Wilo – Stratos GIGA Korszakváltás a szivattyúzásban - Esettanulmányok a FŐTÁV Zrt-nél MATÁSZSZ konferencia Balatonfüred 2013.05.13-15.

A WILO 2011-ben mutatta be az új, állandó mágneses forgórészű motortechnológiát a száraztengelyű szivattyúk hajtása terén. Az az új motortechnológiának köszönhetően, a szivattyúmotorok hatásfoka felülmúlja az IE4-es határértéket. A FŐTÁV Zrt. és a WILO Magyarország Kft. együttműködése eredményeként, két hőközpontban összehasonlító mérésadatgyűjtést végeztünk. Wilo – Stratos GIGA

A kiválasztott hőközpontokban mértük az eredetileg beépített szivattyú paramétereit, majd a Stratos GIGA szivattyú értékeit azonos üzemi körülmények között. A kiválasztott hőközpontok tipikusnak mondhatóak, az egyik egy egycsöves, átkötőszakaszos, állandó tömegáramú, a másik egy kétcsöves változó tömegáramú rendszer. A WILO Kft. Rendelkezésre bocsátott egy digitális mérésadatgyűjtő szekrényt, amely képes heteken át a mért értékeket rögzíteni. Wilo – Stratos GIGA

A mérésadatgyűjtővel az alábbi paramétereket mértük: Térfogatáram (ultrahangos mérővel) Szállítómagasság (Δp-mérővel) Fordulatszám (optikai mérővel) Elektromos felvett teljesítmény Előremenő hőmérséklet Visszatérő hőmérséklet Wilo – Stratos GIGA

A szivattyúk mérésének körülményei Az eredet szivattyú: IPn 125/180-3/4 Az új szivattyú: Stratos GIGA 100/1-13/1,9

A szivattyúk mérésének körülményei Az ultrahangos áramlásmérő felszerelése

Mérési eredmények összehasonlítása Reiter Ferenc u. 121. hőközpont Egycsöves átkötőszakaszos felújított rendszer radiátoronkénti termosztatikus szelepekkel A beépített szivattyú: IPn 80/200-3/4 – Stratos GIGA 65/1-21/2,3 Mérési idő: 2012. november 16 - december 13. A motortechnológiából és a szivattyútechnikából adódóan, 28%-kal kevesebb a Stratos GIGA fogyasztása! Szivattyú Q[m3/h] H [m] P1 [kW] IPn 80/200-3/4 55 9,3 3,2 Stratos GIGA 65/1-21/2,3 52 9,4 2,3

Mérési eredmények összehasonlítása Reiter Ferenc u. 121. hőközpont Ha összevetjük az eredetileg beépített szivattyú és az új szivattyú teljesítmény felvételét, utóbbit munkapontra igazítva A beépített szivattyú: IPn 80/200-3/4 – Stratos GIGA 65/1-21/2,3 Mérési idő: 2012. november 16 - december 13. Az alábbi beállításokkal a hőközpont problémamentesen üzemelt, miközben a szivattyú 47%-kal kevesebbet fogyaszt! Szivattyú Q[m3/h] H [m] P1 [kW] IPn 80/200-3/4 55 9,3 3,2 Stratos GIGA 65/1-21/2,3 47 8 1,7

Mérési eredmények összehasonlítása Toboz u. hőközpont Kétcsöves rendszer radiátoronkénti termosztatikus szelepekkel, változó tömegárammal A beépített szivattyú: IPn 125/180-3/4 – Stratos GIGA 100/1-13/1,9 Mérési idő: 2013. március 19 - április 25. A motortechnológiából és a szivattyútechnikából adódóan, 36%-kal kevesebb a Stratos GIGA fogyasztása! Szivattyú Q[m3/h] H [m] P1 [kW] IPn 125/180-3/4 46 9,7 2,75 Stratos GIGA 100/1-13/1,9 46,7 9,6 1,75

Mérési eredmények összehasonlítása Toboz u. hőközpont A mérések alapján a térfogatáram alig változott, annak ellenére, hogy a rendszer – elvileg – változó tömegáramú A mérések alapján a térfogatáram 43-50 m3/h között mozgott (kb ±7%), a felvett teljesítményben ez max. ±3%-os változást jelentett

