Ersatz kleiner Umwälzpumpen

In einer bestehenden Anlage wurde eine alte Umwälzpumpe durch eine Energieeffizientere ausgetauscht und die Unterschiede gemessen.
Die Auswertung, Leistungsunterschiede und Preise werden in diesem Beitrag erläutert. Auftraggeber war das Elektrizitätswerk der Stadt Zürich (ewz).

Ziel

Argumente für den Ersatz von konventionellen Umwälzpumpen in Haushalts- und Gewerbebetrieben durch energieeffiziente Modelle.

Vorgehen

Analyse von einigen Anlagen unter besonderer Berücksichtigung der Kosten (Installation und Material), Besprechungen mit Anwendern, Installateuren, Anbietern und Mitarbeiter des ewz, wirtschaftliche Beurteilung von umgerüsteten Anlagen, Dokumentation.

Messung

In der bestehenden Heizungsanlage des Verfassers wurde eine alte Umwälzpumpe durch eine effizientere ersetzt und ausgemessen.

Abb. 1: AusgangssituationPumpe links: WarmwasserPumpe mitte: RaumheizungPumpe rechts: Sole	Abb. 2: Einbau der Alpha2 im Warmwasserkreis. Zu beachten ist, dass oben und unten an der Pumpe schon Absperrhähnen eingebaut waren, dadurch konnte der Austausch in knapp 10 Minuten erfolgen.

Die Umwälzpumpe Alpha2 wurde über das Internet bei für einen Preis von 271 Franken inklusive Mehrwertsteuer und Transport gekauft. Gegenüber dem Listenpreis (Tobler AG, topten) von etwa 700 Franken eine erhebliche Kostenreduktion. Für den Einbau war nur eine Rohrzange erforderlich, der elektrische Anschluss konnte wie bei einem Kabelwechsel an einer Schreibtischlampe mit dem Schraubenzieher erfolgen.

Vor dem Austausch wurden die beiden alten Umwälzpumpen UPS 25-50 ausgemessen. Der Durchfluss wurde mit dem Wärmemessgerät gemessen, welches zuverlässig die Wärmeabgabe der Heizung misst. Das Messgerät misst seit 10 Jahren ein etwa konstantes Verhältnis der elektrischen Energieaufnahme zur thermischen Wärmeabgabe der Wärmepumpe. Zum anderen wurde die elektrische Aufnahmeleistung der Umwälzpumpen gemessen. Der hydraulische Widerstand wurde mit einem Hahnen verändert und die Pumpen wurden abwechslungsweise in den 3 Stufen betrieben. Anhand der Pumpenkennlinie wurde aus der gemessenen Durchflussmenge der Druckabfall bestimmt und über diesen wieder die hydraulische Leistung.

Abb. 3: Da die neue Pumpe eine etwas geringere Förderhöhe hat, konnte nicht der gleiche Volumenstrom wie bei den bestehenden Pumpen erreicht werden. Bei den alten Pumpen sieht man deutlich die 3 Drehzahlstufen. Es wurde auch festgestellt, dass die beiden alten Pumpen in der Stufe 3 unter-schiedliche Leistungsaufnahmen haben. Zusätzlich liegen die Werte für die Aufnahmeleistung auf dem Typenschild mit 85 W, 60 W und 35 W deutlich über den gemessenen Werten für eine nominale Durchflussmenge von 1400 Liter pro Stunde.

Auswertung der Messung

Folgende Schlussfolgerungen können aus der Messung gezogen werden:

1. Die neue Pumpe Grundfos Alpha2 25-40 benötigt für die gleiche hydraulische Leistung deutlich weniger elektrische Leistung als die schon guten Grundfos UPS 25-50.
2. Die gemessene elektrische Leistungsaufnahme der neuen Grundfos Alpha2 25-40 stimmt mit der Anzeige auf der Pumpe und den Prospektdaten überein.
3. Die gemessene elektrische Leistungsaufnahme der alte Grundfos UPS 25-50 liegt in der Stufe 3 etwa 20% tiefer als auf dem Typenschild angegeben.
4. Bei der alten und neuen Pumpe stimmen die Kennlinien aus den Datenblättern nicht genau mit den gemessenen überein, denn es konnte keine exakten quadratischen Lastkennlinien über den Betrieb in den 3 Drehzahlstufen ermittelt werden.

Energieeffizienz

In den bestehenden Heizungsanlagen sind in den meisten Fällen die Heizungen zu gross dimensioniert und die Umwälzpumpen, deren Aufnahmeleistung ein Promille der Heizleistung betragen sollte, sind oft um ein Mehrfaches zu gross. Zur Erhöhung der Energieeffizienz bei den Umwälzpumpen wird folgendes Vorgehen vorgeschlagen:

1. Laufzeit reduzieren auf das Minimum.
2. Drehzahlstufe reduzieren bis die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf 20 K beträgt. Bei Niedertemperaturheizungen wie zum Beispiel Fussbodenheizungen nur 10 bis 15 K.
3. Pumpenersatz. Wenn die Pumpenlaufzeit nach diesen Massnahmen über 4000 Stunden im Jahr liegt und die Summe der Pumpenleistungen in der minimalen erforderlichen Stufe über 100 W und mehrere Promille der Heizleistung beträgt, kann sich ein Pumpenersatz lohnen. Auf jeden Fall lohnt sich der Ersatz mit einer energieeffizienten Pumpe bei einem Austausch aus technischen Gründen.

