Efektywność energetyczna pompowania

Efektywność energetyczna, zwana też niekiedy „czwartym paliwem", jest też najtańszym i najmniej kłopotliwym, a stąd-powszechnie akceptowanym sposobem redukcji emisji gazów cieplarnianych [1].

Ważnym obszarem funkcjonowania gospodarki jest transport wody i ciepła oraz innych mediów za pomocą pomp. Wiadomo, że największym potencjalnym źródłem oszczędności energii jest układ pompowy, zwłaszcza koncepcja i rozwiązanie hydrauliczne instalacji, dobór pomp i regulacja wydajności [2]. Równocześnie, im lepsza – tzn. o wyższej sprawności pompa, ty m wyższa jest efektywność energetyczna układu.

Rozporządzenie Komisji Europejskiej nr 547/2012

Do niedawna wymogom minimalnej energochłonności podlegały tylko niewielkie pompy cyrkulacyjne, o mocach do 2,5 kW, stosowane w instalacjach centralnego ogrzewania (c.o.) i ciepłej wody użytkowej (c.w.u.). Po kilkunastu latach przymiarek opracowano ostateczną wersję sposobu oceny efektywności energetycznej pomp do czystej wody. Ukazało się i weszło w życie rozporządzenie Komisji (UE) nr 547/2012 zdn. 25 czerwca 2012 r [31, określające wymaganą wartość wskaźnika minimalnej efektywności MEI (Minimum Efficiency lndex). Jest ono łatwo dostępne po wprowadzeniu do przeglądarki internetowej podkreślonego nagłówka rozporządzenia.

W artykule 2 rozporządzenia [3] sprecyzowano typy i wielkości pomp: pompy poziome z wlotem osiowym, w tym monoblokowe, oraz in-line, o mocach do 150 kW, pionowe wielostopniowe o wydajnościach do 100 m3/h i wielostopniowe głębinowe wielkości 4" i 6". Wszystkie pompy są przeznaczone do czystej wody o temp. -10⁰C do 120⁰C.

Wskaźnik efektywności MEI

Wymagani a zawarte w rozporządzeniu [3] nie dotyczą bezpośrednio sprawności pompy, lecz oznaczonego przez MEI wskaźnika, będącego funkcją wyróżnika szybkobieżności ns oraz trzeć h charakterystycznych sprawności z charakterystyki r|(Q). Przy tym, przeciwnie niż w przypadku wskaźnika EEI dla wspomnianych wyżej pomp cyrkulacyjnych, im wyższa wartość M El, tym lepiej, bo wyższym wartościom MEI odpowiadają wyższe sprawności i na odwrót.

Rozporządzenie ustala dwie progowe, minimalne wartości wskaźnika MEI, jakie będą musiały mieć wymienione pompy:
•Od 01.01.2013 r: MEI > 0,1
•Od 01.01.2015 r: MEI>0,4. Według rozporządzenia [3] i projektu normy [4] najlepsze dostępne na rynku pompy mają wskaźnik MEI>0,7.

Na podstawie podanych w normie [3] zależności empirycznych można obliczyć mini-malne wymagane sprawności r|mm, odpowiadające wartościom MEI = 0,1 i 0,4, dla wydajności optymalnej Q = Q0pt oraz wydajności Q = 0,75 Qopt i Q = 1,1 Q„pt. Rzeczywiste sprawności badanych pomp powinny być co najmniej równe tym wartościom pomniejszonym o tolerancję sprawności t^ = - 0,05 dla pomp klasy2 wg ISO 9906:2012 (tj. pomnożonym przez 0,95). Jeśli dla którejkolwiek z charakterystycznych wydajności otrzyma się sprawność niższą od wyznaczonej wyżej wartości progowej, to wynik testu będzie negatywny zaś konsekwencją tego powinno być wy co fanie pompy z oferty handlowej. Wartość MEI musi być podana na tabliczce znam łonowej pompy; wartość ta dotyczy pompy o pełnej średnicy wirnika d2 i wydajności optymal-neiQ0pt, mimo iż parametry znam łonowe mogą się różnić od parametrów optymalnych.

Dla każdego typu pompy, objętego rozporządzeniem [3], wymaganie MEI > MElmin
musi być spełnione dla każdej ty powie l kość i; nie wystarczy spełnienie wymagań przez jednego lub nawę t kilku reprezentantów. Producenci mogą bez trudu sprawdzić, które z ich pomp nie spełniają wymagań i przedsięwziąć odpowiednie działania modernizacyjne.

