Svenskt Vatten Utbildning Energieffektivisering Henrik Held ITT Water & Wastewater Linköping 9-10 november, 2010 VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
AGENDA 1. Potential för energibesparing Effekter och verkningsgrader, Motor-Pumphjul-Rörsystem, Nyckeltal (Specifik energi, processkrav, drifttid etc) 2. Energibesparing i befintlig anläggning Rätt dimensionerad flöde/tryck, Process- och/eller energikrav? 3. Energibesparing i ny anläggning Process- och/eller energikrav? Rätt dimensionerad flöde/tryck 4. LCC System & inte produkt, Räkneexempel 5. EU s Ekodesign - Elmotordirektivet Omfattning, Innebörd, klassning (Eff, IE, etc) VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
AGENDA 1. Potential för energibesparing Effekter och verkningsgrader, Motor-Pumphjul-Rörsystem, Nyckeltal (Specifik energi, processkrav, drifttid etc) 2. Energibesparing i befintlig anläggning Rätt dimensionerad flöde/tryck, Process- och/eller energikrav? 3. Energibesparing i ny anläggning Process- och/eller energikrav? Rätt dimensionerad flöde/tryck 4.LCC System & inte produkt, Räkneexempel 5. EU s Ekodesign - Elmotordirektivet Omfattning, Innebörd, klassning (Eff, IE, etc) VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
Effekter & Verkningsgrader 4
Effekter 5
Olika Effekter Hydraulisk effekt (Vätskeeffekt), W P hydr = g * ρ * Q * H Ineffekt (Elektrisk effekt), W P 1 = P in = 3 * U * I * cosφ g = 9,81 m/s2 ρ : Vätskans Densitet, kg/m3 Q : Vätskeflöde, m3/s H : Totaltryck, m U : Spänning, V I : Ström, A Cosφ : Eftersläpning Axeleffekt (Märkeffekt), W P 2 = P axel = M * ω M : Vridmoment, Nm ω : Varvtal, rad/s VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
Olika Effekter = Ineffekt ( = Axeleffekt ) = Vätskeffekt 7
Verkningsgrader 8
Olika Verkningsgrader P 1 (P in ) P 2 (P axel ) 9
Olika Verkningsgrader Hydraulisk verkningsgrad (η hydr ) η hydr = P hydr P 2, axel Total verkningsgrad (η tot ) η tot = P hydr P 1, in Notera att η tot = η hydr x η motor!!! VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
Tänk Totalverkningsgrad!!! Hydraulisk verkningsgrad (η hydr ) η hydr = P hydr P axel Total verkningsgrad (η tot ) η tot = P hydr P in VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
Olika Verkningsgrader Hydraulisk verkningsgrad (η hydr ) η hydr = P hydr P 2, axel Total verkningsgrad (η tot ) η tot = P hydr P 1, in Notera att η tot = η hydr x η motor x η FRO!!! VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
Process och/eller energikrav? Processkrav Kontrollera processer Hålla jämnt tryck vid varierat flöde Hålla jämn nivå i en tank Hålla konstant flöde Energikrav Energibesparing Energioptimering 13
Process och/eller energikrav? System och inte Produkt P 1 (P in ) P 2 (P axel ) 14
Process och/eller energikrav? System och inte Produkt P 1 (P in ) P hydr P 2 15
Process och/eller energikrav? Pump- & Systemkurva Totaltryck: H tot = H stat + H f,tot H Dämd punkt Friktionsförluster rör Punktförluster Driftpunkt H f,tot = H f,punkt + H f,dyn Hf-tot H f,tot ~ v 2 Hstat Q 16
Process och/eller energikrav? Affinitetslagar Förhållande Tryck (H) & Flöde (Q) Förhållande Tryck (H) & Frekvens (f) H 1 Q 1 H 2 Q 2 2 H 1 f 1 ~ ~ H 2 f 2 2 Förhållande Flöde (Q) & Frekvens (f) Förhållande Effekt (P) & Frekvens (f) Q 1 f 1 Q 2 f 2 P 1 f 1 ~ ~ P 2 f 2 3 VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
