Nachhaltige Pumpen

Von Dirk Schmitz

Mit der Initiative 'Energy Movement' zeigt Grundfos weltweit: Energieeffizienz ist die sauberste, sicherste und wirtschaftlichste Energiequelle, die wir haben.

Weltweit verbrauchen Pumpen 10 Prozent der elektrischen Energie. Die Erfahrung zeigt: Viele Betreiber - sei es der Betriebsingenieur einer industriellen Produktionsanlage, sei es der Facility Manager von Gebäuden - sind überrascht über diesen hohen Anteil. Wie alle Fachleute der Branche bestätigen ist dieser absolut unnötig, denn durch den Einsatz moderner Antriebe inklusive Frequenzumformertechnik können Pumpen die gleiche Arbeit wesentlich effizienter verrichten. Die Technik dazu ist verfügbar.

Ein Schlüsselelement der europäischen Ökodesign-Richtlinie (ErP) ist die Entwicklung und Umsetzung einer neuen Effizienzskala für Elektromotoren, welche die Energieeffizienz in drei Klassen einteilt: IE1, IE2 und IE3 (demnächst noch IE4). Bereits seit Juni 2011 müssen nahezu alle neuen Motoren im Leistungsbereich von 0,75 bis 375 kW der IE2-Norm genügen. Ab 2017 müssen sie entweder IE3 oder IE2 unter Verwendung eines Frequenzumrichters erfüllen. Ziel: Bis 2020 sollen durch die Motoren-Richtlinie 135 TWh Energie eingespart werden, das sind 5 Prozent des gesamten Stromverbrauchs in Europa.

Auch bei den Pumpen selbst setzt die Ökodesign-Richtlinie auf strenge Effizienzvorgaben; zunächst betrifft dies Nassläufer-Umwälzpumpen in Heiz- und Kühlkreisläufen: Ab Januar 2013 dürfen außerhalb dieser Anlagen installierte ('externe') Umwälzpumpen nur noch einen Energie-Effizienz-Index (EEI) von max. 0,27 aufweisen, ab 2015 darf der EEI nur mehr max. 0,23 erreichen. Ab August 2015 sind auch Umwälzpumpen betroffen, die in diesen Anlagen integriert sind. Die allgemeinen Richtlinien für Motoren und die speziellen Vorgaben für Pumpen betreffen beide auch industrielle Betreiber, arbeiten doch Pumpen nicht nur in Produktionsanlagen, sondern auch in Betriebs- und Verwaltungsgebäuden.

In der Klasse der Nassläufer-Umwälzpumpen repräsentieren die Alpha2 (links, für das Ein-und Zweifamilienhaus) und die Magna3 (rechts, für größere Gebäude) den Stand der Technik in Sachen Energieeffizienz

Pumpen-Effizienz in Produktionsanlagen

Rund 25 Prozent des industriellen Energieverbrauchs entfällt auf Pumpen zur Kühlung und Klimatisierung, Heizung und Kesselspeisung, Wasseraufbereitung, Wasserversorgung und Abwasserentsorgung.

Spezifisch auf die Anforderungen an Hocheffizienzpumpen ausgerichtet ist die Produktlinie 'Grundfos Blueflux': Dessen Motoren und Frequenzumrichter sind eigens für den kombinierten Einsatz konzipiert und exklusiv auf den Einsatz bei Pumpen zugeschnitten. Durch den integrierten Entwicklungsansatz ist nicht nur die Effizienz deutlich höher als bei Standardlösungen; die Technik ist zugleich noch zuverlässiger und ermöglicht eine Feinabstimmung im Betrieb. Blueflux-Produkte verbrauchen weniger Energie, arbeiten im Vergleich zu Standardmotoren auf einem gemäßigten Temperaturniveau und lassen einen breiteren Medientemperaturbereich zu.

Die Effizienz dieser speziellen Motoren wurde durch eine intensive Bauteiloptimierung erreicht. Mit Hilfe von komplexen Computersimulationen konnten die Entwickler die wichtigsten Verlustfaktoren in einem elektrischen Motor minimieren.

Dank der Effizienz dieser Motoren arbeiten sie mit reduzierter Abwärme - in der Industrie vielfach ein nicht unerheblicher Vorteil. Denn dies bedeutet u.a., dass weniger Leistung für die Lüfterkühlung erforderlich ist. Auch die Geräuschemission ist reduziert. Zudem benötigen Blueflux-Lösungen mit integriertem FU nur einen Kühler für Motor und Antrieb. Ein kühlerer Motor sorgt nicht zuletzt für eine längere Lebensdauer der Lager und des Isoliermaterials.

