CITplus - Mit Hilfe des System-Effizienz-Service (SES) von KSB konnte Michelin in seinem Reifenwerk in Homburg den Energieverbrauch der Heizungsumwälzpumpen massiv senken.

Auf dem rund 33 Hektar großen Werksgelände unterhält Michelin eine Heizzentrale, in der zur Umwälzung von Heizungswasser bis 2010 vier einstufige Spiralgehäusepumpen älteren Baujahrs im Einsatz waren. Der Antrieb dieser vier baugleichen Heizungsumwälzpumpen erfolgte jeweils über Elektromotoren, deren Leistungsklassen zwischen 37 kW und 40 kW variierten. Die Regelung und damit die Anzahl parallel betriebener Pumpen wurde in Abhängigkeit von der Außentemperatur durch das Betriebspersonal gesteuert. In den Wintermonaten wurden entsprechend der hohen Gebäudeheizlast vier Pumpen zur Umwälzung der Heizungswassermenge eingesetzt. Mit ansteigender Außentemperatur wurde die Anzahl parallel betriebener Pumpen schrittweise bis auf eine reduziert. Als Folge dieser manuellen Regelung war eine kurzfristige Reaktion auf witterungsbedingte Veränderungen nicht möglich, weshalb oftmals mehr Pumpen als erforderlich in Betrieb waren und der Energiebedarf höher als nötig ausfiel.

System Effizienz Service (SES) senkt ­Energieverbrauch
Um den Energieverbrauch der vier Pumpen zu optimieren, nutzte Michelin den System Effizienz Service (SES) der Firma KSB Service. Mit dieser Dienstleistung bietet der Frankenthaler Pumpenspezialist Unternehmen und Anlagenbetreibern die Möglichkeit, die teils enormen Einspar- und Optimierungspotenziale beim Pumpenbetrieb nutzbar zu machen. Solche Möglichkeiten sind praktisch überall in der Industrie vorhanden, können oft schon mit sehr einfachen Maßnahmen genutzt werden und führen häufig zu erheblichen Kostenreduktion.
Der System Effizienz Service (SES) ist in mehrere Schritte gegliedert, in deren Mittelpunkt die messtechnische Erfassung aller Pumpen- und Anlagenparameter sowie die Ausarbeitung konkreter Verbesserungsmaßnahmen stehen. Nach einer ersten Anlagenbegehung durch KSB-Ingenieure werden mehrere Wochen lang alle relevanten Daten mit speziellen Datenloggern aufgezeichnet. Die Geräte können nicht nur die Durchflussmengen und die Zulauf- sowie Enddrücke der Pumpen erfassen, sondern auch elektrische Messwerte wie Motorleistungen und Motorstrom- oder Drehfrequenzsignale. Selbst die an den Lagerträgern der Pumpe auftretenden Schwingungen werden gemessen, denn sie erlauben Rückschlüsse auf den Verschleißzustand der Pumpe und machen es möglich, Fehlausrichtungen, Verspannungen, Unwucht oder Schwingungen aus der Peripherie zu identifizieren - Faktoren, die einen erheblichen Einfluss auf Verfügbarkeit und Lebensdauer einer Pumpe haben können.
Auf der Basis der so gewonnenen Messdaten führen die Ingenieure von KSB eine detaillierte Auswertung durch. Die darauf aufbauende Handlungsempfehlung gibt Auskunft darüber, welche Einsparungen mit welchen Maßnahmen realisierbar sind und mit welchen Amortisationszeiten gerechnet werden kann.
Entschließt sich der Kunden zu einer der vorgeschlagenen Maßnahmen, führt KSB nach dem Abschluss des Projektes eine kostenlose Zweitmessung durch, mit der der Erfolg der Maßnahmen nachgewiesen wird.