Process och/eller energikrav? Systemkurva Formel: H H 2 = H stat + Q 2 Q 1 2 (H 1 H stat ) Hf-tot Driftpunkt Hstat Q 18
On/off eller VFD? Processkrav Kontrollera processer Hålla jämnt tryck vid varierat flöde Hålla jämn nivå i en tank Hålla konstant flöde Energikrav Energibesparing Energioptimering 19
On/off eller VFD? n = konstant 20
On/off eller VFD? Strypreglering By-pass reglering On/off reglering Varvtalsreglering 21
On/off eller VFD? Fysiska (affinitets) lagar Q x Q = n x n Q = Qx n x n H x H = n x n 2 H x = Hx n x n 2 P x P = n x n 3 P x = Px n x n 3 22
On/off eller VFD? VFD-reglering för olika systemkurvor (m) 35 30 25 60% 70% 78% BEP 83% 85% 20 85% 83% 15 10 78% 50Hz 5 0 40Hz 30Hz 20Hz 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 (l/s) 23
On/off eller VFD? Affinitetslagar: Denna energibesparing är möjlig pga affinitetslagarna för rotodynamiska (centrifugal) pumpar. Varvtalsrelgering ger: en ändring linjärt med flödet en ändring kvadratiskt till trycket och en ändring kubiskt till energiförbrukningen Jämfört med andra regleringsmetoder såsom bypass, strypning eller on/off ger varvtalsreglering en väsentligt högre energibesparing vid delbelastning. 24
On/off eller VFD? Relgering på kostant tryck Reglering enligt systemkurva Reglering på konstant flöde Varvtalsreglering 0-100% (utan systemkurva) 25
On/off eller VFD? Fördelarna med användning av VFD för pumpar Väsentligt Energbesparing Ingen Y/D-start Ingen extra ventiler cos phi ~ 1 Inbyggd kontroll för att hantera pumpsystemet Uppkopplingsbar till överordnat system Steglös reglering Minskar mekanisk åverkan Undviker tryckslag Minskar antal Start och Stopp Minskar Startströmmen 26
Nyckeltal alt. Dimensioneringskriterier? Processkrav Kontrollera processer Hålla jämnt tryck vid varierat flöde Hålla jämn nivå i en tank Hålla konstant flöde Energikrav Energibesparing Energioptimering 27
Energikrav - Nyckeltal Specifik energi = Inmatad effekt (kw) Pumpad volym (m3/h) 28
Exempel: Specifik Energi Val av mindre eller större pump? 10 000 m3 skall pumpas / år Mindre pump: Ger 10 l/s vid 10 m tot =50% Större pump: Ger 20 l/s vid 28 m tot =70% Vilken är mest fördelaktig (ur energisynpunkt)? 29
Specifik energi (Es) Energikrav - Nyckeltal Es = Inmatad Effekt (kw) / Pumpad volym (m3/hr) E S Energi Volym Pt Qt gqh tot 1 Q H tot g Energi = P x t t = Tid Tid t = V/Q V = Pumpad vätskevolym 30
Exempel: Specifik Energi Parameter Enhet Liten Pump Stor Pump Högre flöde => Större tryck! Större tryck = > Mer förluster! Q l/s 10 20 Mer förluster = > Högre effektbehov! H m 10 28 η 0,5 0,7 P=ρgQH/η kw 1,96 7,85 t=v/q H 278 139 E=Pt kwh 545 1090 E s =ρgh/η kwh/m3 0,0544 0,1090 Man skall alltid försöka minimera den specifika energin! 31
Specifik energi, Es = Inmatad Energi / Pumpad volym Es = P x t / Q x t = ((Q H g)/ tot ) / Q Es = (H/ tot ) * g => Totaltryck och Total verkningsgrad viktigt! Exempel: Större pump 28/0,7 = 40 Mindre pump 10/0,5 = 20 Energikrav - Nyckeltal 32
Energy consumption Sjölunda WWTP Energiförbrukning på Sjölunda ARV 0,43 kwh/m3 33
Nyckeltal alt. Dimensioneringskriterier? Processkrav Kontrollera processer Hålla jämnt tryck vid varierat flöde Hålla jämn nivå i en tank Hålla konstant flöde Energikrav Energibesparing Energioptimering 34
