Stromverbrauch der Umwälzpumpe: Wie viel Einsparung bringt der Austausch einer alten Pumpe?

Der Stromverbrauch einer Umwälzpumpe ist das Produkt aus der Wirkleistung, die die Pumpe aus dem Netz aufnimmt, und ihrer Laufzeit. Die Formel besteht aus einer einzigen Zeile: Verbrauch gleich aufgenommene Leistung in Watt, mal jährliche Betriebsstunden, geteilt durch 1000. Das Ergebnis ergibt sich in kWh/Jahr. Der einzige kritische Punkt dabei ist, dass der Wattwert nicht der maximale Wert auf dem Typenschild sein darf, sondern der tatsächlich aufgenommene Durchschnittswert.

Gehen wir von einem Beispiel aus. Eine alte Pumpe, auf deren Typenschild für Stufe 3 90 W stehen, nimmt diesen Wert auf, solange die Kombitherme in Betrieb ist. Die Heizperiode dauert von Mitte Oktober bis Ende April etwa 200 Tage, und die Pumpe läuft nicht durchschnittlich 25 Stunden am Tag, sondern zirkuliert innerhalb von 24 Stunden 10–14 Stunden. Bei einer angenommenen durchschnittlichen Laufzeit von 12 Stunden pro Tag beträgt die Laufzeit pro Heizperiode 200 mal 12 gleich 2400 Stunden.

In den meisten Wohnungsinstallationen vor Ort läuft die Pumpe jedoch wegen Nachlaufs und Dauerzirkulationsbetrieb auch bei abgeschaltetem Brenner der Kombitherme deutlich länger. In zentralen Anlagen und bei Steigleitungspumpen ist ununterbrochener Betrieb während der gesamten Heizperiode der Standard. Deshalb wird in den Berechnungen eine Heizperiode von 5000 Stunden angenommen: Das entspricht einem Betrieb von 24 Stunden am Tag über etwa 208 Tage und ist für zentrale Anlagen realistisch.

Mit der Annahme von 5000 Stunden sieht die Berechnung so aus. Für eine Pumpe mit 90 W: 90 mal 5000 geteilt durch 1000 gleich 450 kWh/Jahr. Für eine Pumpe mit 70 W: 70 mal 5000 geteilt durch 1000 gleich 350 kWh/Jahr. Für eine drehzahlgeregelte Pumpe, die mit einem gewichteten Mittelwert von 12 W arbeitet: 12 mal 5000 geteilt durch 1000 gleich 60 kWh/Jahr. Der Unterschied beträgt im Beispiel mit 70 W 290 kWh/Jahr.

In einer einzelnen Wohnung mit Kombitherme ist die Laufzeit kürzer und liegt im Bereich von 2400–3000 Stunden. Dieselbe 70-W-Pumpe verbraucht bei 2500 Stunden 175 kWh/Jahr, die an ihre Stelle tretende Pumpe mit einem Mittelwert von 10 W bleibt bei 25 kWh/Jahr, und die Einsparung beträgt 150 kWh/Jahr. Eine Pumpe in der Trinkwarmwasser-Zirkulationsleitung dagegen läuft das ganze Jahr, also 8760 Stunden; bei 70 W macht das 613 kWh/Jahr.

Die Genauigkeit der Berechnung hängt von einer einzigen Eingangsgröße ab: der tatsächlichen Betriebsstundenzahl. Diesen Wert sollten Sie messen, statt ihn zu schätzen. Lassen sich die Betriebsstunden der Pumpe aus der Automation der Kombitherme oder des Heizkessels auslesen, werden sie direkt verwendet; andernfalls liefert ein einfacher Betriebsstundenzähler oder Energiezähler in der Zuleitung der Pumpe über eine Heizperiode den tatsächlichen Wert. Komponenten für Heizsysteme finden Sie in unserer Produktgruppe. (Details: Heizung)

Die Antwort auf die Frage, wie viel Strom eine alte Umwälzpumpe verbraucht, hängt von der Baugröße und der Stufe der Pumpe ab. Die im Wohnbereich am weitesten verbreiteten Nassläuferpumpen mit drei Stufen und Asynchronmotor nehmen auf Stufe 1 35–50 W, auf Stufe 2 50–70 W und auf Stufe 3 60–90 W auf. Die große Mehrheit der Pumpen, die wir vor Ort antreffen, läuft auf Stufe 3, weil der Monteur sie seinerzeit auf die höchste Stufe gestellt hat.

Der Wirkungsgrad dieser Motoren ist niedrig, und das hat einen strukturellen Grund. Beim Nassläufer-Asynchronmotor dreht sich der Rotor im Wasser, das Spaltrohr zwischen Wicklung und Rotor vergrößert den magnetischen Luftspalt, und die Verluste steigen. Bei einer typischen alten Pumpe vom Typ 25-60 liegt der Motorwirkungsgrad im Bereich von 15–25 Prozent; das heißt, von 70 W, die aus dem Netz aufgenommen werden, werden nur 12–18 W als hydraulische Leistung an das Wasser übertragen, der Rest wird zu Wärme.

Größere Baugrößen bedeuten höheren Verbrauch. Eine Steigleitungspumpe vom Typ 32-80 nimmt auf Stufe 3 180–250 W auf, eine Pumpe der Klasse 40-100 liegt im Bereich von 400–600 W; der genaue Wert variiert je nach Baureihe und ist vom Typenschild abzulesen. Hat ein Mehrfamilienhaus mit 8 Geschossen in drei Steigsträngen drei Pumpen mit je 200 W, ergibt das insgesamt 600 W und bei 5000 Stunden einen Verbrauch von 3000 kWh/Jahr.

