Bei Heiz- oder Kühlwassersystemen, die Klimaanlagen versorgen, tritt die Anforderung für maximales Heizen oder Kühlen nur beim Start oder an seltenen Spitzenauslegungstagen auf. Für die meiste Zeit reicht eine reduzierte Heiz- oder Kühlleistung aus. Während dieser Zeiträume besteht die Möglichkeit, weniger Wasser zu pumpen, wodurch der jährliche Energieverbrauch der Pumpe reduziert wird.
Pumpenenergie kann eingespart werden, da zwischen Pumpendrehzahl, Druck, Fördermenge und Leistung ein sinnvoller Zusammenhang besteht. Für jede Pumpe, die gegen einen festen Widerstand pumpt, können die Folgen einer Änderung der Pumpendrehzahl (von N1 auf N2) aus den Ähnlichkeitsgesetzen der Pumpe vorhergesagt werden:
wobei N die Pumpendrehzahl (U/s), Q die Durchflussrate (m3 /s), Δp der Differenzdruck über der Pumpe (Pa) und P die Pumpenleistung (W) ist. Mit anderen Worten, wenn die Pumpendrehzahl auf 25 % ihres vorherigen Werts reduziert wird, gilt Folgendes:
- Der Durchfluss (Q) wird ebenfalls auf 25 % des vorherigen Werts reduziert
- Der erzeugte Pumpendruck (Δp) wird auf 6,25 % (dh ein Sechzehntel des vorherigen Werts) reduziert.
- Der Stromverbrauch der Pumpe (P) wird auf 1,6 % reduziert (dh ein Vierundsechzigstel des vorherigen Werts).
Die gleiche Konsequenz zeigt sich, wenn man diese Zusammenhänge auf die Standardgleichung zur Bestimmung der Pumpleistung anwendet:
wobei η der Gesamtpumpenwirkungsgrad (%) ist.
Es ist ersichtlich, dass, wenn die Pumpengeschwindigkeit auf 25 % reduziert wird, was bewirkt, dass der Durchfluss auf 25 % und der Pumpendruck auf 6,25 % reduziert werden, dann, wie durch die Pumpenähnlichkeitsgesetze vorhergesagt, die Pumpenleistung auf 1,6 % (d. h 0,25 mal 6,25).
Diese Beziehung gilt, vorausgesetzt, die Pumpe pumpt gegen einen festen Widerstand, weil für diese Situation der Pumpenwirkungsgrad normalerweise ziemlich konstant bleibt, unabhängig von Änderungen der Pumpendrehzahl. Wenn das Rohrleitungssystem eine gleichmäßige Heiz- oder Kühllast bedient, sollte es daher möglich sein, den Systemwiderstand konstant zu halten und die Pumpendrehzahl je nach Bedarf hoch und runter zu regulieren, wodurch die gesamte Energieeinsparung von 98,4 % erreicht wird, die bei 25 % prognostiziert wird. Fluss.
Die meisten Systeme bedienen jedoch mehrere Zonen mit variablen Lasten, die jeweils eine individuelle Steuerung der Terminaleinheiten erfordern. Diese Steuerung erfolgt in der Regel durch 2-Wege-Steuerventile, die den Durchfluss je nach Bedarf modulieren, um sich an die Zone anzupassen. In einem System mit 2-Wege-Steuerventilen ist der Gesamtsystemwiderstand nicht festgelegt, sondern nimmt zu und ab, wenn sich die Ventile öffnen und schließen.
In dieser Situation hängen die tatsächlich erreichbaren Pumpenenergieeinsparungen davon ab, wie die Pumpendrehzahl geregelt wird. Der einfachste Weg, die Pumpendrehzahl zu steuern, besteht darin, sie auf ein Differenzdrucksignal zwischen zwei Punkten irgendwo im System reagieren zu lassen. Die besten Energiesparoptionen sind:
- Variieren Sie die Pumpendrehzahl basierend auf dem Pumpendifferenzdruck und unter Verwendung einer vom Pumpenhersteller angegebenen integralen Drehzahlregelkennlinie.
