1. Wprowadzenie
W trakcie podejmowanie decyzji dotyczącej wyboru pompy spośród kilku ofert nie należy kierować się jedynie na kryterium najniższej ceny lecz powinno się brać pod uwagę również koszty eksploatacji na przestrzeni kilku lat. Można się w tym celu posłużyć tzw. metodą LCC [1], która zyskuje w ostatnich latach na popularności. Zasadniczym składnikiem kosztów eksploatacji jest koszt energii elektrycznej zużywanej do napędu pompy. Dla zilustrowania tej oczywistej tezy podajmy przykład obliczeniowy. Weźmy pod uwagę pompę o wydajności Q = 2000 m3/h i wysokości podnoszenia H = 50m. (Są to parametry odpowiadające pompom dwustrumieniowym stosowanym w większych wodociągach oraz układach ciepłowniczych). Przy pompowaniu wody tzw. użyteczny pobór mocy pompy o podanych parametrach (czyli moc, jaką pobierałaby pompa o sprawności 100%) wynosi 272.5 kW. Rzeczywisty pobór mocy zależy od jej sprawności. Dla pomp o podobnych parametrach zaprojektowanych i wyprodukowanych przez renomowane firmy zakres sprawności, jakiego można oczekiwać zawiera się pomiędzy 83 a 88%. Dla pompy o sprawności 83% pobór mocy wyniesie ok. 328 kW, a dla pompy o sprawności 88% wyniesie 309 kW. Różnica wynosi zatem 19 kW, co w przypadku pompowania przez 6000 godzin w ciągu roku i cenie zakupu energii 45 gr/kWh przekłada się na 51 300 złotych różnicy w kosztach zużytej energii. Stanowi to znaczny procent ceny pompy o takich parametrach, a zatem zużycie energii powinno być uwzględniane jako istotne kryterium wyboru. Należy ponownie podkreślić, że w powyższym przykładzie brano pod uwagę jedynie pompy o przyzwoitym poziomie technicznym, a na rynku spotkać można również pompy o sprawnościach odstających na niekorzyść od oczekiwanego poziomu.
Słuszna co do zasady metoda wyboru pompy uwzględniająca kryterium zużycia energii napotyka jednak w praktyce problemy, a jakich mowa poniżej.
2. Sprawność konkretnego egzemplarza pompy
Należy zdawać sobie sprawę, że sprawności poszczególnych egzemplarzy pomp tego samego typu mogą się od siebie znacznie różnić. Wynika to z tego, że parametry, w tym sprawność pompy wirowej, zależą w główniej mierze od geometrii oraz chropowatości ścianek kanałów przepływowych wirników i kierownic, a te w zdecydowanej większości pomp wykonywane są w technologii odlewniczej. Typowa technologia odlewnicza oparta o formy odlewnicze wykonane na bazie piasku nie zapewnia pełnej powtarzalności geometrii oraz chropowatości powierzchni. Wynika to między innymi z faktu, iż krzepnący w formie ciekły metal doznaje skurczu, który to proces jest w znaczniej mierze losowy, podobnie jak wynikające z tego odchyłki kształtu. Normy dotyczące tolerancji kształtów i wymiarów odlewów sankcjonują ten stan rzeczy dopuszczając znaczne odchyłki. W celu poprawy dokładności odlewów, a tym samym w celu uzyskania lepszej powtarzalności parametrów pomp, można zastosować bardziej złożone technologie odlewnicze (np. rdzenie ceramiczne, odlewanie ciśnieniowe itp.) lub wykonywać wirniki drogą obróbki skrawaniem, co jest możliwe dla wirników otwartych a mocno utrudnione dla wirników zamkniętych. Zastosowanie tego rodzaju technologii wiąże się jednak ze znaczącym wzrostem kosztu wytwarzania i z tego powodu ma miejsce głównie dla pomp o podstawowym znaczeniu, podczas gdy dla pomp ogólnego przeznaczenia dominują tradycyjne technologie odlewnicze.
