Besser als Energieeffizienzklasse IE2

Für die kommenden Jahre stehen für den Pumpenbereich folgende Verschärfungen an:

Eine zweite EU-Verordnung – auf die hier nicht näher eingegangen werden soll – reguliert ab dem 1. Januar 2013 ebenfalls stufenweise die Energieeffizienz neu in Verkehr gebrachter Umwälz­pumpen in Nassläuferbauweise.

Neue Wirkungsgradklassen zeigen Stromsparpotential

Bei der Wahl der Motorausführungen können sich Planer und Entscheider bereits seit einiger Zeit an den neuen IE-Wirkungsgradklassen orientieren. Sie sind Bestandteil der Norm IEC 60 034-30 der International Electrotechnical Commission (IEC). Diese enthält erstmals weltweit einheitliche Energieeffizienzklassen für Asynchronmotoren. Bisher gab es rund um den Globus unterschiedliche Systeme. In Europa beispielsweise löste die IE-Klassifizierung die 1998 eingeführten Wirkungsgradklassen EFF1 bis EFF3 ab.

Die IEC-Norm erfasst nahezu alle Elektromotoren:

Dabei sind folgende Wirkungsgradklassen definiert:

Ein direkter Vergleich der alten EFF-Klassen mit den entsprechenden IE-Klassen ist allerdings nicht möglich, da zur Ermittlung des Motorwirkungsgrades überarbeitete Messmethoden zum Einsatz kommen. Die Klasse EFF3 für Motoren mit niedrigem Wirkungsgrad ist in der IEC-Norm nicht mehr berücksichtigt.

Und auch die Wirkungsgradklasse IE1 ist – zumindest in Europa – bereits kurze Zeit nach ihrer Einführung schon wieder Geschichte. Das bedeutet für den Fachplaner, dass bei der Auswahl von Trockenläuferpumpen für die Gebäudetechnik derzeit nur noch die Motor-Effizienzklassen IE2 und IE3 sowie die zukünftig beste Klasse IE4 relevant sind. Denn diese Pumpen dürfen – bis auf wenige Ausnahmen, z. B. im Abwasserbereich – nur noch in Verkehr gebracht werden, wenn sie mit einem Elektromotor der Klasse IE2 oder besser ausgestattet sind.

Allerdings stellt die Planung einer Pumpenanlage auf Basis von Trockenläuferpumpen mit IE2-Motoren nur in Ausnahmefällen die optimale Lösung dar. Denn die modernsten Pumpenmodelle übertreffen diese Anforderungen bereits deutlich und bieten damit erhebliche zusätzliche Energie- und Kosteneinsparpotentiale. Und vor dem Hintergrund, dass 2015 und 2017 weitere Verschärfungen der EU-Anforderungen folgen werden, sollte die Pumpenausstattung ohnehin schon heute zukunftssicher geplant werden. Denn oftmals liegen gerade bei größeren Projekten mehrere Jahre zwischen den ersten Planungen und der Schluss­abnahme. Da die Gewerke Heizung und Kälte/Klima eher zum Ende der Bauphase realisiert werden, kann dies zur Folge haben, dass die ursprünglich geplante Pumpentechnik nicht mehr „up to date“ ist. Außerdem könnte der Fall eintreten, dass diese gar nicht mehr auf dem Markt verfügbar ist, weil die verschärften Effizienzkriterien der nächsten Stufe der EU-Verordnung nicht mehr erfüllt werden.

Für diese Aspekte sollten auch die Investoren sensibilisiert werden. Wer als Planer nicht nur die Verordnung im Blick behält, sondern auch auf möglichst optimale Energieeffizienz setzt, kann zusätzliche Pluspunkte verbuchen.

Hocheffiziente Trockenläuferpumpe

So hat beispielsweise der Pumpenspezialist Wilo SE eine neue Generation hocheffizienter Trockenläuferpumpen entwickelt, die alle zukünftigen Anforderungen der neuen EU-Verordnung zur Energieeffizienz von Elektromotoren deutlich übertrifft. Die Baureihe „Wilo-Stratos Giga“ wird von elektronisch geregelten, extrem stromsparenden EC-Motoren angetrieben.

Die Energieeffizienz des Motors beruht auf einem neuen, hocheffizienten Antriebskonzept von Wilo, dem High Efficiency Drive (HED). Hierdurch werden bisher nicht erreichte Stromeinsparungen bei Inlinepumpen für Heizung, Kälte und Klima möglich. Die Motorenwirkungsgrade dieser Baureihe von bis zu 94 % gehen sogar über den Grenzwert der für die Zukunft vorgesehenen und dann besten Energieeffizienzklasse IE4 (gemäß IEC TS 60 034-31 Ed.1) hinaus. Auch im Hinblick auf die zum 1. Januar 2013 in Kraft tretende neue EU-Verordnung zum hydraulischen Wirkungsgrad von Wasserpumpen erzielt die „Wilo-Stratos Giga“ Werte, die weit über die Anforderungen hinausgehen. Unterm Strich erreichen diese Pumpen also einen besonders hohen Gesamtwirkungsgrad.