Eine drehzahlkonstante Umwälzpumpe dreht sich mit der Drehzahl, auf der der Stufenschalter steht, und reagiert nicht auf den momentanen Bedarf der Anlage. Schließen die Thermostatventile der Heizkörper, unterbricht der Raumthermostat den Kreis oder werden Wohnungen gedrosselt, steigt der Anlagenwiderstand; die Pumpe dreht mit derselben Drehzahl weiter, der Volumenstrom sinkt, aber die aufgenommene Leistung nimmt kaum ab. Bei manchen Typen geht die Leistung bei Drosselung nur um 10–15 Prozent zurück.

Dazu kommt eine Position, die leicht übersehen wird: die Sommermonate. Pumpen, deren Kombitherme nicht außer Betrieb genommen wurde, bei denen im Heizraum der Schalter eingeschaltet vergessen wurde oder die am Trinkwasserkreis angeschlossen bleiben, laufen auch außerhalb der Heizperiode. Eine 70-W-Pumpe, die den ganzen Sommer nutzlos läuft, verbraucht in 150 Tagen mal 24 Stunden gleich 3600 Stunden 252 kWh; das ist ein reiner Verlustverbrauch, der keinerlei Heizleistung erbringt.

Die Frage, wie viel Watt eine Umwälzpumpe aufnimmt, beantworten Sie am besten nicht anhand des Typenschilds, sondern durch Messung. Mit einer Stromzange lässt sich der Strom messen und mit Spannung und Leistungsfaktor multiplizieren; da der Leistungsfaktor bei Asynchronpumpen im Bereich von 0,5–0,7 liegt, ist diese Methode jedoch fehlerbehaftet. Das sauberste Ergebnis ist die Wirkleistung, die ein Steckdosen-Energiemessgerät oder ein in den Schaltschrank eingebautes einphasiges Zählermodul direkt ausliest.

Eine drehzahlgeregelte Umwälzpumpe ist eine Pumpe, die mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor und integriertem Frequenzumrichter arbeitet und ihre Drehzahl dem momentanen Bedarf der Anlage anpasst. Bei einem Modell für Wohngebäude schwankt die aufgenommene Leistung zwischen 3 und 45 W; die Untergrenze gilt bei fast vollständig geschlossener Anlage, die Obergrenze bei Volllast. Entscheidend sind nicht diese beiden Extreme, sondern der über die Heizperiode gebildete gewichtete Mittelwert.

Warum ist der gewichtete Mittelwert so niedrig? Weil eine Heizungsanlage den größten Teil der Heizperiode nicht unter Volllast arbeitet. Die Auslegungstemperatur tritt nur an wenigen Tagen im Jahr auf; in der übrigen Zeit ist die Außenluft milder, die Thermostatventile drosseln, und der erforderliche Volumenstrom sinkt auf weniger als die Hälfte des Auslegungsvolumenstroms. In diesen Momenten senkt die drehzahlgeregelte Pumpe ihre Drehzahl, und ihre Leistung nimmt überproportional ab.

Das zahlenmäßig Entsprechende lautet: Der gewichtete Durchschnittsverbrauch einer modernen Pumpe für Wohngebäude über die Heizperiode liegt typischerweise im Bereich von 8–15 W. Mit der Annahme von 12 W ergibt das bei 5000 Stunden 60 kWh/Jahr und bei 2500 Stunden 30 kWh/Jahr. Im Vergleich zu den Werten von 350 kWh/Jahr und 175 kWh/Jahr der alten Pumpe, die dieselbe hydraulische Aufgabe erfüllt, sinkt der Verbrauch auf etwa ein Sechstel.

Bei größeren Baugrößen bleibt das Verhältnis ähnlich, der absolute Unterschied wächst. Im Maßstab einer Steigleitungspumpe nimmt eine alte Pumpe vom Typ 32-80 200 W auf, während ein ErP-konformes Modell, das an ihre Stelle tritt, im selben Kreis mit einem gewichteten Mittelwert über die Heizperiode von 35–60 W arbeitet. Der Unterschied von 155 W zwischen 200 W und 45 W bedeutet bei 5000 Stunden eine Einsparung von 775 kWh/Jahr, und das für einen einzigen Steigstrang.

Der zweite Gewinn dieser Pumpen liegt in den Regelungsarten. Der Modus mit konstantem Differenzdruck, also Delta P konstant, wird in Zweirohr-Heizkörperanlagen eingesetzt und hält den Druck konstant, wenn der Volumenstrom sinkt. Der Modus mit variablem Differenzdruck, also Delta P variabel, senkt in Systemen mit langen Steigsträngen den Druck mit sinkendem Volumenstrom ebenfalls ab und bringt die höchste Einsparung. Der Modus mit konstanter Drehzahl wird dagegen nur in Sonderkreisen bevorzugt.

Wird nicht die richtige Betriebsart gewählt, geht ein erheblicher Teil des Gewinns verloren. Wird bei einem Steigstrang in einem Mehrfamilienhaus, der auf Delta P variabel gestellt werden müsste, der Modus mit konstanter Drehzahl gewählt, verhält sich die Pumpe weiter wie die alte Pumpe, und die Einsparung bleibt bei 15 Prozent statt bei 60 Prozent. Dass die Betriebsart bei der Inbetriebnahme passend zum Anlagentyp eingestellt wird, ist ebenso entscheidend wie das Gerät selbst. Zu den Auswahlkriterien finden Sie Details in unserem ausführlichen Ratgeber. (Details: Auswahl der Umwälzpumpe)

Der EEI ist der Energieeffizienzindex und eine dimensionslose Zahl, die den über die Heizperiode gewichteten Stromverbrauch einer Umwälzpumpe ins Verhältnis zum Verbrauch einer Referenzpumpe setzt, die dieselbe hydraulische Aufgabe erfüllt. Das Mess- und Berechnungsverfahren ist in der Norm EN 16297 festgelegt. Je kleiner der Wert, desto effizienter ist die Pumpe; eine Pumpe mit dem Wert 0,20 verbraucht ein Fünftel des Stroms der Referenz.

