e-gépész online szaklap

Szivattyúszabályozás az energiahatékonyság növelésére

| | |  0 | |

A szivattyús rendszerek energiahatékonyságát a célszerű szivattyú kiválasztás mellett nagymértékben meghatározza a szabályozási mód és az üzemvitel illesztése a fogyasztási igényekhez, különösen változó terhelési profil esetén. Egy adott rendszert jellemző paraméterekre (szállított víz köbméter, nyomásszint) vetítve a felvett villamos energiamennyiség értékét, definiálható egy ún. energiaparaméter. Ezen tényező segítségével összehasonlítható a különböző szivattyús rendszerek energiahatékonysága.

A cikk a Magyar Épületgépészet 2020/11. számában jelent meg, melynek tartalomjegyzéke itt letölthető.

Az épületgépészet területén egyre inkább terjed a fordulatszám-szabályozással működő szivattyúk alkalmazása, ami lehetővé teszi, hogy a mindenkori fogyasztáshoz igazítsuk a szivattyú teljesítményfelvételét, és ezzel jelentős energia-megtakarítást érjünk el. A frekvenciaváltós szivattyúmotorok területén számos innováció, technológiai fejlesztés segíti ennek az energiamegtakarításnak a növelését. Az energianyereség optimalizálása szükségessé teszi az elérhető új fejlesztések ismeretét, szakszerű, rendszerszintű alkalmazását a tervezés, kivitelezés és üzemeltetés során.

A rendszerszemlélet itt azt is jelenti, hogy információkra van szükségünk az épületgépészeti rendszer mellett a fogyasztási oldalról is, a terhelés változásáról, annak részleteiről. Fölértékelődik

  • a szabályozástechnika, mint energiamegtakarítási eszköz
  • és az alkalmazásra kerülő szabályozási mód célszerű megválasztása, összhangban a rendszer fogyasztási profiljával.

Főleg meglevő, működő vízellátó rendszerekre igaz, hogy túlméretezettek a korábbi magasabb vízfogyasztási jellemzők, mint tervezési alapadatokra történt méretezés miatt, így a beépített fordulatszám-szabályozású szivattyúk üzemidejük jelentős részében kis terhelés mellett működnek. Korábbi kutatásainkban vizsgáltuk és bemutattuk (ld. Magyar Épületgépészet, 2016. LXV. évf. 1-2. szám, a cikk címe: Fordulatszám-szabályozott nyomásfokozók üzemeltetésének optimalizálása [2]) azt a százalékos fordulatszám határt, ameddig energiahatékony lehet a fordulatszám leszabályozása alacsony terhelés esetén.

Ma a szivattyúgyártók technológiai fejlesztéseinek fókuszában a szivattyúk hajtásoldalának fejlesztése áll a további energiamegtakarítás eléréséhez. Az ilyen új fejlesztésű és a korábbi kivitelű motorok energetikai összehasonlítására végeztünk méréseket a Grundfos South East Europe Kft. törökbálinti szervizbázisán a Pécsi Tudományegyetem Műszaki és Informatikai Kara épületgépész hallgatóival. Célunk volt a három vizsgált szivattyútípus energiafogyasztásának összehasonlítása alacsony és méretezési terhelés esetén, különböző üzemállapotokat összevetve. Ezeknek a méréseknek az első eredményeit szeretnénk bemutatni a jelen írásban.

A mérés leírása

A három vizsgált szivattyú hidraulikai blokkja azonos volt, csak az azokat működtető villanymotor kivitele tért el egymástól. A szivattyú adatai:

  • típusjel: CR20-01- A-A-A-E-HQQE
  • modellszám: A96500338P10534
  • Q = 21 m3/h, H max = 14 m,

A három motor típusa:

  1. hagyományos normmotor MG80 C – a továbbiakban alapmotor P2 = 1,1 kW
  2. frekvenciaváltós motor MGE80B-2-FT 10-Ha, P2 = 1,1 kW
  3. állandó mágneses szinkron-reluktancia motor beépített frekvenciaváltóval, 90 SC,  P2 = 2,2 kW – a továbbiakban reluktanciamotor.

A mérésnél felhasznált nyomástávadó gyártmánya: Gamma digital, P267/2014 sorozat.

A méréseket az 1. ábra szerinti mérőpadon végeztük, a motorok átszerelésével3, amelynek kivitelezésében Czirják János szervizmester volt segítségünkre. Köszönjük itt is a munkáját.

3A teljesítmény-mérési eredmények helyenként eltérést mutatnak, ami a különböző teljesítményű motorok szabályozással történt „azonos tudásúra” beállításának következménye. Tervezzük a mérések további folytatását a teljes jelleggörbe mezőben, azonos teljesítményű motorok beépítésével, jelen mérés tapasztalatainak felhasználásával.

1. ábra. A mérésekhez felhasznált mérőpad (Forrás: Czirják János, Grundfos)

Mérési eredmények

A felvett mérési adatokat az egyes szivattyútípusok azonos műszaki paraméterei – zárónyomás, max. nyomás – szerint összerendezve megmutatkoznak az egyes szabályozási módok közötti különbségek, a különböző terhelés mellett kiadódó energiafelhasználás. Az azonos zárónyomást biztosító különböző üzemállapotok egymás mellé rendezésekor vonhattuk le az első következtetést: a hagyományos motor nyújtotta teljesítmény, 1,2 bar nyomásszint eléréséhez a két frekvenciaváltós motor esetében elegendő volt a 90%-os fordulatszám, a szivattyú már ezen a leszabályozott szinten azonos teljesítményű volt, mint az alapmotorral szerelt változat (ld. 2. ábra). Az alapmotor 0,6 bar nyomásszintet létrehozó működésével a két fordulatszám szabályozott motor 60%-os jelleggörbéje adott közel azonos eredményt.

