Inline-Pumpen 01.11.2016, 00:00 Uhr

Inline-Pumpen: Anwendungen und Einsatzgrenzen

Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen sind verantwortlich für das Raumklima in Gebäuden und bestimmen damit den Komforteindruck für die Bewohner. Diese Anlagen zählen zu den größten Energieverbrauchern. Einen wesentlichen Anteil daran haben die hier vielfach installierten Inline-Pumpen. Neuere Entwicklungen arbeiten nicht nur sehr energieeffizient; sie unterstützen den Planer mit attraktiven Funktionalitäten und bei der Vernetzung mit der Gebäudeleittechnik.

 Trockenläufer-Inline-Pumpen kommen in der Heiz- und Klimatechnik bei großen Leistungsanforderungen zum Einsatz. Bild: Grundfos

Trockenläufer-Inline-Pumpen kommen in der Heiz- und Klimatechnik bei großen Leistungsanforderungen zum Einsatz. Bild: Grundfos

Inline-Pumpen für die Heizungs- und Klimatechnik zeichnen sich durch eine konstruktive Gemeinsamkeit aus: Druck- und Saugstutzen sind in einer Achse angeordnet, die Pumpen können so sehr einfach und raumsparend in die Rohrleitung eingebracht werden. Antriebstechnisch gibt es hingegen wesentliche Unterschiede: Nassläuferpumpen sind mit einem im Gehäuse integrierten Spaltrohrmotor ausgerüstet, Trockenläuferpumpen arbeiten mit einem angeflanschten Normmotor.

Was bedeutet das für den praktischen Einsatz? Bei Nassläuferpumpen dreht sich der Rotor in einem Spaltrohrtopf, der mit dem Fördermedium geflutet ist. Motor und Pumpe bilden eine Einheit, zur Abdichtung sind weder Gleitringdichtungen noch Stopfbuchsen erforderlich – Nassläufer sind somit wartungsfrei. Das Fördermedium übernimmt die Kühlung und Schmierung des Motors und der rotierenden Bauteile. Konstruktiv bedingt arbeiten Nassläuferpumpen angenehm leise; ihr Wirkungsgrad ist aber beschränkt.

Bei Trockenläuferpumpen kommt – wie der Name schon anzeigt – das zu fördernde Medium nicht mit dem Motor in Berührung. Trockenläufer besitzen einen höheren Wirkungsgrad, arbeiten wegen des getrennten Normmotors jedoch merklich geräuschvoller. Sie kommen in der Heizungs- und Klimatechnik bei großen Leistungsanforderungen zum Einsatz. Aufgrund ihres Konstruktionsprinzips sind sie weniger medientemperaturabhängig als Nassläuferpumpen und leichter auf das Fördermedium abzustimmen. Motor und Pumpe sind getrennte Einheiten, die über eine Kupplung miteinander verbunden sind. Dadurch sind die Pumpen weniger anfällig gegenüber Verunreinigungen, die im Fördermedium enthalten sind, als vergleichbare Nassläuferpumpen.

Die unterschiedliche ‚Motorisierung‘ wurde auch in der Ökodesign-Richtlinie berücksichtigt: Für Nassläufer-Umwälzpumpen liegt der zulässige EEI seit dem 1. August 2015 bei max. 0,23.

Trockenläufer-Wasserpumpen müssen zusätzlich zur geforderten Motor-Effizienz einen bestimmten hydraulischen Wirkungsgrad aufweisen, um den Effizienzanforderungen zu genügen (Minimum Efficiency Index, Mindesteffizienzindex MEI). Seit Januar 2015 liegt dieser Grenzwert bei MEI ≥ 0,4.

TPE3: Effizienz kombiniert mit Funktionalität

Soweit die Charakterisierung von Nass- und Trockenläuferpumpen. Bei Grundfos stehen dem Planer als Nassläufer beispielsweise die Magna3 zur Verfügung – die Universallösung für die Heizungs- und Klimatechnik sowie die Trinkwarmwasser-Zirkulation: Hocheffizient, intelligent und zuverlässig. Mit Förderhöhen bis 18 m und Förderleistungen bis 70 m³/h stoßen diese Nassläufer in Dimensionen vor, die bislang ausschließlich von Trockenläuferpumpen erreicht wurden.