Was den EEI vom Wirkungsgrad in einem einzelnen Betriebspunkt unterscheidet, ist das Lastprofil. Die EN 16297 misst die Pumpe nicht nur bei Volllast, sondern bei 100 Prozent, 75 Prozent, 50 Prozent und 25 Prozent des Auslegungsvolumenstroms. Diesen vier Punkten werden der Reihe nach Zeitgewichte von 6 Prozent, 15 Prozent, 35 Prozent und 44 Prozent zugeordnet. Das heißt, 79 Prozent der Gewichtung entfallen auf den Bereich unterhalb der Hälfte des Volumenstroms.

Diese Gewichtung ist ein Abbild der tatsächlichen Nutzung und erklärt, warum der EEI einer drehzahlkonstanten Pumpe schlecht ausfällt. Während eine drehzahlkonstante Pumpe bei 25 Prozent Volumenstrom nahezu ihre volle Leistung aufnimmt, sinkt die drehzahlgeregelte Pumpe im selben Punkt auf ein Zehntel ihrer Leistung. Dass der größte Teil der Gewichtung hier liegt, verdichtet den Unterschied zwischen den beiden Technologien in einer einzigen Zahl.

Die Berechnung des EEI wird in vereinfachter Form so aufgebaut: Die elektrischen Leistungen in den vier Punkten werden mit ihren Zeitgewichten multipliziert und aufsummiert, daraus ergibt sich die gewichtete mittlere Leistung. Dieser Wert wird durch die für dieselbe hydraulische Referenz definierte Referenzleistung geteilt und mit einem Kalibrierungsfaktor korrigiert. Das Ergebnis ist der EEI-Wert, der im Katalog als einzelne Zeile erscheint.

In Katalogen wird der EEI meist in zwei Formen angegeben. Die erste ist die direkte Zahl: etwa EEI 0,20. Die zweite ist die Schwellenwertangabe: Sie wird als EEI kleiner oder gleich 0,23 geschrieben und zeigt, dass das Produkt den gesetzlichen Grenzwert erfüllt. Die effizientesten Modelle für Wohngebäude erreichen den Bereich 0,15–0,18, gut ausgelegte größere Baugrößen den Bereich 0,17–0,20.

Ein häufiger Fehler beim Lesen des EEI ist es, die EEI-Werte zweier unterschiedlich großer Pumpen direkt miteinander zu vergleichen. Der EEI ist ein Effizienzindex, kein Verbrauchswert. Eine 400-W-Pumpe mit EEI 0,18 verbraucht deutlich mehr kWh als eine 60-W-Pumpe mit EEI 0,21. Der richtige Vergleich ist die Berechnung in kWh/Jahr für dieselbe hydraulische Aufgabe.

Die ErP 641/2009 ist die Ökodesign-Verordnung der Europäischen Union, die die Mindestanforderungen an die Energieeffizienz externer Nassläufer-Umwälzpumpen festlegt. Die Verordnung setzt für Pumpen, die in Verkehr gebracht werden dürfen, eine EEI-Obergrenze. Diese Grenze wurde stufenweise verschärft und in der letzten Stufe auf einen EEI von kleiner oder gleich 0,23 herabgesetzt.

Das praktische Ergebnis: Alle heute verkauften eigenständigen Umwälzpumpen sind drehzahlgeregelt, denn der EEI einer drehzahlkonstanten Asynchronpumpe mit drei Stufen liegt typischerweise im Bereich von 0,60–0,90, und sie kann den Schwellenwert in keiner Weise erfüllen. Dass Sie für Ihre alte Pumpe keinen identischen Ersatz finden, liegt also nicht an der Lieferung, sondern an der Gesetzgebung.

Die Verordnung kennt eine Ausnahme, die in der Praxis für Verwirrung sorgt: In Heizgeräte integrierte Pumpen und einige Typen mit Sonderaufgaben im Primärkreis unterliegen anderen Bestimmungen. Deshalb werden eine Pumpe im Inneren einer Kombitherme und eine separat an der Wand montierte Steigleitungspumpe nicht nach denselben Regeln beurteilt. Einige als Ersatzteil bezogene Typen dürfen zudem aufgrund von Übergangsbestimmungen nur eingeschränkt verkauft werden.

Was bedeutet der EEI-Schwellenwert von 0,23 in kWh? Nehmen wir an, die Referenzpumpe verbraucht für eine bestimmte Aufgabe 300 kWh/Jahr. Eine Pumpe mit EEI 0,23 verbraucht dann etwa 69 kWh/Jahr, eine Pumpe mit EEI 0,18 etwa 54 kWh/Jahr und eine alte Pumpe mit EEI 0,70 etwa 210 kWh/Jahr. Der Schwellenwert schreibt den dazwischenliegenden Faktor drei rechtlich verbindlich vor.

Bei der Entscheidung über einen Austausch gibt es drei Zeilen, nach denen Sie im Katalog suchen sollten. Die erste ist der EEI-Wert, die zweite der Bereich der minimalen und maximalen aufgenommenen Leistung in Watt, die dritte die Optionen für die Regelungsart. Fehlen diese drei Zeilen, ist das Produkt entweder sehr alt oder ein Sondertyp außerhalb des Geltungsbereichs der ErP. Unseren allgemeinen Ansatz zur Energieeffizienz finden Sie in unserem entsprechenden Ratgeber. (Details: Energieeffizienz in mechanischen Anlagen)

Die Affinitätsgesetze sind drei Beziehungen, die angeben, wie sich Volumenstrom, Förderhöhe und Wellenleistung einer Kreiselpumpe ändern, wenn sich die Drehzahl ändert. Der Volumenstrom ist proportional zur Drehzahl, die Förderhöhe ändert sich mit dem Quadrat der Drehzahl und die Leistung mit der dritten Potenz der Drehzahl. Die gesamte Einsparung bei der Umwälzpumpe stammt aus dieser dritten Beziehung.

