweite DN 100: Etaline 80-210/1852

Q= 104 m³/hHstat = 8,5m ; Hges = 49m

Rohr und Formteile

Länge[m]

Anzahl Nennweite[DN]

Verluste[m]

Volumenstromm[m³/h]

Rohr 200 100 28 104Absperrarmatur

BOA- SC3 100 6,0 104

Rückschlagklappe

Serie 2000 1 100 2,5 104

SchmutzfängerBOA-S

1 100 3,0 104

RegelventilBOA-SC-CVE 1 125 1,0 104

Summe =40,5




Etaline Etaline 80-210/1852

Q= 104m³/h; H= 49m

P= 13,1kW

8,5 m

49 m

Rohrleitung Nennweite DN 100

ηηηη = 1-Hv

H1

50 m

40 m

30 m

20 m

10 m

0 25 m³/h 50 m³/h 75 m³/h 100 m³/h

104 m³/h

Q

H

ηηηη = 1- 40,5

49= 17%





Pumpe Brutto zzgl. Mw St 11.300,- €



Förderhöhe optimierenBeispiel für Nennweite DN 150: Etaline 125-250/754

Q= 104 m³/hHstat = 8,5m ; Hges = 18,2m

Rohr und Formteile

Länge[m]

Anzahl Nennweite[DN]

Verluste[m]

Volumenstromm[m³/h]

Rohr 200 125/ 150 6,1 104Absperrarmatur

BOA- SC3 125/ 150 1,0 104

Rückschlagklappe

Serie 2000 1 100 0,8 104

SchmutzfängerBOA-S

1 150 0,8 104

RegelventilBOA-SC-CVE 1 125 1,0 104

Summe =9,7




Etaline 125-250/754

Q= 104m³/h; H= 18,2m

18,2m

8,5m9,7

18,2ηηηη = 1- = 46%

P= 5,5kW


50 m³/h Q

104 m³/h

ηηηη = 1- Hv

H1

30 m

H

20 m

10 m

100 m³/h





Pumpe Brutto zzgl. Mw St 8.500,- €


Armaturen

Rückschlagklappe Serie 2000Verlustbeiwerte ( Zeta-Werte ) im Vergleich zu herkömmlichen Rückschlagarmaturen

Serie 2000 Rückschlagklappe PN16

BOA-RVK Rückschlagventil


Armaturen

Rückschlagklappe Standard vs. Serie 2000Energieaufwand im Vergleich

Abschätzung des Energieaufwandes der Pumpe für ein Bauteile


Armaturen

Rückschlagklappe Standard vs. Serie 2000Energieaufwand im Vergleich

Verlusthöhe von Einzelwiderständen


Armaturen

Rückschlagklappe Standard vs. Serie 2000Energieaufwand an der Pumpe im Vergleich, Beispiel

Serie 2000 Rückschlagklappe PN16 BOA-RVK RückschlagventilGrundlagen:

250kWth, dT=20K

Q = 10,75m³/h

DN65 Rohrleitung

w = 0,77m/s

Stutzen Pumpe DN40 (w=2,2m/s)DN65, ζ = 2,27

Hv zDN65 = 0,0686m

DN65, ζ = 5,82

Hv zDN65 = 0,1759m

Hv zDN40 = 1,384mPelpumpeDN65 = 4W

PelpumpeDN65 = 10,3W

PelpumpeDN40 = 81,07W

Systemkomponenten

19

� Pumpenwirkungsgrad bestimmt durch

− Medium

− Konstruktion von Gehäuse, Laufrad, Lagerung

− Werkstoffe

� Rückschlagklappen und Armaturen, Einzelwiderstände bestimmen

– Höhenverluste

Alle Komponenten müssen betrachtet werden:

Einklemm-Absperrv entil BOA-SuperCompact®

Rückf lussv erhinderer SERIE 2000

Beruhigungsstrecke 5-10x DN

Pumpe Etaline mit KSB SuPremE®-Motor, PumpDriv e und PumpMeter

Absperrklappe BOAX®-S/-SF




Wirkungsgrad optimieren

{ }∫∑ ⋅⋅⋅⋅⋅⋅=

=

1

0

t

t MP

PPz

1je dt

(t)H(t)QgC

ηηρ

EKn

: Wirkungsgrade von Pumpe und Motor

Was versteht man unter ErP?

ErP = Energy-related Products

Mit den ErP-Verordnungen sollen bis 2020 die „20/20/20“-Ziele erreicht werden:

20 % weniger Treibhausgase

20 % mehr erneuerbare Energien

20 % mehr Energieeffizienz


� Einsparpotenzial!