Należy podkreślić, że rozporządzenie [3] podaje tylko sposób sprawdzenia, czy pompa o określonej charakterystyce r|(Q) osiąga progową wartość MEI = 0,1 czy 0,4. Wyznaczenie konkretnej wartości, np. MEI = 0,185 umożliwi dopiero norma [4].
Użytkownicy pomp zapewne przyjmą z uznaniem wprowadzenie wskaźnika MEI jako ważnego parametru charakteryzującego pompę. Sama wartość MEI jest jednak tylko jednym z wyznaczników jakości pompy, zaś dobór pomp powinien odbywać się na podstawie oszacowanego zużycia energii przez zespół pompowy w dłuższy m okresie, zależnego m.in. od całej charakterystyki sprawności r|(Q) oraz relacji między wydajnością Qopt, dla której oblicza się MEI, a wydajnością znamionową, na którą pompa jest zamawiana.

W rozporządzeniu [3] tylko zasygnalizowano, i to dość ogólnikowo, dwie kwestie, które mogą stać się źródłem pewnych kłopotów tych firm, które produkują głównie pompy do wody. Pierwszy z nich wiąże się z kontrolą rynku, drugi-z procedurami pomiarowymi.

Kontrola rynku – wielka niewiadoma

Artykuł 5 rozporządzenia [3] wspomina o kontroli w ramach nadzoru rynku i zastosowaniu do niej procedury weryfikacji wg załącznika IV Kontrola jest przewidziana przez Dyrektywę 2009/125/WE [5], której artykuł 3, ustęp 2 stanowi:

Państwa członkowskie wyznaczają organy odpowiedzialne za nadzór rynku. Zapewniają, że takie organy posiadają i wykorzystują niezbędne uprawnienia do podejmowania odpowiednich środków, do których są zobowiązane na mocy niniejszej dyrektywy. Państwa członkowskie określają zadania, uprawnienia oraz uzgodnienia organizacyjne właściwych organów, które będą uprawnione do:
organizowania odpowiednich kontroli zgodności produktów na odpowiednią skalę oraz zobowiązywania producenta lub jego upoważnionych przedstawicieli do wycofania z rynku produktów niezgodnych z wymogami zgodnie z art. 7;
 b) żądania przedstawienia przez zainteresowane strony wszelkich niezbędnych informacji zgodnie ze środkami wykonawczymi;
c) pobierania próbek produktów i poddawania ich testom zgodności.

Nie wiadomo, jakie przepisy opracuje w tej materii Ministerstwo Gospodarki, a w związku z tym, czy kontrola będzie systematyczna, czy wyrywkowa, dotycząc jednej lub co najwyżej – kilku typowielkości z całego typoszeregu. Załóżmy, że będzie realizowany ten drugi wariant. Zgodnie z załącznikiem IV do rozporządzenia [3] badana będzie wy brana losowo jedna pompa o pełnej średnicy wirnika (nieobtoczonego). W przypadku oceny negatywnej badaniu podlegają trzy inne losowo wybrane egzemplarze. To oczywiście wiąże się z kosztami dla firm. Dlatego też wydaje się, że należy bardzo rozważnie deklarować wartości MEI dla poszczególnych typowielkości, mimo iż względy konkurencyjne skłaniałyby do podawania jak najwyższych wartości MEI.

Procedury wyznaczania/ kontroli wartości MEI według nowej normy PN-EN

Załącznik III do rozporządzenia [3] stanowi, że Na potrzeby zgodności z wymogami niniejszego rozporządzenia pomiary i obliczenia wykonuje się przy użyciu zharmonizowanych norm, których numery referencyjne zostały opublikowane w Dzienniku Urzędowym Unii Europejskiej (...). Taką normą będzie z pewnością EN 16480 [4], będącaw końcowej fazie ustanawiania (prawdopodobny termin ustanowienia to najpóźniej II kwartał 2013 r). Procedury przedstawione w tej normie są pracochłonne i dość uciążliwe w stosowaniu. Norma przewiduje dla każdej typowielkości z typoszeregu pomp wykonanie badań na próbce l lezącej M>5egzemplarzy, a następnie wykonanie obliczeń prowadzących do wyznaczenia wartości MEI, wykorzystujących zależności statystyki matematycznej. Dla każdej pompy należy wykonać pomiary dla co najmniej 7 ściśle określonych wydajności, wyznaczyć-w postaci wzorów lub splajnów - krzywe H(Q) i r|(Q) i precyzyjnie (metodą numeryczną przy użyciu komputera) ustalić Qopt i Hopt oraz obliczyć wyróżnik szybkobieżności ns (w dotychczasowej literaturze zwykle oznaczany jako ns(j lub nq). Na tej podstawie należy wyznaczyć, jako średnie arytmetyczne, wielkości potrzebne do obliczenia MEI, a następnie wartość MEI. Natomiast przy sprawdzaniu (na własny użytek) zadeklarowanej wartości MEI należy dodatkowo wyznaczyć i uwzględnić przedziały ufności, w których z prawdopodobieństwem 95% mieszczą się rzeczywiste sprawności poszczególnych pomp.

