De verborgen kampioenen van energie-efficiëntie: energie besparen met pompen en ventilatoren
Energiebesparing voor pompen en ventilatoren
Stijgende energieprijzen, politieke en sociale druk voor meer milieubescherming, minder energieverbruik en minder CO₂-uitstoot, een betere concurrentiepositie door lagere productiekosten of een beter imago – er zijn talloze redenen voor energieoptimalisatie in bedrijven.
Stromingsmachines zoals pompen, ventilatoren en compressoren, die tal van noodzakelijke processen in gebouwen aansturen, verbruiken veel energie. Toch moeten ze dag na dag betrouwbaar werken. Zonder de taken die ze uitvoeren, zoals het ventileren en koelen van gebouwen, zou ons leven veel moeilijker en minder comfortabel zijn. Maar in tijden van stijgende energieprijzen zorgen ze ook voor hoge kosten. Eigenaren en exploitanten zijn daarom op zoek naar oplossingen voor het zuinig gebruik van energie in fabrieken en productiehallen, in datacenters en in woon- en kantoorgebouwen. Er is veel potentieel voor energiebesparing in gebouwautomatisering. Een van de belangrijkste technologieën voor verbeterde energie-efficiëntie is elektrische aandrijftechniek. Het helpt processen te optimaliseren en biedt momenteel de meest effectieve manier om energie en kosten te besparen.
Besparingen voor pompen en ventilatoren met kwadratische karakteristieken
Talrijke stromingsmachines worden gebruikt in gebouwen
Er kunnen uitstekende besparingen worden bereikt met pompen en ventilatoren, en een groot aantal daarvan wordt vooral gebruikt in de gebouwentechniek. Meer dan de helft van de door elektromotoren aangedreven toepassingen in industriële gebouwen zijn dergelijke stromingsmachines. Vooral centrifugaalpompen en ventilatoren, d.w.z. toepassingen met een kwadratische belastingskarakteristiek, verminderen het energieverbruik tot de derde macht wanneer de snelheid wordt verlaagd. Een aandrijving die op halve snelheid draait, verbruikt dus slechts 12,5% van het nominale vermogen.
100% * 0,83 = 51%: Een snelheidsverlaging van 20% resulteert in een besparing van 49%.
100% * 0,53 = 12,5%: Een snelheidsreductie van 50% resulteert in een besparing van 87,5%.
Belastingprofiel van een ventilatiesysteem
Een wijdverspreide oplossing is om apparaten met een kwadratische karakteristiek uit te rusten met moderne frequentieregelaars en zo hun snelheid optimaal aan te passen aan de respectieve stroomvereisten. In de meeste gevallen worden pompen en ventilatoren in de gebouwentechniek ontworpen voor het slechtste scenario; airconditioningsystemen bijvoorbeeld voor de warmste dag van het jaar, wanneer ze hun nominale vermogen moeten leveren. De rest van de tijd draaien ze echter op gedeeltelijke belasting. Dit geldt bijvoorbeeld ook voor drukverhogingsinstallaties in hoogbouw. De figuur toont het typische belastingsprofiel van een ventilatiesysteem. 85% van de tijd draait de ventilator op gedeeltelijke belasting.
En dit is waar frequentieregelaar om de hoek komen kijken. Een andere factor in hun voordeel is dat de dalende prijzen omvormers steeds aantrekkelijker maken. Maar let op: niet alle pompen en ventilatoren zijn even geschikt voor snelheidsregeling.
Snelheidsregeling als besparende factor
In oudere, maar ook in nieuwe systemen, worden wervelkleppen, smoorkleppen of driewegkleppen nog steeds gebruikt bij veel pompen en ventilatoren om de druk of de volumestroom binnen de toepassing aan te passen aan de huidige vermogensbehoefte.
Als een centrifugaalpomp wordt geregeld met een smoorklep, verschuift de smoorklep het werkpunt van de machine langs de pompkarakteristiek. Er is slechts een minimale vermindering van de benodigde energie vergeleken met het nominale werkpunt van de pomp.
Als de pomp via het toerental wordt geregeld, verschuift het bedrijfspunt langs de systeemkarakteristiek. De benodigde energie wordt tot de derde macht gereduceerd in vergelijking met klepregeling!
Deze relatie geldt analoog voor alle apparaten met een kwadratische karakteristiek. Ventilatoren hebben bijvoorbeeld maar een achtste van het vermogen nodig bij halve snelheid.
Energieverbruik van een pomp met klep- en snelheidsregeling.
Rendementscurve voor aandrijftoepassingen
Karakteristiek diagram van een geselecteerde pomp
Naast de pomp- en systeemkarakteristiek geeft het diagram van de karakteristiek ook enkele rendementsgrenzen aan. Zowel klepregeling als snelheidsregeling verwijderen het werkpunt van het optimale rendement.
Snelheidsregeling biedt een betere energiebalans in elk scenario. Toch moeten gebruikers de energie-optimale frequentie voor elk systeem bepalen, zodat bijkomende verliezen niet groter zijn dan de besparingen door snelheidsregeling.
Houd er in de projectplanningsfase al rekening mee dat het veranderen van de snelheid ook het werkpunt verandert en daarmee het rendement van de aandrijftoepassing.
