Energieeinsparung durch Volumenstromanpassung

Große Einsparpotenziale durch volumenstromvariable Hydrauliksysteme in der klassischen Heizungstechnik – und auch mit Kältemaschinen bzw. Wärmepumpen

Prof. Dr.-Ing. Alexander Floß, Hochschule Biberach,
cand. Ing. Christian Dietrich,
cand. Ing. Sebastian Frank

In den letzten Jahrzehnten konnte speziell im Neubau der Heizenergieverbrauch erheblich gesenkt werden. Dies ist in erster Linie auf die Reduzierung der thermischen Verluste durch die Gebäudehülle, aber auch auf den Einsatz immer effizienterer Heizungsund Lüftungssysteme zurückzuführen. Betrachtet man hingegen die von diesen Systemen benötigte elektrische Hilfsenergie, so ist eine gegenläufige Tendenz festzustellen. Dies wirkt sich bei einer auf die Primärenergie bezogenen Gesamtbewertung des Gebäudes besonders nachteilig aus, da die Verluste bei der Stromerzeugung sehr hoch sind und der Stromverbrauch in Deutschland mit dem Primärenergiefaktor 2,7 multipliziert werden muss.

Nach Erkenntnissen des Fraunhofer-Institutes für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg liegt der Primärenergieverbrauch von Umwälzpumpen moderner Gebäude im Bereich von 20 – 30 %, bezogen auf den Gesamtprimärenergieverbrauch des Gebäudes. Im Aufsatz „Energieeinsparung in der Hydraulik” (Fach.Journal 2006/07, S. 16 – 23) wurde dargelegt, dass im Bereich der Hydraulik eine Effizienzsteigerung um den Faktor 10 leicht möglich ist. Dies bedeutet, dass sich durch Optimierungen im Bereich der hydraulischen Systeme der primärenergetische Gesamtverbrauch moderner Gebäude um etwa 25 % reduzieren lässt – durchaus ein Ansporn, sich näher mit dieser Thematik auseinanderzusetzen.

ANSATZPUNKTE ZUR ENERGIEEINSPARUNG IN DER HYDRAULIK

Zum Erlangen der angesprochenen Effi – zienzsteigerung in der Hydraulik um den Faktor 10 ist es notwendig, das gesamte Hydrauliksystem in Augenschein zu nehmen und nicht nur einzelne Komponenten zu optimieren. Hierzu gehören:

• hydraulischer Abgleich,
• effizienter Pumpenantrieb,
• optimale Leistungsauslegung der Pumpe,
• Reduzierung von Strömungswiderständen,
• optimierte Auslegung der Regelventile,
• geeignete Führungsgröße und Regelungsstrategie der Pumpe sowie
• Reduzierung des Volumenstroms.

Im Folgenden wird aufgezeigt, wie sich durch eine Volumenstromreduzierung aufgrund einer geänderten Regelstrategie von Pumpe und Regelventil der Pumpenstrombedarf in konventionellen Heizungssystemen mehr als halbieren lässt. Ferner wird untersucht, inwieweit sich diese Erkenntnisse auf Wärmepumpenund Kältesysteme übertragen lassen.

KLASSISCHE REGELUNG IN DER HEIZUNGSTECHNIK

1. Regelung der Vorlauftemperatur Muss ein Wärmeerzeuger mehrere Verbraucher zu unterschiedlichen Nutzungszeiten und mit verschiedenen Vorlauftemperaturen versorgen, werden die Verbraucherkreise über Beimisch- oder Einspritzschal-tungen am Verteiler angeschlossen, Abb.2. Durch das Beimischen niedrig temperierten Rücklaufwassers aus dem jeweiligen Verbraucherkreis zum Vorlaufwasser vom Wärmeerzeuger kann die Vorlauftemperatur im Verbraucherkreis dem Wärmebedarf angepasst werden. Die Höhe der Vorlauftemperatur wird heute meist in Abhängigkeit von der Außentemperatur geregelt, wobei sie so gewählt wird, dass der Massenstrom im Verbraucherkreis konstant bleibt.