Energieeffizienz von Heizungspumpen

Energieeffizienz von Heizungspumpen

von

Dipl.-HTL-Ing. Josef Pichler

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung 3

2. Pumpenvergleich 5

3. Kurzfristige Abhilfe 6

4. Mittelfristig Verbesserungen 7

5. Zukunftsstrategie 8

6. Beilagen (Pumpenvergleich01v2.xls, 8 Seiten)

Energieeffizienz von Heizungspumpen

1. Einleitung:

Stefan Kohler, der Geschäftsführer der Deutschen Energie-Agentur (Dena) gibt an, dass in der Bundesrepublik ein Einsparpotential von 2 250 Millionen GJ vorhanden sei und dass z.B. mit drehzahlgeregelten Heizungspumpen 60 bis 70 Prozent weniger Strom verbraucht wird.¹

Eine Einsparmöglichkeit von rund 50% geben die Hamburger Schulen an.²
Gleiches nennt auch der Bund Naturschutz (BUND) in seiner Aktion ,,Sparwatt"³ und ,,Heizungsaktuell" ⁴

Das Einsparpotential wird mit ca. 8 % vom Gesamtstromverbrauch eines Ein- oder Zweifamilienhauses genannt, bei denen laut der Fa. Grundfos herkömmliche Heizungspumpen ca. 10% des Energieverbrauches konsumieren.⁵
Die Fa. Wilo nennt einen jährlichen Energieverbrauch für die Heizungspumpen von 10 - 12 Milliarden kWh.⁶

Dies ist verständlich, wenn man bedenkt, dass in der Bundesrepublik ca. 30 Millionen Heizungspumpen im Einsatz sind und deren Anteil am Elektroenergieverbrauch 3,5% beträgt.⁷
Dies entspricht dem gesamten elektrischen Verbrauch des deutschen Schienenverkehrs (DB und öffentlicher Nahverkehr).

In der Schweiz besagt eine Studie von Jürg Nipkow⁸ dass die vorhandenen 2 Millionen Kleinpumpen bis 150 Watt einen Stromverbrauch von ca. 1% verursachen und damit das Doppelte des Fernseherstromverbrauches ausmachen.
Diese Studie sagt auch, dass die Wirkungsgrade äußerst schlecht sind (5 - 9%).
Gleiches bestätigt auch Gloor Engineering in Zürich in einer Anleitung zu Energiesparmaßnahmen bei der Heizungsinfrastruktur.⁹ Dort wird bei einer 200 W-Pumpe ein Wirkungsgrad von 5% angegeben.

Im Privathaus ist die Heizungspumpe der größte Einzelenergieverbraucher!¹⁰

Die Wirtschaftlichkeit von Heizungspumpen ist fast nicht von den Anschaffungskosten abhängig, sondern vom Energieverbrauch.
Im Lebensdauerzyklus betragen die Energiekosten ein Vielfaches der Anschaffungskosten.

Zehn Jahre nach ihrer Installation (nach 50 000 bis 80 000 Betriebstunden) sind noch 60 - 70% der Pumpen im Betrieb.

Die Mehrkosten für EC-Pumpen betragen je nach Motorleistung etwa 15%, sie amortisieren sich innerhalb von 2 bis 4 Jahren.¹¹.

Grundfos nennt Amortisationszeiten von 1,5 Jahren für die Alpha-Pumpe (UPS 25-60 zu UPE 25-40)¹¹²

Umgelegt auf die Verhältnisse in der Stadtgemeinde Salzburg ist hier sicher mit einem Einsparpotential zu rechen.

So ergibt eine Abschätzung nach der Durchschnittsleistung Jahreskosten von ca. 29 700,- €, nach den Verbräuchen sind Kosten von 22 842,-€ anzusetzen.¹³

Das mittlere Einsparpotential beträgt (bezogen auf die Stadtgemeinde Salzburg) jährlich ca. 10 165,-€!¹⁴

2. Pumpenvergleich:

Eine Gegenüberstellung der aktuellen Pumpenfabrikate (in herkömmlicher Technologie!) und deren Wirkungsgrade zeigt erstaunliche Fakten.

So variieren die Wirkungsgrade der in der beiliegenden Aufstellung ausgesuchten Pumpen der beiden Hersteller Grundfos und Wilo von 5,15 bis 44,52%.¹⁵

Es kann gesagt werden, dass für ein und die selbe hydraulische Anforderung Effizienzunterschiede von bis zu ca. 211%¹⁶ bestehen, das heißt dass die Wahl der Pumpe ganz entscheidend für den künftigen Stromverbrauch ist.