30 % des Energieverbrauchs in der Industrie entfällt auf Pumpen!

ErP-Richtlinie

Glossar


Kürzel Erklärung

IE x(Motoren)

International Efficiency x – Wirkungsgradklasse, die Aussagen zum Wirkungsgrad von Motoren macht. Je höher x, desto höher der Wirkungsgrad. Zur Zeit sind 4 Wirkungsgradklassen im Gebrauch: IE1 (Standardwirkungsgrad); IE2 (Hoher Wirkungsgrad); IE3 (Premium Wirkungsgrad);IE4 (Super Premium Wirkungsgrad); Angaben zur Einordnung von Motoren in die Wirkungsgradklassen 2 und 3 befinden sich im Anhang I der EG 640/2009

MEI(Wasser-pumpen)

Mindesteffizienzindex, dimensionslose Zahl, die angibt, wie viel Wasserpumpen einen schlechteren Wirkungsgrad haben als die Pumpe, auf die sich der MEI bezieht. MEI=0,4 bedeutet, dass 40 % der am Markt angebotenen Pumpen einen schlechteren Wirkungsgrad haben. Bezugsgröße ist eine europaweite Erhebung aus dem Jahr 2010. Genaue Vorschriften zur Bestimmung des Mindestwirkungsgrades bei einem vorgegebenen MEI befinden sich im Anhang III der EG 547/2012

EEI(HUP)

Energieeffizienzindex, dimensionslose Zahl, die angibt, um wie viel die Leistungsaufnahme einer Heizungsumwälzpumpe unter einer vorgegebenen Referenzleistungsaufnahme liegt. Als Referenzleistungsaufnahme wurde die Grenze zwischen den Klassen D und E des EU-Energielabels gewählt. Ein EEI=0,27 bedeutet, dass diese HUP nur 27 % der Leistungs-Aufnahme einer Pumpe hat, die im Grenzbereich D-E des EU-Energielabels platziert ist. Messverfahren zur Bestimmung des EEI befinden sich im Anhang II der EG 641/2009

Zeittafel ErP-Richtlinien Umsetzung in der EU


Produkt 16.06.2011 01.01.2013 01.01.2015 01.08.2015 01.0 1.2017 01.01.2020

Wasser-pumpen

- MEI ≥ 0,10 MEI≥ 0,40

Motoren IE2 IE3 oder IE2 mit FU P= 7,5 kW –375kW

IE3 oder IE2 mit FUP= 0,75 kW -375 kW

Heizungs-umwälz-pumpen

- EEI ≤ 0,27 (Ausnahme: HUP in Wärmeerzeu-gern)

EEI ≤ 0,23(Ausnahme:Ersatz-HUP in Wärmeerzeugern

EEI ≤ 0,23

Grobübersicht, Details aus den Verordnungen müssen berücksichtigt werden




Wasserpumpen MEI nach ErP-Richtlinie Mindesteffizienzindex, dimensionslose Zahl, die angibt, wie viel Wasserpumpen einen schlechteren Wirkungsgrad haben als die Pumpe, auf die sich der MEI bezieht. MEI=0,4 bedeutet, dass 40 % der am Markt angebotenen Pumpen einen schlechteren Wirkungsgrad haben. Bezugsgröße ist eine europaweite Erhebung aus dem Jahr 2010. Genaue Vorschriften zur Bestimmung des Mindestwirkungsgrades bei einem vorgegebenen MEI befinden sich im Anhang III der EG 547/2012. Die höchste Klassifizierung ist 0,7.

Produkt 16.06.11 01.01.13 01.01.15 01.08.15 01.01.17 01.0 1.20

Wasser-pumpen

MEI ≥ 0,10

MEI ≥ 0,40




Wasserpumpen MEI nach ErP-Richtlinie auf demDatenblatt ausgewiesen.




