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Verfahrenstechnik 11/2020

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Verfahrenstechnik 11/2020

Unschlagbares Team

Unschlagbares Team Smarte Planer und smarte Pumpen in der Kälteerzeugung Künstliche Intelligenz (KI) unterstützt die Optimierung von Produktionsprozessen und ist die Grundlage völlig neuartiger Geschäftsmodelle. Doch ist die menschliche Intelligenz nach wie vor überlegen, wenn es bei der Planung neuer Anlagen darum geht, einzelne Komponenten zu einem smarten Gesamtsystem zu verknüpfen. Beispielsweise bei der Planung smarter Kälteanlagen, wo Hocheffizienzpumpen eine entscheidende Rolle spielen. Autor: André Vennemann, Vertriebsdirektor Industrie D-A, Grundfos GmbH, Erkrath Die Kälteerzeugung – korrekt: der Entzug von Wärmeenergie – spielt in der Prozesstechnik eine zentrale Rolle. Und in den meisten Verwaltungsgebäuden sind raumlufttechnische Anlagen (u. a. zur Klimatisierung) Standard. Diese Fülle an Einsatzbereichen spiegelt sich auch im Stromverbrauch wider: Kälte- und klimatechnische Anlagen sind in Deutschland für rund 14 % der gesamten Endenergie verantwortlich. Energieeffizientes Equipment ist somit ein Schlüssel zur Kosteneinsparung und zur Minderung der CO 2 - Emissionen. Hocheffizienzpumpen in der Kälteerzeugung/Kälteversorgung arbeiten im besten Fall mit einem drehzahlregelbaren Permanentmagnet-Motor der 3. Generation (also mit IE5-Klassifizierung) nicht nur äußerst sparsam, sie reagieren mit smarten Sensoren zudem auf kleinste Veränderungen in der Anlagentechnik und greifen aktiv in das Geschehen ein. Zudem sorgen intelligente Regelungsmodi für eine gesicherte Integration in Versorgungskreisläufe. Dafür steht ein Regel- und Überwachungs-Konzept mit aufeinander abgestimmten Bausteinen zur Verfügung: Hydraulik, Antrieb und MSR- Technik sind hier ein bestmöglich eingespieltes Team. Systemeffizienz zählt Bei kleinen und/oder selten verwendeten Pumpen spielt Systemeffizienz keine so große Rolle. Doch Kühlpumpen zählen gewöhnlich zu den Aggregaten, die rund um die Uhr laufen. Das bedeutet, dass Kälteanwendungen erheblich von der Regelungsstrategie, der Systemeffizienz und dem Lastprofil beeinflusst werden. In der Praxis finden sich viele Anlagen, bei denen die Systemkomponenten nicht besonders gut aufeinander abgestimmt sind: Der Betreiber kauft einen Kältekompressor bei dem einen Lieferanten, den Kühlturm bei einem anderen, die Pumpen beispielsweise bei Grundfos und sucht sich dann einen lokalen Anlagenbauer, der alles zusammenfügt. Wenn dieser jedoch wenig Erfahrung mit solchen Projekten hat, nicht weiß, wie sich die Einzelkomponenten optimal miteinander verbinden lassen, laufen dem Betreiber die Kosten davon. 01 Typische Pumpen-Baureihen für Sekundärprozesse wie Kühlkreisläufe 02 Normpumpen der Baureihe NK sind für Anwendungen konzipiert, wo große Wassermengen zuverlässig bewegt werden müssen 28 VERFAHRENSTECHNIK 11/2020 www.verfahrenstechnik.de