Jako ilustrację, na rys. 1 pokazano wyniki rzeczywistych pomiarów charakterystyk wielu egzemplarzy tego samego typu pompy na tle pola tolerancji dopuszczalnego przez normę EN ISO 9906 oraz w porównaniu z charakterystyką wg DTR.
Rys.1 Charakterystyki zbiorcze wielu egzemplarzy pomp tego samego typu.
Należy podkreślić, że rozrzut rzeczywistych parametrów poszczególnych egzemplarzy pomp nie wynika z niestaranności ich producentów lecz w znaczniej mierze z naturalnej niedokładności powszechnie stosownych technologii. Fakt ten został wzięty pod uwagę w normie EN ISO 9906, która określa dopuszczalne tolerancje parametrów pomp. Norma ta określa dwie klasy dokładności. Druga klasa, uznawana za standardową w przypadku gdy zamawiający i dostawca nie określą w umowie inaczej, dopuszcza odchyłki wysokości podnoszenia pompy w zakresie +/- 5%, odchyłki wydajności w zakresie +/- 8% oraz odchyłkę sprawności w zakresie -5%. W pierwszej klasie dokładności tolerancje są zawężone i wynoszą odpowiednio +/- 3% dla wysokości podnoszenia, +/- 4.5 % dla wydajności oraz -3% dla sprawności.
Rys. 2 Kryteria odbioru parametrów pomp wg normy EN ISO 9906.
Sposób oceny parametrów pompy według EN ISO 9906 pokazano dla przypomnienia na rys. 2. Gwarantowane parametry pompy (wydajność Q i wysokość podnoszenia H) określają punkt gwarancyjny. Z tego punktu na rysunku wykreśla się krzyż, długość ramion którego odpowiada podanym wyżej tolerancjom Q i H. Uznaje się, że pompa spełnia parametry gwarantowane jeśli jej rzeczywista, zmierzona w sposób podany w normie, charakterystyka zahacza choć o jedno z ramion krzyża. W przypadku sprawności rysuje się linię od początku układu współrzędnych do punktu gwarantowanego. Miejsce przecięcia tej linii ze zmierzoną, rzeczywistą charakterystyki pompy określa wydajność, dla jakiej oceniana jest sprawność. Zatem na rys. 2 porównaniu ze sprawnością gwarantowaną podlegałaby zmierzona sprawność w miejscu pokazanym skierowaną pionowo w dół strzałką.
Jak widać, zgodnie z normą rzeczywista sprawność pompy może się znacznie różnić od sprawności gwarantowanej (ofertowej). Nie tylko może być niższa o 5% od sprawności ofertowej ale ponadto może być oceniana przy wydajności zupełnie innej niż gwarantowana.
Wynikają z tego wspomniane trudności praktyczne przy wyborze pompy na podstawie sprawności podawanych w ofercie. W skrajnym przypadku może dojść do takiej sytuacji, że przykładowo dokonuje się wyboru pomiędzy pompą A i pompą B, przy czym sprawność ofertowa tej pierwszej jest o 4% wyższa, co na podstawie obliczeń kosztu zużycia energii powoduje decyzję o wyborze pompy A. Może się jednak okazać, że konkretny egzemplarz pompy B ma sprawność o 1% wyższą niż konkretny egzemplarz pompy A, i mieści się to w dopuszczalnych przez normę tolerancjach.