Dimensioneringskriterier VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
Rotodynamiska pumpar Prestandakurva för en pump: Flöde Tryck Toleranser Axeleffekt Motoreffekt Hydraulisk verkningsgrad (Pumpverkningsgrad) Total verkningsgrad NPSH re Arbetsområde VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
Förträngningspumpar PC pump performance curves 140 120 100 Head (m) 80 60 40 20 0 0 100 200 300 400 500 Flow (l/min) 37
Dimensioneringskriterier Exempel: Vattenhastighet (>0,7m/s & 1,5-2,5m/s i PSTN) Omsättningstid (>2gg/dygn) Skälig investeringskostnad Effektmarginal (viskositet) Olika sumpnivåer Lägsta kostnad vid normalt flöde Minimera förlusterna Hög pumpverkningsgrad, låg specifik energi Hantera toppflöden NPSHre << NPSHav VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
AGENDA 1. Potential för energibesparing Effekter och verkningsgrader, Motor-Pumphjul-Rörsystem, Nyckeltal (Specifik energi, processkrav, drifttid etc) 2. Energibesparing i befintlig anläggning Rätt dimensionerad flöde/tryck, Process- och/eller energikrav? 3. Energibesparing i ny anläggning Process- och/eller energikrav? Rätt dimensionerad flöde/tryck 4.LCC System & inte produkt, Räkneexempel 5. EU s Ekodesign - Elmotordirektivet Omfattning, Innebörd, klassning (Eff, IE, etc) VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
Energibesparing Bef. anläggning Produkt och/eller system? P 1 (P in ) P hydr P 2 40
Räkneexempel: Bef. anläggning Driftpunkt 20m3/tim vid 6,5m Pumptyp Flöde, Q (m3/tim) Tryck, H (m) Ineffekt, P1 (kw) Specifik energi (kwh/m3) Pris (SEK) Våtlöpare 20 6,5 0,8 0,04 5 555,00 Torrlöpare 20,3 6,7 0,7 0,0345 7 730,00 41
AGENDA 1. Potential för energibesparing Effekter och verkningsgrader, Motor-Pumphjul-Rörsystem, Nyckeltal (Specifik energi, processkrav, drifttid etc) 2. Energibesparing i befintlig anläggning Rätt dimensionerad flöde/tryck, Process- och/eller energikrav? 3. Energibesparing i ny anläggning Process- och/eller energikrav? Rätt dimensionerad flöde/tryck 4.LCC System & inte produkt, Räkneexempel 5. EU s Ekodesign - Elmotordirektivet Omfattning, Innebörd, klassning (Eff, IE, etc) VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
Energibesparing ny anläggning Produkt och/eller system? P 1 (P in ) P hydr P 2 43
Räkneexempel: Ny anläggning Dimensionering av avloppspumpstation inkl tryckledning: Q = 100m3/tim Hstat = 7,3m Rörgalleri: L=5m, RF DN150, k-fot, T-rör, 90gradskrök, avst- & backventil Tryckledning: L=3026m, PE PN6 DN180 H stat 44
Räkneexempel: Ny anläggning Dimensionering av avloppspumpstation inkl tryckledning Förutsättningar: Q=100m3/tim; Hstat=7,5m; Rörgalleri RF DN150 Rördim, PE PN6 V-hastighet (m/s) Q (m3/tim) Ineffekt (kw) DN 180 DN 200 DN 225 DN 250 1,6 1,3 1,0 0,75 100,3 99,0 98,0 102,6 53,9 20,4 11,4 8,5 45
Räkneexempel: Ny anläggning Dimensionering av avloppspumpstation inkl tryckledning Förutsättningar: Q=100m3/tim; Hstat=7,5m; Rörgalleri RF DN150 Rördim, PE PN6 V-hastighet (m/s) Q (m3/tim) Ineffekt (kw) Specifik Energi (kwh/m3) DN 180 1,6 100,3 53,9 0,5374 DN 200 1,3 99,0 20,4 0,2061 DN 225 1,0 98,0 11,4 0,1163 DN 250 0,75 102,6 8,5 0,0828 46
