Fachartikel: Pumpenbranche kann mit Druck umgehen

Die Bedeutung der Energieeffizienz beim Kauf einer Pumpe streicht der Energieversorger EnBW heraus. „Der Wirkungsgrad der Pumpe im eingesetzten Arbeitsbereich ist neben anderen technischen Bewertungskriterien ein wichtiges Merkmal bei Neu- und Ersatzbeschaffungen“, betont Tanja Rischer, Strategische Einkäuferin Pumpen und Armaturen bei der EnBW Systeme Infrastruktur Support. Was nicht verwundert, da bei den Lebenszykluskosten der Pumpen rund 80 Prozent auf Energiekosten entfallen. Die Anschaffungskosten liegen dagegen unter zehn Prozent. „Der Wunsch, den Energieverbrauch bei Pumpen zu reduzieren, gehört zu den Herausforderungen der Branche“, betont der Verband „Europump“.

Kein rein „grünes“ Thema

Das spüren auch die Hersteller und Händler von Pumpen. „Die Bedeutung der Energieeffizienz ist sehr hoch“, bestätigt Thorsten Henck, Teamleiter Entwicklung bei Mankenberg. Über die gesamte Lebensdauer betrachtet, „hat sie einen nennenswerten Einfluss auf die Gesamtkosten einer Komponente.“ Insbesondere in den entwickelten Märkten, gerade in Europa, spiele das Thema Energieeffizienz „eine übergeordnete Rolle“, unterstreicht auch das Dortmunder Unternehmen Wilo.

Ein Umstand, den Christoph Pauly, Pressesprecher des Pumpen- und Armaturenherstellers KSB nur unterstreichen kann. „Energieeffizienz ist heute kein ‚grünes‘, sondern ein betriebswirtschaftliches Thema. Jeder Cent, der nicht für Strom oder sonstige Energieträger ausgegeben werden muss, verbessert die wirtschaftliche Bilanz eines Unternehmens.“ Bereits nur durch Energieersparnis ist ein Anbieter von energieeffizienten Pumpen im Vorteil.

Effizienzindex legt Werte fest

Aber auch der Gesetzgeber macht Druck. Ein zentrales Steuerungsmoment ist die ErP-Richtlinie (energy related products), auch europäische Ökodesign-Richtlinie genannt. 2009 wurde sie vom Europäischen Parlament beschlossen, seit 2013 schreibt sie Herstellern von Pumpen und Pumpensystemen einen bestimmten Effizienzindex vor.

Die Ökodesign-Richtlinie dient der „Schaffung eines Rahmens für die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte“. Zum Ziel hat sie eine verbesserte Energieeffizienz und damit die Reduktion der Umweltbelastung. Die EU plant, bis 2020 eine 20 Prozent höhere Energieeffizienz zu erzielen. Und hier bieten Pumpen enorme Einsparpotenziale: Denn etwa 25 Prozent des industriellen Energieverbrauchs entfällt auf Pumpen. Bei globaler Optimierung sämtlicher Pumpen könnte der weltweite Stromverbrauch um 4 Prozent gesenkt werden. Das entspreche, so der Pumpenhersteller Grundfos, dem jährlichen Stromverbrauch von einer Milliarde Menschen in Privathaushalten.

Treibhausgase bremsen

Zunächst dürfen seit 2013 außerhalb von Heizungsanlagen installierte externe Umwälzpumpen nur noch einen Energie-Effizienz-Index von maximal 0,27 besitzen. Maximal 0,23 sind ab 2015 erlaubt. Betroffen sind ab August 2015 auch in Heizungsanlagen integrierte Umwälzpumpen. Die Ökodesign-Richtlinie wird ab dem 15. August 2015 auch auf Pumpen in Primärkreisen von Solarthermieanlagen und Wärmepumpen ausgedehnt.

Keine Frage, die Europäische Kommission macht ernst und will die steigende Erderwärmung durch ehrgeizige Einsparziele beim Ausstoß von Treibhausgasen bremsen – mit dem Ziel, für alle Pumpentypen und Anwendungen verbindliche Wirkungsgrade anzustreben.

Deutlich wird das Einsparpotenzial bei Umwälzpumpen: Eine neue Pumpentechnologie mit elektronisch kommutierenden Motoren ist bereits seit 2005 am Markt verfügbar. „Wenn diese neue energiesparende Technologie zum Standard wird, könnten rund 60 Prozent des jährlichen Stromverbrauchs für Pumpen eingespart werden“, berichtet die Deutsche Energie-Agentur (dena). Deshalb war das Energy+Pumpen-Projekt gestartet worden: Die hocheffizienten Umwälzpumpen sollten Standard in Europa werden.