Eine der entscheidenden Herausforderungen in Sachen Pumpenleistung ist es, einen Wert oder mehrere Parameter konstant zu halten. Darum besitzen Blueflux-Antriebe eine Vielzahl spezieller Funktionen, die unterschiedliche Parameter des Systems steuern - vom konstanten Druck über die konstante Druckdifferenz, den Proportionaldruck, den konstanten Füllstand bis hin zur konstanten Temperatur.

Pumpen-Effizienz in Verwaltungs- und Betriebsgebäuden

Auch für Pumpen in der Gebäudetechnik - sie verbrauchen zwischen 10 und 20 Prozent der elektrischen Energie - gilt selbstverständlich: Frequenzumformer helfen, erheblich Energie einzusparen. Drehzahlgeregelte Pumpen kommen insbesondere in Anlagen mit betrieblich bedingten Lastschwankungen zum Einsatz und bei Anwendungen, wo eine Anlagenregelung wichtig ist: Beispielsweise in raumlufttechnischen Anlagen und in Druckerhöhungsanlagen.

Die Drehzahlregelung allein ist jedoch noch kein Garant für optimalen Betrieb. Bei jeder Drehzahlregelung ist der Sollwert zunächst korrekt einzustellen, ansonsten arbeitet die Pumpe zwar geregelt, aber möglicherweise auf einem zu hohen oder zu niedrigem Drehzahlniveau. Insbesondere in Bestandsanlagen, bei denen häufig weder der Sollwert für die Förderhöhe, noch der erforderliche Förderstrom bekannt sind, ist das exakte Einstellen der Pumpe oft nicht möglich.

Heizungsumwälzpumpen der Baureihen Magna3 und Alpha2 lösen dieses Problem mit Hilfe einer sich selbsttätig auf die Anlage adaptierenden Regelung ('AutoAdapt-Funktion'). Diese Technologie analysiert permanent die Anlagenverhältnisse und findet die optimale Einstellung zwischen hohem Komfort und minimalem Energieverbrauch.

Ansonsten repräsentieren beide Pumpen exemplarisch den Stand der Technik in Sachen Energieeffizienz: In der Klasse der Nassläufer-Umwälzpumpen für Ein- und Zweifamilienhäuser ist die Alpha2 25-40 mit einem EEI von 0,15 die effizienteste Pumpe ihrer Klasse, sie bleibt 44 Prozent unter der ErP-Vorgabe ab 2013 und sogar noch 25 Prozent unter dem ErP-Benchmark von 0,20.

Im Segment der größeren Nassläufer-Umwälzpumpen repräsentiert die Magna3 ebenfalls den Klassenprimus in Sachen Energieeffizienz. Die Magna3 erfüllt die kommenden ErP-Anforderungen und bleibt auch noch deutlich unter dem ErP-Benchmark von 0,20. Darüber hinaus gibt es bei der Magna3 zahlreiche neue Funktionen und Weiterentwicklungen. So lässt sich mit FlowAdapt bzw. FlowLimit der Förderstrom der Pumpe begrenzen, was zusätzlich Energie spart und den Einsatz von Überströmventilen zum Teil überflüssig macht.

'Energy Movement': Know-how weltweit weitergeben

Grundfos hat sich als weltweit führender und am Gedanken der Nachhaltigkeit orientierter Pumpenhersteller das Ziel gesetzt, mit unterschiedlichsten Initiativen über die Verfügbarkeit und Chancen der Einsparpotentiale bei Pumpen aufzuklären. Bereits bei der Formulierung der Ökodesign-Richtlinien war Grundfos aktiv, um schärfere Grenzwerte einzufordern. Mit der Initiative 'Energy Movement' zeigt Grundfos weltweit: Energieeffizienz ist die sauberste, sicherste und wirtschaftlichste Energiequelle, die wir haben. Das gelingt am besten durch positive Fallbeispiele, die durch Fakten, Zahlen und konkrete Ergebnisse bestätigt werden. Lisbet Bræmer-Jensen, eine der Protagonisten dieser Initiative, bekräftigt: "Die Weitergabe von Know-how, wie eine Strategie erfolgreich umgesetzt werden kann, ist von entscheidender Bedeutung."

Fazit: Hocheffizienzpumpen reduzieren über die vielen Jahre ihrer Nutzung die Betriebskosten in der Produktion und in den Verwaltungs- und Betriebsgebäuden, verbessern so die Ertragslage des Unternehmens und erhöhen dessen Wettbewerbschancen. Zugleich sind sie ein wesentlicher Beitrag zur Energiewende, muss doch nicht verbrauchte Energie gar nicht erst erzeugt werden.

Eine Sonderveröffentlichung der GRUNDFOS GMBH