A legújabb fejlesztésű, ún. reluktanciamotor esetében mértük a legalacsonyabb teljesítményfelvételt. A frekvenciaváltós motor energiafelvétele volt a legmagasabb. Látható, hogy kis terhelésnél a jelentkezik a legnagyobb különbség az egyes hajtások energiafelvétele között. Ha az alapmotor teljesítményét vesszük 100%-nak, akkor a frekvenciaváltós motor a mérési tartomány elején, 6 m3/h terhelésnél 43%-kal, a mérési tartomány végén, 14 m3/h-nál 13,5%-kal vesz fel több energiát. Ugyanez a teljesítményfelvétel-különbség a reluktancia motor esetében 6 m3/h-nál -31%, 14 m3/h-nál -28%. Ez az eredmény a részterhelésen üzemelő szivattyúk elvárt, jó hatásfokon történő üzemeltetésének fontosságára mutat rá.

2. ábra. Teljesítményfelvétel és köbméterenkénti energiaigény a vízszállítás függvényében 1,2 bar mellett

A szivattyús rendszerek energetikai értékelésénél fontos paraméter a szállított víz mennyisége is. A mért adatok alapján elemeztük a szállított vízköbméterre vetített felvett villamos energia nagyságát – fajlagos energiaigény – 1,2 és 0,6 bar létrehozott nyomás mellett (2. és 3. ábrák, jobb oldali függőleges tengely). A két diagramot összevetve látható, hogy az egyes szivattyúk sorrendje nem változik, csak a fajlagos felvett villamos energia nagysága. A diagramok rámutatnak arra is, hogy a reluktancia motornál a fajlagos felvett villamos energia értékének maximuma a minimum értéket 60%-kal haladja meg; ez az érték az alapmotornál 68%, míg a frekvenciaváltós motornál 112% (a 2. ábra adataival, 1,2 bar mellett). Ez az eredmény ismét a részterheléses üzem hatásfokának jelentőségére mutat rá; jelentős ingadozásokat mutató fogyasztás esetén ezt a tényt figyelembe kell venni a szabályozási mód megválasztásánál.

3. ábra. Teljesítményfelvétel és köbméterenkénti energiaigény a vízszállítás függvényében 0,6 bar mellett

A szivattyútelepek energetikai összehasonlításakor a szállított vízmennyiség mellett a másik paraméter, ami az energiafogyasztást befolyásolja, a létrehozott nyomás. Ezért megvizsgáltuk a felvett villamos energia nagyságát rávetítve egyidőben a szállított vízköbméterre és nyomásszintre, definiálva ezzel egy új mérőszám, az energiaparaméter (EP) fogalmát. Ez a mutatószám alkalmas arra, hogy eltérő üzemi paraméterek mellett működő szivattyúkat energetikai szempontból összehasonlíthassunk. Az energiaparaméter értékeket a vizsgált szivattyúkra 1,2 és 0,6 bar nyomás mellett a 4. és 5. ábra mutatja.

4. ábra. A felvett villamos energia nagysága a szállított vízköbméterre és nyomásszintre vetítve, 1,2 bar mellett

5. ábra. A felvett villamos energia nagysága a szállított vízköbméterre és nyomásszintre vetítve, 0,6 bar mellett

Az energiaparaméter diagramok jól mutatják az egyes motortípusok szabályozástechnikai jellegzetességeit, azok változását illetve állandóságát a teljes terhelési tartományban. A reluktanciamotor görbéje közelíti a vízszintest, ami azt mutatja, hogy az ilyen villanymotorral hajtott szivattyú energiafelvétele a terheléstől közel független. Az alacsonyabb nyomásszinten mutatott kisebb EP-érték arra utal, hogy ez a motortípus energetikailag kedvező nagy üzemidő hányadban részterhelésen üzemelő szivattyúk hajtására. A másik két szivattyúkivitel görbéje nemcsak nagyobb fajlagos energia felvételt mutat, de jelentős változást is ábrázol a terhelés függvényében.

Összegzés

A kutatás-fejlesztés eredményeinek mielőbbi átültetése a gyakorlatba a termelés, az infrastruktúra hálózatok működtetésének fenntarthatóságát segíti. Ez az elemzés a szivattyúzás szabályozásában rejlő energia-megtakarítási lehetőségekre irányítja rá a figyelmet, különös tekintettel a részterhelés mellett üzemelő rendszerek esetében. Az energiaparaméter (EP) hasznos objektív mutatószámként szolgál egy szivattyús rendszer energia-hatékonyságának értékelésekor, mivel az eltérő üzemi paraméterekre vetítve mutatja meg az energiahatékonyság mérőszámát. Az egyes rendszereket leíró energiaparaméter különbsége egyéb veszteségekre, javítható rendszerkialakításra, jobb gépválasztásra, esetleg a fogyasztással jobban összehangolt szabályozás szükségére hívja fel a figyelmet.

Köszönjük a Grundfos South East Europe Kft-nek a mérési lehetőség biztosítását.

Irodalom

  1. GRUNDFOS DATA BOOKLET: Grundfos CR 20-1 pump: CR20-0 A-F-A-E-HQQE 3x230/400 50 HZ (96500326)
  2. Eördöghné M. M. – Szinyei B.: Fordulatszám-szabályozott nyomásfokozók üzemeltetésének optimalizálása. Magyar Épületgépészet, 2016. LXV. évf. 1-2. szám, pp. 17-20.
  3. https://product-selection.grundfos.com/product-detail.product-detail.html?custid=GMA&lang=HUN&productnumber=96500681&qcid=1107562063

Magyar Épületgépészet

Hozzászólás

A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.

Facebook-hozzászólásmodul