Należy podkreślić, że- jak pokazuje przykład liczbowy w normie [4]-dla całej próbki M >5 pomp może być nie tylko spełniony warunek
MEI>MEImm,
gdzie np. M Elmm = 0,3, ale co więcej-dla tejże próbki można wyznaczyć wyższą wartość MEI = 0,385. Jeśli natomiast dokonać sprawdzenia na pompach traktowanych indywidualnie (M =1), to może się okazać, że np. dwie pompy spośród pięciu badanych nie uzyskują deklarowanej wartości M El = 0,3. Stąd sugerowana wyżej ostrożność w deklarowaniu wartości MEI.

Kontrola dokumentacji

Norma [4] przewiduje jeszcze jeden, alternatywny sposób kontroli deklarowanej wartości M El, niepodany w sposób jawny w rozporządzeniu [3]. Jeśli wytwórca sam sprawdził deklarowaną wartość MEI i sporządził starannie kompletną dokumentację z badań i obliczeń, to dokumentację tę, uzupełnioną o dokumentację wymienioną w załączniku II do rozporządzenia [3], może przedstawić niezależnej instytucji (wskazanej przez odpowiedni organ państwa) do kontroli. Pomyślny wynik kontroli zwalnia od obowiązku wykonania badań kontrolnych, negatywny zaś powoduje konieczność wykonania badań o mówionych wyżej.

Podsumowanie

1. Ze zrozumieniem należy przyjąć wprowadzone właśnie wymagania względem dostatecznie dużej efektywności energetycznej pomp, których łączna produkcja w krajach Unii Europejskiej przekracza 200 000 sztuk rocznie.
2.   Krajowi wytwórcy pomp do wody powinni we własnym interesie niezwłocznie sprawdzić, czy ich pom py osiągają wymagane wartości wskaźnika MEI, i ewentualnie podjąć konieczne działania modernizacyjne.
3.   Podawanie przez wytwórców ze względów konkurencyjnych zbyt wysokich wartości MEI jest ryzykowne, gdyż może prowadzić do negatywnej oceny wszystkich pomp danej typowielkości, jeśli losowo wybrana do kontroli pompa będzie miała sprawność niższą od sprawności średniej, na podstawie której ustalono wartość MEI.
4. Wytwórcy powinni „trzymać rękę na pulsie", aby nie przeoczyć momentu ukazania się normy EN 16480 i w ślad za nią polskiej normy PN-EN 16480, jak również przepisów/rozporządzeń w zakresie praktycznego wykonania w Polsce postanowień art.3ust.2 dyrektywy [5]. 5. Użytkownicy powinni mieć świadomość, że wybranie pompy o najwyższej wartości wskaźnika MEI spośród pomp oferowanych przez różnych wytwórców nie oznacza, że będzie ona najmniej energochłonna. Zużycie energii przez pompę zależy nie tylko od jej maksymalnej sprawności, ale od całej charakterystyki h (Q) zakresu wydajności, z jaką pompa będzie pracowała, oraz relacji między wydajnością optymalną a wydajnością znamionową, na jaką pompa została zamówiona. Z tego względu pompy należy wybierać, jak to dotychczas wielokrotnie wskazywano, na podstawie łącznych kosztów życia, których głównym składnikiem jest koszt energii elektrycznej, zużywanej przez silniki napędowe pomp.

Literatura:
1.  JędralW, Od nawialneźrótfa energii-tak., ale jakie?. „Fiynek Instalacyjny", 2012, nr 9, s. 25-27.
2. Jędral W. „Efektywność energetyczna pomp i instalacji pompowych." KAPĘ .Warszawa, 2007, (dostępna także w Inter-necie: www.centrum.pemp.pl/dokumen-ty/biblioteka).
3. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 547/2012 z dnia 25 czerwca 2012 r. w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla pomp do wody. Dziennik Urzędowy Unii Europejskiejz26.6.2012, L165.
4.  Draft-PrEN 16480:Pumps-Minimum re-guired efficiency of rotcdynamic water pumps.CEN,August2012.
5. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE z dnia 21 października 2009 r. ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymóg ów dotyczących ekoprojektu dla produktów związanych z energią. Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej z 3110.2009, L 285.

AUTOR :
Prof. dr hab. inż. Waldemar Jędral
jest pracownikiem naukowym Politechniki Warszawskiej, i przewodniczącym Komitetu d.s. pomp Polskiego Komitetu Normalizacyjnego.
KONTAKT
jedralw@itc.pw.edu.pl