Mérési eredmények összehasonlítása Összegzés A mérések alapján a Reiter Ferenc utcai hőközpont esetében a felvett teljesítmény különbség: 1,5 kW, amely éves szinten kb. 6600 kWh megtakarítást eredményez. Megtérülés: kb. 3,4 év (30 Ft/kWh; 183 nap) A mérések alapján a Toboz utcai hőközpont esetében a felvett teljesítmény különbség: 1,0 kW, amely éves szinten kb. 4400 kWh megtakarítást eredményez. Megtérülés: kb. 5,5 év (30 Ft/kWh; 183 nap)

Hogyan lehetséges ez a nagy különbség? Stratos GIGA Hogyan lehetséges ez a nagy különbség?

Nagy hatásfokú szivattyú Hogyan lehetséges ez? – Wilo Stratos GIGA / High Efficiency Drive (HED) Wilo Elektronika Wilo EC-Motor Nagy hatásfokú szivattyú = Wilo Hidraulika

Bemutatkozás – Wilo Stratos GIGA / High Efficiency Drive (HED) A Stratos GIGA hajtása, más néven HED, a Wilo megoldása a szivattyú motor hatásfokának javítására az IE4 szintre, vagy azt meghaladóan. Alternatív technológiák is rendelkezésre állnak, de a Wilo emellett döntött mert: a legnagyobb potenciál hatásfok növelésére (lehetőség az IE5 osztályra) a legnagyobb potenciál a kompakt kivitelre a legnagyobb potenciál az anyag és erőforrás megtakarításra a Wilo óriási tapasztalata az EC motorok terén (az első sorozat 2001-ben)

Bemutatkozás – Wilo Stratos GIGA / High Efficiency Drive (HED) Az új hidraulika az EC motortechnológiához optimálisan illeszkedik Széles feszültség és frekvenciatartomány (3~380V-tól 480V-ig, ±10%, 50/60Hz) Opcionális IF modulokkal csatlakoztatható a leggyakoribb épületfelügyeleti rendszerekhez Egyszerű kezelés a korábbi szivattyúknál megszokott piros gomb tecnológiának köszönhetően (azonos az IP-E / IL-E sorozattal) ) IE2 IE3 IE4* η Motor Stratos GIGA *IEC TS 60034-31 Ed.1 szerint η P

Bemutatkozás – Wilo Stratos GIGA / High Efficiency Drive (HED) Négy vezérlési mód: Δp-c, Δp-v, PID és n=állandó Különböző jeladó csatlakozási lehetőség Integrált ikerszivattyú vezérlés, beleértve az optimalizált párhuzamos üzemet Zárolás (gyerekzár) – DIP kapcsolóval, vagy IR-interface használatával Összevont üzemjel (SBM) és összevont zavarjel (SSM) relékimenet

Technológia – Motor, hidraulika és elektronika Stratos GIGA Technológia – Motor, hidraulika és elektronika

Technológia – Motor és hajtás Az EC motor (Stratos GIGA hajtása) működési elve (Állandó mágneses forgórészű motor) optimized single tooth windings Permanent Magnet Rotor Az állórész egyszerűen tekercspárokból áll, amely egy ferromágneses lemezekből álló magon vannak. A tekercspárokra egymás után az elektronika kapcsol egyenfeszültség, amely így létrehoz egy forgó mágneses mezőt. Minden tekercs az motor teljesítményéhez optimalizált. A forgórész állandó mágnesekből és transzformátor lemezekből áll. Az állórész által keltett forgó mágneses mezőt a forgórész állandó mágnesei szinkron fordulatszámmal követik.