Zeigen wir es zahlenmäßig. Wenn Sie die Drehzahl von 100 Prozent auf 80 Prozent senken, sinkt der Volumenstrom auf 80 Prozent, die Förderhöhe auf 0,8 mal 0,8 gleich 64 Prozent und die Leistung auf 0,8 mal 0,8 mal 0,8 gleich 51,2 Prozent. Das heißt, eine Verringerung der Drehzahl um 20 Prozent bewirkt eine Verringerung der Leistung um fast 50 Prozent.

Halbieren Sie die Drehzahl, ist der Effekt noch eindrucksvoller. Bei 50 Prozent Drehzahl betragen der Volumenstrom 50 Prozent, die Förderhöhe 25 Prozent und die Leistung 0,5 hoch 3 gleich 12,5 Prozent. Eine Pumpe, die 80 W aufnimmt, sinkt in derselben hydraulischen Familie bei halber Drehzahl auf 10 W. Genau das verlangt die Anlage an einem milden Wintertag, an dem die Thermostatventile drosseln.

Die Rechnung für 70 Prozent Drehzahl: 0,7 hoch 3 gleich 0,343. Also 34 Prozent der Leistung. Für 60 Prozent Drehzahl: 0,6 hoch 3 gleich 0,216, 22 Prozent der Leistung. Diese Werte gelten unter der idealen Annahme der Affinitätsgesetze; in der Realität geht der Wirkungsgrad von Motor und Frequenzumrichter bei niedrigen Drehzahlen etwas zurück, deshalb liegen die Werte vor Ort etwas über der Rechnung. Die Größenordnung stimmt dennoch.

Der Stufenschalter einer drehzahlkonstanten Pumpe mit drei Stufen ist eigentlich ebenfalls ein Drehzahlumschalter, hat jedoch nur drei diskrete Punkte, und der Nutzer verstellt ihn während der Heizperiode nicht. Eine drehzahlgeregelte Pumpe dagegen durchfährt denselben Bereich stufenlos und stellt sich innerhalb von Sekunden ein. Der Unterschied ist der zwischen einer dreistufigen Treppe und einer kontinuierlichen Rampe.

Das praktische Ergebnis der Affinitätsgesetze lässt sich in einem Satz zusammenfassen: Eine zu groß gewählte Pumpe bestraft den Stromverbrauch nicht linear, sondern mit der dritten Potenz. Eine Pumpe, die mit einer um 25 Prozent höheren Drehzahl als erforderlich läuft, nimmt etwa die doppelte Leistung auf. Deshalb stammt der eigentliche Gewinn beim Austausch nicht nur von der neuen Technologie, sondern von der richtigen Dimensionierung.

Den Unterschied zwischen den beiden Technologien auf eine einzige Zahl zu reduzieren, ist irreführend. Die folgende Liste stellt dasselbe Kriterium für beide Seiten nebeneinander und hält den Vergleich zahlenmäßig. Die Werte gelten für eine Baugröße der Klasse 25-60 für Wohngebäude.

• Motortyp — Drehzahlkonstant: Nassläufer-Asynchronmotor, Motorwirkungsgrad 15–25 Prozent; Drehzahlgeregelt: Permanentmagnet-Synchronmotor, Motorwirkungsgrad 45–70 Prozent
• Aufgenommene Leistung bei Volllast — Drehzahlkonstant: 60–90 W; Drehzahlgeregelt: 30–45 W als Obergrenze
• Aufgenommene Leistung bei Teillast — Drehzahlkonstant: 55–80 W, also nahezu unverändert; Drehzahlgeregelt: 3–10 W
• Gewichteter Mittelwert über die Heizperiode — Drehzahlkonstant: 60–80 W; Drehzahlgeregelt: 8–15 W
• Verbrauch in einer Heizperiode von 5000 Stunden — Drehzahlkonstant: 300–400 kWh/Jahr; Drehzahlgeregelt: 40–75 kWh/Jahr
• EEI-Wert — Drehzahlkonstant: in der Größenordnung von 0,60–0,90; Drehzahlgeregelt: zwischen 0,15 und 0,23
• Regelungsart — Drehzahlkonstant: drei diskrete Stufen, während der Heizperiode unveränderlich; Drehzahlgeregelt: Delta P konstant, Delta P variabel, konstante Drehzahl und automatische Anpassungsmodi
• Schallpegel — Drehzahlkonstant: dauerhaft bei voller Drehzahl, hohes Risiko von Strömungsgeräuschen in der Anlage; Drehzahlgeregelt: bei Teillast deutlich leiser, typischerweise unter 43 dB(A)
• Belastung der Ventile — Drehzahlkonstant: Wenn die Thermostatventile schließen, steigt der Differenzdruck, es treten Ventilgeräusche und frühzeitiger Verschleiß auf; Drehzahlgeregelt: Da der Druck begrenzt wird, verlängert sich die Lebensdauer der Ventile
• Wartungsverhalten — Drehzahlkonstant: Bei einem festsitzenden Rotor muss die Welle seitlich gedreht werden; Drehzahlgeregelt: automatische Blockierlösung und Anzeige eines Fehlercodes vorhanden

Der am häufigsten übersehene Punkt der Liste ist die Belastung der Ventile. Eine drehzahlkonstante Pumpe erhöht den Differenzdruck in der Anlage, wenn die Thermostatventile schließen; das steigert die Geschwindigkeit des Wassers, das durch das Ventil strömt, und erzeugt typischerweise ein pfeifendes Strömungsgeräusch. Die Beschwerde wird meist dem Ventil angelastet, die Ursache ist jedoch die Regelungsart der Pumpe.

