Tento příspěvek byl zveřejněn na konferenci Budoucnost | Investice | Projekty, kterou pořádala zlínská společnost CENTROPROJEKT GROUP při příležitosti 90 let své historie. Autor: Martin Průžek, Hernborner Pumpentechnik GmbH & Co. KG #BIPzlin

1. Čerpací technika
• na čistou vodu
HERBORNER PUMPENTECHNIK GmbH  Co. KG • na odpadní vody
• pro průmysl
Úsporná opatření u bazénové
čerpací techniky

2. Obsah příspěvku
- Úvod – hydraulické základy
- Cíl úsporných opatření - snížení
nákladů cyklu životnosti (LCC)
- Jednotlivé možnosti snížení LCC

3. Hydraulické
základy

4.  Nejdůležitější parametry odstředivého čerpadla ukazují provozní
chování a jsou prezentovány charakteristikou s dopravní výškou
H a průtokovým množstvím Q.
 Průběh charakteristiky čerpadla je křivka a klesá v diagramu zleva
doprava s rostoucím průtokovým množstvím (výkonem čerpadla).
 Sklon charakteristiky je určován konstrukcí čerpadla a zejména
také konstrukčním tvarem oběžného kola.
Co je charakteristika čerpadla a jak ji můžeme
využít?

5.  Průtokové množství Q [m³/h] nebo [l/s]
 Dopravní výška H [m]
 Výkon na hřídeli P / P2 [kW]
 Účinnost  [%]
+ Charakteristika potrubí
Charakteristická data čerpadla:

6. Průtokové množství Q
 Využitelný objemový proud
dopravovaný přes hrdlo výtlaku
 Odpovídá objemu kapaliny za
časovou jednotku
 Označení symbolem Q a udává
se v m³/h oder l/s
 Q  Qopt = Oblast částečného
zatížení
 Q  Qopt = Oblast přetížení
Q
[m³/h]

7. Dopravní výška H
 Využitelná mechanická práce
přenášená čerpadlem na médium
 Je určena obvodovou rychlostí
oběžného kola
 Označení symbolem H a udává
se v metrech [m]
H
[m]

8. Výkon na hřídeli P
 Je mechanický výkon
zaznamenaný na spojce nebo
hřídeli
 V praxi se zohledňují faktory
nejistoty při výpočtu systému a
možném kolísání odporu
přidáním pojistných hodnot.
 Označení symbolem P (P2) a
udává se v kW
P
[kW]

9. Účinnost η
 Výsledná účinnost hydrauliky
čerpadla jako poměr výkonu
čerpadla k potřebnému výkonu
 Charakterizuje kvalitu přeměny
výkonu
η
[%]

10. Charakteristika potrubí
 Označuje se také jako
charakteristika zařízení
 Průsečík charakteristiky potrubí
s charakteristikou čerpadla dává
pracovní bod čerpadla.
 Parabolický průběh: Čím větší
průtokové množství, tím vyšší
jsou ztráty třením
 Hgeo je určena stavem naplnění
nádrže resp. vstupním tlakem
čerpadla
Hgeo

11. Každá změna dopravní výšky má
vždy za následek i změnu
průtokového množství.
Velké průtokové množství
= nízká dopravní výška
Malé průtokové množství
= vysoká dopravní výška
Je důležité vědět:

12. Náklady cyklu
životnosti - LCC

13. LCC = Cic + Cin + Ce + Co + Cm + Cs + Cenv + Cd
Cic = pořizovací náklady
Cin = náklady na instalaci a uvedení do provozu
Ce = energetické náklady
Co = náklady na obsluhu
Cm = náklady na údržbu
Cs = náklady na výpadek
Cenv = ekologické náklady
Cd = náklady na vyřazení a likvidaci
Náklady cyklu životnosti (LCC) - Kritérium volby
úsporného čerpadla
Ke zjišťování nákladově výhodné techniky se ustálil výpočet
tzv. nákladů cyklu životnosti (LCC)
pořizovací náklady
energetické náklady
Příklad čerpadla na čistou vodu:

14. Materiál,
konstrukce,
komponenty

15. UNIBAD X – Standard mezi bazénovými cirkulačními čerpadly
Výběr čerpadla v bazénové technice
UNIBAD X – originál
Mechanické ucpávky s vysokou technickou
kvalitou v materiálu SiC/SiC
Obtokový kanál s odvzdušňovacím
kohoutem proti chodu nasucho
Zesílená ložiska a
provedení hřídele
Velkoryse dimenzovaný filtrační koš

16. Správná volba čerpadla snižuje LCC!
Sraženými hranami lopatek oběžného kola se dá zlepšit
účinnost čerpadla.
Podívejte se na Vaše čerpadla!
Domazávacím zařízením na motorech
se dá výrazně zvýšit životnost ložisek.
Zesílená ložiska motorů i masivní provedení hřídele výrazně
zvyšují životnost čerpadla.

17. Výběr čerpadla
se strmější
charakteristikou

18.  Menší snížení průtokového množství při
stoupajícím výtlaku resp. strmější
charakteristice potrubí.
 Z toho odvoditelné výhody strmější
charakteristiky čerpadla:
o Delší intervaly cirkulace bez požadavku
na častější praní
o Nižší množství vody na praní filtrů
(rychlejší ztrátou průtokového množství
se musí prát dříve)
o Nižší náklady na čerstvou a odpadní
vodu
Výhody strmých charakteristik čerpadel

19. Volba čerpadla s
vyšší účinností

20. UNIBAD 125-270/1504X
Q = 144 m³/h, H = 22,7 m,  = 79,9 %
P2 = 144*22,7 / (367*0,799) kW = 11,1 kW
P = 11,1 / 0,906 = 12,25 kWh
Pracovní bod jiného čerpadla:
Q = 144 m³/h, H = 22,7 m,  = 74,9 %
P2 = 144*22,7 / (367*0,749) kW = 11,9 kW
P = 11,9 / 0,906 = 13,13 kWh
Úspora energie
Pdif = 0,88 kWh
Úspora nákladů při 4,20 Kč / kWh, 8000 hod / rok
Úspora: 29.568,- Kč / rok
Potenciál úspor u rozdílných čerpadel - Účinnosti
144 m³/h

21. Energetické
úspory

22. Dnešní technika splňující požadavky zítřka!
1. Zákonodárce vyžaduje od roku 2011 používání motorů IE2 (dříve
eff1) jako standard.
2. Na rok 2015 nařizuje zákonodárce motory IE3 (od 7,5 kW vč.).
Alternativně je možno použít motory IE2 s měničem frekvence.
3. Od r. 2017 jen motory IE3 (od 0,75 kW vč.), příp. IE2 s měničem
frekvence
4. Firma Herborner Pumpen dodává již léta IE3 s motory PM.
5. U mnoha motorů PM je dosaženo již IE4 !
IE1 = Standardní účinnost (srovnatelné s eff2)
IE2 = Vyšší účinnost (srovnatelné s eff1)
IE3 = Účinnost „Premium“
IE4 = Účinnost „Super Premium“

23. Měniče
frekvence

24. Měniče frekvence
1. Úspora energie v případě měnících se pracovních bodů a jejich řízení
různými otáčkami.
o Známý příklad je zde snížení cirkulačního výkonu přes noc
o V minulosti k tomu bylo (pokud možno) vypínáno jedno čerpadlo
2. Snížení dopravovaného objemu resp. přizpůsobení potřebám zařízení
o Jako příklad zde může sloužit přizpůsobení čerpadel měnícím se
provozním poměrům zařízení nebo atrakcí pomocí měniče frekvence.
o Ještě před několika málo lety byla pouze možnost čerpadla přizpůsobit
požadavkům takzvanou regulací škrcením. Přitom se pomocí šoupátka
nebo překážky ovlivní charakteristika potrubí zařízení a mrhá se energií!
Základní myšlenkou regulace frekvence čerpadel je přizpůsobení otáček
V cirkulaci bazénové vody známe:

25. 0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Drehzahl n [%]
LeistungP[%]
50
Potenciál úspory energie
Odstředivá čerpadla – Potřeba výkonu v
závislosti na otáčkách čerpadla
Snížení otáček čerpadla o 20 % znamená úsporu výkonu o 50 % !