Technik

In den meisten Heizungsanlagen lassen sich installierte Umwälzpumpen problemlos durch energieeffiziente Modelle ersetzen. Folgende Punkte sind zu beachten:

1. Einbaumasse. Die meisten Hersteller von Umwälzpumpen haben Austauschlisten, in denen auch Konkurrenzprodukte aufgeführt sind. Für kleinere Pumpen ist die Norm bei 25 mm Durchmesser und 180 mm Länge. Für Abweichungen gibt es Adapter und Sonderbauformen, welche aber Mehrkosten verursachen.
2. Absperrhähnen. Idealerweise ist über und unter der Pumpe ein Hahnen installiert, dann muss bei einem Austausch das Wassersystem nicht entleert, wieder aufgefüllt und entlüftet werden, was über eine Stunde Aufwand bedeuten kann.
3. Fördermenge. Ideal ist, wenn die maximale erforderliche Fördermenge in der Mitte oder leicht rechts der Pumpenkennlinienfelder liegt. Bei besonderen Anwendungen, zum Beispiel einer Wärmepumpenheizung, erhöht eine geringe Temperaturdifferenz (5 bis 10 K) zwischen Vor- und Rücklauf den Leistungsfaktor der Wärmepumpe, was unter dem Strich mehr Elektrizität einspart, als die Pumpenleistung für die höhere Fördermenge benötigt. Je tiefer die Abgabetemperatur (Kondensationstemperatur) einer Wärmepumpe liegt, desto besser wird das Verhältnis von Wärmeabgabe zu Stromaufnahme.
4. Druck. Wenn die Pumpe für die erforderliche Fördermenge zu wenig Druck (Förderhöhe) hat, dann kann sie bei der vorgegebenen Temperaturdifferenz zu wenig Wasser und somit Wärme in den Heizkreis fördern, es "heizt" zu wenig. Wenn Sie zu viel Druck hat, dann fördert sie mehr Wasser als nötig und sie braucht mehr elektrische Leistung. Zudem kann es bei einem zu hohen Druck auch zu Pfeifgeräusche an Ventilen kommen. Bei den energieeffizienten Pumpen kann aber ein konstanter Druck (Konstantdruckregelung) oder ein mit der Fördermenge zunehmenden Druck (Proportionaldruckregelung) eingestellt werden. Bei der Inbetriebnahme ist es sinnvoll, mit der tiefst möglichen Einstellung zu beginnen und erst bei Problemen mit der Wärmeabgabe, diese eine Stufe nach oben zu korrigieren.

Wirtschaftlichkeit

Die Rentabilität eines Pumpenersatzes hängt von der Energieeinsparung und den Umrüstkosten ab. Je nach Einbauverhältnissen bewegt sich der Montageaufwand mit dem elektrischen Anschluss zwischen 20 Minuten und 3 Stunden pro Pumpe, was Kosten von 0 Franken (Heimwerker) bis 300 Franken verursacht. Viel gewichtiger sind die Pumpenkosten. Wie bei anderen Produkten aus der Haustechnik erfolgt der übliche Vertrieb über die Installateure. Man kann diese Pumpen aber auch im Inland und Ausland viel günstiger selber kaufen.

Abb. 4: Zusammenstellung einiger Preise für Umwälzpumpen in Schweizer Franken inklusive Mehrwertsteuer und Transport. In den ersten beiden Datenzeilen sind gute normale Pumpen aufgeführt. Die Preise in der letzten Spalte sind aus Deutschland zu einem Kurs von 1.5 Franken pro Euro (inklusive deutsche Mehrwertsteuer und Versandkosten) aufgeführt. Die über www.haustechnik-direkt.ch bestellte Pumpe wurde über die Firma Tobler AG ausgeliefert.

Für die Abschätzung der Rentabilität eines Pumpenaustausches wurde das in Abbildung 5 gezeigte Tabellenkalkulationsblatt erstellt. Anhand der Heizleistung und der installierten Pumpen kann die Rückzahldauer ermittelt werden. Wichtig ist, dass für eine faire Rechnung die Pumpenleistung in der eingestellten niedrigen Drehzahlstufe eingesetzt wird, welche noch eine einwandfreie Funktion gewährleistet. Der vorgezogene Pumpentausch hat bei kleinen Anlagen eine annehmbare Rückzahldauer, wenn die vorhandenen Pumpen wirklich viel zu gross sind und man die Pumpen selber auswechselt.

Unterlagen

Abb. 5: Berechnungsblatt in Excel für die Abschätzung der Wirtschaftlichkeit eines Pumpenersatzes. Die Bestimmung der Heizleistung kann mit 3 Varianten abgeschätzt werden. Für die Berechnung des Volumenstroms kann dann die am plausibelsten erscheinende Heizleistung auf bis zu 4 Heizgruppen aufgeteilt werden. Weitere Erklärungen sind auf dem Tabellenblatt rechts auf der Eingabeseite zu fin-den.