Austausch allein reicht nicht

Noch immer laufen die meisten Heizungsumwälzpumpen in Bestandsanlagen ungeregelt und fördern somit auch im Teillastbetrieb das Heizungswasser mit der gesamten Förderleistung. Im Vergleich zu Hocheffizienzpumpen verbrauchen sie ein Mehrfaches an Pumpenstrom: Bei 80 Watt Leistung und 6000 Volllaststunden pro Jahr kommt eine herkömmliche, ungeregelte Standard-Heizungsumwälzpumpe auf einen Verbrauch von rund 480 kWh/a, der sich durch den Austausch gegen eine neue Hocheffizienzpumpe um bis zu 80 % reduzieren lässt [1].

Der Einspareffekt beschränkt sich aber nicht auf den Stromverbrauch, auch der Bedarf an Heizwärme lässt sich reduzieren: Während eine Heizungsumwälzpumpe ohne automatische Leistungsanpassung auch bei fast geschlossenen Thermostatventilen das Heizwasser mit unveränderter Leistung durch die Leitungen pumpt, reagiert eine drehzahlgeregelte Hocheffizienzpumpe auf veränderten Wärmebedarf, indem sie die erforderliche Pumpenleistung automatisch anpasst und damit die Wärmeverluste im Verteilsystem verringert, statt unnötig große Heizwasser-Volumenströme umzuwälzen.

Stromdiät für Umwälzpumpen

Die Ökodesign-Richtlinie, die unter den Begriffen ErP- bzw. EuP-Richtlinie (Energy related Products bzw. Energy using Products) seit Anfang 2013 die Fachwelt der Heizungstechnik beschäftigt, stellt Mindestanforderungen an die Effizienz von Umwälzpumpen. In der EU-Verordnung Nr. 641/2009 [2] ist der maximal zulässige Energieeffizienz-Index (EEI) festgelegt. Ermittelt wird dieser Index nach einer Berechnungsmethodik, die im Anhang II der EU-Verordnung Nr. 622/2012 [3] beschrieben ist: Bei unterschiedlichen Betriebszuständen werden die elektrischen Leistungsaufnahmen einer Umwälzpumpe gemessen und anhand eines standardisierten Lastprofils gewichtet. Die ineffizientesten Heizungspumpen weisen einen EEI von 1 oder größer auf, während die derzeit effizientesten Heizungsumwälzpumpen einen EEI von etwa 0,20 erzielen.

Neben dem verminderten Strombedarf tragen auch die in der Richtlinie geforderte Verbesserung der Recyclingfähigkeit und die Verpflichtung zur Verwendung umweltgerechter Materialien zur Schonung von Umwelt und Ressourcen bei. Ein schrittweiser Zeitplan für die Umsetzung der ErP-Richtlinie sorgt dafür, dass sich die Anforderungen an den Energieeffizienzindex stufenweise verschärfen. Gleichzeitig wird auch für den Absatz von Umwälzpumpen, die nicht den geforderten Energieeffizienzindex erfüllen, der Rahmen jährlich enger gesteckt.

Seit Januar 2013 gilt beim Einbau einer externen Umwälzpumpe in Heizungsanlagen ein EEI 0,27. Umwälzpumpen, die direkt in einen Wärmeerzeuger integriert sind, waren zunächst davon ausgenommen.

Seit 1. August 2015 beträgt der zulässige EEI nur noch 0,23. Gleichzeitig wurde diese Anforderung auf Umwälzpumpen ausgeweitet, die in Heizungsanlagen oder vorgefertigten Systemeinheiten installiert sind. Dieser Wert gilt somit beispielsweise für die Umwälzpumpen auf neuen Heizungsverteilern oder in neuen Pumpengruppen und für die in einem Gas-Wandheizgerät integrierten Umwälzpumpen.

An Mindestumlaufwassermenge denken

Ergänzend ist zu bemerken, dass sich die EU-Richtlinie auf das Inverkehrbringen von Umwälzpumpen bezieht – was bedeutet, dass die Pumpenhersteller seit dem Stichtag nur noch Pumpen ausliefern dürfen, die der Richtlinie entsprechen. Hat ein Fachhandwerksbetrieb oder SHK-Großhändler jedoch noch Pumpen im Lager, die vor dem Stichtag geliefert wurden, dürfen diese weiterhin eingebaut werden. Dies kann zum Beispiel sinnvoll sein, wenn in einem vorhandenen Gas-Wandheizgerät eine geräteinterne Umwälzpumpe getauscht werden muss. Denn bei bestehenden Heizgeräten ist mitunter nicht gewährleistet, dass der Einbau einerHocheffizienzpumpe zu mehr Energie-effizienz führt – hier ist in manchen Fällen sogar Vorsicht geboten, wenn ein vorhandener Wärmeerzeuger eine bestimmte Mindestumlaufwassermenge benötigt. Ein Beispiel sind kompakte Wandheizgeräte (Thermen), in denen aufgrund kleiner Wärmeübertragungsflächen im Betrieb ein bestimmter Heizwasser-Volumenstrom nicht unterschritten werden darf, um Überhitzung zu vermeiden.

Nicht betroffen von der ErP-Richtlinie sind nach wie vor Umwälzpumpen in solarthermischen Anlagen und Trinkwasser-Zirkulationspumpen. Letztere müssen seit 1. Januar 2013 explizit als Trinkwasserpumpen gekennzeichnet sein.