26. Pracovní bod 1:
Použití dvou čerpadel
Q = 228 m³/h, H = 15,5 m, Perf = 12,2 kW
Pracovní bod 2:
Snížení výkonu přes noc vypnutím jednoho
čerpadla:
Q = 180 m³/h, H = 10 m, Perf = 7,0 kW
Úspora energie snížení výkonu přes noc:
Pdif = 5,2 kW
Úspora nákladů při 4,20 Kč /kWh, 4000 h/rok
Úspora: 87.360,- / rok
Příklad snížení výkonu přes noc vypnutím
jednoho čerpadla
BP 1
BP 2
15,5 m
78,9 %
228 m³/h
12,2 kW
10,0 m
180 m³/h
7,0 kW

27. Pracovní bod 1:
Použití dvou čerpadel
Q = 228 m³/h, H = 15,5 m, Perf = 12,2 kW
Pracovní bod 2:
Regulace frekvence obou čerpadel:
Q = 140 m³/h, H = 6 m, Perf = 3,0 kW
Úspora energie snížení výkonu přes noc:
Pdif = 9,2 kW
Úspora nákladů při 4,20 €/ kWh, 4000 h/rok
Úspora: 154.560,- Kč / rok
Příklad snížení výkonu přes noc regulací otáček
BP 2
BP 1
15,5 m
12,2 kW
78,9 %
228 m³/h
6,0 m
140 m³/h
3,0 kW

28. Dimenzovaný pracovní bod:
Q = 114 m³/h, H = 15,5 m
Pracovní bod 1:
Q = 156 m³/h, H = 12 m, Perf = 6,85 kW
Pracovní bod 2: (Regulace škrcením)
Q = 114 m³/h, H = 15,5 m, Perf = 6,08 kW
Úspora energie
Pdif = 0,77 kW
Úspora energie při 4,20 Kč / kWh, 8000 h/rok
Úspora: 25.872,- Kč / rok
V jiných případech možné i vícenáklady!!
Úspora energie při regulaci škrcením
BP 2
BP 1
156 m³/h
78,9 %
6,85 kW
12 m
15,5 m
114 m³/h
6,08 kW

29. Dimenzovaný pracovní bod:
Q = 114 m³/h, H = 15,5 m
Pracovní bod 1:
Q = 156 m³/h, H = 12 m, Perf = 6,85 kW
Pracovní bod 2: (regulace otáček)
Q = 114 m³/h, H = 6,4 m, Perf = 2,85 kW
Úspora energie
Pdif = 4,00 kW
Úspora nákladů při 4,20 Kč / kWh, 8000 h/rok
Úspora: 134.400,- Kč / rok
Úspora nákladů regulací otáček
BP 1
BP 2
12,0 m
6,85 kW
78,9 %
114 m³/h
6,4 m
2,85 kW
156 m³/h

30.  Pořízení řízení otáček pomocí měniče frekvence musí vést k dosažení
energetické účinnosti a tak minimalizovat náklady!
 Optimalizace otáček přitom vede k nižší spotřebě energie, nižším nákladům
na údržbu, snížení mechanického opotřebení a tím k enormním úsporám
nákladů.
 Pokud se jedná o měnící se provozní poměry, může být dopravované
množství čerpadla pomocí měniče frekvence optimálně přizpůsobeno
požadavkům.
 Stálé řízení čerpadla v rozsahu nejlepší účinnosti a přizpůsobení
požadovaným provozním podmínkám je možné řízením otáček.
 Je třeba se vyhnout maximálnímu snížení otáček pod 30 Hz, aby se
zachovalo proudění v hydraulice čerpadla.
Shrnutí:

31. Rekuperace
odpadního tepla

32. UNIBAD XC / UNIBLOCK GFC
herborner.X-C / herborner.F-C
Úspora rekuperací:
od cca. 5.600,- Kč / rok až cca. 56.000 Kč / rok
Příklad: Ekologická účinnost rekuperací
odpadního tepla u čerpadel

33. Synchronní
motory

34. Větší výkon čerpadla!
Nová technika motorů
která určuje vývoj s
energetickou účinností IE3
Příklad: Motory PM – motory šetřící energii

