EU fordert energieeffiziente Pumpen

Kompakt informieren

• Direkt wirkende EU-Verordnungen erhöhen in mehreren Schritten die Mindesteffizienz für Elektromotoren (auch für Trockenläuferpumpen) und für Nassläuferumwälzpumpen.
• Für beide Pumpenbauarten sind bereits Produkte verfügbar, die die höchsten Effizienzanforderungen übertreffen.

Ohne Pumpen wäre unsere Welt wie wir sie kennen nicht vorstellbar. Sie kommen in vielen Bereichen zum Einsatz – von der kleinen Heizungspumpe bis zu großen Aggregaten in der Wasserversorgung und in Kraftwerken. Der überwiegende Teil wird elektrisch angetrieben. Dabei bestehen in vielen Einsatzbereichen erhebliche Unterschiede beim Energieaufwand zwischen relativ ineffizienten Standardpumpen und besonders energieeffizienten Pumpen. Allein für den Betrieb des Pumpenbestands in der Gebäudetechnik ist die erforderliche elektrische Arbeit enorm hoch. Davon ist jedoch ein großer Teil durch hocheffiziente Ausführungen vermeidbar – und das sowohl bei Trockenläuferpumpen als auch bei Umwälzpumpen in Nassläuferbauweise.

Hier können TGA-Planer entscheidende Impulse in Richtung Energieeffizienz und Klimaschutz geben. Denn bei Planung und Ausschreibung entscheiden sie nicht nur über die hydraulischen Eigenschaften, sondern auch in erheblichem Maß über den Aufwand an elektrischer Energie der Pumpenausstattung. Da diese nach Inbetriebnahme einige Jahre in Betrieb sein wird, liegen zwischen den Stromkosten von Standardmodellen und denen von besonders stromsparenden Hocheffizienzpumpen oft mehrere tausend Euro Differenz. Das ist fast immer deutlich mehr, als der Unterschied bei den Anschaffungskosten beträgt. Darum ist es eine wichtige Beratungsaufgabe, Investoren davon zu überzeugen, nicht nur auf die Investitionskosten zu blicken. Denn die Mehrkosten für hocheffiziente Pumpentechnik lohnen sich durch niedrigere Lebenszykluskosten und Amortisationszeiten von häufig nur wenigen Jahren.

Durch zwei EU-Verordnungen unter der europäischen Ökodesign-Richtlinie¹⁾ (auch ErP-Richtlinie: Energy-related Products) werden ineffiziente Pumpen jetzt schrittweise aus dem Handel verschwinden Abb. 2. Sie definieren Mindesteffizienzanforderungen für Elektromotoren und für Umwälzpumpen in Nassläuferbauweise. So ist am 16. Juni 2011 in allen EU-Mitgliedsländern die erste Stufe der EU-Verordnung (EG) 640/2009²⁾ direkt in Kraft getreten, die auch viele Trockenläuferpumpen betrifft. Die Energieeffizienz von Nassläufer-Umwälzpumpen wird ab dem 1. Januar 2013 geregelt. Beide Verordnungen wirken sich auch auf Planung und Ausschreibung von Pumpen und Pumpensystemen aus.

IE-Vorgaben Trockenläuferpumpen

Alle von den Herstellern neu in den Verkehr ­gebrachten, mit Elektromotoren ausgestatteten Trockenläuferpumpen oder auch einzelne Pumpenmotoren auf dem Markt müssen seit dem 16. Juni 2011 das Effizienzniveau IE2 erreichen. Pumpenmotoren mit dem bisher gängigen Effizienzniveau EFF2 – jetzt als IE1 bezeichnet – dürfen in der Europäischen Union nicht mehr in Verkehr gebracht werden Abb. 3. Die EU-Verordnung betrifft damit die meisten Trockenläuferpumpen für Heizung und Klima sowie Druckerhöhung. Bei der Wasserver- und Abwasserentsorgung gibt es einige Ausnahmen, die aber in der Regel nicht die Gebäudetechnik betreffen.