Die TPE3 – eine Inline-Pumpe mit einer beeindruckenden energetischen und hydraulischen Effizienz sowie integrierter Wärmemengenerfassung und Förderstrombegrenzung. Bild: Grundfos

Die TPE3 – eine Inline-Pumpe mit einer beeindruckenden energetischen und hydraulischen Effizienz sowie integrierter Wärmemengenerfassung und Förderstrombegrenzung. Bild: Grundfos

Dennoch gibt es für den TGA-Planer gute Gründe, die Trockenläufer-Generation TPE3 ins Auge zu fassen: Sie kombiniert eine bisher unerreichte Motor-Energieeffizienz (der Antriebsmotor der 3. MGE Generation ist effizienter als die Super Premium IE4-Vorgaben mit der Effizienz einer optimierten Hydraulik weit über dem Industriestandard.

Das Diagramm zeigt den Wirkungsgrad eines MGE-Drehstrommotors im Vergleich zu den in der IEC 60034–30–1 Ed* festgelegten Wirkungsgradklassen. Bild: Grundfos

Das Diagramm zeigt den Wirkungsgrad eines MGE-Drehstrommotors im Vergleich zu den in der IEC 60034–30–1 Ed* festgelegten Wirkungsgradklassen. Bild: Grundfos

Während der gesetzlich geforderte MEI-Mindesteffizienzindex derzeit bei ≥ 0,40 liegt, erreicht die TPE3 einen MEI-Wert ≥ 0,70.

Der hydraulische Wirkungsgrad der TPE3 liegt über dem Referenzwert für die effizientesten Pumpen (MEI 9 0,70). Seit Januar 2015 beträgt der Mindesteffizienzindex MEI 9 0,40. Bild: Grundfos

Der hydraulische Wirkungsgrad der TPE3 liegt über dem Referenzwert für die effizientesten Pumpen (MEI 9 0,70). Seit Januar 2015 beträgt der Mindesteffizienzindex MEI 9 0,40. Bild: Grundfos

Die TPE3 wartet zudem mit einer Vielzahl intelligenter Funktionen auf. Beispielsweise sind TPE3-Pumpen mit einem integrierten Wärmemengenzähler ausgestattet, der (in Verbindung mit einem Temperatursensor im Rücklauf) die Verteilung und den Verbrauch der Wärmeenergie überwacht. Dazu erfasst die Pumpe mit Hilfe des integrierten Sensors den Energieverbrauch auf Basis des Nennförderstroms. Vorteilhaft sind Wärmemengenzähler beim Einsatz von Erdwärmepumpen, Solarthermie-Anwendungen, aber auch bei herkömmlichen Heizungs- und Klimaanlagen.

Das ist nicht nur ‚nice to have‘, der Gesetzgeber fordert einen Wärmemengenzähler: Ist der Heizkessel mit dem Warmwasserbereiter verbunden, verlangt die Heizkostenverordnung seit 2009 eine genaue Messung des Energieanteils für die Warmwasserbereitung mit Hilfe eines Wärmezählers. Seit 2014 ist eine Heizkostenberechnung ohne exakte Wärmemengenmessung nicht rechtskonform und kann vom Mieter angefochten werden.

Pumpe passt sich selbst der Umgebung an

Der Planer kann die Art der Regelung unter mehreren Varianten auswählen. Zwei Regelungsarten sind besonders hervorzuheben: AutoAdapt und FlowAdapt. Was steckt dahinter?

AutoAdapt-Funktion: Anders als bei einer herkömmlichen elektronischen Regelung überprüft die TPE3 regelmäßig die Anlagenverhältnisse und passt die Proportionaldruck-Kennlinie selbsttätig an. So läuft die Pumpe immer auf der optimalen Kennlinie und verbraucht nie mehr Energie als wirklich nötig. Bei Inbetriebnahme muss der Installateur lediglich die Spannungsversorgung anschließen, die optimale Einstellung übernimmt die Pumpe selbst. Auch wenn die Anlagenverhältnisse nicht genau bekannt sind (etwa beim Austausch einer Bestandspumpe), passt die AutoAdapt-Funktion den Sollwert der Pumpe selbsttätig an.