Der zweite übersehene Punkt betrifft die Wärmeverluste. Die Leistung von 50–70 W, die eine Nassläufer-Asynchronpumpe verliert, wird zu Wärme und geht größtenteils in das Wasser über. Im Heizraum bleibt ein Teil dieser Wärme im System, außerhalb der Heizperiode und in den Verteilleitungen geht sie jedoch direkt verloren. Das schränkt die Behauptung, ein Teil des Verbrauchs werde zurückgewonnen, ein.

Die vier Baureihen entsprechen vier verschiedenen Aufgabenbeschreibungen. Grundfos ALPHA2 und Wilo Yonos PICO werden im Wohnbereich, in Kombitherme- und Wohnungsinstallationen eingesetzt. Grundfos MAGNA3 und Wilo Stratos MAXO dagegen sind für Steigleitungen in Mehrfamilienhäusern, Heizräume und gewerbliche Anlagen konzipiert. Die Auswahl erfolgt zuerst nach der Aufgabenbeschreibung, noch vor Gehäusedurchmesser und Förderhöhe.

• Grundfos ALPHA2 — Drehzahlgeregelte Umwälzpumpe für Wohngebäude. Die Baugröße Grundfos ALPHA2 25-40 liegt typischerweise in der Förderhöhenklasse von 4 m, und der Bereich der aufgenommenen Leistung reicht je nach Baureihe von einigen Watt bis zu einigen zehn Watt. Mit automatischem Nachtbetrieb und Delta-P-Modi ist sie für die Wohnnutzung geeignet
• Grundfos MAGNA3 — Drehzahlgeregelte Baureihe im Maßstab von Steigleitungen und Heizräumen mit einem breiten Baugrößenspektrum. Sie wird in Heizungs-, Kühl- und Klimakreisen eingesetzt, und der Verbrauch lässt sich über die integrierte Volumenstrom- und Energieanzeige direkt am Gerätedisplay ablesen
• Wilo Yonos PICO — Hocheffiziente Baureihe für Wohngebäude. Die Baugröße Wilo Yonos PICO 25/1-6 liegt in der Förderhöhenklasse von 6 m, unterstützt die Modi Delta P konstant und Delta P variabel und zeigt die momentan aufgenommene Leistung in Watt auf dem Display an
• Wilo Stratos MAXO — Baureihe für gewerbliche und zentrale Anlagen mit fortgeschrittener Automation und Kommunikationsfunktionen. Sie lässt sich an die Gebäudeautomation anbinden und enthält mehrere Regelungsarten sowie einen Inbetriebnahmeassistenten
• Gemeinsamer Punkt — Alle vier Baureihen erfüllen den EEI-Schwellenwert im Rahmen der ErP 641/2009, und ihre EEI-Werte liegen typischerweise deutlich unter 0,23
• Unterscheidungspunkt — Bei den Baureihen für Wohngebäude haben Einfachheit und niedriger Verbrauch Vorrang, bei den gewerblichen Baureihen die Integration in die Automation, der Mehrpumpenbetrieb und ein breiter Volumenstrombereich

Die genauen Katalogwerte variieren je nach Baugrößencode und Herstellungsjahr; Leistungsbereich in Watt, Förderhöhe und EEI müssen unbedingt dem aktuellen Datenblatt des jeweiligen Modells entnommen und überprüft werden. Die Werte in diesem Ratgeber dienen lediglich der Größenordnung. Als Pomeka Mekanik führen wir die Marken, die wir im Programm haben, allen voran Grundfos und Wilo, auf unserer Seite Marken auf. (Details: unsere Markenseite)

Das zweite Kriterium bei der Modellauswahl ist das Anschlussmaß. Ein großer Teil der alten Pumpen hat eine Einbaulänge von 180 mm oder 130 mm und ein Verschraubungsmaß von 1,5 Zoll oder 2 Zoll. Behält die neue Pumpe dieselbe Einbaulänge bei, erfolgt der Austausch, ohne das Rohr zu schneiden; andernfalls ist ein Passstück oder eine kurze Rohranpassung erforderlich. Dieses Detail wirkt sich direkt auf die Position der Arbeitskosten aus.

Die Amortisationszeit ergibt sich, indem man die Gesamtkosten des Austauschs durch die jährliche Einsparung in kWh teilt. Der Weg, die Berechnung vom Preis unabhängig zu machen, besteht darin, die Kosten in kWh auszudrücken: Gesamtkosten geteilt durch den Preis pro kWh gleich äquivalente kWh. Teilen Sie diese äquivalenten kWh durch die jährliche Einsparung, ergibt sich die Amortisationszeit in Jahren.

Die Kostenpositionen lassen sich in drei Gruppen einteilen. Die erste ist die Pumpe selbst. Die zweite ist die Arbeitsleistung: Entleeren der Anlage, Ausbau der alten Pumpe, Erneuerung der Dichtungen, Einbau der neuen Pumpe, Befüllung, Entlüftung und Inbetriebnahme. Die dritte ist zusätzliches Material: das Nachrüsten von Kugelhähnen, falls keine vorhanden sind, Verschraubungs- und Dichtungssatz, bei Bedarf ein Passstück und elektrische Anschlusselemente.

Bauen wir die Beispielrechnung Schritt für Schritt auf. Nehmen wir an, bei einem Austausch im Wohngebäude beträgt die jährliche Einsparung 290 kWh. Entsprechen die Gesamtkosten des Austauschs, geteilt durch Ihren eigenen Strompreis pro kWh, einem Äquivalent von 900 kWh, beträgt die Amortisationszeit 900 geteilt durch 290 gleich etwa 3,1 Jahre. Ergibt sich ein Äquivalent von 1500 kWh, beträgt die Zeit 1500 geteilt durch 290 gleich etwa 5,2 Jahre.

