Datenlogger

Weniger Energie, mehr Umwelt

Der Reifenhersteller Michelin hat in seinem Werk in Homburg den Energieverbrauch der Umwälzpumpen in der Heizzentrale massiv gesenkt – und Einsparungen bei den Stromkosten von rund 66 Prozent und 23.000 Euro pro Jahr erreicht. Das Unternehmen nutzt System-Effizienz-Service (SES) der KSB-Service-GmbH.

In Homburg befindet sich seit 1971 eines der weltweit wichtigsten Lkw-Reifen-Werke von Michelin. (Foto: Michelin Reifenwerke AG & Co. KGaA)

Der Reifenhersteller Michelin betreibt im saarländischen Homburg eines seiner weltweit wichtigsten Werke für Lkw-Reifen. Rund 1.200 Mitarbeiter produzieren neben Gummimischungen und Stahlcordgewebe pro Jahr etwa eine Million Neureifen sowie etwa 500.000 runderneuerte Lkw-Reifen. Auf dem rund 33 Hektar großen Werksgelände unterhält Michelin eine Heizzentrale, in der zur Umwälzung von Heizungswasser vier einstufige Spiralgehäusepumpen älteren Baujahrs im Einsatz waren. Der Antrieb dieser vier baugleichen Heizungsumwälzpumpen erfolgte jeweils über Elektromotoren, deren Leistungsklassen zwischen 37 kW und 40 kW variierten. Die Regelung und damit die Anzahl parallel betriebener Pumpen wurde in Abhängigkeit von der Außentemperatur durch das Betriebspersonal gesteuert. In den Wintermonaten wurden entsprechend der hohen Gebäudeheizlast vier Pumpen zur Umwälzung der Heizungswassermenge eingesetzt. Mit ansteigender Außentemperatur wurde die Anzahl parallel betriebener Pumpen schrittweise bis auf eine reduziert. Als Folge dieser manuellen Regelung war eine kurzfristige Reaktion auf witterungsbedingte Veränderungen nicht möglich, weshalb oftmals mehr Pumpen als erforderlich in Betrieb waren und der Energiebedarf höher als nötig ausfiel.

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Um den Energieverbrauch der vier Pumpen zu optimieren, nutzte Michelin den System-Effizienz-Service (SES) der KSB-Service-GmbH. Mit diesem Service bietet der Dienstleister Unternehmen und Anlagenbetreibern die Möglichkeit, die teils enormen Einspar- und Optimierungspotenziale beim Pumpenbetrieb nutzbar zu machen. Der SES ist in mehrere Schritte gegliedert, in deren Mittelpunkt die messtechnische Erfassung aller Pumpen- und Anlagenparameter sowie die Ausarbeitung konkreter Verbesserungsmaßnahmen stehen. Nach einer ersten Anlagenbegehung durch Ingenieure des Pumpenherstellers werden mehrere Wochen lang alle relevanten Daten mit speziellen Datenloggern aufgezeichnet. Die Geräte können nicht nur die Durchflussmengen und die Zulauf- sowie Enddrücke der Pumpen erfassen, sondern auch elektrische Messwerte wie Motorleistungen. Selbst die an den Lagerträgern der Pumpe auftretenden Schwingungen werden gemessen, denn sie erlauben Rückschlüsse auf den Verschleißzustand der Pumpe und machen es möglich, Fehlausrichtungen, Verspannungen, Unwucht oder Schwingungen aus der Peripherie zu identifizieren – Faktoren, die einen erheblichen Einfluss auf Verfügbarkeit und Lebensdauer einer Pumpe haben können. Auf der Basis der so gewonnenen Messdaten führen die Ingenieure von KSB eine detaillierte Auswertung durch. Die darauf aufbauende Handlungsempfehlung gibt Auskunft darüber, welche Einsparungen mit welchen Maßnahmen realisierbar sind und mit welchen Amortisationszeiten gerechnet werden kann. Entschließt sich der Kunden zu einer der vorgeschlagenen Maßnahmen, führt der Dienstleister nach dem Abschluss des Projektes eine kostenlose Zweitmessung durch, mit der der Erfolg der Maßnahmen nachgewiesen wird.

