PuK - Prozesstechnik & Komponenten 2024

Pumpen und Systeme

Pumpen und Systeme Hocheffizienzpumpen Hocheffizienzpumpen Bestens geregelt Jochen Krings Hohe Energiekosten rücken einmal mehr das Einsparpotenzial von Umwälzpumpen ins Licht. Aber wie groß sind die Unterschiede zwischen aktuellen und älteren Modellen wirklich? Und wann lohnt sich der Austausch? Schlüssel für die enormen Wirkungsgrade moderner Hocheffizienzpumpen sind Motorkonstruktion und Regelung. Die Baureihe Alpha2 beispielsweise ist mit einem hocheffizienten Permanentmagnetmotor ausgerüstet. Dieser braucht im Unterschied zu konventionellen Asynchronmotoren keine Energie für die Magnetisierung des Rotors und hat dadurch einen rund 30 Prozent höheren Wirkungsgrad. Außerdem sind die Bauteile der Pumpe dahingehend optimiert, dass typische Verluste auf ein Minimum reduziert werden. Das betrifft unter anderem die Statorwicklungen, Wirbelströme in Statorund Rotorlamellen, den Stromfluss in Rotorstangen und Abschlussringen sowie die Reibung in den Lagern. Die Hydraulik ist mit Hilfe von computergestützten Strömungssimulationen bis ins Detail optimiert. So wurde etwa das Laufrad gegenüber früheren Generationen vollständig neu entwickelt, um die Rotation der Motorwelle noch effizienter in Strömung umzusetzen. Auch die Werkstoffe tragen zu einem höheren Wirkungsgrad bei. Der Permanentmagnet-Rotor ist aus Neodym, das Spaltrohr aus Komposit-Werkstoff. Die kataphoretische Beschichtung des Gehäuses (ein elektrochemisches Tauchlackier-Verfahren) sorgt nicht nur für einen hochwertigen Korrosionsschutz, sondern reduziert mit ihrer besonders ebenmäßigen Oberfläche auch den Strömungswiderstand. Auch hier sind die Entwickler bis ins kleinste Detail gegangen, um den maximalen Wirkungsgrad zu erzielen. Abb. 1: Permanentmotor, hydraulische Optimierung bis ins letzte Detail und eine smarte Regelung ermöglichen höchste Wirkungsgrade (Alpha2 von Grundfos) (alle Abbildungen: Grundfos) Smarte Regelung Die Einführung der elektronischen Drehzahlregelung in den 1990er Jahren war ein wesentlicher Schritt, um Pumpen effizienter zu machen. Doch auch hier hat es erhebliche Fortschritte gegeben. Bei einer herkömmlichen Regelung wird lediglich eine Ausgangsgröße wie der Differenzdruck auf die Stellgröße zurückgeführt. Die speziellen Anlagenbedingungen, etwa die Verlustbeiwerte von Rohrleitungen, Einbauten, Kesseln und Heizkörpern, bleiben dabei jedoch weitgehend unberücksichtigt. Die Pumpe läuft somit nicht auf der für die Anlage optimalen Regelkennlinie. Moderne selbstadaptierende Pumpen wie die Alpha2 von Grundfos dagegen analysieren regelmäßig die Anlagenbedingungen und stellen die optimale Position der Proportionaldruck-Kennlinie selbsttätig ein. Der Vorteil: Die Pumpe läuft immer auf der optimalen Kennlinie, verbraucht also nicht mehr Energie als nötig. Kurzfristige Bedarfsschwankungen bleiben dabei unberücksichtigt, sie werden über die Proportionaldruck-Regelung ausgeglichen. Die AutoAdapt-Technologie vereinfacht Abb. 2: Aktuelle Hocheffizienzpumpen wie die Alpha2 sind noch einmal deutlich effizienter als ihre Vorgängergenerationen, die bereits zu den effizientesten ihrer Zeit gehörten 18 PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN 2024