Nach Berechnungen von Wilo lassen sich durch diese hocheffizienten Trockenläuferpumpen mit HED gegenüber alten ungeregelten Pumpen unterm Strich bis zu 70 % Energieeinsparung erzielen.

Die „Wilo-Stratos Giga“ kann bis zu 85 000 € Stromkosten pro eingebauter Pumpe in 15 Jahren im Vergleich zu herkömmlichen, ungeregelten Pumpen im Bestand einsparen (basierend auf dem Lastprofil „Blauer Engel“). Damit liefert der Hersteller interessante Argumente für den vorfristigen Austausch von besonders ineffizienten Altpumpen.

Motorwirkungsgrad 94 % optimiert LCC

Wie sieht es bei Neuanlagen aus? Können auch hier so hohe Effizienzgewinne verzeichnet werden, dass sich die Mehrinvestition in hocheffiziente Pumpen- und Motorentechnik rechnet? Hierzu vergleichen wir Pumpen bzw. Motoren aus unterschiedlichen Effizienzklassen. So ist für einen zweipoligen IE1-Motor – in der EU nicht mehr zuge­las­sen – mit einer Nennausgangsleistung von 4 kW ein Wirkungsgrad von 83 % definiert.

Unter gleichen Rahmenbedingungen sind es 85,8 % in der Effizienzklasse IE2 bzw. 88,1 % in IE3. Ein gleichwertiger IE4-Motor weist laut aktueller Definition einen Wirkungsgrad von rund 90 % auf. Doch sogar dieser Grenzwert wird von der „Wilo-Stratos Giga“ mit über 93 % deutlich übertroffen. Damit hat der Motor der Hocheffi­zienz­pumpe einen um über sieben Prozentpunkte höheren Wirkungsgrad als ein herkömmlicher IE2-Motor, wie
er in der aktuellen Stufe der neuen EU-Verordnung vorgesehen ist. Das entspricht einem
Effizienzvorsprung von über 8 %.

Auch die Motorverluste konnten bei dem neuen HED-Motor von Wilo deutlich reduziert werden, da alle Komponenten für höchste Wirkungsgrade optimiert wurden. Im Vergleich zu einem IE2-Motor (= 100 %) fallen die Verluste um 59 % geringer aus und selbst gegenüber einem Motor nach IE4-Definition ergibt sich noch eine Differenz von 37 % zugunsten des „Wilo-Stratos-Giga“-Motors.

Betriebskosten ermitteln

Die Daten belegen die technologischen Vorteile der neuen Motorentechnologie. Doch für den Betrieb sind vor allem die Energiekosten von Bedeutung, da diese im Lebenszyklus einer Pumpe den größten Kostenblock darstellen.

Für die Auslegung und die Ermittlung der Lebenszykluskosten einer Pumpe kann die Auslegungssoftware „Wilo-Select“ genutzt werden, die auf der Wilo-Homepage zum kostenlosen Herunterladen (www.wilo.de -> Planung & Analyse -> Produktauslegung & Analyse) zur Verfügung steht. Mit diesem Tool kann Schritt für Schritt die für den jeweiligen Anwendungsfall richtige Pumpe ausgewählt werden. Ist der Betriebspunkt bekannt und wird dieser eingegeben, schlägt das System eine geeignete Pumpe vor. Alternativ kann er auch über eine spezielle Rechenfunktion überschlägig ermittelt werden.

Als Ergebnis liefert „Wilo-Select“ für die ausgewählten Pumpen den jährlichen Stromverbrauch sowie die daraus resultierenden Stromkosten auf der Grundlage eines Lastprofils, wie z. B. „Blauer Engel“, und der frei wählbaren Zahl der jährlichen Betriebsstunden. Damit ist die optimale Grundlage für einen objektiven Vergleich der Betriebskosten von unterschiedlichen Pumpenbaureihen gegeben. Gleichzeitig ergibt sich daraus eine entscheidende Argumentationsgrundlage, um den Investor oder Betreiber vom Einbau hocheffizienter Pumpentechnik zu überzeugen, denn die Zahlen sprechen für sich. Dabei wird schnell deutlich, dass zwischen der eigentlich „guten“ – und noch bis zum Jahr 2017 in vielen ungeregelten Pumpen erlaubten – Effizienzklasse IE2 und der zukünftig besten IE4-Klasse erhebliche Unterschiede bestehen, die sich bei den Betriebskosten in barer Münze darstellen lassen.

Auslegungsbeispiel

Für einen größeren Heizkreis wird eine geeignete Pumpe gesucht. Als Förderstrom wurden 28 m³/h und als Förderhöhe 37 m ermittelt. Zur Auswahl stehen jeweils eine

Alle Pumpen haben die gleiche Baugröße und vergleichbare Motorleistungen.