Räkneexempel: Ny anläggning Dimensionering av avloppspumpstation inkl tryckledning Förutsättningar: Q=100m3/tim; Hstat=7,5m; Rörgalleri RF DN150 Rördim, PE PN6 V-hastighet (m/s) Q (m3/tim) Ineffekt (kw) Specifik Energi (kwh/m3) Investering (SEK) DN 180 1,6 100,3 53,9 0,5374 206 500,00 DN 200 1,3 99,0 20,4 0,2061 95 550,00 DN 225 1,0 98,0 11,4 0,1163 63 200,00 DN 250 0,75 102,6 8,5 0,0828 63 200,00 47
Räkneexempel: Ny anläggning Dimensionering av avloppspumpstation inkl tryckledning Förutsättningar: Q=100m3/tim; Hstat=7,5m; Rörgalleri RF DN150 Rördim, PE PN6 V-hastighet (m/s) Q (m3/tim) Ineffekt (kw) Specifik Energi (kwh/m3) Investering (SEK) Installation (SEK) DN 180 1,6 100,3 53,9 0,5374 206 500,00 521 700,00 DN 200 0,2061 95 550,00 643 400,00 0,1163 63 200,00 806 100,00 0,0828 63 200,00 1 014 400,00 48 1,3 99,0 20,4 DN 225 1,0 98,0 11,4 DN 250 0,75 102,6 8,5
AGENDA 1. Potential för energibesparing Effekter och verkningsgrader, Motor-Pumphjul-Rörsystem, Nyckeltal (Specifik energi, processkrav, drifttid etc) 2. Energibesparing i befintlig anläggning Rätt dimensionerad flöde/tryck, Process- och/eller energikrav? 3. Energibesparing i ny anläggning Process- och/eller energikrav? Rätt dimensionerad flöde/tryck 4. LCC System & inte produkt, Räkneexempel 5. EU s Ekodesign - Elmotordirektivet Omfattning, Innebörd, klassning (Eff, IE, etc) VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
LCC Livscykelkostnad VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
Elpriser Energi Certifikat Utsläppsvillkor Miljö och hållbar utveckling 51
LCC (Livscykelkostnad) Totalkostnaden för ägarskapet av ett system LCC är verktyg att användas för att välja den mest optimala lösningen för att skapa ekonomiska och miljömässiga värden under drifttiden av ett system 52
Definition av LCC-begrepp Snabbt & enkelt: Pay-back time (Återbetalningstid) Omfattande & detaljerat: LCC = C ic + C in + C e + C o + C m + C s + C st + C d 53
Pay-back time, exempel Resultat (sammanställt av beställaren) Jämförelse av Årliga Energikostnader 100% 90% 80% 70% 60% 50% P1 P2 P3 P4 P5 P6 Ny PSTN Fabrikat A Fabrikat B 54
Pay-back time, exempel Resultat (sammanställt av beställaren) Totalkostnad (Inköpspris + Energikostnader) 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Drifttid (år) Fabrikat A Fabrikat B 55
Exempel 1: Pay-backtid Sammanställ fakta Pay-backtid = Investering/Årlig besparing Investeringskostnad = 1000 000 kr Driftnetto, årlig= 340 000 120 000 = 220 000 kr Livslängd = 10år Pay-backtid = 1 000 000/220 000 = 4,5 år 4,5 år < 10 år lönsam! 56
Pay-backmetod Enkel och vanlig Betonar likviditeten Lämplig vid korta återbetalningstider 3-5 år Favoriserar investeringar med stora positiva betalningsströmmar i början av ek livslängd Ej lämplig vid långsiktiga investeringar med stora framtida betalningsströmmar Ej hänsyn att belopp är olika värt vid olika tidpunkter Snabbast återbetalning är bästa alternativ! 57
Exempel 2: Pay-backtid Ersätta befintlig slampump Förutsättningar: Förtjockat slam med 5% TS Drifttimmar = 610h/år Pay-backtid = 94.000 / 28.400 = 3,3 år Elpris = 0,97 SEK/KWh PC pump Centrifugal pump Investering Årlig besparing Investeringskostnad, SEK 54.000 69.000-69.000 - Installationskostnad, SEK 15.000 25.000-25.000 - Servicekostnad, SEK/år 31.000 2.200 - +28.800 Ineffekt, KW 13,5 14,2 - - Energikostnad, SEK/år (610 x 0,97 x Ineffekt ) 8.000 8.400 - -400 Summa: -94.000 SEK +28.400 SEK/år 58