Pumpen und Systeme Hocheffizienzpumpen auch die Inbetriebnahme. Der Installateur muss lediglich die Spannungsversorgung anschließen, die optimale Einstellung übernimmt die Pumpe selbst. Erhebliche Effizienzsteigerungen Abb. 3: Wenn beim Austausch kleinere Baugrößen für die gleiche Förderleistung ausreichen, lässt sich die Pumpe mit Adaptersets an die Einbausituation anpassen (Magna3 von Grundfos) Seit Inkrafttreten der EuP-Richtlinie 2013 werden in Deutschland praktisch nur noch hocheffiziente Umwälzpumpen verbaut. Dennoch laufen in den Heizungskellern immer noch Millionen von ungeregelten Bestandspumpen. Dass sich hier der Austausch lohnt, liegt auf der Hand. Eine moderne Hocheffizienzpumpe ist rund 90 Prozent effizienter als eine alte, ungeregelte Umwälzpumpe der früheren Energieeffizienzklasse D. Bei typischer Größe und Standard-Lastprofil reduziert das den Stromverbrauch um etwa 450 kWh pro Jahr. Bei einer Einsparung in der Größenordnung von 150 Euro im Jahr rechnet sich der Austausch damit bereits ohne Förderung innerhalb weniger Jahre. Was weniger offensichtlich ist: Auch im Vergleich zu neueren Pumpen schneiden aktuelle Hocheffizienzmodelle erheblich besser ab. Das zeigt der Blick auf die meistverkaufte Baureihe Grundfos Alpha, deren Generationen jeweils zu den effizientesten ihrer Klasse gehörten. Das 2005 eingeführte Energiesparmodell Alpha Pro mit Permanentmagnetmotor und integriertem Frequenzumrichter war rund 62 % effizienter als die ursprüngliche von 2000. Die aktuelle Alpha2-Generation ist noch einmal 68 % effizienter als die Alpha Pro und verbraucht im Vergleich zum 2000er Modell 88 % weniger Energie. Wer heute die Energiesparpumpe Alpha Pro gegen die aktuelle Alpha2-Generation austauscht, spart im Jahr noch einmal mehr als 100 kWh ein. Durch die enorme Verbesserung der Wirkungsgrade haben sich die Förderleistungen von Pumpen so weit verschoben, dass beim Austausch im Bestand für die gleiche Leistung häufig schon eine kleinere Type genügt. Eine alte Magna 40-100 beispielsweise kann je nach Betriebspunkt durch eine Magna3 32-100 oder sogar eine Magna3 25-120 ersetzt werden. Dadurch ergeben sich auch bei den Investitionskosten noch einmal deutliche Einsparungen. Mit entsprechenden Adaptersets, die für die Magna3-Baureihe angeboten werden, lassen sich die kleineren Typen an die Einbausituation adaptieren. So können etwa Rohrverschraubungsmodelle an einen vorhandenen Flanschanschluss angepasst und die Einbaulänge von 180 auf 220 mm gebracht werden. Tauschen und abgleichen Aktuelle Modelle wie Alpha2 oder Magna3 sind hydraulisch bereits so weit optimiert, dass die Grenzen der Physik nahezu erreicht sind. Weiterentwicklungen gibt es dennoch, vor allem im Bereich digitale Integration. Ein Beispiel ist der hydraulische Abgleich. Die beiden Modelle sind ab Werk für ein von Grundfos entwickeltes Verfahren vorbereitet, bei dem die Pumpe die erforderlichen Daten liefert. Bei der Alpha3 ist die Funkschnittstelle dafür bereits integriert, bei der Alpha2 braucht es den Alpha Reader als Werkzeug. Der Installateur koppelt sein Smartphone mit der Pumpe und lässt sich von der App GO Balance schrittweise durch den Abgleich führen. Das problemlos durchzuführende Verfahren dauert bei einem typischen Einfamilienhaus weniger als zwei Stunden und ist förderfähig. Ein hydraulischer Abgleich erhöht die Effizienz der Heizungsanlage erfahrungsgemäß um 10 bis 20 Prozent. Dennoch sind schätzungsweise Abb. 4: Mit den aktuellen Alpha2- und Alpha3-Modellen lässt sich ein unkomplizierter hydraulischer Abgleich durchführen, der förderfähig ist und weitere Energie einspart. immer noch bis zu 10 Millionen deutsche Heizungsanlagen nicht abgeglichen. Um so mehr macht es sich bezahlt, den Austausch mit einem hydraulischen Abgleich zu verbinden. Ein weiteres Argument für eine moderne Hocheffizienzpumpe. Autor: Jochen Krings, Professional Relations, Grundfos GmbH, Erkrath, Deutschland www.grundfos.de PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN 2024 19