Technológia – Motor és hajtás Az EC motor (Stratos GIGA hajtása) működési elve (Állandó mágneses forgórészű motor) 2-pole / 50 Hz 4 kW 5.5 kW IE1 83.1 % 84.7 % IE2 85.8 % 87.0 % IE3 88.1 % 89.2 % IE4* 90.3 % 91.1 % HED Stratos GIGA 93,1% (P2=4.5 kW) Az állórész tekercseiben az elektronika hozza létre a forgó mágneses mezőt A forgórész állandó mágnesei állandó kölcsönhatásban vannak az állórész mágneses mezejével, nem kell felmágnesezni. A forgórész fordulatszáma megegyezik a forgó mágneses mezőével, vagyis nincs slip! (szinkron fordulatszám) => A zéró slip a leghatékonyabb hatásfokjavítás! * IEC TS 60034-30 Ed. 1.0, “a cél a veszteségek 15 % -os csökkentése az IE3-hoz képest.”

Technológia – Motor és hajtás A motor hatásfokok meghaladják az IE4 határértéket! [%] *: Stratos GIGA at P2 = 4,5kW **:IEC at 4,0kW, 2-pole

Technológia – Motor és hajtás A motor veszteségek 37%-al kisebbek, mint az IE4 határértékei!

Technológia – Motor és hajtás Motor méret összehasonlítás: A HED motor mérete három nagyságrenddel kisebb, mint az ugyanolyan (vagy hasonló) névleges teljesítményű aszinkron motoré. (lásd lent) HED 4,5kW Asynchronous 4,0kW Asynchronous 5,5kW 22

Stratos GIGA – Motor & Drive A legnagyobb részterheléses hatásfok: Különböző motortechnológiák részterheléses összehasonlítása: EC* DSR AC 85Hz AC 50Hz *EC = HEP (Staratos GIGA & Helix Exel) 23

Technológia – Hidraulika A fő tervezési elv egy olyan szivattyú létrehozása volt, amely a lehető legmagasabb összhatásfokkal bír. Így megvizsgáltuk azt, miképpen érhető el ez a cél egy optimalizált hidraulikával. Az egyik válasz volt a fordulatszám növelése. Ez a megoldás már 2000-ben az első Stratos család megjelenésekor felmerült. Ugyanez a koncepció jelenik meg a Stratos GIGA esetében is. Ennek alapján az egész Stratos GIGA rendszert erre a koncepcióra építettük, különös tekintettel az elvárt magas hidraulikai teljesítményre

Technológia – Hidraulika A szivattyúházak tervezése az egy szivattyúcsalád legnagyobb tagjára optimalizáltak tekintetbe véve a nagy áramlási sebességet. A tervezés a legújabb 3D-s eszközökkel és modellekkel történt. Ajárókerekek tervezésekor ugyanazokat a modern eszközöket és módszereket alkalmaztuk. Itt ugyanazokat az anyagokat használtuk, amelyeket 2000-ben a Stratos család esetében. Ennek az anyagnak az egyik előnye, hogy vele elérhető a legpontosabb geometria szemben más anyagokkal. Az új tervezési metódusok eredményeképp a Stratos GIGA jóval nagyobb hidraulikai hatásfokkal rendelkezik, mint a hagyományos szivattyúk.

Technológia – Hidraulika Szivattyú A másik tervezési szempont volt a Stratos GIGA szivattyúk méretének és súlyának csökkentése. A fordulatszám növelése teszi lehetővé a járókerék átmérőjének csökkentése mellett ugyanakkora hidraulikai teljesítmény elérését, mint az aszinkron szivattyúk esetében. Ezzel természetesen a szivattyúház mérete is csökken. Ez a hatás az, amellyel könnyebb és kisebb szivattyúkat tudunk tervezni. Kisebb szivattyú alkatrészeket nagyobb pontossággal tudunk gyártani.

Technológia - Szivattyú IL-E 40/170-5,5/2 Stratos GIGA 40/1-51/4,5 Szivattyú A tömeg csökkenésének mértéke 55%. A magasság csökkenésének méréke 39% Könnyebb telepítés, karbantartás Könnyebb kezelés, szállítás

Termékelőnyök – Elektronika és vezérlés Main Power Supply Individual/Collective Run/Fault Signal Sensor BMS/IF Modul Ext. OFF IF Module Kényelmes telepítés és üzemeltetés: Piros gomb technológia a kijelzővel együtt egyszerűsíti az üzemeltetést Minden beállítás elvégezhető a Piros gomb és kijelző segítségével Nem szükséges külső beállító egység Az információk könnyen leolvashatóak a kijelzőről A kapocsdoboz kialakítása a könnyő bekötést célozza