- Variieren Sie die Pumpendrehzahl, um den Druck an den Systemenden konstant zu halten (unter Verwendung von entfernten Differenzdrucksensoren).
Die Folgen jeder Option in Bezug auf die Pumpen- und Systemwiderstandseigenschaften sind in den Abbildungen 1a und 1b dargestellt. Für jedes Beispiel wurde eine minimale Systemdurchflussrate von 25 % angenommen.
Aus Fig. 1a ist ersichtlich, dass integrierte Pumpenregler in der Lage sind, ihre eigenen Drehzahlregelungscharakteristiken zu erzeugen, die bestimmen, wie die Pumpe auf Änderungen des Systemwiderstands reagiert. Aus Fig. 1a ist ersichtlich, dass integrierte Pumpenregler in der Lage sind, ihre eigenen Drehzahlregelungscharakteristiken zu erzeugen, die bestimmen, wie die Pumpe auf Änderungen des Systemwiderstands reagiert. Der Pumpenarbeitspunkt wird immer irgendwo auf dieser Kennlinie liegen. Abbildung 1a zeigt eine geradlinige Steuerkennlinie, aber Pumpenhersteller können auch gekrümmte Kennlinien liefern, die bei gleichen Betriebsbedingungen größere Verringerungen der Pumpendrehzahl ergeben.
Auf diese Weise gesteuerte Pumpen haben den Vorteil, dass sie auf entfernte Differenzdrucksensoren verzichten können. Bei allen integrierten Reglern wird jedoch davon ausgegangen, dass das System ein ziemlich gleichmäßiges und vorhersagbares Lastmuster aufweist und dass alle 2-Wege-Ventile ungefähr gleichzeitig öffnen und schließen. Wenn das Belastungsmuster nicht gleichmäßig ist, dh einige Kreisläufe wahrscheinlich vollständig geöffnet bleiben, während die meisten schließen, besteht die Gefahr, dass die vollständig geöffneten Kreisläufe mit abnehmender Pumpendrehzahl nicht mehr durchfließen.
Die Verwendung von entfernten Differenzdrucksensoren an Systemenden ist eine präzisere Möglichkeit, die Pumpengeschwindigkeit zu steuern. Die Pumpendrehzahl wird so gesteuert, dass an jedem Ende immer der minimale Auslegungsdruck verfügbar ist. Daher könnte, wie in Fig. 1b gezeigt, der Betriebspunkt der Teillastpumpe irgendwo innerhalb eines Bereichs von Werten zwischen maximalen und minimalen Lastbedingungen liegen. Es sind mehrere Sensoren erforderlich, da in einem System mit variablem Durchfluss, in dem 2-Wege-Ventile in zufälliger Reihenfolge schließen können, der Systemindex möglicherweise nicht an einer Stelle verbleibt, sondern sich zu verschiedenen Teilen des Systems bewegen kann.
Aus Bild 1b ist ersichtlich, dass bei einem derart geregelten System der Mindestlastarbeitspunkt nicht durch eine vorgegebene Regelkennlinie festgelegt ist, sondern beliebig weit abfallen kann. Es ist daher wahrscheinlich, dass durch den Einsatz von Fernsensoren größere Energieeinsparungen erzielt werden als durch den Einsatz von integrierten Drehzahlreglern.
Für jede Pumpendrehzahlregelungsmethode ist die zwischen Höchst- und Mindestlastbedingungen erreichbare Pumpenenergieeinsparung gleich der Differenz zwischen Höchst- und Mindestlastpumpenleistung, d. h.:
Pumpenenergieeinsparung = (Δp1 Q1 / η1) – (Δp2 Q2 / η2)
Durch Auftragen des maximalen und minimalen Lastdruckverlusts und der Durchflussbedingungen auf der Pumpenkurve des Pumpenherstellers können die Änderung des Pumpenwirkungsgrads und die daraus resultierende Energieeinsparung bestimmt werden. Um diese Berechnung abzuschließen, müssen jedoch die Pumpenlasten sowohl für maximale als auch für minimale Lastbedingungen geschätzt werden. Dies kann eine Wiederholung der Übung zur Pumpendimensionierung erfordern.
CIBSE Knowledge Series — Variable flow pipework systems