Vollständige Kennlinie einer Kreiselpumpe

� Zusammenhang zwischen Förderstrom und Förderhöheund Wirkungsgrad

� Zusammenhang zwischen Förderstrom und notwendigem Vordruck

� Zusammenhang zwischen Förderstrom und notwendigem

Leistungsbedarf




Leistungsreduktion durch:

� Abdrehen / Ausdrehen des Laufrades

� Bei mehrstufigen Pumpen:Ausbauen von Stufenlaufrädern

Leistungserhöhung durch:

� Anpassen der Laufradschaufeln

� Polieren von Pumpenteilen



Wirkungsgrad optimierenDas Herz jeder Kreiselpumpe




Exemplarisches Kennfeld einer Kreiselpumpeohne Antriebsmotor

Hydraulischer Wirkungsgradverlauf




Motorwirkungsgradklassen IEx nach ErP-Richtlinie International Efficiency x – Wirkungsgradklasse, die Aussagen zum Wirkungsgrad von Motoren macht. Je höher x, desto höher der Wirkungsgrad. Zur Zeit sind 4 Wirkungsgradklassen im Gebrauch:IE1 (Standardwirkungsgrad); IE2 (Hoher Wirkungsgrad); IE3 (Premium Wirkungsgrad);IE4 (Super Premium Wirkungsgrad); Angaben zur Einordnung von Motoren in die Wirkungsgradklassen 2 und 3 befinden sich im Anhang I der EG 640/2009

Produkt 16.06.11 01.01.13 01.01.15 01.08.15 01.01.17 01.0 1.20

Motoren IE2 IE3 oderIE2 mit FU

P= 7,5 kW –375kW

IE3 oder IE2 mit FU P= 0,75 kW

–375kW







Der Motorwirkungsgrad ist u.a. abhängigvon:

� Baugröße und Bauart� Güte und Menge der aktiven Materialien� Läuferausführung und Luftspalt� Gesamtkonzeption

In Europa werden IEC-Normmotoren in drei Effizienzklassen eingeteilt.

Neben den Asynchronmotoren kommtneuen Antriebskonzepten zunehmendBedeutung zu.

Hocheffiziente Antriebe

Antriebsarten




Regelbereich und Wirkungsgrade

Hy draulischer Wirkungsgrad einer Kreislepumpe


Haupteinflussgrößen der EnergiekostenWirkungsgradkennfeld Asynchronmotor IE2

� Der Wirkungsgrad ist bei voller Drehzahl bis zu einer Belastung von 50% nahezu konstant

� Unter 50% Belastung sinkt er stark ab

� Bei Drehzahlabsenkung entlang des für Pumpen typischen Drehmoment-bedarfs ebenso

Energy Efficiency by KSB


Haupteinflussgrößen der EnergiekostenWirkungsgradkennfeld Asynchronmotor IE3

� Der Wirkungsgrad ist bei voller Drehzahl bis zu einer Belastung von 50% nahezu konstant

� Unter 50% Belastung sinkt er stark ab

� Bei Drehzahlabsenkung entlang des für Pumpen typischen Drehmoment-bedarfs ebenso



Haupteinflussgrößen der EnergiekostenWirkungsgradkennfeld KSB SuPremE-Motor


� Der Wirkungsgrad ist bei Drehzahlveränderung und verändertem Drehmoment-bedarf deutlich stabiler

� entspricht IE4 gem. IEC/TS 60034-31 Ed. 1, 2010-4



Wirkungsgrad optimieren Hocheffiziente Antriebe

Auswahl des richtigen Antriebs



KSB SuPremE® -Motor

� Synchron-Reluktanzmotor

� Rotor mit Flusssperrenschnitt

� Magnetfrei

– Materialverfügbarkeit– Ressourcenschonend


��

�



SuPremE® -Motor

KonstruktionKSB SuPremE-Rotor

Welle PassfederLüfterrad

Beidseitig isoliertesElektroblech mit

Flusssperrenschnittgem. U.S.-Patent

5.818.140

Deckscheibe

BlechpaketDeckscheibe

41Planen Regeln Auslegen I Dipl.Ing.(FH) Urban Benz I 14.04.2015 I

2009 2011 2017

Quelle Zeitstrahl bis 1998: ABB, 2011ab 2000: Ergänzung KSB

• (f) Rotor laminaton REEL SSP-motor acc. to patent Prof. A. Vagati• (f) KSB SuPremE®-M otor (präsentiert auf der ISH 2009, Frankfurt)

vor endgültiger Def. der IE4-Norm (Super Premium Efficiency)• (g) Synchronous motor and drive Package (Hannover messe 2011)• (h) REEL SuPremE®-M otor Studie (Hannover messe 2011)

(g)

(h)

(i)

TechnologieHistorie der Synchron-Reluktanz-Motortechnologie

(f)

42Planen Regeln Auslegen I Dipl.Ing.(FH) Urban Benz I 14.04.2015 I


KSB SuPremE®

Der Motor


KSB SuPremE®

Der Motor

2poliges Läuferblech und das sich daraus ergebende Reluktanzprinzip.

