INSTALLATIE EN GEREEDSCHAP
Install Magazine 941 – juni 2017
Hoogrendementspompen voor utiliteitsbouw
Krachtige en efficiënte pompen voor gebouwentechniek
De 1,8 miljoen niet-woongebouwen in Duitsland zijn verantwoordelijk voor 1/3 van het totale primaire-energieverbruik in gebouwen. Wie kiest voor de stand van techniek, bespaart jaarlijks heel wat energiekosten.
Een van de hoofdcollectoren in een beurscomplex met normpompen van de NK-serie.
Blokpompen van de NB-serie verdelen koelwater in een commercieel gebouw.
Norm- en blokpompen (respectievelijk NK en NB-serie) zijn bedoeld voor toepassingen waar grote volumes efficiënt en betrouwbaar verpompt moeten worden. Dat kan gaan van koel- en verwarmingsinstallaties met grote vermogens, warmtenetten, airconditioninginstallaties of koeltorens.
Bij de NK-normpompen vormt de demonteerbare koppeling een aanzienlijke troef. Bij onderhoud of herstelling van de pomp of dichting, blijft de motor gewoon op zijn steunvlak gemonteerd.
Niet-woongebouwen nemen een belangrijk deel van het energieverbruik voor hun rekening. Dat blijkt bijvoorbeeld uit de cijfers van Duitsland. Volgens het Duitse instituut voor statistiek telt dat land ongeveer 18 miljoen woningen, tegenover 1,8 miljoen niet-woongebouwen: kantoren, winkels, hotels, scholen, zorginstellingen..... Ondanks dit relatief geringe aantal, zijn de niet-woongebouwen toch goed voor 1/3 van het totale verbruik van primaire energie in gebouwen. Een reden daarvoor is dat grote gebouwen nu eenmaal grotere pompen nodig hebben. Een ontwerper die gebruik maakt van huidige stand van de techniek, kan dus heel wat energie besparen.
Energieverbruik van utiliteiten
Hoe valt het grote aandeel in het primaire energieverbruik van niet-woongebouwen te verklaren? De eerste reden is de algemeen grotere omvang van dergelijke gebouwen. Verder hebben deze gebouwen doorgaans meer technische uitrusting: hotels, kantoren of ziekenhuizen zijn meestal niet alleen verwarmd, maar zijn ook voorzien van ventilatie en/of klimaatregeling. Daardoor heeft dit type gebouwen een groot potentieel voor energiebesparing.
HVAC-pompen: efficiënt grote volumes verpompen
Pompen bieden daarbij interessante besparingsmogelijkheden. Ze worden ingezet in stookplaatsen en stoomcentrales, en voor airconditioning. Ze verhogen de waterdruk voor toevoer in hoogbouw, en voeren afvalwater af naar de riolering. In utiliteiten zijn vooral efficiënte HVAC-pompen van belang. Koeling is daarbij een onderschat aspect. Het aandeel van koeling stijgt constant: in de zomer ligt het elektriciteitsgebruik nu al hoger dan in de winter, net omwille van de koelinstallaties. Het effect van de klimaatopwarming laat zich voelen.
Stijgende temperaturen betekenen een grotere koelbehoefte voor de opslag van voeding. Ook kantoren en datacenters moeten meer gekoeld worden. In Duitsland wordt jaarlijks ongeveer 66 miljard kWh stroom en 11 miljard kWh niet-elektrische energie verbruikt voor koeling. Dat komt overeen met 14% van het totale Duitse stroomverbruik. Van het totale verbruik voor koeling is 22% voor de klimaatregeling in gebouwen. De huidige manier van bouwen met grote glaspartijen betekent dat de koelbehoefte snel stijgt, ook in koudere klimaten.