35. Již dnes technika zítřka!
1. Zákonodárce požaduje používání tzv. motorů IE2 (dříve eff1) jako
standardu od roku 2011.
2. Na rok 2015 ukládá zákonodárce povinnost motorů 7,5 kW včetně
třídy IE3. Alternativně mohou být použity motory IE2 s měniči
frekvence.
3. Čerpadla z Herbornu splňuji požadavky na motory třídy IE3 se
synchronními motory PM.
4. Téměř u všech motorů je dosažena třída IE4 !
IE1 = Standardní účinnost (dříve eff2) – současně již nelze používat
IE2 = Vysoká účinnost (srovnatelná s eff1)
IE3 = Účinnost „Premium“
IE4 = Účinnost „Super Premium“

36. Srovnání účinností
Výhoda motoru PM:
Bez skluzu rotoru =
menší ztráta výkonu

37. Početní příklad při plném zatížení:
Čerpadlo Funkce
Jmenovitý
výkon
motoru
Účinnost
IE2
Účinnost
PM
Úspora s
PM
Náklady na
energii
kW % % kW
UNIBAD 100-241/0754X
Cirkulační čerpadlo
plavecký bazén 7,5 88,7 92 0,30 0,18 €/kWh
Spotřeba energie asynchronní motor plné zatížení za hodinu 1,522 €
Spotřeba energie asynchronní motor plné zatížení 8000 provozních hodin / rok 12.176,00 €
Spotřeba energie motor PM při plném zatížení za hodinu 1,467 €
Spotřeba energie motor PM při plném zatížení při 8000 provozních hodin / rok 11.739,00 €
Úspora energie / rok - srovnání motor
PM a motor IE2 (asynchronní)
437,00 €
Příplatek 7,5 kW motor jako synchronní motor PM 827,00 €
Amortizace v letech (bez pořizovacích nákladů na měnič frekvence) < 2
Celkové uspořené množství CO2 za rok (při 0,59 kg/kWh) 1.432 kg

38. Čerpadlo Funkce
Jmenovitý výkon
motoru
Účinnost
IE2
Účinnost
PM
Náklady na
energii
kW % %
UNIBAD
2 x 65-243/0304X
Cirkulační
čerpadlo 2 x 3,0 85,5 89,5 0,18 €/kWh
Spotřeba energie čerpadlo s asynchronním motorem plné zatížení 5040 provozních hodin / rok 4.851,- €
Spotřeba energie snížení výkonu v noci vypnutím jednoho čerpadla a 3600 provozních hodin / rok 2.122,- €
Celková spotřeba el. energie s asynchronním motorem / rok 6.973,- €
Spotřeba energie čerpadlo s motorem PM + měničem frekvence plné zatížení 5040 provozních hodin / rok 4.176,- €
Spotřeba energie čerpadlo s motorem PM + měnič frekvence a snížení výkonu v noci 3600 provozních hodin / rok 597,- €
Celková spotřeba el. energie s motorem PM / rok 4.773,- €
Úspora energie / rok srovnání motor IE2 bez měniče a motor PM s měničem frekvence
2.200,- €
Příplatek za 2 x 3,0 kW čerpadlo s motorem PM a měničem frekvence PE-Drive 3.225,- €
Amortizace v letech 11/2
Celkové uspořené množství CO2 za rok (při 0,59 kg/kWh) 7.211 kg
Početní příklad u provozu s částečným zatížením:

39. Pokusné měření s provozem s částečným zatížením:
V částečném provozu se dá díky konstantní
účinnosti motorů PM ušetřit nepoměrně více
energie !!!

40. Inovace
produktu

41. Povrchová úprava HPC
 herborner.X
 herborner.F

44. Každé místo zadní stěny, které je ve styku
s médiem, je bezpečně chráněno před
napadením korozí. To trvale minimalizuje
náklady LCC.
100% ochrana

45. Minimalizace tření = Zlepšení účinnosti:

46. Minimalizace tření = Zlepšení účinnosti:

47. herborner.X
kombinovatelné s pohony motory
PM, XC nebo měničem frekvence

48. Krátké amortizace, energeticky
optimalizovaná čerpadla, ve spojení s
dlouhou životností čerpadla z
Herbornu zaručují nejnižší náklady
cyklu životnosti (LCC)!
Shrnutí:
Pořizovací náklady
Energetické náklady
Příklad čerpadla na čistou vodu:

49. Děkujeme Vám za pozornost!