Reluktanz = magnetische Widerstand



KSB SuPremE® -Motor

Synchron-Reluktanzmotor

� Rotor mit Flusssperrenschnitt

� Magnetfrei

– Materialverfügbarkeit– Ressourcenschonend


� Verwendung unkritischer, langlebiger Materialien

� Ausgereiftes Reluktanz-Prinzip

� Hohe Lebensdauer der Lager durch kühleren Rotor

� Verzicht auf Sensoren reduziert die Ausfallwahrscheinlichkeit

��

�


KSB SuPremE®

Kompatibel

� Befestigungspunkte entsprechen denen der EN 50347

� Gewährleistet den kompatiblen Einsatz zu IE2/ IE3 -Asynchronmotoren

� Nachrüstung möglich !


KSB SuPremE®

Der Vorreiter in Energieeffizienz

� Erreicht heute schon die Wirkungsgrad-anforderungen an Elektromotoren gemäß der IE4-Norm (IEC/CD 60034-30 Ed.2)

� Deutliche Wirkungsgradvorteile im Teillastbereich gegenüber geregelten IE3

� Stabiler Wirkungsgradvorteil im gesamten Lastbereich

* Quelle: Dipl.-Ing. M. Wiele, Prof . Prof . h. c. mult. Dr.-Ing. Peter F. Brosch, Hochschule Hannov er, Univ ersity of Applied Sciences and Arts, Fakultät I, Antriebe und Automatisierungstechnik


Wirkungsweise von KreiselpumpenMotorenanalyse Wirkungsgrade


Wirkungsweise von KreiselpumpenAntriebstechnik mehrfach ausgezeichnet

Deutscher Energieeffizienzpreis Perpetuum 2014Preisträger Jurypreis – Niederspannungselektromotor - KSB SuPremE der KSB AG:Durch einen neuen technischen Ansatz (Konstruktion) wird ein im Markt positioniertes/eingesetztes hochvolumiges Standardmassenprodukt (Niederspannungselektromotor) so verändert und effizienzseitig so optimiert, dass der Energieverbrauch bei gleicher Anwendung und gleichen Randbedingungen drastisch abgesenkt wird. www.ksb.com/SuPremE

Die KSB AG wurde mit dem Niederspannungselektromotor KSB SuPremE bei der heutigen Verleihung des Deutschen Energieeffizienzpreises Perpetuum 2014 mit dem Jurypreis als überzeugendste Energieeffizienzinnovation ausgezeichnet. Der Publikumspreis ging an die yetu AG mit dem Home Energy Management System (HEMS). Die Verleihung fand im Rahmen der Jahresauftaktkonferenz der Deutschen Unternehmensinitiative Energieeffizienz e.V. (DENEFF) statt. Der Deutsche Energieeffizienzpreis Perpetuum wurde erstmalig durch die DENEFF in Zusammenarbeit Climate-KIC, dem EU-Netzwerk für Klima-Innovationen, verliehen. Elf nominierte Finalisten präsentierten zuvor ihre Projekte vor der achtköpfigen Jury und den rund 250 Teilnehmern der Konferenz in einem sogenannten „Elevator Pitch“.


Auslegung von KreiselpumpenKSB Tool zur Abschätzung des Einsparpotenzials bei Antrieben

http://www.ksb.com/static/ffrechner/supremer/index-de.html




Heizungsumwelspumpen HUP EEI nach ErP-Richtlinie Energieeffizienzindex, dimensionslose Zahl, die angibt, um wie viel die Leistungsaufnahme einer Heizungsumwälzpumpe unter einer vorgegebenen Referenzleistungsaufnahme liegt. Als Referenzleistungsaufnahme wurde die Grenze zwischen den Klassen D und E des EU-Energielabels gewählt. Ein EEI=0,27 bedeutet, dass diese HUP nur 27 % der Leistungs-Aufnahme einer Pumpe hat, die im Grenzbereich D-E des EU-Energielabels platziert ist. Messverfahren zur Bestimmung des EEI befinden sich im Anhang II der EG 641/2009

Produkt 16.06.11 01.01.13 01.01.15 01.08.15 01.01.17 01.0 1.20

HUP EEI ≤ 0,27 (Ausnahme: HUP in Wärmeerzeu-gern)

EEI ≤ 0,23(Ausnahme:Ersatz-HUP in Wärmeerzeugern

EEI ≤ 0,23




- Lastprofil gilt nur für die Heizungstechnik

- Eigenständiger Betrieb der Pumpe vorausgesetzt

- Kreiselpumpen in Nassläuferbauart (HUP)