Die Bezeichnung IE steht dabei für International Efficiency und definiert weltweit gültige Wirkungsgradklassen für Drehstrommotoren mit Käfigläufern im Leistungsbereich von 0,75 bis 375 kW. Grundlage ist DIN EN 60034-30³⁾. Sie hat verpflichtend die seit 1998 in Europa bestehende freiwillige Unterteilung in die drei Wirkungsgradklassen EFF3 bis EFF1 abgelöst. Bisher sind folgende Motor-Wirkungsgradklassen definiert:

• IE1: Standard-Wirkungsgrad, in etwa vergleichbar mit EFF2
• IE2: hoher Wirkungsgrad, in etwa vergleichbar mit EFF1
• IE3: Premium-Wirkungsgrad
• IE4: für die Zukunft vorgesehene, dann beste Effizienzklasse (gemäß IEC TS 60034-31 Ed.1)

Ab 1. Januar 2015 gilt das Effizienzniveau IE3, zunächst für Motoren mit einer Nennausgangsleistung von 7,5 bis 375 kW. Alternativ können IE2-Motoren in Kombination mit einer Drehzahlregelung eingesetzt werden. Diese Anforderungen gelten ab dem 1. Januar 2017 auch für kleinere Motoren mit einer Nenn­ausgangsleistung von 0,75 bis 7,5 kW. Für ­Planung und Ausschreibung ist wichtig, dass bei Trockenläuferpumpen ausschließlich der Elektromotor für den Antrieb von der neuen EU-Verordnung betroffen ist. Für die übrigen Pumpenbestandteile, z.B. die Hydraulik, die auch ohne Motor verkauft werden können, gelten bisher keine Effizienzanforderungen. Eine Verordnung zur Effizienz des Hydraulikteils von Trockenläuferpumpen ist zwar in Vorbereitung, zurzeit ist aber nur der Motorwirkungsgrad entscheidend.

TGA-Planer: Auf aktuelle Daten achten

Für TGA-Planer ist es aktuell besonders wichtig, die Planung von Trockenläuferpumpen in gebäudetechnischen Anlagen auf Basis aktueller Produktdaten vorzunehmen Abb. 4. Denn sie müssen alle technischen Anforderungen hinsichtlich der zum 16. Juni 2011 in Kraft getretenen EU-Verordnung berücksichtigen. Bedarfsgerecht unterstützt hierbei beispielsweise auf http://www.wilo-select.com eine OnlineArbeitshilfe bei der Auslegung und Planung von Pumpen. Zusätzlich stehen im Anschluss an die Pumpenauswahl ausführliche Informationen, CAD-Daten und Ausschreibungstexte zur Verfügung.

TGA-Planer müssen aber auch die 2015 und 2017 erfolgenden Verschärfungen der EUAnforderungen rechtzeitig beachten und dem Vorlauf zwischen Planung und tatsäch­licher Realisierung des Bauvorhabens Rechnung tragen. Zudem sind die Investoren zunehmend dafür sensibilisiert, welche Kostenein­sparungen durch energieeffiziente Pumpen möglich sind.

Höchste Effizienz ist schon verfügbar

Dabei lohnt es sich, schon heute die verordneten Effizienzvorgaben zu übertreffen. Dies belegt die von Wilo entwickelte neue Generation hocheffizienter Trockenläuferpumpen. Die Baureihen Helix Excel und Stratos Giga Abb. 5 werden von elektronisch geregelten, besonders effizienten EC-Motoren angetrieben. Bei Hochdruckkreiselpumpen für die Wasserversorgung und die Druckerhöhung bzw. bei Inlinepumpen für Heizung, Kälte und Klima liegt ihr elektrischer Energieaufwand unter dem bisher erreichbaren. Basierend auf einem Motorwirkungsgrad von bis zu 94 % erreichen die Pumpen einen besonders hohen Gesamtwirkungsgrad. Das verwendete Antriebskonzept High Efficiency Drive (HED) des Motors übertrifft bereits den Grenzwert der für die Zukunft vorgesehenen und dann besten Energieeffizienzklasse IE4.

Gegenüber alten, im Markt befindlichen ­ungeregelten Pumpen lassen sich mit Trockenläuferpumpen mit IE4-Motoren bis zu 70 % Elektroenergieeinsparung erzielen. Eine Stratos Giga kann beispielsweise rund 8000 kg/a CO₂ sowie bis zu 85000 Euro Stromkosten in 15 Jahren im Vergleich zu herkömmlichen, unge­regelten Pumpen einsparen (basierend auf dem Lastprofil „Blauer Engel“). Eine Amorti­sationszeit von weniger als zwei Jahren verdeutlicht, dass der Einbau der neuen Hoch­effizienzbaureihe eine besonders lohnende ­Investition ist.

In der Kategorie der Hochdruckkreiselpumpen ist die Verwendung von besonders energieeffizienten EC-Motoren für die Baureihe Helix Excel ebenfalls eine Innovation. Auch hier verringert der Hocheffizienzantrieb bei bestimmten Anwendungen den elektrischen Energieaufwand um bis zu 70 %. Entsprechend schnell amortisieren sich auch hier die höheren Investitionskosten im Vergleich zu einer Standardpumpe. Einsatzbereiche der Helix Excel sind die Wasserversorgung, Druckerhöhung, industrielle Umwälzanlagen, Prozesswasser, Kühlwasser-Kreisläufe, Waschanlagen und Bewässerungssysteme.

