Mei 2010

Energie besparen met snelheidgeregelde pompen

In installatietechnische toepassingen worden vaak pompen toegepast met continu-variabele snelheidsregelingen voor vraaggestuurd bedrijf. Dergelijke pompen werden vroeger bediend door externe frequentie-omvormers en bijbehorende regelapparatuur. Tegenwoordig staan pompen met ‘integrale motoren’ volop in de belangstelling. Dit type aandrijving is in feite een gestandaardiseerde elektromotor met geïntegreerde, continu-variabele snelheidsregeling en regelfunctie. Integrale motoraggregaten worden steeds vaker toegepast in verwarmings- en koelsystemen.

Pompen met integrale motoren richten zich niet alleen op een optimale afstemming van de vraag, maar ook op energiebesparing. Uitgaand van een gemiddelde levensduur van een pomp van tien jaar of meer, vormen de energiekosten – met een aandeel van negentig procent – het merendeel van de kosten over de gehele levensduur. De aanschafkosten daarentegen vormen met drie tot zeven procent slechts een gering deel. De inbouw van een snelheidsregeling is daarom de beste methode de bedrijfskosten van een pomp te verlagen.

Energiebesparing

Elektrische aandrijfsystemen nemen ongeveer tweederde deel van de industriële energiebehoefte voor hun rekening. De helft van de totale hoeveelheid energie die door industriële elektromotoren wordt gebruikt, wordt besteed aan de aandrijving van pompen. In de meeste gevallen moeten door de pompen voorgeschreven debieten of drukken worden bereikt. Ontwerp van conventionele aandrijvingen laat alleen bedrijf bij constante snelheid toe. Bij conventionele regelsystemen realiseren smoorkleppen of omloopsystemen de verlaging van het debiet als het proces daarom vraagt. Figuur 1 laat de energieverliezen zien van een pompsysteem in zuigbedrijf met smoorregeling. De systeemverliezen bestaan uit pomp-, smoor- en leidingverliezen. Het is duidelijk te zien dat de verliezen die door smoren worden veroorzaakt, het grootste ‘verspilde’ deel vormen.

Figuur 2 laat een Q-H-diagram zien van een pompsysteem met motor met variabele snelheid. De regeling van de motorsnelheid, die de opbrengst van de pomp afstemt op de actuele behoeften, maakt een smoorvoorziening overbodig. De totale verliezen bestaan alleen uit pomp- en leidingverliezen. Een pompsysteem dat gebruikmaakt van snelheidsregeling werkt daarom met een veel hoger totaalrendement.

Terugverdientijd

Wanneer bijvoorbeeld de levensduurkosten van een 3 kW-inlinepomp in ogenschouw worden genomen, bedragen de aanschafkosten ongeveer 950 euro. De energiekosten over tien jaar komen uit op circa 14.000 euro. De besparingsmogelijkheden van toerenregeling komen daarmee duidelijk naar voren. Afhankelijk van het lastprofiel kan jaarlijks gemiddeld 300 euro per kW geïnstalleerd aandrijfvermogen worden bespaard aan energiekosten. De terugverdientijd van de hogere aanschafkosten komt daarmee op ongeveer 2,6 jaar. In Duitsland is berekend dat wanneer slechts dertig procent van de pompen in de Duitse industrie zou worden voorzien van een snelheidsregeling, de bespaarde energie in totaal 16 TWh/a bedraagt. Op basis van de huidige stroomprijzen komt dit overeen met 1,2 miljard euro.

Behalve energiebesparing biedt snelheidsregeling ook andere voordelen, zoals een reductie van hydraulisch geluid, vermijding van onnodige slijtage van mechanische onderdelen – het systeem werkt immers slechts sporadisch op vol vermogen – en minimalisering van de netbelasting dankzij het soepele aanlopen van de pomp.

De integrale pompaandrijving

De integraal geregelde motor zorgt voor een automatische regeling van de druk, het debiet en de temperatuur, evenals het vloeistofniveau van de toevoersystemen in industrie en bij gebouwbeheer. De integrale aandrijving heeft geen extra onderdelen nodig, behalve sensoren, en voldoet aan alle eisen van geregeld vloeistoftransport.