- el.Leistung bis 2.500W




Nassläuferpumpen Bewertung Energie-Effizienz-Index (EEI)

Q25% Q50% Q75% Q100%

Q

t

Zusätzliches EnergieZusätzliches Energie--Einsparpotenzial*Einsparpotenzial*

Betriebsart EcoBetriebsart Eco--Modus = 40%Modus = 40%

* im Vergleich zum EEI



Volumenstrom optimieren

Qp: Fördermenge der Pumpe

{ }∫∑ ⋅⋅⋅⋅⋅⋅=

=

1

0

t

t MP

PPz

1je dt

(t)H(t)QgC

ηηρ

EKn



Volumenstrom optimieren

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Auslegungspunkt

Förderhöhe H [%]

Volumenstrom Q [%]

Kennlinie dp konstant Pumpe

variable Sollwertnachführung



Affinitätsgesetze !!!

Q2 = Q1 ⋅ n 2

n1

Förderstrom

H 2 = H 1 ⋅ n 2

n1

2

Förderhöhe

P2 = P1 ⋅ n 2

n1

3

Leistungsaufnahme



- Auslegung von Kreiselpumpen- optimaler Betriebspunkt- Mehrfachbetriebspunktauswahl- Überwachung und Optimierung im Betrieb- PumpMeter und SES


Betrieb im Optimum spart Energie und erhöht die Lebensdauer

Quelle: nach Judy Hodgson (Du Pont): “Predicting Maintenance Costs Accurately ”, Pumps & Sy stems, April 2004

53

92

Förd

erhö

he [

%]

Förderstrom [%]

Austausch-wirbel

Teillast-wirbel

Lauf radv erschleiß

Kürzere Lebensdauer

Lager und GLRD

Kav itation

Überhitzung

Kürzere Lebensdauer Lager

und GLRD

Kennlinie

Kav itation

Normal: -30%..+15%

Gut: -20%..+10%

Ideal =-10% ..+5%vom Optimum

Lebensdauer [%]

10

100

TypischerWirkungsgrad-

verlauf

Auslegung von Kreiselpumpen

Betriebspunkt und Lebensdauer


Folgen von Kavitation



Mehrfachbetriebspunktauslegung !!








Auslegung von KreiselpumpenKSB Auslegungstools EasySelect und KSBase Consult

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n.as

px


Auslegung von KreiselpumpenKSB Auslegungstools für Unterwegs


Auslegung von KreiselpumpenKSB Dokumentation


So werden Pumpen bis jetztbetrieben

Sicherheit ist anders …

Einleitung

Besser zu wissen, wo die Pumpe läuft …

Nur im Bereich um „Q opt““““

ist mit maximaler Verfügbarkeit zu rechnen.

67

Nur im Bereich um „Q opt“

ist der Wirkungsgrad der Pumpe optimal.

Verfügbarkeit

ηηηηopt

H H

Q Q




Betriebspunkte überwachen und optimieren

� Intelligenter Druckaufnehmer mit Vor-Ort-Anzeige

� Werkseitig komplett montiert

� Auf Ihre Pumpe parametriert

� Sofort betriebsbereit

� Zeigt ggf. Optimierungspotentiale zur Steigerung von Verfügbarkeit und Energieeffizienz auf


Qualitative Betriebspunktanzeige

Kennliniendarstellung mit vier SegmentenAufteilung der Pumpenkennlinie in 4 Bereiche

� Extreme Teillast*

– Schädlicher Betriebsbereich < 0,3 mal Qopt

� Teillast*

– Ungünstiger Betriebsbereich < 0,7 mal Qopt

� Optimum

– Guter Betriebsbereich 0,7 – 1,2 mal Qopt

� Überlast

– Grenzw ertiger Betriebsbereich > 1,2 mal Qopt

Qualitativ e Betriebspunktanzeige im Display PumpMeter

Betrieb im Bereich der Überlast, > 1,2 mal Qopt

* Je nach Charakteristik der Pumpenkennlinie werden bei Betrieb in Teillast die ersten beidenViertel der Kennlinie nicht dif f erenziert und gleichzeitig angezeigt.

69

Analyse

Auslesen des Lastprofils

PumpMeter zeichnet dieBetriebsstunden auf.

� Einteilung der Stunden nach Betriebsbereich

� Über einen Zeitraum von bis zu 10 Jahren

� Ausschließlich Lastprofil, keine zeitlichen Verläufe(� kein Flugschreiber)

PumpMeter zählt die Schalt-spiele der Pumpe.

