Berechnen Sie die Energieeinsparung und Amortisation durch Frequenzumrichter bei Pumpen, Lüftern und Kompressoren. Mit Affinitätsgesetzen und Stromkostenvergleich.
Berechnen Sie die Energieeinsparung und Amortisation durch Frequenzumrichter bei Pumpen, Lüftern und Kompressoren. Mit Affinitätsgesetzen und Stromkostenvergleich.
Frequenzumrichter (FU/VFD) ermöglichen die stufenlose Drehzahlregelung von Elektromotoren und bieten bei variablem Lastbedarf enorme Einsparpotenziale. Besonders bei Pumpen und Lüftern gilt das kubische Affinitätsgesetz.
| Größe | Proportionalität | Beispiel: 70% Drehzahl |
|---|---|---|
| Volumenstrom Q | Q ~ n | 70% des Nennvolumenstroms |
| Druck Δp | Δp ~ n² | 49% des Nenndrucks |
| Leistung P | P ~ n³ | 34% der Nennleistung |
Das bedeutet: Eine Drehzahlreduzierung um nur 30% spart 66% der elektrischen Leistung ein.
| Regelung | Wirkprinzip | Einsparung bei 70% Bedarf | Verschleiß |
|---|---|---|---|
| Drosselklappe | Widerstand erhöhen | 0–20% | Hoch (Ventil) |
| Bypass | Ableitung | 0% | Mittel |
| Ein/Aus-Regelung | Zyklusbetrieb | 10–30% | Hoch (Motor) |
| Frequenzumrichter | Drehzahlvariation | 50–70% | Gering |
Jährliche Einsparung = (P_drossel - P_fu) × Betriebsstunden × Strompreis
Amortisationszeit = FU-Investitionskosten / Jährliche Einsparung
Klicken zum KopierenDurch das kubische Affinitätsgesetz (P ~ n³) sinkt der Leistungsbedarf überproportional zur Drehzahlreduzierung. Bei 20% weniger Drehzahl werden bereits 49% weniger Leistung benötigt. Bei Drosselregelung dagegen wird die überschüssige Energie in Wärme umgewandelt – das kostet Strom, ohne den Verbrauch zu senken.
Nur eingeschränkt. Bei Kompressoren gilt ca. P ~ n², da der Gegendruck (Systemdruck) weitgehend drehzahlunabhängig ist. Die Einsparung ist geringer als bei Pumpen/Lüftern, aber ein FU lohnt sich dennoch bei variablem Bedarf. Für Schraubenkompressoren liegt die typische Einsparung bei 20–35% gegenüber Leerlaufregelung.
Ein FU lohnt sich wirtschaftlich, wenn der durchschnittliche Volumenstrom unter 80% des Maximums liegt und die jährliche Laufzeit über 4000 Stunden beträgt. Bei einem 15-kW-Motor und 6000 h/a Betrieb amortisiert sich die Investition (ca. 1.500 €) typisch in 1–2 Jahren. BAFA-Förderung kann die Amortisation zusätzlich verkürzen.
FU erzeugen Oberschwingungen (THD typ. 30–40%), die Netzdrosseln oder Sinusfilter erfordern können. Zusätzlich entstehen hochfrequente Spannungsspitzen (dU/dt), die spezielle FU-geeignete Motorkabel und ggf. Ausgangsfilter erfordern. Die Lagerströme im Motor können durch Ableitströme über Frequenzen > 1 MHz die Motorlager schädigen – hier helfen isolierte Lager oder Ableitbürsten.
Ja, das BAFA fördert energieeffiziente Querschnittstechnologien einschließlich drehzahlvariabler Antriebe. Die Förderquote beträgt bis zu 40% der Investitionskosten für KMU. Auch KfW-Energieeffizienzprogramme und regionale Förderprogramme können genutzt werden. Ein Energieaudit nach DIN EN 16247 ist oft Voraussetzung.