Elektrisch aangedreven decentrale airconditioners komen meestal niet in aanmerking voor grotere gebouwen, omwille van het hogere stroomverbruik en de risico’s op de uitstoot van koelmiddel in het milieu. Ze worden hooguit gebruikt als speciale oplossing voor individuele ruimtes. Luchttechnische systemen (adiabate koeling, koelbatterijen in de ventilatie...) of de thermische activatie van gebouwendelen (stralingskoeling, betonkernactivering) vertegenwoordigen de stand van de techniek. Voor dergelijke toepassingen heeft de industrie passende pomptypes ontwikkeld.
Betrouwbaarheid in grotere debieten
De norm- en blokpompen van Grundfos (respectievelijk NK en NB-series) zijn ontworpen voor toepassingen waar grotere hoeveelheden water efficiënt en betrouwbaar verpompt moeten worden. Dankzij de hoogwaardige kataforetische oppervlaktebehandeling zijn de pompen al in de standaard gietijzeruitvoering geschikt voor de meeste toepassingen in de gebouwentechniek. Daarbij wordt een corrosiewerende epoxylaag aangebracht door middel van een elektrostatisch proces in een vloeistofbad. Een alternatief zijn uitvoeringen in roestvaststaal (1.4408 en 1.4517).
De toerentalgeregelde uitvoeringen NKE en NBE bieden nieuwe regelmogelijkheden, onder meer dankzij de MGE-motor met permanente magneten, wat tot een zeer energiezuinige werking leidt. De MGE-motor heeft in alle pompcombinaties bovendien nog communicatiefuncties: hij beschikt over een eigen buscommunicatie via radio (GeniAir). Bekabeling, bijvoorbeeld voor een dubbelpompopstelling, wordt overbodig. De geïntegreerde verbindingsassistent zorgt snel voor een koppeling tussen beide pompen. Ze kunnen dan gestuurd worden in cascade, in afwisselende werking of in werking/standby modus. Een traditionele GeniBus communicatie via kabel blijft altijd mogelijk. Met de app Grundfos Go beschikt de installateur over een brede waaier van mogelijkheden om de MGE-motor in te stellen of om gegevens uit te lezen.
Wanneer een normpomp, wanneer een blokpomp?
Volgens welke criteria moet men beslissen om voor een normpomp te kiezen, dan wel voor een blokpomp?
Blokpompen
De hydraulica van beide pomptypes verschilt niet, de prestaties zijn dus vergelijkbaar. Het grote verschil tussen een blokpomp en een normpomp bestaat erin dat de blokpomp compacter is, omdat er geen aparte koppeling is. Daar staat tegenover dat het onderhoud aan een normpomp eenvoudiger is. Ook een reparatie gaat vlotter, vooral als de pomp voorzien is van een demonteerbare koppeling. Over het algemeen is de blokpomp lichter, en is de investering lager dan bij een normpomp. Deze laatste heeft immers meer onderdelen van dan een blokpomp. In de praktijk gaan blokpompen tot een vermogen van ongeveer 200 kW. Deze grens heeft niets te maken met technische beperkingen, maar met praktische problemen in transport en behandeling. Vanaf deze vermogens wordt het gecombineerde gewicht van pomp en motor te groot om nog samen getransporteerd te kunnen worden.
De montage van een direct gekoppelde blokpomp is eenvoudiger. Er is immers geen montage op de bodemplaat nodig, en de pomp moet niet uitgelijnd worden op de aandrijfas. Op dit vlak zijn er verschillende bouwwijzen. Op de markt zien we dikwijls blokpompen met schaalkoppelingen, die echter weinig asstijfheid hebben. Grundfos gebruikt daarom hulskoppelingen, waarbij de motoraandrijving direct op de pompas aangesloten wordt. De gemeenschappelijke uitlijning van aandrijving en rotor maakt een trillingsvrije werking en lange levensduur mogelijk.