70

Auslesen des Lastprof ilsPlanen Regeln Auslegen I Dipl.Ing.(FH) Urban Benz I 14.04.2015 I








Analyse des Systems

Übersicht der möglichen Einsparpotenziale� KSB-Berater betrachten

immer das gesamte hydraulische System umdie maximalen Einspar-potenziale zu heben.

System

KomponenteCa. 3,5%

Bis zu60%

Modul

Bis zu10%


Analyse des Systems

Der System Effizienz Service der KSB

� führt Anlagenbegehungen durch

� erstellt Analysen

� schlägt Maßnahmen zur Reduktion von Energie- und Instandhaltungskosten vor

� führt diese durch

� und überprüft durch Messung deren Erfolg



- Bedarfsgerecht Regeln- Grundlagen- Eingriffsmöglichkeiten an Pumpen- Lastabhängige Sollwertverschiebung- DFS Regelung


Bedarfsgerecht Regeln, GrundlagenVerlustkennlinie eines geschlossenen Rohrnetzes

Verlust im Rohrnetz:

- Rohrreibungsverluste [R]

- Einzelwiderstände [Zeta]

-Apparate [R oder Zeta]

- Im offenen Kreislauf sind noch diegeodätische Höhe und der Enddruckzu berücksichtigen.

geschlossenes System

offenes System


Bedarfsgerecht Regeln, Grundlagen Verlustkennlinie eines geschlossenen Rohrnetzes

Verlust im Rohrnetz ergeben ein Kennlinie die immer quadratisch ist !Das bedeutet:

Halber Volumenstrom � Viertel Förderhöhe

Q ~ H²


Bedarfsgerecht Regeln, Grundlagen Verlustkennlinie eines geschlossenen Rohrnetzes

Verlust im Rohrnetz ergeben ein Kennlinie die immer quadratisch ist !Das bedeutet:

Halber Volumenstrom � Viertel Förderhöhe

Q ~ H²

Die Anlagenkennlinie wird nur durch die Regel/Zonenventile verändert und wird durch die Dimensionierung der Rohrleitungen festgelegt. Eine Pumpe ist dafür nicht verantwortlich !!


Bedarfsgerecht Regeln, Grundlagen Pumpen und Anlagenkennlinie ergeben den Betriebspun kt

Betriebspunkt


Bedarfsgerecht Regeln, Grundlagen Konstantdruckregelung

Notw endigeFörderhöhe für Volumenstrom

Tatsächliche Förderhöhe für Volumenstrom


Wirkungsweise von KreiselpumpenProportionaldruckregelung




Wirkungsweise von KreiselpumpenKSB ECO-Mode bei Calio !! Oder DFS-Funktion bei Pum pDriveEinsparung mit einem Pumpenlastprofil BlauerEngel bis zu 40%Einsparung gegenüber proportionaler Regelkennlinien!




Bedarfsgerechte Regelung (Pumpe)

Förderstromanpassung

• Einbau einer Drosselarmatur in die

Anlage (meist druckseitig nach der Pumpe)

• Beeinflussung der Anlagenkennlinie durch

gezieltes Verändern des Anlagenw iderstands

(stärkere Drosselung ⇒ steilere Anlagen-

kennlinie)

• Pumpenbetrieb bei konstanter Drehzahl

• Dennoch geringe Leistungseinsparung

gegenüber Vollastbetrieb (vgl. Diagramm)

Drosselung




Bypassregelung

• Anordnung einer Bypassleitung

parallel zur Pumpe

• Unterteilung des Förderstroms druckseitig

von der Pumpe in Nutzförderstrom

und Bypassförderstrom

• Rückführung des Bypassförderstroms

zur Saugseite der Pumpe

• Pumpenbetrieb im Volllastbetriebspunkt

• Keine Leistungseinsparung



FörderstromanpassungParallelschaltung von Pumpen

• Parallelschaltung mehrerer Pumpen

in einer Anlage

• Dadurch Addition der Förderströme der

einzelnen Pumpen bei gleicher Förderhöhe

• Kennlinie für den Parallelbetrieb mehrerer

Pumpen durch Addition der Teilförder-

ströme der beteiligten Pumpen bei jew eils

gleicher Förderhöhe




Q 2 = Q 1 ⋅ n 2

n 1

Förderstrom

H 2 = H 1 ⋅n 2

n 1

2

Förderhöhe

P 2 = P 1 ⋅n 2

n 1

3

Leistungsaufnahme

Frequenzregelung der Antriebe von Pumpen




Schema einer geregelten Pumpe

Schema mehrerer geregelter Pumpen

Pumpenf örderstrom

Pumpen-f örderhöhe

Betriebsbereich bei einer geregelten und zwei ungere gelt en Pumpen

erweiterter Betriebsbereich, wenn alle drei Pumpen geregelt sind

Förderstromanpassung durch Kombination von Parallelschaltung und Pumpenregelung


Bedarfsgerechte Regelung (System)