Im Maßstab einer Steigleitungspumpe ändert sich das Bild vollständig. Bei einer Steigleitungspumpe, die von 200 W auf 45 W sinkt, beträgt die jährliche Einsparung 775 kWh. Nach derselben Rechnung ergibt sich selbst dann, wenn die Austauschkosten einem Äquivalent von 2500 kWh entsprechen, eine Amortisation von 2500 geteilt durch 775 gleich etwa 3,2 Jahre. In einem Mehrfamilienhaus mit drei Steigsträngen erreicht die Gesamteinsparung 2325 kWh/Jahr, und die Entscheidung wird deutlich eindeutiger.

Bei Trinkwarmwasser-Zirkulationspumpen ist die Amortisation am kürzesten, weil die Laufzeit 8760 Stunden beträgt. Bei einer Zirkulationspumpe, die von 70 W auf 10 W sinkt, beträgt die jährliche Einsparung 60 mal 8760 geteilt durch 1000 gleich 526 kWh/Jahr. Wird derselben Pumpe eine Zeitschaltuhr hinzugefügt und der tägliche Betrieb von 24 Stunden auf 10 Stunden verkürzt, steigt die Einsparung noch weiter.

Zwei weitere Positionen sind zu berücksichtigen. Die erste ist die Lebensdauer der Pumpe: Die erwartete Lebensdauer einer modernen Umwälzpumpe liegt in der Größenordnung von 10–15 Jahren, die nach Amortisationszeiten von 3–5 Jahren verbleibenden Jahre sind daher reiner Gewinn. Die zweite ist, dass die alte Pumpe bereits ausgefallen ist; in diesem Fall besteht der Vergleich nicht zwischen der neuen Pumpe und null Kosten, sondern zwischen der neuen Pumpe und den Reparaturkosten.

Das Einzige, was die Amortisationsrechnung verfälscht, ist eine falsche Annahme der Betriebsstunden. Bei einer Wohnungspumpe, die 1200 Stunden im Jahr läuft, bleibt die Einsparung nicht bei 290 kWh, sondern bei etwa 70 kWh, und die Amortisationszeit verdreifacht sich. Deshalb müssen Sie das tatsächliche Betriebsprofil der Anlage kennen, bevor Sie mit der Berechnung beginnen. Am effizientesten sind Austauschmaßnahmen, die gemeinsam mit den Wartungsintervallen geplant werden. (Details: Pumpenwartung)

Die Höhe der Einsparung ist direkt proportional zur Größe der Pumpe und ihren Betriebsstunden. Die folgende Liste berechnet vier typische Szenarien mit derselben Formel, also W mal Stunden geteilt durch 1000. In jeder Zeile stehen der alte Verbrauch, der neue Verbrauch und die Differenz.

• Einzelne Wohnung mit Kombitherme, 2500 Stunden/Jahr — Alt 70 W: 175 kWh/Jahr; Neu 10 W gewichteter Mittelwert: 25 kWh/Jahr; Differenz: 150 kWh/Jahr
• Pumpe innerhalb der Wohnung bei zentraler Anlage, 5000 Stunden/Jahr — Alt 70 W: 350 kWh/Jahr; Neu 12 W: 60 kWh/Jahr; Differenz: 290 kWh/Jahr
• Steigleitungspumpe im Mehrfamilienhaus, 5000 Stunden/Jahr — Alt 200 W: 1000 kWh/Jahr; Neu 45 W: 225 kWh/Jahr; Differenz: 775 kWh/Jahr
• Trinkwarmwasser-Zirkulationspumpe, 8760 Stunden/Jahr — Alt 70 W: 613 kWh/Jahr; Neu 10 W: 88 kWh/Jahr; Differenz: 525 kWh/Jahr
• Heizkreisverteilerpumpe der Fußbodenheizung, 4000 Stunden/Jahr — Alt 90 W: 360 kWh/Jahr; Neu 14 W: 56 kWh/Jahr; Differenz: 304 kWh/Jahr
• Primärkreispumpe im Gewerbegebäude, 6000 Stunden/Jahr — Alt 550 W: 3300 kWh/Jahr; Neu 160 W: 960 kWh/Jahr; Differenz: 2340 kWh/Jahr

Die Position mit dem höchsten Ertrag in der Liste ist der Primärkreis eines Gewerbegebäudes, und der Grund dafür ist, dass sowohl die Leistung als auch die Betriebsstunden hoch sind. Hat ein Gewerbegebäude drei Heiz- und zwei Kühlkreispumpen, kann die gesamte jährliche Einsparung in die Größenordnung von 8000–12000 kWh steigen. Unseren Ansatz für gewerbliche Anlagen insgesamt finden Sie in unserem entsprechenden Ratgeber. (Details: Mechanische Systeme in Gewerbegebäuden)

Die Position mit dem niedrigsten Ertrag ist dagegen eine kleine, ohnehin leistungsschwache Wohnungspumpe, die 1000–1500 Stunden im Jahr läuft. In einem solchen Fall wird die Entscheidung über einen Austausch nicht allein mit Energie begründet; Geräusch, Störungshistorie, Regelfähigkeit und der Zustand der übrigen Anlage werden gemeinsam bewertet. Reicht die Energie allein nicht aus, um zu entscheiden, sollte die Entscheidung auf der Komfortseite gesucht werden.

Ein Heizkörper-Thermostatventil ist ein automatisches Ventil, das den Volumenstrom zum Heizkörper in Abhängigkeit von der Raumtemperatur drosselt. Haben alle Heizkörper einer Anlage Thermostatventile, verändert sich der Gesamtvolumenstrom im Tagesverlauf in einem sehr breiten Bereich. Diese Veränderlichkeit vergrößert unmittelbar den Gewinnbereich der drehzahlgeregelten Pumpe.