TITEL I KOMPONENTEN UND SYSTEME Hier kann das intelligente Regel- und Überwachungs-Konzept bis zu 70 % der Energiekosten sparen. Der einfache Grund: Der Anbieter ist schon seit Jahrzehnten im Geschäft, hat profunde Kenntnisse über Kühlanlagen und deren Regelung. Temperatur konstant halten Industrielle Kälteanwendungen haben selten eine konstante Last. Betrachtet man als Beispiel einen standardmäßigen Wärmeübertrager, gibt es drei wesentliche Möglichkeiten, um die Temperatur zu regeln – jede Lösung verfolgt das gleiche Ziel: eine konstante Temperatur aus dem Wärmeübertrager aufrechtzuerhalten. n Variante 1 besteht aus einem Regulierventil und einer Pumpe, die konstant bei voller Drehzahl läuft. n Variante 2 reguliert die Temperatur ebenfalls mit einem Ventil; doch sie arbeitet mit einer Pumpe und einem externen Frequenzumrichter, um einen konstanten Differenzdruck aufrechtzuerhalten. Diese Lösung hat den Vorteil, überschüssigen Druck im System zu vermeiden und im Vergleich zum ersten Aufbau, Energie zu sparen. Strategische Partnerschaft Doch das Problem von Druckverlusten durch das Ventil besteht weiterhin, und die Investitionskosten steigen, da sowohl ein Regulierventil als auch ein Frequenzumrichter erforderlich sind. Zudem wird das System komplexer, da man hier zwei Regulierungen hat, um auf einen Betriebspunkt zu kommen. n Variante 3 verfolgt einen direkteren Ansatz: Es ist kein Regulierventil erforderlich, da ein Sensor die Temperatur an der wichtigsten Stelle misst – also im Wärmeübertrager – und das Signal direkt an die Pumpe sendet, die über einen integrierten Frequenzumrichter verfügt. Die Pumpendrehzahl ändert sich abhängig davon, welcher Durchfluss benötigt wird, um die richtige Temperatur zu erhalten. Vorteil: Zusätzliche Schaltschränke für externe Umrichter Mit leistungsfähigen 3-D-Engineering-Werkzeugen kann man Produktionsanlagen quasi zusammenklicken Die im Rahmen eines Projekts der Firma Technotrans neu entwickelten Kühlsysteme sind besonders effizient sowie nachhaltig und verbinden damit Umweltschutz mit Wirtschaftlichkeit. Dank drehzahlgeregelter Komponenten passt sich die Leistung der Geräte dem spezifischen Bedarf des Anwenders an. Das schont Ressourcen, spart Kosten und reduziert die benötigten Kältemittelmengen. Das Kühlsystem verbraucht weniger Strom bei konstant hoher Leistungsdichte – und unterstützt auf diese Weise Anwender dabei, ihren CO 2 -Fußabdruck zu reduzieren. Dabei spielen Pumpen von Grundfos eine wichtige Rolle: Zum Einsatz kommen horizontale Kreiselpumpen der Baureihe CM. Mit sechs Baugrößen, drei Materialausführungen und einem breit gefächerten Motorenprogramm sind diese Pumpen vielseitig einsetzbar. Der besondere Vorteil für OEM-Apparatebauer wie Technotrans: Dank seiner äußerst kompakten Abmessungen und hohen Flexibilität kann das leistungsstarke Aggregat auch bei engsten Einbauverhältnissen als Systemlösung für Pumpenanwendungen aller Art eingesetzt werden. Mit der neuen strategischen Partnerschaft erneuern die beiden Partner ihre jahrzehnte lange Zusammenarbeit. entfallen ebenso wie Regulierventile; es sind also keine Druckverluste über das Ventil zu erwarten, die drehzahlregulierte Pumpe hält unabhängig von Lastschwankungen eine hohe Effizienz aufrecht und verbraucht weniger Energie. Kreative Anlagenplanung Es ist zudem möglich, Temperaturdaten zu überwachen und zu speichern – besonders nützlich für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie und auch für pharmazeutische Unternehmen, in denen alles dokumentiert werden muss. Bei Anlagen, in denen der Betriebspunkt konstant ist, funktionieren alle drei Strategien gleich gut. Doch wenn die Last verringert wird, bietet die direkte Temperaturregelung optimale Effizienz und Energieeinsparungen. Ausnahme: Muss die Pumpe mehr als einen Kühlkreislauf versorgen, versteht das System nicht, welche Pumpe es regulieren soll. Also ist in diesem Fall Variante 2 mit konstantem Differenzdruck zu wählen. Fazit: Mit leistungsfähigen 3-D-Engineering-Werkzeugen und hinterlegten Bauteilen und Komponenten kann man heute bereits neue Produktionsanlagen quasi zusammenklicken. Für solche Standard-Anlagen gibt es auch standardisierte Automations-Module – Plug-and-play. Für neuartige Lösungen wie hier vorgestellt sind kreative Planer gewiss noch lange Zeit gefragt. Smarte Planer und smarte Pumpen sind ein unschlagbares Team. Fotos: Grundfos www.grundfos.de 01 02 www.verfahrenstechnik.de VERFAHRENSTECHNIK 11/2020 29

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Verfahrenstechnik Handbuch Prozesstechnologie 2019