Effizienter Motor und passendes Design

Einsparmöglichkeiten im Energiebereich beginnen für den Anwender bereits beim Kauf der Pumpe. Sie sollte optimal ausgelegt sein, also die richtige Dimensionierung für die zu fördernden Medien haben. Dazu gehört der passende, effiziente Motor genauso wie das geeignete Design. Und sind die an die Pumpe gestellten Anforderungen bekannt, kann mit Hilfe von Auslegungsprogrammen eine sehr genaue und sparsame Dimensionierung des Aggregates erzielt werden.

Bei einer schon seit mehreren Jahren betriebenen Pumpe erweist sich die Ermittlung von Einsparpotenzialen als nicht so einfach. „Der erste Schritt besteht dann darin, den Betriebspunkt der Pumpe und ihre Fahrweise zu ermitteln“, erläutert KSB-Pressesprecher Pauly. Von diesem Ergebnis hängen alle weiteren Einsparmaßnahmen ab. Oftmals stelle sich nach genauer Untersuchung des Betriebsverhaltens heraus, „dass sie nicht im optimalen, energiesparenden Betriebspunkt läuft.“

Drehzahl an Bedarf anpassen

Ursachen der Abweichungen seien die Überdimensionierung der Anlage oder die „normalen prozessbedingten, temporären Schwankungen des Förderstrombedarfes einer Anlage. Wird die Leistungsaufnahme nicht durch eine geeignete Regelung dem Bedarf angepasst, wird wertvolle Energie vernichtet“, so Pauly. Durch Veränderung der Pumpendrehzahl könne die Leistungsaufnahme der Pumpe an den Bedarf der Anlage angenähert werden. „Bei geschlossenen Kreisläufen kann man je nach anfallendem Lastprofil bis zu 60 Prozent Energie einsparen.“ Die Industrie böte eine Vielzahl von technischen Möglichkeiten, um über die Drehzahlregelung den Energieverbrauch zu beeinflussen. Pauly: „Am größten ist die Einsparung, wenn die Pumpen oft in Teillast fahren.“ Bei einer Pumpe, deren voller Volumenstrom ständig benötigt werde, bringe Drehzahlregelung keine Kosteneinsparung.

Verluste vor allem im Motor

Aus Sicht von Grundfos ist die Hydraulik bei modernen Pumpen im Grunde „ausgereizt“. Allenfalls das punktgenaue Abdrehen des Laufrads auf den Betriebspunkt sei interessant, so Dirk Schmitz, Leiter Kommunikation & PR. „Das wichtigste Stellrad zur Optimierung von Pumpen ist die Antriebstechnik.“ Die meisten Pumpen laufen kontinuierlich auf höchster Drehzahl, unabhängig von den tatsächlichen Anforderungen. Schaue man sich Lastprofile an, werde schnell klar: Die meisten Pumpen müssten nur in einem Bruchteil der Zeit mit voller Drehzahl laufen. Übermäßige Verluste ergäben sich vor allem im Motor: in den Statorentwicklungen, in Stator- und Rotorlamellen durch Wirbelströme und Hysterese, durch Stromfluss in Rotorstangen und Abschlussringen sowie durch Reibung in den Lagern.

Doch es kommt nicht allein auf die Pumpe an. Der Systemgedanke gewinnt deutlich an Bedeutung. Es müssten alle Komponenten in einem System wie Behälter, Rohre, Armaturen, Messgeräte und Pumpen optimal aufeinander abgestimmt werden, betont Dr. Sönke Brodersen, Vorsitzender des Fachverbandes Pumpen + Systeme im VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau). Auf diese Weise würden Energieverluste minimiert und Betriebskosten gesenkt. Wie einige weitere Pumpenhersteller verfolgt auch Grundfos den Systemansatz, erklärt Dirk Schmitz. „Sehr wichtig ist der Blick auf die gesamte Anlagenumgebung. Technisch erreichen wir eine hohe Energieeffizienz durch den Einsatz von Permanentmagnetmotoren, die per Frequenzumformer drehzahlregelbar sind“, erläutert Dirk Schmitz von Grundfos.

Alle ziehen an einem Strang

Anwender, Hersteller und Gesetzgeber – alle ziehen also an einem Strang, um mit größtmöglicher Energieeffizienz bei Pumpen ein Maximum an Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit zu erzielen. Ihnen ist klar: Pumpen sind eine Schlüsseltechnologie.