Verbesserte Pumpenregelung in Kühltürmen spart bis zu 70 Prozent Energie

Grundfos steigert die Systemeffizienz mit intelligenter TemperaturregelungFOTO: In konventionellen Kühltürmen mit überdimensionierten Pumpen und schwankenden Systemlasten kann der Ansatz iSOLUTIONS von Grundfos bis zu 70 Prozent der Energiekosten sparen, erklärt Anwendungsspezialist Michael Laustsen von Grundfos.
Intelligente Temperaturregelung

Industrielle Kühlanlagen verwenden einige der größten Pumpen in Konstantbetrieb, doch mangelndes Verantwortungsbewusstsein rund um ihren Aufbau führt zu geringerer Effizienz und höheren Energiekosten, sagt Michael Laustsen, Anwendungsspezialist bei Grundfos.

„Eine Betreibergesellschaft kauft oft einen Kältekompressor bei dem einem Lieferanten, den Kühlturm bei einem anderen, dann die Pumpen bei uns und sucht sich danach einen lokaler Anlagenbauer, der alles zusammensetzt“, erzählt Michael Laustsen. „Wenn dieser Anlagenbauer dann nicht weiß, wie die Einzelkomponenten miteinander verbinden lassen und sie daher falsch programmiert, sind Energieverschwendung und Kosten riesig“, erklärt er.

„Der Fokus liegt für einen Industriebetrieb meist darauf, den Herstellungsprozess der Produkte zu optimieren. Keiner übernimmt wirklich die Verantwortung dafür, sicherzustellen, dass die Kühlanlage effizient läuft.“

Grundfos kann Unternehmen dabei helfen, solch teure Ineffizienz zu vermeiden – mit Einsparungen bis zu 70 Prozent in allgemeinen Szenarien mit schwankenden Systemlasten.

„Wir sind schon seit Jahrzehnten im Geschäft“, erzählt Michael Laustsen. „Wir haben profunde Kenntnisse über Kühlanlagen und Elektronik und können dieses Problem lösen. Wir kennen die Lieferanten von Kühltürmen und Kältekompressoren und wissen, wie die Komponenten zusammenarbeiten. Wir verfügen außerdem über die Regelungssysteme, also können wir wirklich etwas verändern.“


„Industrielle Kälteanwendungen haben selten eine konstante Last. Sobald man die Last verringert, ist die direkte Temperaturregelungslösung bei weitem die vorteilhafteste.“

Michael Laustsen, Anwendungsspezialist bei Grundfos

ABBILDUNG 1: Regulierventil mit Pumpe, die konstant bei voller Drehzahl läuft

Wählen einer Regelungsstrategie

Wenn wir einen standardmäßigen Wärmetauscher als Beispiel nehmen, gibt es drei wesentliche Möglichkeiten, um die Temperatur zu regeln (Abbildungen 1 bis 3, in aufsteigender Reihenfolge nach der erreichten Gesamteffizienz).

Jede Lösung verfolgt denselben Zweck: eine konstante Temperatur aus dem Wärmetauscher aufrechtzuerhalten. Welche letztendlich gewählt wird, kann erhebliche Auswirkungen auf die Gesamtsystemeffizienz und somit auf die Betriebskosten haben.

Die zweite Möglichkeit (Abbildung 2) reguliert die Temperatur ebenfalls mit einem Ventil. Doch sie beinhaltet einen Frequenzumrichter, um einen konstanten Differenzdruck aufrechtzuerhalten.

ABBILDUNG 2: Konstanter Differenzdruck mit einer drehzahlgeregelten Pumpe

„Diese Lösung hat den Vorteil, überschüssigen Druck im System zu vermeiden und im Vergleich zum ersten Aufbau Energie zu sparen“, erklärt Michael Laustsen. „Doch das Problem von Druckverlusten durch das Ventil besteht weiterhin und die Investitionskosten steigen, da sowohl ein Regulierventil als auch ein Frequenzumrichter vonnöten sind. Außerdem wird das System komplexer, da Sie hier zwei Regulierungen haben, um auf einen Betriebspunkt zu kommen.“

Kein Ventil erforderlich
Der dritte Aufbau verfolgt einen direkteren Ansatz. Es ist kein Regulierventil erforderlich, da ein Sensor die Temperatur an der wichtigsten Stelle misst – im Wärmetauscherrohr – und das Signal direkt an die Pumpe sendet, die über einen Frequenzumrichter verfügt. Die Pumpendrehzahl ändert sich abhängig davon, welcher Durchfluss benötigt wird, um die richtige Temperatur zu erhalten.

ABBILDUNG 3: Temperaturgeregelt. Das Temperatursignal wird direkt an die drehzahlgeregelte Pumpe weitergeleitet.

„Es gibt keine zusätzlichen Schaltschränke    , elektronischen Umrichter oder Regulierventile zwischen dem kritischen Punkt, an dem die Temperatur gemessen wird, und der Komponente, die Ihnen ausgibt, was Sie benötigen“, erklärt Michael Laustsen. „Deshalb gibt es z. B. keine Druckverluste über das Ventil. Die Pumpe hält eine hohe Effizienz aufrecht, unabhängig von Lastschwankungen, und verbraucht weniger Energie.

„Es ist außerdem möglich, Temperaturdaten zu überwachen und zu speichern, was besonders nützlich für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie und auch für pharmazeutische Unternehmen ist, in denen alles dokumentiert werden muss“, fügt er hinzu.

