Grundfos biedt aanpak aan voor ontbrekende IE3 klasse voor afvalwatertoepassingen

Grundfos SL afvalwaterpompen in een PUST pompputGrundfos SL afvalwaterpompen in een PUST pompput
Afvalwater en IE3

Een technische analyse van IEC normen voor motorrendement in afvalwatertoepassingen

Grundfos MG motoren conform standaard normen

Vandaag de dag dragen pompen voor niet minder dan 10% bij aan het wereldwijde elektriciteitsverbruik, en twee-derde van alle pompen verbruiken tot 60% te veel elektriciteit. Als elk bedrijf zou overschakelen op zeer zuinige pompsystemen, dan zou er wereldwijd 4% bespaard kunnen worden op het totale elektriciteitsverbruik, vergelijkbaar met het huishoudelijke elektriciteitsverbruik van 1 miljard mensen volgens de wereldwijde pompenfabrikant Grundfos. Als gevolg hiervan is het verlagen van energiekosten door de ontwikkeling van energiezuiniger elektromotoren een prioriteit geworden voor eindgebruikers, milieuwetgevers, overheden en fabrikanten.

FOTO: Grundfos MG motoren conform standaard normen

In de afgelopen tien jaar zijn aanzienlijke inspanningen verricht voor het harmoniseren van de verschillende test- en classificeringsnormen wereldwijd, en de daaruit volgende gebruikte labelschema's. De Internationale Elektrotechnische Commissie (IEC) werkte samen met NEMA, CEMEP, IEEE en andere internationale organisaties en deze werkzaamheden leidden tot de publicatie van twee grote normen:

• IEC 60034-2-1 (Ed. 1.0): Roterende elektrische machines – Deel 2-1: Standaard methodes voor
het bepalen van verliezen en rendement uit testen (exclusief machines voor voortgetrokken voertuigen,
2007), die methodes beschrijven die gebruikt worden om het motorrendement te bepalen.

• IEC 60034-30: Roterende elektrische machines – Deel 30 (Ed.1.0): Rendementsklassen van kooi-inductiemotoren met enkel toerental en drie fasen (IE-code), met definitie van energieklassen voor inductiemotoren.

Grundfos SE pomp op voetbocht

FOTO: Grundfos SE pomp op voetbocht

“Er zijn twee manieren om het rendement van een elektromotor vast te stellen”, aldus Mikael Nedergaard, Global Product Manager, Grundfos Holding A/S. "De ene is een directe test die uitgaat van het meten van het ingangsvermogen op basis van de spanning en stroomsterkte van de voeding en het uitgangsvermogen op basis van het toerental en het draaimoment. De andere indirecte methode betreft het meten van het ingangsvermogen en het berekenen van de totale verliezen door de afzonderlijke verliescomponenten te meten en bij elkaar op te tellen. Deze indirecte test kan alleen voor driefasenmotoren worden gebruikt."

De huidige classificatienorm - IEC60034-30 voor kooi- en inductiemotoren met enkel toerental en drie fasen beschrijft drie energiezuinigheidsklassen:
• IE3 – Premium rendement (gelijkwaardig met NEMA Premium)
• IE2 – Hoog rendement (gelijkwaardig met NEMA Energy Efficient)
• IE1 – Standaard rendement (vergelijkbaar met voormalig CEMEP EFF2)

Grundfos SL dompelpomp, 22 kW, medium opvoerhoogte, met geïntegreerde motor

FOTO: Grundfos SL dompelpomp, 22 kW, medium opvoerhoogte, met geïntegreerde motor

In 2014 definieert een nieuwe IEC60034-30-1 de vierde rendementsklasse – IE4 Super Premium rendement. Deze norm zal de huidige IEC 60034-30 norm vervangen.

“De rendementsklasse IE2 werd in juni 2011 van kracht met de EcoDesign Richtlijn, en vanaf januari 2015 zullen alle motoren met een nominaal uitgangsvermogen van 7.5-375 kW niet minder zuinig zijn dan IE3, of voldoen aan rendementsklasse IE2 als de motor is uitgerust met aandrijving met variabel toerental", legt Robert Bork Hansen, Global Product Specialist, Grundfos Holding A/S uit. "Deze eisen gelden voor 2-, 4- en 6-polige inductiemotoren met enkel toerental, drie fasen, nominaal tot 1000 V en op basis van continu bedrijf. Motoren die bedoeld zijn om volledig ondergedompeld te werken in een vloeistof en/of motoren die volledig zijn geïntegreerd in een product waarbij de energieprestaties van de motor niet onafhankelijk van het product kunnen worden getest zijn hierbij niet inbegrepen."

