Einsparpotenziale bei Kreiselpumpen

Während große, leistungsstarke Pumpen in der Regel mit Blick auf die Lebenszykluskosten ausgelegt und gekauft werden, zählen bei einer großen Anzahl der kleinen Pumpen lediglich die Investitionskosten. Die Europäische Gesetzgebung fokussiert sich beim Thema Energieeffizienz vor allem auf den Einsatz von Sparmotoren.

Grundsätzlich gibt es vier verschiedene technische Möglichkeiten, mit denen man den Energiebedarf von Pumpensystemen mindern kann: das beginnt mit der richtigen Pumpenauswahl aufgrund eines Auslegungsprogramms und reicht über die Anpassungen der Laufraddurchmesser an den Betriebspunkt und der Pumpendrehzahl an schwankende Fördermengenbedarf bis hin zur Verwendung von Sparmotoren.

Um einen häufig auftretenden Fehler – das Überdimensionieren – zu vermeiden, beginnt das hydraulische Optimieren einer geplanten Anlage mit der richtigen Auslegung einer Pumpe. Eine große Bedeutung kommt hierbei dem Programm zu, bei KSB heißt es Easy Select. Damit erhält der Anwender Zugriff auf das Experten Know-how des Herstellers und kann damit Pumpen unter kaufmännischen und technischen Kriterien auswählen. Spezielle EDV-Tools aus der Praxis helfen ihm, auch Details zu beachten. So kann der Planer beispielsweise mit einem Baustein sein Rohrleitungsnetzwerk kalkulieren. Kriterien wie Preis und Wirkungsgrad werden genauso berücksichtigt sowie die Energiekosten. Der zweite Ansatz betrifft den Durchmesser des Laufrades. Eine Pumpe mit einem auf den Betriebspunkt angepassten Laufrad kann im Gegensatz zu einer Pumpe, die aus kommerziellen oder fertigungstechnischen Gründen mit festgelegtem abgestuften Laufraddurchmesser eingesetzt wird, eine durchschnittliche Energieersparnis von bis zu zehn Prozent erreichen, da die Pumpenleistung dem Bedarf der Anlage angepasst ist.

Wie sieht eine ideale Anpassung aus ?

Eine Kreiselpumpe arbeitet im optimalen Bereich, wenn die Anlagenkennlinie die Pumpenkennlinie schneidet und die Pumpe dabei ihren besten Wirkungsgrad erreicht. Dabei verbraucht das Aggregat im Idealfall nur so viel Energie, wie tatsächlich benötigt wird. Ein wirtschaftlicher und damit Energie optimierter Betrieb ist jedoch nur innerhalb bestimmter Grenzen gegeben. An diesem orientiert sich die Auswahl der Pumpe.Unter tatsächlichen Betriebsbedingungen, besonders bei ständig schwankendem Bedarf, erreicht eine Pumpe den optimalen Betriebspunkt allerdings selten. Das kann bedeuten, dass die Pumpe mit voller Leistung „fährt“, obwohl nur ein Teil des Volumenstroms benötigt wird.

Ohne eine bedarfsabhängige Leistungsanpassung bedeutet dies einen unnötig hohen Verbrauch an Antriebsenergie und damit auch höhere Betriebskosten. Bewährt hat sich hier das Regeln der Drehzahl, das im Vergleich zur heute noch üblichen Drosselregelungen mit Armaturen, den Energieverbrauch um bis zu 60 Prozent senkt. Mit der Drehzahl kann die Förderhöhe der Pumpe an den Bedarf der Anlage genau angepasst werden. Die Industrie bietet daher eine Vielzahl von technischen Möglichkeiten, um so den Energieverbrauch zu beeinflussen. Toleranzen und Sicherheitszuschläge bei der Dimensionierung der Pumpe können somit entfallen.

Moderne Standardumrichter sind universell einsetzbare Geräte mit diversen Einstellmöglichkeiten. Sie sind sowohl für den Einsatz an einem Förderband, in einer Steinmühle oder in anderen Anwendungen nutzbar, bei denen Drehstrommotoren als Antrieb genutzt werden. Um solche Geräte auf die Eigenschaften einer Pumpe abzustimmen, bedarf es fundierter Kenntnisse über das hydraulische Verhalten von Kreiselpumpen. Pumpenhersteller bieten deshalb spezifische Lösungen mit fertig montierten und betriebsbereiten Drehzahlregelungen an. Hier sind die Parameter und die Begrifflichkeiten im Einstellungsmenü auf Pumpenanwendungen abgestimmt. Die Inbetriebnahme beschränkt sich auf die Eingabe weniger, anwendungsspezifischer Parameter, wie der Eingabe der Mindestmenge. Zusätzliche Funktionen ermöglichen einen sparsamen Betrieb und verringern Verschleiß und Ausfallzeiten von Pumpe und Anlage.

Intelligente Druckregelung sorgt für Energieeinsparung

So besitzt zum Beispiel das KSB-System Pump Drive eine Funktion, bei der eine Druckregelung mit förderstromabhängiger Sollwertnachführung für zusätzliche Energieeinsparung bei Teillast sorgt. Dieses motormontierte System, bei dem der Frequenzumrichter an jeden beliebigen Elektromotor angebaut werden kann, bietet gegenüber einem fertigen Integralmotor den Vorteil der Nachrüstbarkeit vorhandener Anlagen. Dabei spielen weder der Hersteller des Motors noch seine Effizienzklasse eine Rolle. Dank seiner Schnittstellen lässt sich dieses Gerät in ein Anlagenleitsystem integrieren. Über Busleitungen können außerdem bis zu sechs Pump Drive-Aggregate nach dem Master-Slave-Prinzip ohne zusätzliche Hardware parallel arbeiten. Als Leitmaschine dient eine Pumpe, die den anderen Pumpen den notwendigen Arbeitspunkt vorgibt, den sie zum Erreichen des gemeinsamen Sollwertes benötigen. Die Führungsrolle ist nicht fest einer Pumpe zugeordnet, so dass bei einem Spannungsausfall des Masters eine Slave-Pumpe die Führung übernimmt.

Wann ist der Einsatz von Sparmotoren sinnvoll ?

Der Einsatz von Sparmotoren wird von der Europäischen Union stark forciert und hat in den letzten Jahren zugenommen. Durch einen höheren Kupfer- und Eisenanteil wird ein geringerer magnetischer Widerstand und dadurch eine größere Effizienz erzeugt. Die Herstellungskosten für einen solchen Motor sind aber wegen des höheren Rohstoffanteils deutlich höher als bei konventionellen Antrieben. Durch die Verwendung eines EFF1-Motors lässt sich der Energieverbrauch im Durchschnitt um 3,5 Prozent auf den Gesamtwirkungsgrad verbessern.

Der Einsatz von Sparmotoren macht aber nur dann wirklich Sinn, wenn man die anderen Sparpotenziale ausgeschöpft hat. Einer Pumpe, die weit ab von ihrem Betriebsoptimum fördert, verhilft auch kein Sparmotor zu einer vernünftigen Energiebilanz. Um den größtmöglichen Einsparungseffekt zu erzeugen, muss man deshalb alle Energieeinsparpotenziale nutzen. So könnte die deutsche Industrie nach einer Studie der Deutschen Energieagentur (dena) allein mit effizienten Pumpensystemen ihren Energiebedarf um rund 15 Milliarden Kilowattstunden pro Jahr verringern.

Bernhard Wittmer/KSB , Dr. Peter Stipp