Konventionelles Heizungssysteme

Kessel 1 Kessel 2

Kessel-Vorlauf

Kessel-Rücklauf

Vorlauf temperatur

Thermostatv entil

Thermostatv entil

∆p=p1-p2

Raum 2Raum 1

Witterungsgeführte RegelungWitterungsgeführte RegelungHydraulische Schaltung des Hauptverteilers über 3W Ventil mengenkonstant.Regelt die benötigte thermische Leistung am Verbraucher ( Tv ~ Ta )( Q = m*c*dT)

Unterlagerter Regelkreis, Unterlagerter Regelkreis, ZonenventileZonenventileReduzierte Volumenströme durch Wirkung der Thermostatventile bei inneren Lasten.Pumpe

ReglerAußentemperatur

Absperrv entil

Vorlauf p1

Absperrv entil

Hyd

raul

isch

e W

eich

e

Heizkörper Heizkörper

Rücklauf p2

Rückschlag-klappe

Absperrv entilAbsperrv entil

Q2 = variabel

Q1 = variabel

M

Strangregulierv entil

Q = Q1 + Q2 = konstant

PumpenregelungPumpenregelungReagiert auf Veränderungen der Anlagenkennlinie und nicht auf die Lastanforderung der w itterungsgeführten Regelung



Vorlaufregelung mit lastabhängiger Sollwertnachführu ng der Pumpe

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Auslegungspunktohne Fremdwärme

Förderhöhe H [%]

Volumenstrom Q [%]Systemsteuerkennlinie

Fremdwärmeeinf luss

Fremdwärmeeinf luss




Witterungsgeführte RegelungWitterungsgeführte RegelungDie Hydraulische Schaltung über das 3W Ventil w ird durch eine hydraulische Ersatzschaltung mit 2W Ventilen in ein mengenvariablen Kreis verw andelt.Regelt die benötigte thermische Leistung am Verbraucher über Vorlauftemperatur und Masse.( Q = m*c*dT)

Unterlagerter Regelkreis, Unterlagerter Regelkreis, ZonenventileZonenventileReduzierte Volumenströme durch Wirkung der Thermostatventile bei inneren Lasten.

PumpenregelungPumpenregelungReagiert w eiter auf Veränderungender Anlagenkennlinie und w ird im Sollw ert über 0-10V auf die benötigte Förderhöhe eingestellt. Q~H²

Messv entil

Q2 = variabel

Q = Q1 + Q2 = variabelVorlauf temperatur

Regler

Außentemperatur

Leistungssignal

Pumpe

Unterverteiler 1

SRV THV THVRadiator Radiator

Unterverteiler 2

SRV THV THVRadiator Radiator

Absperrv entilAbsperrv entil

Vorlauf p1

Kessel 1 Kessel 2

Kessel-Vorlauf

Kessel-Rücklauf Hy

drau

lisch

e W

eich

e

Rücklauf p2

M

Systrobox

Q1 = variabel

M







10 20 30 40 50 60 70 80 90

Vorlauf-Temperatur [°C]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Vol

ume

nstro

m [

% ]

3-Wege-Ventil20%10% 30% 40% 50% 60%70% 80%90%100%Thermische Leistung

Steigungsänderungder Heizkennlinie

Parallelverschiebungder Heizkennlinie

Heizkörperdiagramm und Volumenströme




Leistungsabgabe im Heizkörperdiagramm

trad

ition

ell




1x Regelventil mitSteuerung Systrobox

1x Regelventil fürBeimischleitung

1x Meßventil

Meßcomputer nicht im Lieferumfang wird bei der Init ialisierung beigestellt

BOA-Systronic

DN 20 bis DN 200

0,5m³/h bis 185m³/h







Ø = 672 W

Ø = 165 W

3-Wege-Schaltung BOA-Systronic

Messwerte DeTe Imobilien Heidelberg




Anlagenkennwerte:

- Heizlast 100kWth

- Förderhöhe 5m

-Fördermenge 4,3m³/h (20K)

-Hocheffizienzpumpe 25-80

Teillast:

-Außentemperatur 3,2°C

- 30kW inneren Lasten.