Es zeigt sich auch, dass Drehstrompumpen im Vergleich zu Wechselstrompumpen gleicher Leistung einen höheren Wirkungsgrad haben (z.B. Grundfos UPS 32-60F: 25,60%; Grundfos UPSD 32-60F: 31,09%).

Es kann aber nicht gesagt werden dass der Einsatz von geregelten Pumpen automatisch eine Effizienzsteigerung mit sich bringt.
Auch hier ist die richtige Wahl ganz entscheidend für die Effizienz und die Folgekosten.

So kann zum Beispiel bei einer Höhe von 1m und einer Pumpmenge von 1,4 m³/h der Einsatz der billigen UPS 25-30 mit einem Wirkungsgrad von 9,52% aufwarten, die teurere UPE 25-60 aber nur mit 5,86%.¹⁷
Der richtig ausgewählte Pendant, die UPE 25-40 bringt es auf 10,9%, das ist nur eine Verbesserung von 1,4 gegenüber der UPS 25-30.

Klar erkennbar ist die Tendenz, mit zunehmender Motorleistung eine wesentliche Wirkungsgradverbesserung bei den geregelten Pumpen zu haben(UPE 65-120 F: 43,64%, UPS 65-120 F aber nur 23,32%).¹⁸

Ein gänzlich differenzierteres Bild ergibt sich bei der Betrachtung der Wirkungsgrade der ECM-Pumpen.
Diese Geräte haben auf Grund ihrer Motortechnik (Permanentmagnetrotor, verlustverringerte Dichthaube, elektronischer Umrichter) eine wesentlich höhere Effizienz.
So hat die Biral MC 10 den fast 5-fachen Wirkungsgrad der Standardpumpe Wilo RS 25/50 r.¹⁹ Das bedeutet eine Effizienzsteigerung um ca. 493%!
Mit steigendeer Pumpenleistung sinken die Unterschiede, sie sind aber noch immer beträchtlich. Die Effizienz ist in allen fällen um über 210% höher!²⁰

3. Kurzfristige Abhilfe:

• Anlagendruck kontrollieren
• Zurückschalten der Pumpendrehzahlen
• Sommerabschaltung, keine durchlaufenden Pumpen!
• Schaltzeiten kontrollieren und neu überdenken und einstellen
• Pumpendimensionierung überdenken (z.B. Faustregel: Elektroleistung = 0,1% der Kesselleistung)
• Pumpen wechseln auf kleinere Typen (z.B. mittels ,,Ringtausch" im Gebäudepool)
• Drehzahl regeln (durch Nachrüsten mit Drehzahlstellern oder bei Neuanschaffung von geregelten Pumpen, bevorzugt ECM-Technik!)
• Hydraulik kontrollieren, abgleichen eventuell auch umbauen

4. Mittelfristige Verbesserungen:

• Bei Reparaturen genaue Druck- und Mengenkontrolle und kleinstmögliche, elektronisch geregelte Pumpe einbauen.
• Nachbau bei den größeren Verbrauchern (deren Austausch schwierig, teuer oder nicht zu erwarten ist) von Drehzahlregelgeräten.

Diese bedingen nur einen Eingriff in den Elektrokreis und kommen ohne Rohrarbeiten aus. Der Einsatz solcher externer Regler ist laut einer Studie der Umweltbehörde Hamburg interessant, die Einsparungen liegen bei 50%.²¹

Folgende Lösungen können dazu angewandt werden:

• Drehzahlregler als Zwischenstecker für ganz einfache Anwendungen wie in Einfamilienhäusern, bis zu 600 Watt und für Testzwecke (wie z.B. Drehzahlregler aus dem Teichpumpenbereich, http://www.sera.de/autoframe.htm?url=http://www.sera.de/produkte/Drehzahlregler.htm).
• Eine einfache Variante, welche wegen des Pumpenkondensators vorher getestet werden sollte, ist auch der Einsatz von Phasenanschnittreglern für Wechselstrommotore wie bei den Kleinventilatoren üblich.
  Hier kann z.B. der Busch-Dimmer mit Phasenanschnitt (2250KB) für ca. 82,-€ ausprobiert werden, dieser ist für Verteiler(Schrank-)einbau auf Tragschiene 35, Schlitzmaß 45 mm gebaut (mind. 60, max. 500 VA).
• Konstantdrehzahlregler zum Nachbau, wie z.B. UDR 21 von ,,Technische Alternative, A-Amaliendorf" mit Temperaturdifferenzregelung für 111,55€ oder vergleichbare Geräte aus Deutschland von ÖKO-Energie aus Limeshain-Himbach (http://www.oeko-energie.de/Energiespargeraete.htm#Heizungspumpen-Vorschaltgeräte:) wie Metric Thermopuls um 155,-€ oder Novatec Thermodrive LDH 1 um 168,-€.
  Ein ähnliches, aber wesentlich teureres, Gerät liefert BAQU (http://www.baqu-energiesysteme.de/00008.html).
• Auch Wilo liefert Regelsysteme (Wilo-AS-System) für Pumpen bis 75 bzw. 500 W-Leistung, allerdings zu erheblich höheren Kosten.
• Ein sehr interessantes und preiswertes Gerät liefert MSS in A-Eugendorf mit seinem PDIG-1. Dieses Gerät ist für Schaltschrankeinbau mit einer Ansteuerung von 0-10 V geeignet (wenn z.B. eine DDC-Regelung vorhanden ist kann diese Vorgaben machen, oder sonst wird fix eingestellt) und liefert eine Ausgangsleistung von 600 VA zu einem Preis von 101,-€.
• Für Pumpen größerer Leistungen sind Frequenzumformer der industriellen Anbieter (z.B. Siemens Simovert HVAC oder Danfoss u.a.) eine gute Wahl, wobei hier auf die EMV-Tauglichkeit besonders geachtet werden muss (Netzfilter, Ausgangsdrossel, geschirmte Kabel)
• Aufbau einer Pumpendatenbank (Gebäude, Anzahl und Typen der Pumpen, Einbaudatum, etc.)
• Einsatz von kombinierten Differenzdruck-Drehzahlreglern: Das System BOA- Systronic von KSB²² spricht von 50 - 70% Energieeinsparung und von einer Halbierung der Lebensdauer-Zykluskosten.

5. Zukunftsstrategie:

• Bei Heizungspumpen generell geregelte Modelle einsetzen und darauf achten dass die Dimensionierung in Hinblick auf niedere Verbräuche ausgerichtet ist.
• Darauf achten, dass bei den kleineren Pumpen nur solche mit geregeltem Permanentmagnet(EC-)motor ausgeschrieben werden, welche um ca. 80% bessere Wirkungsgrade haben (30 W statt 80 W laut Biral bei der Type MC 12 oder Wilo-Stratos, Grundfos Magna, KSB).
• Bei größeren Antrieben (Normmotoreneinsatz) wie z.B. in Lüftungs- und Klimageräten oder einzeln aufgebaute Pumpen generell Motore der Effizienz(Wirkungsgrad-)klasse EFF1 ausschreiben und mit Frequenzumrichtern anspeisen (keine Drosselregelungen!).

Salzburg, am 20. März 2004

Der Autor:
Dipl.-HTL-Ing. Josef Pichler
Dienststellenleiter Elektro
Magistrats-Abteilung 6/05 - Maschinenamt
Magistrat der Landeshauptstadt Salzburg
www.Stadt-Salzburg.at

Elektrotechniker, seit 1974 in der Industrie (Trinkwasser-, Abwasseranlagen, Kleinwasserkraftwerke, Erzbrechanlagen, Industrie-Energieversorgung, Steuerungsanlagen, Gebäudeausrüstung), seit 1997 im Gebäudebereich tätig (Elektroinstallation, Beleuchtung, Gebäudesystemtechnik)

1 http://www.zeit.de/2001/31/Wirtschaft/200131_interview-kohler.html

2 http://lbs.hh.schule.de/welcome.phtml?unten=/klima/fifty/elektro/InfoHeizPump.html

3 http://www.sparwatt.net/spartips/heizpu.htm

4 http://www.heizungaktuell.de/heizung/service/Elektro.htm

5 http://www.marchner.de/body_umwalzpumpen__jedes_watt_zahlt.html

6 http://www.wilo.de/w3a

7 http://www.wko.at/ooe/Branchen/Industrie/Industrieaktuell/Texte/IA7/IA7.EN.htm

8 http://www.ch-forschung.ch/fs/9909/pumpe.htm

9 http://www.energie.ch/themen/industrie/infel/heizungsinfra.htm

10 http://www.heizungaktuell.de/heizung/service/Elektro.htm

11 bine Projektinfo 13/01

12 http://www.grundfos.com/WEB/homeAT.nsf

13 Beilage Pumpkosten01v2.xls Potential

14 ebenda

15 Pumpkosten01v2.xls Pumpenvergleich

16 ebenda

17 ebenda

18 ebenda

19 Pumpkosten01v2.xls ECM-Pumpenvergleich

20 ebenda

21 http://www.abasto.de/abasto.pdf

22 Zeitschrift TGA 11/2002, Seite 25, Prospekt KSB, D-Frankenthal, 0508.021/2, 10/02