Konkret funktioniert es so: In den Morgenstunden, wenn alle Räume warm werden sollen, sind die Ventile offen, und die Anlage arbeitet bei 90 Prozent des Auslegungsvolumenstroms. Am Nachmittag drosseln die Ventile in den Räumen, die Sonne bekommen, am Abend sinkt der Volumenstrom in den Schlafzimmern, und nachts fällt die gesamte Anlage in den Bereich von 25–35 Prozent. Die drehzahlkonstante Pumpe nimmt in allen drei Situationen dieselbe Leistung auf, die drehzahlgeregelte Pumpe dagegen sinkt nachts auf ein Zehntel ihrer Leistung.

Die zweite Folge dieses Szenarios betrifft den Druck. Mit schließenden Ventilen steigt der Anlagenwiderstand, und der von der drehzahlkonstanten Pumpe erzeugte Differenzdruck nimmt zu. In Wohnungsinstallationen kann dieser Druck von 0,4 bar bis auf 0,7 bar ansteigen. Ein hoher Differenzdruck verursacht Strömungsgeräusche in den Thermostatventilen, frühzeitigen Verschleiß an der Kegelfläche und Schwierigkeiten beim Schließen des Ventils.

Arbeitet die drehzahlgeregelte Pumpe im Modus Delta P variabel, begrenzt sie diesen Druck. In den Momenten, in denen der Volumenstrom sinkt, senkt sie auch die Förderhöhe und hält den Differenzdruck im Zielbereich. Das Ergebnis sind sowohl ein geringerer Verbrauch als auch leisere Ventile. Details zu den automatischen Regelungselementen finden Sie in unserem entsprechenden Ratgeber. (Details: Motorventil-Ratgeber)

In einer Anlage ohne Thermostatventile, in der also alle Heizkörper dauerhaft geöffnet sind, wird der Unterschied dagegen kleiner. Da der Volumenstrom konstant bleibt, arbeitet auch die drehzahlgeregelte Pumpe mit konstanter Drehzahl, und der Gewinn stammt nur aus dem Unterschied beim Motorwirkungsgrad. In diesem Fall bleibt die Einsparung im Bereich von 40–50 Prozent statt 70–80 Prozent; sie ist immer noch bemerkenswert, aber die Erwartung sollte realistisch gehalten werden.

Deshalb besteht die effizienteste Form eines Austauschprojekts darin, gemeinsam mit der Pumpe auch die Thermostatventile in Betrieb zu nehmen. Die beiden Investitionen befruchten einander: Die Ventile machen den Volumenstrom veränderlich, und die Pumpe setzt diese Veränderlichkeit in Stromeinsparung um. Wird nur eine von beiden umgesetzt, bleibt der Gewinn halb.

Ein Fußbodenheizkreis arbeitet im Vergleich zum Heizkörperkreis mit niedrigerer Temperatur und höherem Volumenstrom. Die typische Vorlauftemperatur beträgt 35–45 Grad Celsius, und der Wert Delta T sinkt auf 5–7 K. Dieselbe Wärmeleistung mit einer kleineren Temperaturdifferenz zu transportieren, verdoppelt den Volumenstrom gegenüber dem Heizkörperkreis in etwa; das macht die Pumpe zu einem der am häufigsten laufenden Elemente der Anlage.

Hoher Volumenstrom und lange Betriebszeit machen die Verteilerpumpe der Fußbodenheizung zu einem vorrangigen Austauschkandidaten. Eine alte Pumpe, die pro Verteiler 90 W aufnimmt, verbraucht in 4000 Stunden 360 kWh/Jahr. Bei einem ErP-konformen Modell bleibt der gewichtete Mittelwert bei etwa 14 W, und der Verbrauch sinkt auf 56 kWh/Jahr. Die allgemeinen Vorteile von Fußbodenheizungssystemen haben wir in unserem entsprechenden Ratgeber beschrieben. (Details: Vorteile der Fußbodenheizung)

Bei der Fußbodenheizung ist ein Punkt zu beachten: die Zonenstellantriebe, die mit den Raumthermostaten verbunden sind. Wenn alle Zonen geschlossen sind, drückt eine drehzahlkonstante Pumpe weiter in einen geschlossenen Kreis; das ist sowohl ein Energieverlust als auch eine hydraulische Belastung für die Pumpe. Die drehzahlgeregelte Pumpe fällt in diesem Fall auf die minimale Drehzahl, bei einigen Modellen steht sie ganz still und führt in bestimmten Abständen einen kurzen Kontrolllauf durch.

Der Speicherladekreis des Warmwasserspeichers hat ein anderes Profil. Diese Pumpe läuft nur, wenn Wärmebedarf für den Warmwasserspeicher besteht; die tägliche Laufzeit liegt im Wohnbereich bei 1–3 Stunden, in Hotels und bei kollektiver Nutzung bei 6–10 Stunden. Die kurze Laufzeit senkt das Einsparpotenzial, doch weil während der Ladung der volle Volumenstrom benötigt wird, ist hier die richtige Dimensionierung wichtiger als der Verbrauch. Die Speicherauswahl ist ein eigenes Thema. (Details: Wie viele Liter Warmwasserspeicher sollte ich kaufen? Berechnung für 2, 4, 6, 10 und 20 Personen)

Der Trinkwarmwasser-Zirkulationskreis ist dagegen das genaue Gegenteil: geringer Volumenstrom, geringe Förderhöhe, aber sehr lange Laufzeit. Der eigentliche Gewinn besteht hier darin, zusätzlich zur effizienten Pumpe eine Zeitschaltuhr oder einen temperaturgeregelten Betrieb einzusetzen. Eine Zirkulationspumpe, die statt 24 Stunden nur 10 Stunden am Tag läuft, senkt ihren Verbrauch auch ohne Pumpentausch um 58 Prozent.