Effizienz setzt hydraulischen Abgleich voraus

Trotz Drehzahlregelung und niedrigem Energieeffizienz-Index bleibt der angestrebte Einspareffekt aus, wenn die Pumpen zu groß dimensioniert oder nicht auf die Anlage abgestimmt werden. Entgegen der weit verbreiteten Ansicht, dass drehzahlgeregelte Pumpen sich an jede Anlagensituation automatisch anpassen, kann die Drehzahlregelung ihre Aufgabe nur erfüllen, wenn die Pumpe anhand der benötigten Förderhöhe ausgewählt wurde. Nur so kann eine durch Lastwechsel hervorgerufene Änderung des benötigten Förderdrucks mit einer ausreichend hohen Druckdifferenz auf die Pumpe zurückwirken, damit die Pumpendrehzahlregelung die Leistung anpassen.

Um die Möglichkeiten moderner Heizungssysteme in Sachen Energieeffizienz auszuschöpfen, ist neben dem Einsatz von Hocheffizienzpumpen auch der hydraulische Abgleich der Heizungsanlage eine wesentliche Voraussetzung. Ohne einregulierte Anlagenhydraulik fehlen den geregelten Pumpen die Sollwerte, die sie benötigen, um die Fördermenge dem tatsächlichen Bedarf anzupassen. Beim hydraulischen Abgleich wird die Anlage durch die Einregulierung von voreinstellbaren Heizkörper-Thermostatventilen (bei Fußbodenheizungen voreinstellbare Heizkreis-Abgleichventile), Strangregulierventilen und Pumpen so eingestellt, dass die Heizwasser-Durchflussmengen in den einzelnen Leitungsabschnitten entsprechend der Auslegung begrenzt werden. So wird verhindert, dass Räume mit kurzen Leitungsstrecken überversorgt werden und dadurch Heizkörper in den entfernter gelegenen Räumen kalt bleiben.

Mit aufbereitetem Wasser neu befüllen

Beim Austausch von Komponenten wie Umwälzpumpen ist zudem zu empfehlen, auch gleich die Anlage zu entleeren, zu spülen und anschließend mit aufbereitetem Wasser neu zu befüllen. In Hocheffizienzpumpen verwendete Werkstoffe und sensible Bauteile zeigen mitunter eine geringe Beständigkeit gegen Verunreinigungen und Korrosionsprodukte im Heizungswasser, das seit Jahrzehnten durch betagte Heizungsrohre strömt. Seit der Markteinführung von Hocheffizienzpumpen häufen sich in der Praxis die Fälle von Funktionsstörungen, Schäden und Totalausfällen. Oft treten die Probleme bereits nach kurzer Betriebszeit auf.

Inzwischen empfehlen neben den Herstellern von Wärmeerzeugern und anderer heiztechnischer Komponenten auch die Hersteller von Hocheffizienzpumpen in ihren Installations- und Betriebsanleitungen, das Durchflussmedium gemäß VDI-Richtlinie 2035 aufzubereiten.

Anlagensystem einbeziehen

Hocheffizienzpumpen für Heizungsanlagen dienen nicht nur klimapolitischen Zielen, sie sollen vor allem die Anlagenbetreiber bei den Energiekosten entlasten. Allein mit dem Einsatz hocheffizienter, drehzahlgeregelter Pumpen kann die erwartete Energieeinsparung jedoch nicht gewährleistet werden. Hier sind Fachhandwerksunternehmen gefordert, neben der richtigen Pumpenauswahl auch das gesamte Anlagensystem und dabei vor allem die Anlagenhydraulik mit einzubeziehen.

Automatische Drehzahlregelung

Die automatischen Drehzahlregelungen von Hocheffizienzpumpen passen im Teillastbetrieb die Pumpenleistung an den tatsächlichen Bedarf an. Das Q/H-Diagramm zeigt das Verhältnis von Pumpenleistung (grau gestrichelte und grüne Linie) in Abhängigkeit von der benötigten Förderhöhe H und der Fördermenge Q (blaue Linie). Zwischen H₀ (Q = 0, H = 0) und dem tatsächlichen Teillast-Betriebspunkt H_S verläuft die Regelkennlinie proportional (grau gestrichelt).

Im vorliegenden Diagramm zur Pumpenbaureihe Calio von KSB ist zu erkennen, dass die Betriebsart Eco-Mode den Stromverbrauch dieser Pumpen zusätzlich senkt. Die Betriebssoftware der Regelung ermittelt den Verlauf der Regelkennlinie (grün) mit einer quadratischen Rechenfunktion. Dadurch reduziert sich die Leistungsaufnahme erheblich.

[1] Effiziente Systeme und erneuerbare Energien; Fachbroschüre zum Technologie- und Energieforum ISH 2015; Bundesindustrieverband Deutschland Haus-, Energie- und Umwelttechnik e.V. (BDH); www.bit.ly/geb1194

[2] Verordnung (EG) Nr. 641/2009 der Kommission vom 22. Juli 2009 zur Durchführung der Richtlinie 2005/32/EG des Europäischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von externen Nassläufer-Umwälzpumpen und in Produkte integrierten Nassläufer-Umwälzpumpen; www.bit.ly/geb1189

[3] Verordnung (EU) Nr. 622/2012 der Kommission vom 11. Juli 2012 zur Änderung der Verordnung (EG) Nr. 641/2009 in Bezug auf die Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von externen Nassläufer-Umwälzpumpen und in Produkte integrierten Nassläufer-Umwälzpumpen; www.bit.ly/geb1193

Wolfgang Heinl betreibt als freier Fachjournalist ein Redaktionsbüro mit Spezialisierung auf SHK und Gebäudetechnik.