Messdaten zeigen ­Optimierungspotenzial auf
Zur Ermittlung des bei Michelin vorliegenden Lastkollektivs führte KSB Messungen an zwei der insgesamt vier Heizungsumwälzpumpen durch, um so das tatsächliche Förderverhalten der Pumpen zu erfassen.
Die Datenaufzeichnung erfolgte über einen Datenlogger, mit dem der Enddruck der beiden Pumpen sowie die Schwinggeschwindigkeiten am Lagerträger der Maschinen erfasst wurden. Zur Bestimmung der Wirkleistungsaufnahme wurde im Schaltschrank der beiden Aggregate eine mobile Leistungsmessung installiert. Zusätzlich stellte der Anlagenbetreiber aus seiner Leitwarte Informationen zur Heisswasserumwälzmenge, zum Druck im Anlagenvorlauf sowie zur Mediumstemperatur zur Verfügung. So konnten sich die Ingenieure von KSB ein detailliertes Bild über die Anlage machen.
Aus den erfassten Messdaten konnte man den aktuellen Betriebsbereich der Pumpen ermitteln, der im energetisch ungünstigen Teillastbereich der Pumpenkennlinie lag. Die hierdurch merklich überhöhte Förderhöhe führte zu einem hohen spezifischen Energiebedarf von 0,236 kWh/m³, der die Betriebskosten in die Höhe trieb.

Vorschläge zur Effizienzsteigerung
Zur Reduzierung des Energieverbrauchs wurden von den KSB-Ingenieuren mehrere Möglichkeiten geprüft.
Ein erster Ansatz sah vor, unter Beibehaltung der vorhandenen Einheiten den Winterbetrieb mit nur noch drei statt wie bisher vier parallel geschalteten Heizungsumwälzpumpen zu absolvieren. Die Pumpen würden dann deutlich näher an ihrem hydraulischen Optimum betrieben, wodurch sich der spezifische Energiebedarf signifikant reduziert. Diese einfache Maßnahme würde bei jeweils rund 2000 h im Winterbetrieb auch ohne weitere Investitionen eine Einsparung von über 5.000 €/a erzielen.
In einem weiteren Iterationsschritt wurde in Zusammenarbeit mit dem Kunden noch eine weitere Einsparmöglichkeit in Form eines halbgeschlossenen und damit gedrosselten Absperrschiebers entdeckt. Ohne diese energiefressende Armatur hätte sich aber der dynamische Anteil der Anlagenkennlinie und damit die erforderliche Förderhöhe so stark verringert, dass die vorhandenen Pumpen Gefahr liefen überlastet und beschädigt zu werden. Um wirklich alle Einsparpotenziale der Anlage zu nutzen empfahlen die Spezialisten von KSB den kompletten Austausch der vier alten Aggregate gegen drei neue Spiralgehäusepumpen vom Typ Etanorm G 080 160. Diese würden im Nennbetriebspunkt nur 12 kW elektrische Leistung auf nehmen.
In Kombination mit einer PumpDrive-Drehzahlregelung von KSB könnten dann die Pumpen nicht nur in der Drehzahl, sondern durch das Master-Slave-Prinzip auch in der Anzahl vollautomatisch der aktuellen Anlagenlast angepasst werden. Durch diese optimierte Betriebsweise würde sich der spezifische Energiebedarf im Vergleich zur investitionsfreien Variante von 0,208 kWh/ m³ auf 0,072 kWh/m³ reduzieren.
Angesichts des Alters der vorhandenen Einheiten, der möglichen Automatisierung beim Umstieg auf die neueste Technologie und der höheren Energieeinsparung entschied sich Michelin schließlich für einen Komplettaustausch der Pumpen.

Der Umbau der Anlage
Die alten Aggregate wurden ausgebaut und durch drei neue drehzahlgeregelte Spiralgehäusepumpen vom Typ Etanorm G 080-160 G11 PD ersetzt. Als physikalische Regelgröße dient der Differenzdruck, der über Drucksensoren vor den Saug- und hinter den Druckstutzen der Pumpen ermittelt wird.
Zweite Messung bestätigt ­Effizienzsteigerung
Um die durchgeführten Maßnahmen auf ihren Erfolg zu überprüfen und den Nachweis zu erbringen, dass die angestrebten Effizienzsteigerungen auch tatsächlich erreicht wurden, führte KSB ein Jahr nach der Erstmessung die kostenlose Zweitmessung durch. Mit ihr konnte eine reale Energieeinsparung von 211.800 kWh pro Jahr und damit eine Verringerung der CO2-Emmissionen von 131 Tonnen belegt werden. Unter Berücksichtigung sämtlicher anfallender Material- und Umbaukosten ergab sich für den Kunden eine Amortisationszeit von 1,5 Jahren.