Exempel 3: Pay-backtid Ny extra slampump Förutsättningar: Förtjockat slam med 5% TS Drifttimmar = 610h/år Elpris = 0,97 SEK/KWh Investeringskostnad, SEK Installationskostnad, SEK Servicekostnad, SEK/år Ineffekt, KW Energikostnad, SEK/år (610 x 0,97 x Ineffekt ) PC pump 54.000 15.000 31.000 13,5 8.000 Pay-backtid = 25.000 / 28.400 = 0,9 år Pay-backtid > 0 Centrifugal pumpen är att föredra! Centrifugal pump 69.000 25.000 2.200 14,2 8.400 Summa: PC pump Centrifugal pump Investering -15.000-10.000 Årlig besparing 59 - - - -25.000 SEK - - +28.800 - -400 +28.400 SEK/år
Vad ingår i LCC Ekvationen? LCC = C ic + C in + C e + C o + C m + C s + C env + C d LCC C ic C in C e C o C m C s C env C d = livscykelkostnaden = inköpspris (pump, ventiler, rör etc) = installations- och överlämningskostnader (inkl utbildning) = energikostnaden (förväntade driftkostnader för systemet) = operativa kostnader (arbetskostnad för normal övervakning) = underhåll och reparationskostnader (förebyggande åtgärder) = stilleståndskostnader (industri, samt korrigerande åtgärder) = miljökostnader alt viteskostnader av villkor, etc. = avvecklings- och skrotningskostnader 60
Kostnadsfördelning inom LCC Installation 18% Miljö 7% Stillestånd 9% Drif t 9% Produkt 5% Underhåll 20% Energi 32% Installation+Produkt+Energi+Underhåll 75% av LCC-värdet 61
Vem ingår i LCC Ekvationen? LCC = Inköp + Drift + Underhåll LCC = livscykelkostnaden Inköp = inköpspris (pump, ventiler, rör etc.) Inköp = installations- och överlämningskostnader (inkl utbildning) Drift = energikostnaden (förväntade driftkostnader för systemet) Drift = operativa kostnader (arbetskostnad för normal övervakning) U-håll = underhåll och reparationskostnader (förebyggande åtgärder) U-håll = stilleståndskostnader (industri, samt korrigerande åtgärder) Drift Drift = miljökostnader alt viteskostnader vid bräddning etc. = avvecklings- och skrotningskostnader 62
Ansvarsfördelning inom LCC Underhåll 18% 0% Inköp 23% Drif t 59% 63
Förenklad praktisk LCC-modell Förenklad praktisk modell: LCC = C ic + C in + C e + C m LCC = Inköp + Drift + Underhåll Underhåll 18% 0% Inköp 23% LCC C in C ic C e C m = livscykelkostnaden = installation (Inköp) = inköpspris (Inköp) = energikostnaden (Drift) = underhåll och reparationskostnader (Underhåll) Drif t 59% 64
Viktigt i samband med LCC LCC är ett verktyg för att utvärdera två eller flera olika system vilket kräver: Alternativa tekniska lösningar Väldefinierade förutsättningar Resultatet blir inte bättre än den ingångsdata som används 65
EXEMPEL: Alternativa tekniska lösningar LCC startar med ett SYSTEM, inte enskilda PRODUKTER! Byta ut en pump med 70% mot en med 80% verkningsgrad sparar nästan 14% i elkostnad....men, i ett feldimensionerat pumpsystem kommer även en effektiv pump att operera ineffektivt och besparingen går förlorad!!! 66
System och inte Produkt 67
System och inte Produkt 68
System och inte Produkt 69
System och inte Produkt Energi, kemikalier etc. Investering Markbehov Biofilm, Membran, etc Högbel Aktivslam + kemikalier Biologisk N-rening Lågbelastad Bio N-rening 70
Energy consumption Sjölunda WWTP Energiförbrukning på Sjölunda ARV 0,43 kwh/m3 71
Väldefinierade förutsättningar Fem parametrar för beställaren att ange: Drifttimmar Livslängd Energipris Räntesats Inflation 72