Normpompen
Bij normpompen moeten daarentegen de motor- en pompas apart uitgelijnd worden. Grundfos kan hier voor een inbedrijfstelling met behulp van laserpositionering zorgen. De optimale positie van de pompen wordt zo met behulp van de modernste laseroptische meettoestellen bepaald. Waarom is dat zo belangrijk? Door de montage op een sokkel, plaat of fundament kunnen normpompen gemakkelijk een onevenwicht vertonen, wat tot verhoogde slijtage leidt. De gevolgen zijn een verhoogd energieverbruik, lagere prestaties, en op langere termijn zelfs ernstige defecten aan de pomp, zoals schade aan de lagers, glijringafdichting of koppeling.
In dit verband is het in elk geval aan te raden om bij normpompen ervoor te zorgen dat de pomp van de motor gescheiden kan worden door een demonteerbare koppeling. Het voordeel: bij een onderhoud of reparatie aan de pomp of afdichting kan de motor op de motorhouder gemonteerd blijven. Het demonteerbaar stuk kan verwijderd worden zonder aan de motor te raken. Dat schept voldoende plaats om de totale as-rotorcombinatie uit het pomphuis te verwijderen, en na nazicht opnieuw te monteren. Deze klus kan door een monteur alleen geklaard worden. Daarna hoeven de pompas en aandrijving niet meer opnieuw uitgelijnd te worden. Dat reduceert de kosten door stilstandtijden.
Praktijkvoorbeeld: kantoor voor 2.600 medewerkers
Hoogrendementspompen verdienen zichzelf snel terug bij pompvervanging in bestaande installaties. In dit geval ging het om een kantoor in Hannover, waarbij het facility management verantwoordelijk is voor het beheer en de voorziening van onder meer koeling, verwarming en elektrische energie. Het kantoor omvatte twee gebouwen, met samen 2.600 medewerkers. De warmte wordt geleverd vanuit een nabijgelegen WKK. In totaal telde de site ongeveer 60 pompen voor de koel- en verwarmingsinstallaties, waaronder ook grotere normpompen met motorvermogens van 11en 18 kW.
Omdat het onderhoud van enkele oudere pompen zwaar begon door te wegen, wou de facility manager nagaan of het de moeite waard zou zijn om ze te vervangen. De analyse van de life cycle cost van drie pompen (twee normpompen NK 100-250/256 en een kleinere TPE-inlinepomp) aan de hand van metingen ter plaatse toonde aan dat de pompen in kwestie een jaarlijks energieverbruik van 24.000 kWh vertegenwoordigden. De aanbevolen vervangingspompen verbruikten voor dezelfde prestaties slechts 13.000 kWh per jaar. Het jaarverbruik zou dus met 45% dalen.
Er werd dan ook een TPE-50 inlinepomp geplaatst voor zomerbedrijf en drie blokpompen NBE 50-125/121 met een 4 kW motor en geïntegreerde frequentiesturing. Waar de bestaande installatie aan constante druk werkte, en dus onnodig hoge verschildrukken produceerde, werkten de nieuwe pompen met een kwadratisch verlaagde proportionele drukregeling. De verschildruk is dus nooit hoger dan nodig. Bovendien werden de pompen kleiner gedimensioneerd, waardoor het rendement in deellast heel wat beter werd. Gezien de pompen 80% van de tijd in deellast werkten, was dit een duidelijke winst. De totale belasting kon ook gelijkmatiger over de drie pompen verdeeld worden, terwijl de nodige redundantie gegarandeerd bleef.
Conclusie
De term ‘normpomp’ wekt de indruk dat dergelijke toestellen om zo te zeggen fabrikant-neutraal zijn. Dat geldt echter alleen voor de basisafmetingen. De hydraulische componenten verschillen van fabrikant tot fabrikant. Ook de aandrijftechniek: standaardmotor of hoogrendements toerentalgeregelde motor, en de mogelijkheden qua sturing zijn specifiek voor elke fabrikant. Dat kan de werkingskosten voor de gebruiker aanzienlijk beïnvloeden. Wie als gebruiker van normpompen kiest voor de huidige stand van de techniek, kan jaar na jaar heel wat energiekosten besparen.
Door Wolfgang Richter (Grundfos)
Foto’s: Grundfos
