Mehr Effizienz für Pumpen und Kompressoren

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Effizienz im Spiegel aktueller Richtlinien

Vor allem unter dem Aspekt der Energieeinsparung beschäftigt sich die europäische ErP-Richtlinie (Energy related Products) 2005/32/EC und 2009/125/EG mit dem Einsatz von Frequenzumrichtern. Sie wurde 2005 von der Europäischen Kommission verabschiedet, um die umweltgerechte Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte auf EU-Ebene zu regeln. Zwei entscheidende Arbeitsphasen sind inzwischen bereits abgeschlossen. Anfang 2015 begann die dritte.

In den ersten zwei Arbeitsphasen wurden vorrangig Anforderungen an die Effizienz einzelner Produkte definiert. So haben zum Beispiel aus der ErP-Richtlinie resultierende Mandate dazu geführt, dass seit 2011 nur noch Motoren der „Effizienzklasse IE2 oder besser“ in Verkehr gebracht werden dürfen. Seit Anfang 2015 müssen Motoren mit einer Nennleistung von 7,5 kW bis 375 kW sogar der strengeren Effizienzklasse IE3 genügen oder mit einem Frequenzumrichter angesteuert werden.

Permanentmagnetmotoren (PM-Motoren) erfüllen bereits heute die Anforderungen der IE3 (Premium Efficiency Class) und IE4 (Super Premium Efficiency Class). Damit treiben sie die Möglichkeiten zu einer energetischen Optimierung von Pumpen weiter voran.

Effiziente Permanentmagnetmotoren für den Teillastbereich

Inzwischen sind auch hocheffiziente PM-Motoren verfügbar, die die Anforderungen der in den Normen genannten höchsten Effizienzklasse IE4 erreichen oder gar übertreffen. In diesem Zusammenhang sprechen einzelne Anbieter der Antriebstechnik-Branche irreführenderweise von IE5-Motoren, obwohl diese Klasse in den entsprechenden Normen und Richtlinien noch gar nicht definiert ist. Die Angabe der Effizienzklasse bezieht sich immer auf den Nennbetriebspunkt eines Motors. Unterhalb des Nennbetriebspunktes, also im Teillastbereich, ist die Effizienz des Motors stets geringer. Wie schnell die Effizienz abnimmt, hängt maßgeblich von der Konstruktion und der Topologie des Motors ab. Im Vergleich zum Asynchronmotor sind gute PM-Motoren gerade im Teillastbereich deutlich effizienter.

Besondere Merkmale der Kombination von PM-Motor und Frequenzumrichter sind die prozessoptimierte Regelung des Motors durch den Umrichter und die daraus resultierende Energieeinsparung. Hierbei zeigen sich die Vorteile von PM-Motoren gegenüber dem Drehstromasynchronmotor im gesamten Regelbereich, insbesondere jedoch im Teillastbereich: Herkömmliche Asynchronmotoren haben selbst in IE3-Ausführung ihren besten Wirkungsgrad im Nennbetriebspunkt, während PM-Motoren in einem deutlich erweiterten Lastbereich noch mit entsprechend hoher Effizienz arbeiten. Da Pumpenantriebe meist im Teillastbereich betrieben werden, ergibt sich hier ein weiterer Effizienzvorteil, der die etwas höheren Anschaffungskosten in den meisten Fällen bereits innerhalb von ein bis zwei Jahren amortisiert.

Das hocheffiziente Gespann aus IE4-Motor und darauf abgestimmtem Umrichter gewährleistet die niedrigsten Betriebskosten. Eine beispielhafte Berechnung zeigt den konkreten Nutzen von IE4-Motoren: Eine angenommene Pumpe läuft im Rund-um-die-Uhr-Betrieb (24/7). Ersetzt man hier einen frequenzumrichtergeregelten 30-kW-IE2-Motor mit einem Wirkungsgrad von circa 90,7 % durch einen vergleichbaren, ebenfalls frequenzumrichtergeregelten Motor der höheren Effizienzklasse IE4 mit einem Wirkungsgrad von etwa 93,6%, ergibt sich allein dadurch eine Energieeinsparung von 7621 kWh pro Jahr. Mit der Umrüstung auf einen IE4-Motor und der damit verbundenen Verbesserung des Wirkungsgrads um 2,9 % spart der Verbraucher bei einem angenommen Preis von 12 Euro-Cent pro Kilowattstunde also rund 900 Euro pro Jahr.

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