In Wärmepumpenkreisen wirkt sich der Verbrauch der Umwälzpumpe dagegen unmittelbar auf die Leistungszahl des Systems aus. Die Leistung, die die Pumpen auf der Quellen- und der Lastseite aufnehmen, wird als Last gegenüber der Nutzwärme gezählt, die die Wärmepumpe erzeugt. Deshalb ist eine Umwälzpumpe mit niedrigem Verbrauch in Systemen mit Wärmepumpe keine Komfortentscheidung, sondern eine Planungsnotwendigkeit. (Details: Wärmepumpen)

Die Entscheidung über den Austausch beruht auf drei Messungen auf solidem Fundament: der tatsächlich aufgenommenen Leistung der vorhandenen Pumpe, den jährlichen Betriebsstunden sowie dem Volumenstrom und der Förderhöhe, die die Anlage benötigt. Eine Auswahl ohne diese drei Größen führt entweder zu einer zu groß dimensionierten Pumpe oder zu einer enttäuschenden Einsparungsprognose.

Die erste Messung ist die Leistung. Setzen Sie in die Zuleitung der Pumpe ein Steckdosen-Energiemessgerät oder in den Schaltschrank ein einphasiges Messmodul ein und zeichnen Sie mindestens 48 Stunden auf. In dieser Zeit sehen Sie sowohl Volllast- als auch Teillastphasen. Notieren Sie die mittlere Leistung; das ist der Wattwert, der in der Berechnung verwendet wird, nicht der Wert vom Typenschild.

Die zweite Messung ist die Zeit. Dasselbe Energiemessgerät zählt auch die gesamten kWh. Wurden in 48 Stunden 3,2 kWh abgelesen, beträgt der tägliche Durchschnitt 1,6 kWh; für eine Heizperiode von 200 Tagen ergibt das 320 kWh/Jahr. Das ist ein direkt gemessenes, nicht auf Schätzung beruhendes Ergebnis und die zuverlässigste Eingangsgröße der Einsparungsrechnung.

Die dritte Messung ist hydraulisch. Der erforderliche Volumenstrom ergibt sich aus der zu transportierenden Wärmeleistung: Q gleich Wärmeleistung in kW geteilt durch 1,163 mal Delta T. Für 24 kW Heizlast und 20 K Temperaturdifferenz gilt Q gleich 24 geteilt durch 1,163 mal 20 gleich 24 geteilt durch 23,26 gleich etwa 1,03 m³/h. Wird bei der Fußbodenheizung Delta T mit 7 K angesetzt, steigt der Volumenstrom für dieselbe Last auf 2,95 m³/h.

Die erforderliche Förderhöhe ist dagegen der gesamte Reibungsverlust im längsten Strang des Kreises und enthält keine statische Höhe, weil das Wasser im geschlossenen Kreislauf aus derselben Höhe zurückkehrt, in die es aufsteigt. In der Wohnungsinstallation liegt der typische Wert bei 2–4 mWS, in Steigleitungen von Mehrfamilienhäusern bei 4–8 mWS, in gewerblichen Systemen bei 8–14 mWS. Für 1,03 m³/h und 3 mWS genügt eine Baugröße 25-40 für Wohngebäude.

Die vierte Kontrolle ist mechanisch und keine Messung, sondern eine Beobachtung: Gibt es vor und hinter der Pumpe Kugelhähne, wie groß ist die Einbaulänge in mm, wie groß das Verschraubungsmaß in Zoll, ist die Welle horizontal, ist der elektrische Anschluss geklemmt oder gesteckt. Diese vier Antworten legen den Arbeitsaufwand und die Position des zusätzlichen Materials im Voraus fest. Komponenten für die Installationstechnik finden Sie in unserer Produktgruppe. (Details: Installationstechnik)

Die Entscheidung lässt sich auf vier Szenarien reduzieren, und in jedem gibt es ein klares Urteil. Dieser Abschnitt ist für Leserinnen und Leser geschrieben, die ihre Messungen durchgeführt haben, aber noch zögern.

• Steigleitungspumpe im Mehrfamilienhaus, über 150 W, 5000 Stunden/Jahr in Betrieb — Tauschen Sie sie aus. Die Einsparung liegt über 700 kWh/Jahr, und die Amortisation liegt typischerweise unter 5 Jahren
• Dauerhaft laufende Wohnungspumpe bei zentraler Anlage, 60–90 W — Tauschen Sie sie aus. Die Einsparung liegt im Bereich von 250–380 kWh/Jahr, und auch Geräusche und Ventilgeräusche verbessern sich
• Trinkwarmwasser-Zirkulationspumpe — Tauschen Sie sie aus und ergänzen Sie unbedingt eine Zeitschaltuhr. Das ist die Position mit der kürzesten Amortisation in der Liste
• Kleine Pumpe in einer Wohnung mit Kombitherme, die weniger als 1200 Stunden im Jahr läuft — Energie allein ist kein ausreichender Grund. Fällt die Pumpe aus, macht sie Geräusche oder wird die Kombitherme erneuert, tauschen Sie sie gemeinsam aus
• Anlage ohne Thermostatventile — Nehmen Sie zuerst die Ventile in Betrieb, tauschen Sie danach die Pumpe aus. Eine Investition in umgekehrter Reihenfolge verliert die Hälfte des Gewinns
• Pumpe, die bereits drehzahlgeregelt ist, aber im Modus konstante Drehzahl läuft — Tauschen Sie die Pumpe nicht aus, stellen Sie den Modus auf Delta P variabel. Diese Einstellung allein kann 30–50 Prozent Einsparung bringen

Den letzten Punkt muss man besonders hervorheben. In einem erheblichen Teil der Installationen, denen wir vor Ort begegnen, ist die ErP-konforme Pumpe bereits eingebaut, wurde aber bei der Inbetriebnahme im Modus konstante Drehzahl belassen. In diesem Fall nutzt das Gerät nur einen Teil der Effizienz, die man gekauft hat. Die Einstellung zu korrigieren, erfordert kein Material und dauert Minuten.