Można argumentować, że pomimo rozrzutu sprawności konkretnych egzemplarzy istnieje większa statystycznie szansa na uzyskanie wyższej sprawności dla egzemplarza pompy, której sprawność ofertowa jest wyższa. Tak byłoby gdyby wszystkie firmy stosowały taką samą metodologię określania sprawności ofertowej, ale tak nie jest gdyż nie istnieje znormalizowana praktyka w tym zakresie. Nie ulega wątpliwości, że sprawność podawana w ofertach powinna być oparta o pomiary pewnej liczby egzemplarzy pomp, których sprawności, jak wspomniano, różnią się. Istnieją jednak różne możliwości określania sprawności ofertowej na podstawie pomiarów pewnej liczby pomp. Pokazano je poglądowo na rys. 3. Linie cienkie na rys. 3 oznaczają przykładowe, zmierzone charakterystyki sprawności kilku pomp wykazujące wynikający z technologii wykonania rozrzut (odrzucono charakterystyki nieudanych egzemplarzy o zbyt niskiej sprawności). Najbardziej rzetelnym sposobem określenia sprawności deklarowanej w ofertach byłoby przyjęcie pewnej sprawności uśrednionej, jak ta pokazana na rys.3 linią przerywaną. W takim przypadku konkretny egzemplarz dostarczany klientowi mógłby mieć sprawność zarówno wyższą jak i niższą od ofertowej. Jako sprawność ofertową można jednak przyjąć maksymalną sprawność uzyskaną na konkretnym egzemplarzu, jak ta pokazana linią ciągłą. W tej sytuacji konkretny dostarczony egzemplarz miałby sprawność równą lub niższą od ofertowej, jednak w zakresie tolerancji. Nie można też wykluczyć sytuacji, że firma która dysponuje technologią zapewniającą dobrą powtarzalność egzemplarzy pomp (np. rozrzut sprawności w zakresie 2%) jako sprawność ofertową przyjmie sprawność nigdy nie uzyskaną w badaniach, jednak wyższą na tyle (np. 3%) że sprawności konkretnych egzemplarzy mieszczą się poniżej niej ale wciąż w tolerancji. Sytuację taką pokazano na rys. 3 linią kropkową. W takim przypadku kupujący zawsze otrzyma egzemplarz o sprawności niższej od ofertowej. Wszystkie opisane możliwości określania sprawności ofertowej nie są sprzeczne z normą EN ISO 9906, natomiast to, jaka metoda przyjęta jest w danej firmie zależy od stopnia agresywności jej polityki marketingowej. Należy podkreślić, że wszystkie te metody, aczkolwiek różniące się stopniem rzetelności wobec odbiorcy, wciąż umożliwiają dostawy pomp mieszczących się w tolerancji wynikającej z normy. W publikacji zamieszczanej w poważnym piśmie nie wypada pisać, że mogą się zdarzyć firmy wprowadzające klientów w błąd poprzez podawanie zdecydowanie zawyżonych sprawności, znajdujących się nawet poza zakresem tolerancji. Tego rodzaju praktyki mogą jednak mieć miejsce z uwagi na to, że dokonanie pomiaru weryfikującego sprawność dostarczonej pompy w instalacji nie zawsze jest możliwe, między innymi ze względu na trudność z zabudowaniem przepływomierza. Autor zetknął się w swojej praktyce z przypadkiem gdy pompa dostarczona przez renomowaną firmę miała sprawność niższą o 10% od ofertowej.
Rys. 3 Metody wyznaczania sprawności ofertowej.
3. Zalecany sposób postępowania
Rozrzut występujący w sprawnościach konkretnych egzemplarzy pomp oraz brak uznanych powszechnie standardów dotyczących sposobu określania sprawności ofertowych powoduje, że prawidłowa co do zasady metoda dokonywania wyboru pompy z uwzględnieniem kryterium zużycia energii, w praktyce może się nie sprawdzić gdyż różnica pomiędzy sprawnością konkretnego egzemplarza i sprawnością ofertową może zniwelować obliczone na podstawie ofert efekty. Nie oznacza to iż należy rezygnować z uwzględniania zużycia energii przy wyborze pomp, należy jednak do sprawności podawanej w ofertach podchodzić krytycznie. Istnieją dane pozwalające oszacować możliwą do osiągnięcia sprawność pompy [2] w zależności od jej wydajności i wyróżnika szybkobieżności. Jeśli pośród ofert znajduje się pompa o sprawności wyraźnie odbiegającej na plus od pozostałych oraz od danych z literatury to wskazane jest ostrożne podejście do takiej oferty. Celowe jest w takim przypadku uwzględnienie w umowie badania parametrów pompy przez niezależną jednostkę oraz obwarowanie niedotrzymania sprawności ofertowej odpowiednimi karami umownymi. Niezależne badanie odbiorcze parametrów pompy jest celowe w każdym przypadku gdy w grę wchodzą większe moce.