Termékelőnyök – Elektronika és vezérlés Beállítások A szivattyú minden paraméterének beállítását (hidraulikus, elektromos) a szivattyún lehet elvégezni A már jól ismert Piros gomb technológiával változtathatók a paraméterek. A gomb nyomásával és forgatásával lehet a menüben mozogni. Alternatívaként IR-Monitor vagy USB IR-Stick is használható. Typenschlüssel: Wilo-Stratos GIGA 40/1-51/4,5-R1 Stratos Hocheffizienzpumpe GIGA Inline Einzelpumpe 40 Flanschnennweite DN 1-51 Nennförderhöhenbereich in [m] 4,5 Motornennleistung P2 R1 Pumpen ohne installierten Differenzdrucksensor

Termékelőnyök – Elektronika és vezérlés Kijelző Távadó kijelző Üzemóra Felvett teljesítmény Energiafogyasztás Ciklusidő visszaszámlálás Karbantartásig hátralévő idő Bekapcsolások száma Hibaszámláló SSM / SBM Külső ki/be Épületfelügyelet Szivattyú név Software verzió

Termékelőnyök – Elektronika és vezérlés Szabályozási módok Állandó fordulatszám Mért érték: távadó Parancsolt érték beállítás: kézi analóg bemeneten épületfelügyelet Δp-c Δp-v PID

PID vezérlés – beállítás Termékelőnyök – Elektronika és vezérlés PID vezérlés – beállítás A rendszer viselkedését lehet meghatározni a PID paraméterekkel Figyelem: a PID paraméterek beállításához nagy tapasztalatra van szükség!

Termékelőnyök – Szivattyú és hidraulika Járókerék A járókerék High-tech komposit anyagból készül: Polyphenylene Sulfide (Ryton) 40% üvegszál (PPS/GF40) erősítéssel a belépésnél rozsdamentes acél agy A kompozit anyag előnyei: - Nagyon precíz 3D geometria a legjobb hatásfokért - Nem korrozív – hosszú élettartam - Különféle szállított közegnek ellenáll, széles hőmérséklettartományban Rozsdamentes agy a megbízható rögzítéshez Furatok az axiális erő csökkentésére és a csúszógyűrű hűtésére 33

Termékelőnyök – Szivattyú és hidraulika Közdarab A közdarab szürkeöntvényből (EN-GJL-250) készül kataforézis bevonattal. Légtelenítő csavar Kondenzátum / szivárgás elvezető Szivattyúház szétszedést könnyítő menetes furat Motorház szétszedést könnyítő menetes furat Szivattyúház rögzítő furatok Csúszógyűrűs tömítés helye Új tervezésű szivattyúház darab 34

Termékelőnyök – Szivattyú és hidraulika Szivattyúház A szivattyúház szürkeöntvény (EN-GJL-250) kateforézis bevonattal kívül-belül. Szétszedést könnyítő vájatok Három szivattyútalp, menetes furatokkal a legrögzítéshez Mérőcsonkok (R1-es kivitel esetén csavarral lezárva) Áramlási irány jel a könnyebb beépítésért 35

Termékelőnyök – Szivattyú ás hidraulika Üzemi feltételek Közeghőmérséklet -20 °C–tól +140 °C-ig (a közegtől függően) Elektromos betáp 3~380 V-tól 3~480V-ig, ±10 %, 50/60Hz Védettség IP55 Maximális üzemi nyomás 16 bar +120 °C-ig 13 bar +140 °C-ig Karima méretek DN 40 – DN100 Környezeti hűmérséklet 0°C-tól +40 °C-ig

Stratos GIGA – Összevont jelleggörbe Wilo-Stratos GIGA – PBU Pumps, Product Management 01/2013

Stratos GIGA – Megtérülési kalkuláció Munkapont Q=60m3/h, H=14m Kék angyal terhelés 6000 h/év 35 Ft/kWh Wilo-Stratos GIGA – PBU Pumps, Product Management 01/2013

Köszönöm a figyelmet!