De vraag die gesteld moet worden is of een pomp met geïntegreerde motor bedoeld voor onderdompeling in water, zoals een afvalwaterpomp, kan worden geclassificeerd volgens zuinigheidsklasse IE2 of IE3. Omdat de motor niet onafhankelijk van de pomp kan worden getest, grotendeels omdat er geen gestandaardiseerde verbinding, gedefinieerd koelsysteem of correcte testmethode is, moet het antwoord "Nee" zijn.

“Vanuit theoretisch oogpunt zou het testen van een motor op een afvalwaterpomp relatief recht-toe-recht-aan kunnen zijn omdat de motor een as bevat die op draaimoment en vermogen getest kan worden", aldus Leo Andersen, Regional Program Manager, Grundfos Holding A/S. "Maar het zijn aspecten zoals koeling en ontluchting samen met het vermogen dat gebruikt wordt om de motor gekoeld te houden die bij elke testprocedure meegenomen zouden moeten worden. Twee andere aspecten die (negatief) kunnen bijdragen aan het vermogen van de motoras zijn verliezen door wrijving van de mechanische asafdichting en van de lagers, die het gevolg zijn van het gebruik van lagers met hoekcontact. Afvalwaterpompen gebruiken doorgaans een dubbele mechanische afdichting om lekkage van de verpompte vloeistof naar de motor te voorkomen."

Leo Andersen gaat verder: "We moeten ook de installatie in ogenschouw nemen. Zo zullen bijvoorbeeld de rendementen verschillen als dezelfde motor wordt gebruikt in een natte en droge opstelling. Alles bij elkaar genomen zijn het alle verliezen in het systeem die een duidelijk gedefinieerde testmethode verlangen, maar voor de uitvoering hiervan is als faciliteit een kopie van de installatie nodig."

Anekdotisch bewijs van Grundfos' klanten uit de afvalwaterindustrie onthult dat operationele betrouwbaarheid en hoger rendement de belangrijkste zorgen zijn. Als de pomp eenmaal is geïnstalleerd willen gebruikers er niet meer aanzitten; maar ze zijn net zo bereid om enige mate van energiezuinigheid in te leveren als er minder storingen zijn. Rendement is een kwestie die alle pompgebruikers in de afvalwaterindustrie treft, en dit wordt nog belangrijker wanneer de pompmotor in grootte toeneemt. Doelstelling van Grundfos is om de hoogste mate van energiezuinigheid voor al hun afvalwaterpompen te kunnen leveren.


Als een tender oplegt dat afvalwaterpompen aan IE3 moeten voldoen, dan is het onmogelijk voor een fabrikant om zo'n pomp te leveren aangezien er geen geldende norm voorhanden is.

SE-SL pump curves#

FOTO: De capaciteitscurves van de Grundfos SL/SE1.95.150.220.4.52H afvalwaterpomp, inclusief de curve voor totaal rendement (Eta-1). De Eta-2 curve geeft het hydraulische rendement weer.

Grundfos oplossing
Aangezien het onmogelijk is om te beweren dat een afvalwaterpomp die een geïntegreerde motor bevat aan IE2 of IE3 voldoet, biedt Grundfos een oplossing waarvan ze vinden dat deze de kwestie van pomp- en motorrendement aansnijdt. Bij de Grundfos SE1/SEV en SL1/SLV afvalwaterpompen zijn de elektrische inwendige onderdelen, d.w.z. de rotor en de stator, van de IE3 motor onderdeel van het pomphuis geworden.

"Wat de motor van de afvalwaterpomp onderscheidt van de conventionele IE3 motor zijn de lagers, mechanische afdichtingen en de afwezigheid van ventilatorkoeling zoals hierboven beschreven is", legt Robert Bork Hansen uit. "Bij natte opstellingen wordt de koeling verzorgd door de vloeistof waarin de pomp is ondergedompeld. De rotors en de stators van de Grundfos IE3 motor zijn gecertificeerd conform de TEFC motornorm en ondersteund door meetrapporten, dus de motor gedraagt zich 'in de geest' van een IE3 motor. Maar door de lagers te veranderen, een mechanische asafdichting en koelmethode toe te voegen wordt deze vergelijking met een IE3 motor teniet gedaan."

De voornaamste reden waarom een rendementsnorm tot op heden nog niet voor afvalwaterpompen is gepresenteerd zou kunnen zijn dat fabrikanten, wetgevers en normmakers afvalwaterpompen als een afzonderlijke unit zien, en niet als een unit die in de pomp geïntegreerd zit, en daarom hebben ze moeite om de verliezen door motorwrijving en rendement te definiëren.