Väldefinierade förutsättningar Exempel på livslängd för produkter i system: Produktsystem, typ Avloppspump* Byggpump* Industripump* Omrörare* Renvattenpump Doseringspump Blåsmaskin Livslängd (år) 15 5 10 10 20 15 15 Drifttimmar/år (hr) 3650 2200 8700 8700 3650 3650 8700 * Baserat på MVD s PSR (ProduktSpecifika Regler) 73
Väldefinierade förutsättningar Exempel på ingångsvärden: Räntesats = 6% Kalkylränta = 4% Inflation = 2% Energipris = 0,97SEK/kWhr (Medelvärde från Svenskt Vattens VASS-databas för år2007. År2006 och år2005 var medelvärdet 0,91 resp 0,73 SEK/kWhr) 74
VARIMS LCC modell version1.0 Förenklad praktisk modell: LCC C in C ic C e LCC = C ic + C in + C e = livscykelkostnaden = installation = inköpspris (pump, ventiler, rör etc) Installation 18% Miljö 7% Stillestånd 9% Drif t 9% Produkt 5% Underhåll 20% = energikostnaden (förväntade driftkostnader för systemet) Energi 32% 75
Användning av LCC Att tänka på: LCC utförs på ett system inte enskild produkt LCC-utvärdering föregås av systemdesign mha tex Specifik energi (inmatad effekt-kw / kapacitet-m3/hr) Undvik att överdimensionera!! Jämförelse mellan olika produkttyper kan kräva ytterligare moduler, tex Cin (underhåll/reparation) 76
Besök http:// www.varim.se LCC Summering VARIM s LCC modell 77
Räkneexempel: Ny anläggning Dimensionering av avloppspumpstation inkl tryckledning: Q = 100m3/tim Hstat = 7,3m Rörgalleri: L=5m, RF DN150, k-fot, T-rör, 90gradskrök, avst- & backventil Tryckledning: L=3026m, PE PN6 DN180 H stat 78
Räkneexempel: Ny anläggning Dimensionering av avloppspumpstation inkl tryckledning Förutsättningar: Q=100m3/tim; Hstat=7,5m; Rörgalleri RF DN150 Rördim, PE PN6 V-hastighet (m/s) Q (m3/tim) Ineffekt (kw) Specifik Energi (kwh/m3) Investering (SEK) Installation (SEK) DN 180 1,6 100,3 53,9 0,5374 206 500,00 521 700,00 DN 200 0,2061 95 550,00 643 400,00 0,1163 63 200,00 806 100,00 0,0828 63 200,00 1 014 400,00 79 1,3 99,0 20,4 DN 225 1,0 98,0 11,4 DN 250 0,75 102,6 8,5
Räkneexempel: Ny anläggning VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
Räkneexempel: Ny anläggning VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
Användning av LCC Att tänka på: LCC utförs på ett system inte enskild produkt LCC-utvärdering föregås av systemdesign mha tex Specifik energi (inmatad effekt-kw / kapacitet-m3/hr) Undvik att överdimensionera!! Jämförelse mellan olika produkttyper kan kräva ytterligare moduler, tex Cin (underhåll/reparation) 82
AGENDA 1. Potential för energibesparing Effekter och verkningsgrader, Motor-Pumphjul-Rörsystem, Nyckeltal (Specifik energi, processkrav, drifttid etc) 2. Energibesparing i befintlig anläggning Rätt dimensionerad flöde/tryck, Process- och/eller energikrav? 3. Energibesparing i ny anläggning Process- och/eller energikrav? Rätt dimensionerad flöde/tryck 4.LCC System & inte produkt, Räkneexempel 5. EU s Ekodesign - Elmotordirektivet Omfattning, Innebörd, klassning (Eff, IE, etc) VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
Ekodesign elmotorer, verkningsgrader och specifik energi Innehåll: Vad är EU s ekodesignkrav på elmotorer Vad innebär begreppen IE och Eff Undantag av ekodesignkravet från integrerade maskiner Förklaring av begreppet specifik energi Exempel med specifik energi Hur möta frågor från kund och konsult? 84