EEI für Nassläufer-Umwälzpumpen

Doch nicht nur bei Trockenläuferpumpen müssen TGA-Planer die neuen EU-Vorgaben genau im Blick haben. Auch die EU-Verordnung (EG) 641/2009⁴⁾, die ab 2013 die Energieeffizienz von Nassläufer-Umwälzpumpen reguliert, kann bereits für aktuell in der Planung befindliche Bauvorhaben wirken. Dies gilt vor allem dort, wo die Realisierung der Gebäudetechnik erst nach Inkrafttreten der Fristen erfolgt. Denn bei Nassläufer-Umwälzpumpen wird sich das Marktangebot gravierend verändern. Über 90 % (Stand 2009) der auf dem Markt verfügbaren Modelle für Heizung und Klima werden die zum 1. August 2015 weiter verschärften Grenzwerte nicht mehr einhalten.

Die von der EU-Kommission definierten Mindesteffizienzanforderungen gehen teilweise noch über die aktuelle Energieeffizienzklasse A hinaus. Dadurch werden für Heizung und Klima praktisch nur noch Hocheffizienzpumpen erhältlich sein. Bemessungsgrundlage dafür, welche Pumpenmodelle zukünftig in Verkehr gebracht werden dürfen, ist der Energie-Effizienz-Index (EEI). Er wird nach einem in der EU-Verordnung 641/2009 definierten Rechenverfahren ermittelt. Dabei wird die mittels eines Lastprofils ermittelte elektrische Leistung der Pumpe in Relation zu einer Referenzpumpe, d.h. einer durchschnittlichen Pumpe mit gleicher hydraulischer Leistung, betrachtet.

Vorgesehen sind ebenfalls drei Stufen: Ab Januar 2013 wird für neu in Verkehr gebrachte Nassläufer-Umwälzpumpen, die außerhalb des Wärmeerzeugers installiert sind („externe“ Pumpen), der Grenzwert für den EEI auf 0,27 festgelegt. Energieeffizienzklassen gibt es dann nicht mehr, die im Handel erhältlichen Pumpen sind dann in der Regel energieeffizienter als die Mindestanforderungen der heute aktuellen Klasse A. Ab August 2015 wird der EEI-Grenzwert auf 0,23 herabgesetzt. Er gilt dann auch für Nassläufer-Umwälzpumpen, die z.B. in neu installierten Wärmeerzeugern oder Solarstationen eingebaut sind („integrierte“ Pumpen). In einem letzten Umsetzungsschritt gelten die Vorgaben ab 2020 auch für den Austausch integrierter Pumpen in bestehenden Wärmeerzeugern Abb. 6. Von den Vorgaben betroffen sind alle Nassläufer-Umwälzpumpen in Wärmeerzeugungs- und Klimaanlagen, ausgenommen sind Trinkwasserzirkulationspumpen.

Die EU-Kommission hat ermittelt, dass 2020 in der Europäischen Union über die EU-Verordnung (EG) 641/2009 eine Elektroenergieeinsparung von 23 TWh/a erreicht werden kann. Das entspricht der Stromerzeugung von etwa sechs mittelgroßen Kohlekraftwerken. Ohne die Verordnung würde der Elektroenergieaufwand zum Betrieb von externen Nassläufer-Umwälzpumpen und in Produkte integrierten Nassläufer-Umwälzpumpen um 5 TWh (gegenüber 2005) steigen.

Schon heute auf „ErP-ready“ setzen

Auch bei den Nassläufer-Umwälzpumpen lohnt es sich schon heute auf „ErP-ready“ zu setzen. Einerseits umgeht man Konflikte, wenn zwischen Planung und Ausführung Stufen der EU-Verordnung in Kraft treten und andererseits sind die bereits verfügbaren Lösungen auch wirtschaftlich die besser Wahl. Mit den Einzelpumpenbaureihen Stratos und Stratos Pico Abb. 7 hat Wilo bereits ein hocheffizientes Komplettprogramm für die verschiedensten Anforderungen der Gebäudetechnik im ­Sortiment. Es erfüllt die ab August 2015 geltenden Grenzwerte der zweiten Stufe der EU-Verordnung zu Nassläufer-Umwälzpumpen. Die Hocheffizienzpumpe Stratos Pico für Ein- und Zweifamilienhäuser verringert beispielsweise den Elektroenergieaufwand im Vergleich zu ungeregelten Heizungspumpen um bis zu 90 %.