Toerentalregeling van pompen en ventilatoren biedt nog veel meer voordelen
Als het verschil tussen het maximaal vereiste vermogen en de gemiddelde deellast te groot is, moet u als operator de oplossing van meervoudige werking overwegen. Bij het zogenaamde cascaderen van pompen dekt een snelheidsgeregelde pomp de basisbelasting. Als het verbruik toeneemt, schakelt de frequentieregelaar meer pompen achter elkaar in. De pompen werken dus zo efficiënt mogelijk. De besturing van een pomp zorgt altijd voor het beste energiegebruik van het systeem. Dit systeem kan ook ventilatoren op dezelfde manier regelen. Overeenkomstige cascaderegelaars zijn verkrijgbaar als externe modules of al geïntegreerd in de meest intelligente frequentieregelaars.
Rustiger werking van de machine
Het gebruik van snelheidsregeling vermindert drastisch het aantal starts en stops bij volledige snelheidsverandering. Bovendien voorkomen zachte opstart- en deceleratiecurves onnodige mechanische en elektrische belasting op de systeemcomponenten.
Minder onderhoud nodig
De frequentieregelaar heeft geen onderhoud nodig. Bij lagere snelheden neemt de levensduur van het systeem toe. Belastingsschokken die optreden wanneer motoren direct worden ingeschakeld, worden geëlimineerd, waardoor schade aan systeemonderdelen door deze schokken wordt voorkomen.
Verlichting van de procesbesturing
Intelligente frequentieregelaars kunnen subtaken van vrij programmeerbare besturingen decentraal in de unit overnemen en zelf kleinere besturings- en bewakingstaken uitvoeren. Dit vermindert de benodigde opslagruimte en grootte in de centrale besturing en verhoogt de snelheid.
Optimale systeemefficiëntie – alleen een totaaloverzicht helpt
Ook al is de besturing van aandrijvingen met moderne, intelligente frequentieregelaars een eerste stap in de richting van lagere energiekosten en minder CO₂-uitstoot – maximale besparingen zijn nog niet gegarandeerd. Dit komt omdat in totaal vier factoren een essentiële rol spelen in ventilatiesystemen in het bijzonder, zoals in de casestudy over de productielocatie van Volkswagen in Navarra, Spanje:
- de efficiëntie van de ventilator,
- de efficiëntie van de motor,
- de efficiëntie van de koppeling en
- de efficiëntie van de snelheidsregeling.
Duurzame ventilatietechnologie: VW bespaart 20% energie en 350 ton CO₂
Volkswagen vertrouwt op het EC+ concept van Danfoss en Novenco voor de ventilatie van een van de grootste assemblagehallen van de fabriek in Navarra. EC+ staat voor het intelligente samenspel van de optimaal gekozen systeemcomponenten frequentieregelaar, motor en ventilator. Op die manier biedt het nieuwe luchtbehandelingssysteem in de VW-fabriek een maximale energie- en kostenefficiëntie. Want uiteindelijk is elektrische aandrijftechniek met de best mogelijke snelheidsspecificatie de sleuteltechnologie voor meer energie-efficiëntie bij ventilatoren en pompen.
In vergelijking met het vorige ventilatiesysteem hebben de 6 nieuwe AHU’s samen een totaal besparingspotentieel – op basis van een nominale werking per jaar – van 747.429 kWh elektrische energie, 350 ton CO₂ en 199.115,= euro aan elektriciteitskosten in het eerste jaar. Deze berekening is gebaseerd op een energieprijs van 26,64 cent/kWh. Verdere onderliggende aannames van de berekening zijn de CO₂-emissiefactor van 468 g/kWh en 8.760 jaarlijkse bedrijfsuren.
Naast deze aanzienlijke energie- en kostenbesparingen zijn de nieuwe units ook 30% kleiner en lichter.
VW Navarra bespaart energie, CO2 en kosten met het EC+ concept van Danfoss en Novenco
Ontdek uw kampioenen in energie-efficiëntie!
Energie is en blijft duur. Daarnaast moeten bedrijven de CO₂-uitstoot verminderen als onderdeel van hun ESG-doelstellingen. Veel bedrijven investeren daarom in hernieuwbare energie zoals zonnepanelen op het dak, of kopen groene stroom.
Is dat genoeg? Ontdek de verborgen energie-efficiëntiekampioenen in uw gebouw met deze online tool. U leert welke instellingen tegelijkertijd de meeste energie, kosten en uitstoot besparen.
Het getoonde gebouw is trouwens gebaseerd op de Danfoss-productie in Graasten, Denemarken. Alle waardevariabelen van de besparingen en de bijbehorende berekeningen zijn gerelateerd aan de afmetingen van dit gebouw. Start uw energie-efficiëntie wedstrijd!
Praat met experts
Of het nu gaat om een nieuwbouwproject of een bestaand gebouw, in commerciële gebouwen moet een nauwkeurig evenwicht tussen dynamische groei en duurzaam beheer worden gewaarborgd. Of het nu gaat om hotels, kantoren, datacenters of openbare faciliteiten, met de producten en aandrijfoplossingen van Danfoss voor pomp- en ventilatorsnelheidsregeling kunt u aanzienlijke energiebesparingen, emissiereducties en kostenbesparingen realiseren. Wij ondersteunen u met deskundig advies over specifieke toepassingen en holistische oplossingen voor optimale efficiëntie in uw gebouw. Heeft u vragen over energie-efficiëntie met aandrijftechniek in uw gebouw? Boek dan eenvoudig een afspraak in de online expert kalender.