EU s ekodesignkrav på elmotorer..bakgrund EU-kommissionen fick av Europaparlamentet och ministerrådet år 2005 ett direktiv att fastställa kraven på ekodesign för energianvändande produkter som står för betydande försäljningsvolymer och har betydande miljöpåverkan EU- EU-kommissionen har därmed utarbetat en FÖRORDNING (nr 640/2009) som antogs i juni 2009 mot följande bakgrund: I Industrier står elmotorer för 70% av det totala eluttaget. För att förbättra energieffektiviteten anges verkningsgraden som en viktig faktor Den viktigaste miljöaspekten under en elmotors alla livscykelfaser är dess elförbrukning under användningsfasen 85
Förordningen anger kraven: Från och med den 16 juni 2011 ska motorer minst uppfylla effektivitetskraven i verkningsgradsnivå IE2 Från och med den 1 januari 2015: Motorer med en märkeffekt på 7,5 375 kw ska minst uppfylla effektivitetskraven i verkningsgradsnivå IE3 eller uppfylla verkningsgradsnivå IE2 enligt och vara försedda med varvtalsreglerare. Från och med 1 januari 2017 Alla motorer med en märkeffekt på 0,75 375 kw ska minst uppfylla effektivitetskraven i verkningsgradsnivå IE3 eller uppfylla verkningsgradsnivå IE2 och vara försedda med varvtalsreglerare. 86
Undantag från förordningen I samma förordning, artikel 1 (sid 19/127), framgår att den inte gäller för: Motorer som är konstruerade för att fungera helt nedsänkta i en vätska Motorer som är inbyggda i en produkt (till exempel växel, pump, fläkt eller kompressor) och vars energiprestanda inte kan testas fristående från produkten Förordningen gäller dessutom enbart motorer som Har 2 6 poler Har en märkeffekt mellan 0,75 kw och 375 kw Har en märkspänning upp till 1000 V 87
IE..och Eff och när de gäller Harmonized Global efficiency Standard Proposal Efficiency Levels Efficiency Classes Where / When required Per IEC 60034-30 Global 2008 Mandatory now Future Super Premium efficiency IE4??? Premium efficiency ( NEMA Premium ) IE3 USA 2011 USA Korea 2008 Canada Brazil 2009 High efficiency ( EP Act/ Eff1 ) IE2 Mexico China 2011 Australia Europe 2011 New Zealand China Brazil Standard efficiency ( Eff2 ) IE1 Costa Rica Israel Taiwan 88
=IE3 =IE2 Source: Eco-design preparatory study - Motors, Almeida et al. 89
Energy efficiency classes - EN 60034-30: 2008 Källa: Eco-design preparatory study - Motors, Almeida et al. 90
System och inte Produkt 91
Olika Effekter P1 P2 = Ineffekt ( = Axeleffekt η motor =P2/P1 η total =Phydr/P1 = Vätskeeffekt η hydr =Phydr/P2 92
Olika Verkningsgrader Elmotorns verkningsgrad (η motor ) = Ineffekt η hydr = P axel P 1,in = Axeleffekt = Vätskeeffekt Hydraulisk verkningsgrad (η hydr ) Total verkningsgrad (η tot ) η hydr = P hydr P 2, axel η tot = P hydr P 1, in η tot = η hydr x η motor VARIM en branschförening inom Teknikföretagens Branschgrupper
Specifik energi (Es) Energikrav - Nyckeltal Es = Inmatad Effekt (kw) / Pumpad volym (m3/hr) E S Energi Volym Pt Qt gqh tot 1 Q H tot g Energi = P x t t = Tid Tid t = V/Q V = Pumpad vätskevolym 94
Exempel feldimensionerad pump Två olika pumpar samma driftpunkter: 1) 50,6 l/s tot= 67,1% hydraul= 76,4 % motor = 88 % Es= 0,082 3171 53 453 15kW 2) 50,3 l/s tot= 42,6 % hydraul= 47,1 % motor = 90,5% Es = 0,128 Specifik energi påverkas kraftigt av totalverkningsgraden. Motorverkningsgraden en relativt liten inverkan. 3301 53 636 45kW 95
Kom ihåg! Specifik energi! Specifik energi, Es = Energiförbrukning Pumpad volym kwh / m3 96