Für die ungeregelte IE2-Pumpe ermittelt „Wilo-Select“ unter dem Lastprofil „Blauer Engel“ und einer jährlichen Betriebszeit von 6000 h einen Energiebedarf von 21 710 kWh/a. Bei einem Strompreis von 0,15 €/kWh entstehen daraus Energiekosten in Höhe von 3256 €/a. Mit der elektronisch geregelten Variante dieser Pumpenbaureihe lässt sich der Energiebedarf bereits deutlich reduzieren. Obwohl auch diese Pumpe nur mit einem IE2-Motor ausgestattet ist, sinkt der Stromverbrauch, weil die Drehzahl des Motors automatisch an die wechselnden Lastzustände der Anlage angepasst wird. Dadurch können die Energiekosten im Vergleich zum ungeregelten Modell um fast ein Drittel auf 2270 €/a reduziert werden.

Betriebskosten halbieren

Das wirtschaftlich beste Ergebnis liefert die „Wilo-Stratos Giga“-Hocheffizienzpumpe. Im Vergleich zum ungeregelten Modell lässt sich mit dieser Pumpe der Energiebedarf mehr als halbieren. Die Energiekosten sinken bei identischen Rahmenbedingungen auf nur noch 1471 €/a.

Noch überzeugender ist der Vergleich der Lebenszykluskosten, der ebenfalls mit „Wilo-Select“ ausgeführt werden kann. Bei einer Produktlebensdauer von 15 Jahren summieren sich die Investitions- und Energiekosten inklusive einer jährlichen Teuerungsrate von 6 % beim ungeregelten IE2-Motor auf stattliche 84 690 €. Mit der „Wilo-Stratos Giga“ wären es nur 42 657 €, also annähernd die Hälfte und das trotz einer höheren Anfangsinvestition für das hocheffiziente Modell. Selbst gegenüber dem elektronisch geregelten IE2-Modell, das ebenfalls die EU-Anforderungen über 2017 hinaus erfüllt, können mit einer einzigen „Wilo-Stratos Giga“ über 19 000 € eingespart werden. Das belegt, wie sich die Investition in hocheffiziente Technik amortisiert.

Vor dem Hintergrund dieser Zahlen hat der Hersteller berechnet, dass sich im Vergleich mit einer geregelten „Wilo-CronoLine IL-E“-Pumpe die höhere Investition in eine „Wilo-Stratos Giga“-Hocheffizienzpumpe sogar bei einem besonders niedrigen Industriestromtarif von 0,12 €/kWh bereits nach 1,3 Jahren durch die eingesparten Energiekosten amortisiert hat.

Legt man einen Haushaltsstrompreis von 0,25 €/kWh zugrunde, reduziert sich die Zeitspanne auf ein halbes Jahr. Auch der vorfristige Austausch einer noch betriebsfähigen ungeregelten Bestandspumpe der Baureihe „Wilo-CronoLine IL“ gegen die Hocheffizienzpumpe rechnet sich nach 2,4 Jahren. Damit hat der Hocheffizienzmotor bei jedem Szenario die Nase vorn.

Bedarfsgerechte Pumpenauslegung

Wichtig ist allerdings auch bei der hocheffizienten Variante eine bedarfsgerechte Auslegung der Pumpe. Denn auch in Neuanlagen werden nach wie vor deutlich überdimensionierte Pumpen eingebaut.

Der Effekt einer zu großzügig gewählten Leistung wird meist unterschätzt, als Folge wird über Jahre hinweg unnötig Strom verbraucht. Eines der wichtigsten Ziele bei der Anlagenplanung muss daher zusätzlich sein, Überdimensionierungen zu vermeiden.

Wird mehr als eine Pumpe empfohlen, präsentiert „Wilo-Select“ die Energieverbrauchswerte der Pumpen wahlweise in tabellarischer oder grafischer Darstellung. Für den oben beschriebenen Anwendungsfall stehen im Sortiment der „Wilo-Stratos Giga“-Baureihe vier Pumpen mit unterschiedlicher Leistung zur Verfügung.

Allerdings wären zwei der Pum­pen – so die klare Aussage von „Wilo Select“ – falsch di­mensioniert. Wie sich die fal­sche Dimensionierung in Euro und Cent niederschlagen würde, verrät das Programm eben­falls. Denn es zeigt neben den Pum­penkennlinien auch die zu erwartenden Energiekosten.

Das sparsamere Modell verursacht bei einer angenommenen jährlichen Betriebszeit von 6000 h und einem Strompreis von 0,15 €/kWh Energiekosten von 1471 € pro Jahr.

Die nächstgrößere „Wilo-Stratos Giga“-Pumpe wäre schon überdimensioniert. Ihre Energiekosten wären um über 55 €/a höher.

Das bestätigt auch die LCC-Analyse, die im Programm ebenfalls angewählt werden kann. Bei einem Betrachtungszeitraum von 15 Jahren würde das überdimensionierte Modell Mehrkosten von rund 1700 € verursachen.

Fazit

Trotz der verschärften Effizienzkriterien durch die neue EU-Verordnung unter der ErP-Richtlinie bieten Hocheffizienzpumpen im Vergleich zu den mindestens geforderten Pumpen aus den niedrigeren Effizienzklassen ein nicht zu vernachlässigendes, zusätzliches Stromsparpotential.

Bei einer Betrachtung über den Produktlebenszyklus lassen sich dadurch die Energiekosten so signifikant senken, dass die etwas höhere Anfangsinvestition innerhalb kurzer Zeit kompensiert wird.