„Der einzige Nachteil dieses Ansatzes ist, dass er nicht in allen Anwendungen verwendet werden kann – z. B. wenn Sie mehr als einen Kühlkreislauf nach der Pumpe haben. Dann versteht das System nicht, welche Pumpe es regulieren soll. Also müssen Sie in dem Fall Aufbau Nr. 2 mit konstantem Differenzdruck wählen.“


„Keiner übernimmt wirklich die Verantwortung, sicherzustellen, dass die Kühlanlage einer Industrieanlage effizient läuft.“

Michael Laustsen, Anwendungsspezialist bei Grundfos.

ABBILDUNG 4: Bei Anlagen, in denen der Betriebspunkt konstant ist, funktionieren alle drei Strategien gleich gut. Doch wenn die Last verringert wird, bietet die direkte Temperaturregelung optimale Effizienz und Energieeinsparungen.

Die Effizienz steigern und Energie sparen
Bei kleinen und/oder selten verwendeten Pumpen spielt Systemeffizienz keine so große Rolle. Doch Kühlpumpen zählen gewöhnlich zu den meist betriebenen Pumpen in einer Fabrik, die rund um die Uhr laufen. Das bedeutet, dass Kälteanwendungen erheblich von der Regelungsstrategie, der Systemeffizienz und dem Lastprofil beeinflusst werden.

„Wenn Sie eine Anlage haben, in der die ganze Zeit der gleiche Betriebspunkt erforderlich ist und die Pumpe die richtige Größe hat, führen die drei Regelungsstrategien nicht zu unterschiedlichen Ergebnissen“, erklärt Michael Laustsen. „Doch industrielle Kälteanwendungen haben selten eine konstante Last. Sobald man die Last verringert, ist die Lösung der direkten Temperaturregelung bei weitem die vorteilhafteste.“ (Siehe Abbildung 4.)

Quelle: Grundfos

 

Der Einfluss von Lastprofilen auf den Energieverbrauch
Deshalb ist es von entscheidender Bedeutung, bei der Auswahl einer Kühlanlage, das Lastprofil zu berücksichtigen. Die drei Beispiele von Lastprofilen in Abbildung 5 zeigen beim Aufbau mit konstantem Differenzdruck erhebliche Einsparungen verglichen mit dem Regulierventilsystem. Trotzdem ist die direkte Temperaturregelung die bei weitem energieeffizienteste Option.

ABBILDUNG 5: Drei Lastprofil-Beispiele – A, B und C – und die prozentualen Energieeinsparungen bei der Anwendung von Konstantdifferenzdruck oder Temperaturregelungsoptionen. Lastprofil A hat eine Durchflussanfrage von der Anlage erhalten, sodass die Pumpe den Durchfluss von der gesamten Pumpenkennlinie liefert. Bei Lastprofil B handelt es sich um einen konstanten Prozess, bei dem die meiste Zeit der gleiche Durchflussbedarf besteht. Daher kann die Pumpe so dimensioniert werden, dass sie die meiste Zeit an ihrem besten Effizienzpunkt läuft. Lastprofil C ist „vielleicht die Situation, die wir am häufigsten in Anwendungen sehen“, sagt Michael Laustsen. „Die Pumpe ist einfach überdimensioniert und arbeitet bei einem viel geringeren Durchfluss, als sie eigentlich sollte. Das führt während der meisten Betriebszeit zu einer niedrigen Effizienz des Motors und der Pumpe.“ Quelle: Grundfos

„Die meisten Kühlpumpen sind überdimensioniert und Lastprofil C sehen wir am häufigsten“, sagt Michael Lauststen. „Und für dieses Lastprofil bietet die Lösung der Temperaturregelung einen riesigen Vorteil.“ Tatsächlich erreicht die Temperaturregelungseinstellung in diesem Szenario Energieeinsparungen von 72 Prozent, wie Abbildung 5 zeigt.

Die intelligente Lösung
Die fünf Faktoren, die die Betriebskosten einer industriellen Kälteanwendung beeinflussen, können wie folgt zusammengefasst werden:

• Pumpen- und Motoreffizienz
• Regelungsart
• Systemauslegung
• Lastprofil
• Verluste in der Anlage

Hier kommen die intelligenten Lösungen iSOLUTIONS von Grundfos ins Spiel. Dieser Ansatz geht über die Pumpe hinaus, um so das gesamte Pumpensystem zu optimieren. Grundfos arbeitet darauf hin, die Bedürfnisse der Kunden zu erkennen und ihnen zu helfen, Situationen zu vermeiden, die sie langfristig viel kosten würden. Hilfreich ist z. B., die intelligenteste und effizienteste Pumpenregelung in einer industriellen Kälteanwendung einzubauen.

„Wir schulen unser Verkaufspersonal, um ihm die Vor- und Nachteile von verschiedenen Lösungen für eine bestimmte Anwendung zu erklären“, erzählt Michael Laustsen. „Manche Kunden sagen vielleicht ‚Ist mir egal – ich bezahle nicht zusätzlich für einen Frequenzumrichter‘. Doch wir versuchen immer, die Kosten und Vorteile jeder Option klar darzulegen. Wenn Sie eine neue Anlage bauen, ist es das Beste für Sie, so früh wie möglich mit uns zu sprechen.“

BILD: Fabriken konzentrieren sich meist darauf, die Herstellungsprozesse der Produkte zu optimieren, stellt Michael Laustsen fest. „Keiner übernimmt wirklich die Verantwortung, sicherzustellen, dass die Kühlanlage effizient läuft.“

Über die Temperaturregelung von Grundfos

Klicken Sie hier, um weitere Informationen darüber zu erhalten, wie Grundfos Unternehmen dabei hilft, Temperaturregelungssysteme für eine maximale Effizienz und einen minimalen Energieverbrauch zu optimieren.

Text von Justyn Barnes





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