Datenaufzeichnung über Datenlogger

Zur Ermittlung des bei Michelin vorliegenden Lastkollektivs führte man Messungen an zwei der insgesamt vier Heizungsumwälzpumpen durch, um so das tatsächliche Förderverhalten der Pumpen zu erfassen. Die Datenaufzeichnung erfolgte über einen Datenlogger. Zur Bestimmung der Wirkleistungsaufnahme wurde im Schaltschrank der beiden Aggregate eine mobile Leistungsmessung installiert. Zusätzlich stellte der Anlagenbetreiber aus seiner Leitwarte Informationen zur Heißwasserumwälzmenge, zum Druck im Anlagenvorlauf sowie zur Mediumstemperatur zur Verfügung. So konnten sich die Ingenieure von KSB ein detailliertes Bild von der Anlage machen. Aus den erfassten Messdaten konnte man den aktuellen Betriebsbereich der Pumpen ermitteln, der im energetisch ungünstigen Teillastbereich der Pumpenkennlinie lag. Die hierdurch merklich überhöhte Förderhöhe führte zu einem hohen spezifischen Energiebedarf von 0,236 kWh/m³, der die Betriebskosten in die Höhe trieb.

Zur Reduzierung des Energieverbrauchs wurden von den Ingenieuren mehrere Möglichkeiten geprüft. Ein erster Ansatz sah vor, unter Beibehaltung der vorhandenen Einheiten den Winterbetrieb mit nur noch drei statt wie bisher vier parallel geschalteten Heizungsumwälzpumpen zu absolvieren. Die Pumpen würden dann deutlich näher an ihrem hydraulischen Optimum betrieben, wodurch sich der spezifische Energiebedarf signifikant reduziert. Diese einfache Maßnahme würde bei jeweils rund 2.000 Stunden im Winterbetrieb auch ohne weitere Investitionen eine Einsparung von über 5.000 Euro pro Jahr erzielen. In einem weiteren Iterationsschritt wurde noch eine Einsparmöglichkeit in Form eines gedrosselten Absperrschiebers entdeckt. Ohne diese energiefressende Armatur hätten sich aber der dynamische Anteil der Anlagenkennlinie und damit die erforderliche Förderhöhe so stark verringert, dass die vorhandenen Pumpen Gefahr liefen überlastet und beschädigt zu werden. Um wirklich alle Einsparpotenziale der Anlage zu nutzen empfahlen die Pumpen-Spezialisten den kompletten Austausch der vier alten Aggregate gegen drei neue Spiralgehäusepumpen vom Typ Etanorm G 080-160. Diese würden im Nennbetriebspunkt nur 12 kW elektrische Leistung aufnehmen.

In Kombination mit einer Pump Drive-Drehzahlregelung des Herstellers könnten dann die Pumpen nicht nur in der Drehzahl, sondern durch das Master-Slave-Prinzip auch in der Anzahl vollautomatisch der aktuellen Anlagenlast angepasst werden. Durch diese optimierte Betriebsweise würde sich der spezifische Energiebedarf im Vergleich zur investitionsfreien Variante von 0,208 kWh/m³ auf 0,072 kWh/m³ reduzieren. Angesichts des Alters der vorhandenen Einheiten, der möglichen Automatisierung beim Umstieg auf die neueste Technologie und der höheren Energieeinsparung entschied sich Michelin schließlich für einen Komplettaustausch der Pumpen. So ersetze man die alten Aggregate durch drei neue drehzahlgeregelte Spiralgehäusepumpen vom Typ Etanorm G 080-160 G11 PD. Als physikalische Regelgröße dient der Differenzdruck, der über Drucksensoren vor den Saug- und hinter den Druckstutzen der Pumpen ermittelt wird.

Um die durchgeführten Maßnahmen auf ihren Erfolg

zu überprüfen und den Nachweis zu erbringen, dass die angestrebten Effizienzsteigerungen auch tatsächlich erreicht wurden, führten die Frankenthaler anschließend eine kostenlose Zweitmessung durch. Mit ihr konnte eine reale Energieeinsparung von 211.800 kWh pro Jahr und damit eine Verringerung der CO2-Emissionen von 131 Tonnen belegt werden. Unter Berücksichtigung sämtlicher anfallender Material- und Umbaukosten ergab sich für den Kunden eine Amortisationszeit von 1,5 Jahren. jg

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