Pompenfabrikanten die beweren dat hun afvalwaterpompen aan IE3 voldoen maken zich schuldig aan misleiding van adviseurs en eindgebruikers. Als een tenderdocument oplegt dat afvalwaterpompen aan IE3 moeten voldoen, dan is het onmogelijk voor een fabrikant om zo'n pomp te leveren aangezien er geen geldende norm voorhanden is met rendementsdefinities voor afvalwaterpompen met geïntegreerde motor.

Door de elektrische onderdelen van een IE3 motor te gebruiken en deze in een afvalwaterpomp te installeren kun je enige informatie krijgen over de rendementsklasse van de hele motor-unit. Maar op deze manier krijg je niet een specifieke waarde, omdat de wrijvingsverliezen in een afvalwaterpomp verschillen van de verliezen die je aantreft in een standaard pomp, en deze verliezen worden niet meegerekend. En je komt ook niets te weten over de hydraulica, waar de beste mogelijkheden voor rendementswinst liggen.

"Om het hoogste rendement te verkrijgen in een pompsysteem moet de geselecteerde pomp een BEP (Best Efficiency Point) hebben die met het werkpunt overeenkomt", aldus Mikael Nedergaard. "De BEP is grotendeels afhankelijk van de karakteristieken van de pomp, namelijk vermogen, debiet en opvoerhoogte, en het is het punt op de pompcurve dat de meest efficiënte werking levert. We moeten onthouden dat het pomprendement substantieel afneemt als de pomp ver van de beoogde BEP draait."

Grundfos gelooft dat niet alleen op motorrendement geconcentreerd moet worden, maar dat fabrikanten, adviseurs en eindgebruikers het totale pomprendement moeten meenemen zoals gedefinieerd is in de ISO 9906: 2012 norm ‘Centrifugaalpompen - Hydraulische beproevingen bij afname - Graden 1,2 en 3’, of ANSI/HI 11.6.2012 norm ‘Performance acceptance test for rotodynamic submersible pumps’ bij het bespreken van motoren voor afvalwaterpompen en dompelpompen. Net zo belangrijk voor het motorrendement is de pomphydraulica, omdat de mogelijkheden voor het verbeteren van het pomprendement veel groter zijn. Aangezien er geen geschikte energiezuinigheidsnorm voor de pomp bestaat is het onvermijdelijk dat de fabrikanten en verkopers zich op de IE3 richten. Deze situatie begint te veranderen en Europump bespreekt voorstellen voor een geschikte pompnorm. Het opstellen van een geschikte norm moet niet alleen door pompfabrikanten gedragen worden, maar ook politici en wetgevende instanties moeten er achteraan zitten.

"In de afgelopen jaren is er een energienorm opgesteld voor kleine circulatiepompen, waarbij de motor en de as in één behuizing zitten en niet afzonderlijk getest kunnen worden", licht Mikeal Nedergaard toe. "Opgesteld door Europump, de beroepsvereniging van pompfabrikanten, samen met de pompfabrikanten zelf en ondersteund door de EU bestaat de norm uit zeven energiezuinigheidsklassen. De Energie Efficiëntie Index (EEI) van de pomp wordt berekend volgens een beladingsprofiel, en de pomp krijgt een label op basis van zijn energiezuinigheid. Door de introductie van deze energielabels kan de eindgebruiker producten vergelijken en een keuze maken voor de meest geschikte pomp of pompen voor de installatie."

Als dit voor circulatiepompen kan worden bereikt, dan lijkt het logisch dat een internationaal erkende energienorm ook voor afvalwaterpompen kan worden opgesteld. Aangezien de afvalwaterzuiveringsbranche geleidelijk toe gaat naar grotere en zuiniger zuiveringsinstallaties waarbij grotere pompen nodig zijn, worden energiekosten steeds belangrijker. De pompindustrie en wetgevende instanties zullen hierop moeten reageren, en in een testregime investeren waarbij de eindgebruikers de informatie krijgen die ze willen.

Tekst door Bryan Orchard

Referenties:

Grundfos feiten over pompen en energie

Achtergrond over Grundfos Blueflux® energielabel

Internationale Elektrotechnische Commissie

Publicaties van het C2 werkprogramma draaiende machines (14)

National Electrical Manufacturers Association (NEMA)

Europump

Europump gids met pomprendementen voor eentraps centrifugaalpompen

Europump richtlijn voor de toepassing van Verordening 640/2009/EC over het rendement van elektrische motoren – mei 2011

 





    Facebook Twitter LinkedIn Technorati