Zamawiający może zażądać dokonywania odbioru pompy według I klasy dokładności wg EN ISO 9906, co ogranicza rozrzut parametrów. Należy się jednak w takim przypadku liczyć z tym, że ceny oferowanych pomp ulegną podwyższeniu. Wykonawcy chcąc ograniczyć rozrzut parametrów muszą bowiem albo przewidzieć zastosowanie bardziej kosztownych technologii (np. zakup odlewów w specjalistycznej odlewni) albo uwzględnić koszt korekty parametrów pompy wykonanej w standardowej technologii. Korekta taka, wykonywana w przypadku stwierdzenia podczas prób zbyt dużych odchyłek parametrów polega na demontażu pompy i zabiegach korygujących (nierzadko wykonywanych ręcznie), takich jak doczyszczanie lub szlifowanie kanałów przepływowych, zaostrzanie krawędzi wlotowych łopatek, korekta wymiarów szczelin uszczelniających itp.
Zdaniem autora zamawiający w specyfikacjach powinni żądać nie podawania sprawności z tolerancją wynikającą z EN ISO 9906 (w I lub II klasie dokładności) lecz powinni żądać określenia minimalnej sprawności gwarantowanej (czyli dopuszczać jedynie dodatnie tolerancje sprawności), żądać przeprowadzenia prób odbiorczych (obserwowanych lub prowadzonych przez niezależną jednostkę) oraz obwarować niedotrzymanie sprawności gwarantowanej karami umownymi o wielkości porównywalnej ze stratami wynikającymi ze wzrostu kosztów zużycia energii. Takie podejście sprawiłoby, że szacowane na etapie porównywania ofert oszczędności z tytułu zużycia energii byłyby w rzeczywistości uzyskiwane, a wybór oferty uwzględniający koszty zużycia energii byłby oparty o porównywalne dane. Spowodowałoby to także ujednolicenie podejścia producentów do sposobu określania sprawności ofertowej, który w przypadku żądania podania w ofercie minimalnej gwarantowanej sprawności powinien polegać na przyjęciu minimalnej sprawności stwierdzonej w badaniach (po ewentualnym odrzuceniu zdecydowanie nieudanych egzemplarzy).
4. Podsumowanie i wnioski
Słuszne co do zasady dokonywanie wyboru pompy z uwzględnieniem kryterium zużycia mocy w praktyce może nie prowadzić do spodziewanych efektów ze względu na różnice w sprawności dostarczonego egzemplarza w stosunku do sprawności ofertowej.
Celowe jest żądanie podawania w ofertach nie sprawności z tolerancjami wynikającymi z normy EN ISO 9906, lecz minimalnej gwarantowanej sprawności, a także dokonywanie pomiarów odbiorczych parametrów pomp oraz obwarowanie niedotrzymania minimalnej gwarantowanej sprawności odpowiednimi karami umownymi. Posługiwanie się minimalną gwarantowaną sprawnością w znacznym stopniu zwiększa porównywalność ofert oraz dokładność obliczeń kosztów zużycia energii prowadzonych na etapie oceny i porównywania ofert.
Dr inż. Grzegorz Pakuła
Literatura
1. Strączyński M., Pakuła G., Urbański P., Solecki J. Podręcznik Eksploatacji Pomp w Wodociągach i Kanalizacji. Izba Gospodarcza Wodociągi Polskie, Wydawnictwo „Seidel-Przywecki” , wydanie pierwsze, Warszawa 2007.
2. W. Jędral, Pompy wirowe, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001.