Ergebnis:

- Einsparung 707kWh pro Jahr gegenüber herkömmlichem System mit einer Hocheffizienzpumpe 25-80



- BeispieleMessungen und Analysen


Beispiele 1

Kühlkreislauf Freiburg – Analyse 2014Kühlkreislauf

250m³/h; 85m aufgeteilt auf 4Pumpen+1Redundant

Anschlußleistung pro Pumpe 37kW

Kaskadenschaltung


Beispiele 1

Kühlkreislauf Freiburg– Analyse 2014Kühlkreislauf

Durch die vorhandene Leittechnik konnte ein Jahresgang von Volumenstrom und Druck ausgewertet werden.


Beispiele 1

Kühlkreislauf Freiburg – Analyse 2014Kühlkreislauf

Die maßgebenden Lastpunkte wurden in die Pumpenkennlinie übertragen. Nachrüstung von FU und Synchronreluktanzmotor wurde betrachtet.


Beispiele 1

Kühlkreislauf FreiburgKühlkreislauf

Kennwerte übersichtlich undnachvollziehbar darstellen.


Beispiele 2

Kühlkreislauf, Kinzigtal. Kühlkreislauf

400m³/h; 60m aufgeteilt auf 4Pumpen+1Redundant

Anschlußleistung pro Pumpe 22kW

Kaskadenschaltung


Beispiele 2

Kühlkreislauf, Kinzigtal. Kühlkreislauf

Messung erfolgte über 3Wochen mit Ultraschal


Kühlkreislauf

Pumpengröße, Regelbereich und Pumpenmanagment wurde angepasst.

Beispiele 2

Kühlkreislauf, Kinzigtal.


Kühlkreislauf

Sicherung der Verfügbarkeit, Verminderung des Energieaufwands

Beispiele 2

Kühlkreislauf, Kinzigtal.



- Energiesparende Armaturen


Energiespararmaturen Regulieren und Absperren.

Warum Einregulieren ?

- Bedarfsgerechte Wärmeverteilung

- Nur notwendiger Volumenstrom

wird umgewälzt

- Reduzierung der Pumpenenergie

- Reduktion der Strömungsgeräusche



Wieso genau Einregulieren ?

20% mehr Volumenstro

m

n2/n1 = 1,2

Mehr el.Leistung notwendig ! 3

1

212

⋅=

n

nPP

Mehr Förderhöhe notwendig !

H 2 = H1 ⋅n2

n1

2



Messgenauigkeit von Regulierventilen – Quelle: UNI K aiserslautern -

111

BOA-Control und BOA-Control IMS

Weichdichtende Flanschen-Strangregulier- Mess- und Absperrventile

BOA-Control IMS

Mit fest integrierter Ultraschallsensorik bis DN350

BOA-Control

Vorbereitet für mobile Ultraschallsensorik bis DN200

Grundlagen Pumpen Energieeffizienz I Dipl.Ing.(FH) Urban Benz I 05.02.2015 I

112

BOA-CVE Control IMS

BOA-Control IMS mit elektrischen Antrieben

Bis DN 200 verfügbar*

Dynamische Strangregulierung in Verbindung mit MS 420

Eigener Regelkreis mittels MS 420 und Prozeßregler im Antrieb realisierbar (keine übergeordnete Regelung notwendig)

* Eine nachträgliche Automatisier ung bestehender Ventile ist nicht möglich

Grundlagen Pumpen Energieeffizienz I Dipl.Ing.(FH) Urban Benz I 05.02.2015 I



Absperrklappen von KSB


Armaturen

Rückschlagklappe Serie 2000Verlustbeiwerte ( Zeta-Werte ) im Vergleich zu herkömmlichen Rückschlagarmaturen

Serie 2000 Rückschlagklappe PN16

BOA-RVK Rückschlagventil


Einsparpotentiale

System – Modul - Komponenten

Optimierung von Einzel-w irkungsgraden

Design/Oberfläche

Motoren

Reserven bei der Auslegung

Pumpe im Optimum

Rohrleitung/Armaturen

Konstruktion der Pumpe

Regelstrategie

Hydraulischer Abgleich

M3~

3~3~

M3~

3~3~

MBis zu60%

ca.4 %

Bis zu20%

System

Modul

Komponenten


Dipl.Ing.(FH)

Urban [email protected]+49 172 627 4184

Unsere Technik. Ihr Erfolg

Technik, die Zeichen setzt

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