Wo die Verwendung von Hocheffizienzpumpen – in Trockenläufer- und Nassläuferbauweise – mit höheren Baukosten verbunden ist, ist der Hinweis auf die deutlich geringeren Stromkosten ein überzeugendes Argument. Unterstützung leistet hier der LCC-Check von Wilo unter lcc-check.wilo.com. Mit ihm können die Lebenszykluskosten verschiedenster Umwälzpumpen mit denen der Stratos-Baureihen verglichen werden Abb. 8. Dabei zeigt sich in der Regel, dass die erzielbaren Stromkosteneinsparungen zu einer raschen Amortisation der Mehrkosten führen.

Fazit

Die Wahl hocheffizienter Pumpentechnik hat sich für Immobilieneigentümer und -betreiber schon bisher trotz etwas höherer Investi­tionskosten kurz- bis mittelfristig gerechnet. Zukünftig bleiben billige „Stromfresser“ schon per Gesetz außen vor. In nahezu allen Bauarten und Einsatzbereichen wird die Energieeffizienz neu verkaufter Pumpen schrittweise strenger reguliert.

Wer als Planer den Rückenwind aus Brüssel nutzen will, setzt sowohl bei Trockenläuferpumpen als auch bei Nassläuferpumpen schon jetzt konsequent auf den neuesten Stand der Technik, der auch die strengsten Anforderungsstufen der EU-Verordnungen erfüllt. •

1) Richtlinie 2009/125/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 21. Oktober 2009 zur Schaffung eines Rahmens für die Festlegung von ­Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung energie­verbrauchsrelevanter Produkte (Neufassung). Download über Webcode 336841

2) Verordnung (EG) Nr. 640/2009 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 Elektromotoren. Download über Webcode 336841

3) DIN EN 60034-30 / VDE 0530-30 Drehende elektrische Maschinen – Teil 30: Wirkungsgrad-Klassifizierung von Drehstrommotoren mit Käfigläufern, ausgenommen polumschaltbare Motoren (IE-Code). Berlin: Beuth Verlag, August 2009. Anmerkung: Mit Ausgabedatum 08-2011 ist ein Normenentwurf unter dem gleichen Titel veröffentlicht worden, der auch Wirkungsgrade für elektrische Motoren mit variabler Drehzahl definiert.

4) 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. Download über Webcode 336841

Infoservice „High Efficiency“

Wilo hat unter http://www.high-efficiency.com eine ­eigene Internetseite rund um die Themen „High Efficiency“ und „ErP-Directive“ eingerichtet. Themenschwerpunkte sind der aktuelle Stand bei der Ökodesign-Richtlinie und hocheffiziente Produktlösungen.

Ähnliche Artikel enthält das TGAdossier Regelwerk: Webcode 723

TGA-Planer müssen die Stichtage der EU-Verordnungen zur Mindesteffizienz von Trocken- und Nassläufer-Umwälzpumpen bei Planung und Ausschreibung mit Vorlauf beachten. Entsprechende Pumpen sind bereits verfügbar.

Anlagenbauer: Bei typischen Pumpen-Anwendungen in Gebäuden lohnt es sich meistens, ältere Pumpen vorzeitig gegen besonders effiziente Pumpen auszutauschen. Zur Prüfung der Wirtschaftlichkeit und Beratung stehen einfach zu bedienende Werkzeuge zur Verfügung.

Bauherren: Die EU-Verordnungen zur Mindesteffizienz von Trocken- und Nassläufer-Umwälzpumpen haben dazu geführt, dass schon lange vor den Stichtagen besonders effiziente Pumpen verfügbar sind. Für die meisten Anwendungen ist ihr Einsatz bei Neubau und vorzeitigem Austausch hoch profitabel.

Die aktuelle Ökodesign-Richtlinie¹⁾ gilt seit 2009 und bezieht sich auf energieverbrauchsrelevante Produkte („Energy-related Products“). Entsprechend wird sie meist mit ErP-Richtlinie abgekürzt. Betroffen sind – mit Ausnahme von Fahrzeugen – alle energieverbrauchsrelevanten Produkte bzw. Produktgruppen,

• die europaweit ein Marktvolumen von mehr als 200000 Stück pro Jahr besitzen,
• von denen erhebliche Umweltauswirkungen ausgehen und
• die ein hohes Potenzial bei der Verbesserung der Umweltverträglichkeit aufweisen.

Die detaillierten Anforderungen zu einzelnen Produktgruppen finden sich in EU-Verordnungen unter der ErP-Richtlinie. Sie regulieren die konkreten Energieeffizienzanforderungen und beinhalten Stichtage, ab denen Produkte mit zu hohem Energieverbrauch nicht mehr in den Verkehr gebracht werden dürfen.

ist Leiter des Marktsegmentes ­Gebäudetechnik bei der Wilo SE, Dortmund, https://wilo.com/de/de/