Intelligente Pumpensysteme und Gebäudeenergieeffizienz

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Intelligente Pumpensysteme und
Gebäudeenergieeffizienz
Von der intelligenten Pumpe zum intelligenten System -
Dr. Markus Beukenberg, CTO Wilo SE, Dortmund
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Übersicht
– Einzelpumpe
• Effizienz, Einsparpotential, Digitalisierung
– Entwicklungstrends
• Kommunikation, Internet der Dinge, Sensorik
– Pumpensysteme
• Vernetzung, Redundanz, Optimierung
– Ausblick
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Meilensteine der Pumpentechnologie
Erste
WILO
SE
–
Pumpen
Intelligenz.
Erster
vollelektroUmlaufbenische
schleuniger
Umwälzpumpe
der Welt
1928
1988
Erste
Hocheffizienz
pumpe der
Welt (HKK)
Hocheffizienz
-pumpe für Ein-/
Mehrfamilienhaus
2005
2001
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Wilo-Geniax
Erstes
Dezentrales
Pumpensystem
2009
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Lastprofil einer Heizungsanlage
Variabler Volumenstrom,
z.B. durch Regelung der
T
V
T
V
T
V
T
V
Thermostatventile (TV)
Konsequenz für das
Betriebsverhalten
der Pumpe?
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Lastprofil Einfamilienhaus
90 % der häufigsten Betriebspunkte


Dp-variabel Charakteristik
überwiegend
Teillastverhalten
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Pumpen im Gebäudebestand
12 Mio.
1,5 Mio.
 2,2/Haus
 10,5/Gebäude
26,4 Mio. Stck
15,7 Mio. Stck
42 Mio. Pumpen unterschiedlichster Typen
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Pumpen-Energieverbrauch in Gebäuden
•
Deutschland = 42 Mio. Pumpen (= 30 % von EU = 140 Mio. Stck.)
•
Bestand „alte Technik“ > 95 %  40 Mio.
•
Elektrischer Energieverbrauch
Einsparpotenzial
70-80 %
=
=
18 TWh/a
12,6-14,4 TWh/a
Einsparpotenzial CO2
=
Dies entspricht > als 1 Kernkraftwerk
bzw. ca. 4 Kohlekraftwerke
7,6-8,6 Mio. to/a
1 kwh/elek. Strom  0,6 kg CO2
TWh/a
18
20
42 Mio. Pumpen
im Bestand
10
4-6
0
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Technologieintegration in der
Pumpenbranche
Hydraulik
Mechanik
Strömungsbasierte
Mechatronik
Electrik/
Electronik
Produkt
Software
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Technologietrends
New
Materials
3D Printing
Sensors
Components to
Systems
Wireless
Communication
Internet of
Things
?????
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Typische Messungen in der Pumpe
Netzspannung
Zwischenkreisspannung
Drehzahl
3 Motorspannungen
Betriebsart
Motorstrom
Leistung.
Motortemperatur
Volumenstrom
Temperatur
PCB
Druck
Temperatur
Medium
Temperatur
IPM
Aus der Pumpe wird zusätzlich eine Datenplattform
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Aus den Messdaten der Pumpe abgeleitete Informationen
Ereignisse
–
–
–
–
–
–
Betriebsstunden
Start/Stopp Vorgänge
Betriebsstunden bei extremen Netzbedingungen
Fehlerspeicher z.B. Unter-/Überspannung, Blockieren, Trockenlauf
Anzahl Entlüftungsvorgänge
Etc.
Welche Informationen enthalten die Daten sonst noch?
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Immer effizienter
Angepasst an die Umgebung
Das physikalisch Machbare
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Eine weitere Steigerung von Effizienz
und Komfort ist nur über den
Systemgedanken möglich
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Merke: „optimale“ Einzelkomponenten
ergeben nicht automatisch ein
„optimales“ Gesamtsystem
3
Grundvoraussetzungen:
Vernetzung und Kommunikation
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Systemdefinition
Umgebung
System
Begrenzung
Ein System ist eine Anzahl von
interagierenden oder von einander
abhängigen Komponenten, die ein
gemeinsames Ganzes bilden und
in direktem Austausch mit ihrer
Umgebung stehen
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Äußere Einflüsse
Occupation
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Pumpe im System
Kommunikation und Vernetzung mit
• dem Wärmeerzeuger und
seinen Komponenten
• Anderen Pumpen
• Armaturen
• Information aus der Umwelt
• Personen
• Etc.
Aber . . . . reicht das aus?
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Von der Angebotsheizung zur
Bedarfsheizung
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Ergebnis: Brennstoffeinsparung
Einfamilienhaus
Büro
Mehrfamilienhaus
30
25
22 %
20
24 %
20 %
20 %
Ø 20 %
17 %
Quelle:
15
10
Institut für Energietechnik
5
0
Neubau
Altbau
Neubau
Neubau
Altbau
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Wärmeübergabe
Wärmeverteilung
Wärmeerzeugung
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System-Ansatz
Entscheiden
?
Was ist die Funktion?
Was ist mein Ziel?
Wie groß ist das Spielfeld?
Handeln
Suche das optimale System!
Evaluiere mit Modellen!
Validiere!
Realisiere!
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Trend: Heim-Automatisierung (IoT)
Erkenntnisse
• Starker Druck aus dem
Entertainmentbereich
• Viele nicht mit einander verträgliche
Einzelsysteme
• Unterschiedliche Standards
• Die Pumpe wird bislang nur im
Rahmen der Heizung betrachtet
• System muss einfach sein und zum
Spielen anregen
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Zusammenfassung und Ausblick
•
•
•
•
•
•
•
40% Primärenergieverbrauch
hoher Altbestand
moderne Technik verfügbar
Kommunikation und Vernetzung
Internet der Dinge und Smart Home
Systemgedanke
es fängt erst an
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Vielen Dank für
Ihre Aufmerksamkeit
und Ihr Interesse !
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