Het integrale aandrijfsysteem is speciaal ontworpen voor pomptoepassingen en houdt rekening met speciale, pompspecifieke functies. Het systeem heeft geen extra externe regelapparatuur nodig. Afhankelijk van de toepassing zijn alleen sensoren vereist. De pompaggregaat heeft bovendien uitgebreide zelfbeveiligen- de functies – van droogloopbescherming tot motorbeveiliging – waardoor de noodzaak van aanvullende beveiligingsensoren vervalt. De instelling van de meest gangbare parameters kan snel en direct op de aandrijving worden uitgevoerd. Zowel bij bedrijf met open als met gesloten kringloop zijn de volgende functies inbegrepen:

- compensatie dynamische druk;
- geheugenfunctie;
- uitschakelen bij minimum doorstroming;
- droogloopbeveiliging;
- softstartfunctie;
- realtime klokfunctie.

Leidingverliezen

Compensatie van de dynamische druk door sensoren vlakbij de pomp voorkomt leidingverliezen. Hierdoor blijft de druk in de installatie constant. De geheugenfunctie legt de vermogenskromme van de pomp vast. Deze informatie is nodig voor de activering van de functies ‘uitschakeling bij minimumdoorstroming’ en ‘droogloopbeveiliging’. Uitschakeling bij minimumdoorstroming (de energiebesparingsfunctie) zorgt ervoor dat de pomp in geregelde toestand wordt uitgeschakeld, zodra het debiet onder een ingestelde minimumwaarde daalt.

Dat voorkomt onnodige slijtage aan de pomp. Wanneer de vraag weer toeneemt, start de pomp automatisch weer op. Als de vermogen- en/of toerentalverhouding daalt onder een ingestelde waarde, stopt de motor (droogloopbeveiliging), waardoor de mechanische af- dichting wordt beschermd. Tegelijkertijd wordt op de display een storing aangegeven.

Tijdafhankelijke functies

De interne realtime klok van de aandrijving maakt het mogelijk tijdafhankelijke functies te selecteren. Hierbij kan worden gedacht aan tijd- en dagafhankelijke programmering, omschakeling van de pomp en dag- nachtbedrijf. De integrale pompmotor kan worden toegepast als geregelde en niet-geregelde aandrijving, evenals in een master-slaveconfiguratie. Deze laatste maakt het mogelijk zes motoren (zie figuur 3) parallel te laten werken. Wanneer de masteraandrijving uit- valt, kan elk van de resterende motoren de masterfunctie overnemen. Een intern bussysteem zorgt daarbij voor gegevensuitwisseling. Aanvullende externe regelapparatuur is voor deze toepassing niet nodig.

INTEGRATIE IN EEN DIGITAAL GEBOUWBEHEERSYSTEEM
Tegenwoordig geldt de integratie van geregelde pompen in een digitaal GBS via een seriële bus als state-of-the-arttechniek. Vroeger, toen uniforme standaarden nog niet beschikbaar waren, zorgden interfaces voor de koppeling van de verschillende bedrijfsspecifieke communicatieprotocollen. Binnen de Duitse machinebouwvereniging (VDMA) heeft een groep producenten van circulatiepompen overeenstemming bereikt over een algemene gegevensstructuur voor ‘intelligente’ pompen (‘Einheitsblatt 24222’). De werkgroep ondersteunt het bussysteem LON-Talk als standaard. Op basis van VDMA-specificaties werd het ‘LonMark functionele profiel’ voor pompen voorbereid. Hierbij werd samengewerkt met andere bedrijven op het gebied van technische gebouwapparatuur, die dit bussysteem ook ondersteunen. Het ‘LonMark functionele profiel’ beschrijft hoe pompen kunnen worden geïntegreerd in het LON-Talk bussysteem en welke gegevens kunnen worden overgedragen. Dit garandeert dat de pompen snel en tegen minimale kosten kunnen worden geïntegreerd in het GBS. ’