FlowAdapt-Funktion: Es ist dies eine kombinierte Funktion aus AutoAdapt und FlowLimit. Mit FlowLimit lässt sich ein Maximalwert für den Förderstrom vorgeben. Die Pumpe überwacht kontinuierlich den Förderstrom und verhindert das Überschreiten des Maximalwerts. Ein separates Pumpen-Drosselventil ist damit entbehrlich, zudem spart die Überwachung Energie ein.

Zum Datenaustausch stehen zwei Digitaleingänge, zwei Ausgangsrelais und zwei analoge Eingänge für den Anschluss eines externen Sensors oder zur Sollwerteinstellung zur Verfügung. Für den Anschluss an Systeme der Gebäudeautomation sorgen verschiedene CIM-Einsteckmodule, die sich direkt in den Klemmenkasten des MGE-Motors der 3. Generation einstecken lassen.

Praxis-Beispiele aus dem Planer-Alltag

Einrohrheizungen

Einrohrheizungsanlagen werden in der Regel mit konstantem Volumenstrom betrieben. Das führt in Schwachlastzeiten zu hohen Rücklauftemperaturen. Eine TPE3-Pumpe, die auf Differenztemperaturregelung eingestellt ist, schafft Abhilfe und sorgt dafür, dass die bei der Auslegung festgelegte Spreizung DT eingehalten wird. Die Vorteile für den Betreiber:

  • höhere Anlageneffizienz durch Einhalten der vorgegebenen Spreizung DT
  • bei Fernwärmeheizungen keine Strafzahlungen wegen zu hoher Rücklauftemperaturen
  • keine zusätzlichen Temperaturregelventile erforderlich
  • schnelle und einfache Inbetriebnahme
  • Auslesen und Abspeichern der Temperaturen über Grundfos Go (siehe weiter unten)
  • Wärmemengenerfassung inklusive geringe Betriebskosten für die Pumpe.

Wärmerückgewinnungsanlagen

Wärmerückgewinnungsanlagen sollen erst anlaufen, wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Außenluft und der Rückluft 2 bis 3 °C beträgt. An die Pumpen können zwei Temperaturfühler angeschlossen werden. Dann passt die Pumpe den in der Anlage umgewälzten Volumenstrom auf Basis der Temperaturdifferenz an den tatsächlichen Bedarf an.

Trinkwarmwasserzirkulation

Bei der Trinkwarmwasserzirkulation sollte das Warmwasser beim Öffnen der Entnahmestelle sofort zur Verfügung stehen. Um dies zu gewährleisten, werden auch heute noch Pumpen mit konstanter Drehzahl eingesetzt, die 24 h am Tag laufen – mit dem Ergebnis, dass viel Energie verschwendet wird. Ist eine TPE3 installiert und auf Temperaturregelung eingestellt, sorgt die Pumpe für das Einhalten der gewünschten Wassertemperatur mithilfe des integrierten Temperaturfühlers. Die Vorteile für den Betreiber:

  • stets die gewünschte Temperatur an jeder Entnahmestelle
  • Auslesen und Abspeichern der Temperaturen über Grundfos Go
  • Einsparen von Drosselventilen
  • einfachere Anlagengestaltung durch in der Pumpe integrierte Temperaturregelung
  • geringere Betriebskosten für die Pumpe.

Stillstandsheizung

Auch wenn es sich bei der TPE3 um einen Trockenläufer handelt, ist der Motor über die Welle mit der Pumpe verbunden – und so auch eventuell mit kaltem Wasser. In feuchter Umgebung könnte dies zu Kondenswasser im Motor führen. Dies ist kein Problem, wenn die TPE3 in Betrieb ist, da der Motor dann Wärme erzeugt. Dadurch steigt die Motortemperatur über den Taupunkt. Im Standby-Modus sieht das allerdings ganz anders aus. Deshalb verfügt die TPE3 über eine Funktion namens ‚Stillstandsheizung‘, die dem Motor Wechselspannung liefert, wenn er nicht läuft. Diese Spannung reicht nicht aus, um die Pumpe zu starten – doch sie ist groß genug, um den Motor auf eine Temperatur zu erwärmen, die über dem Taupunkt liegt. Es ist dies eine einfache Methode, den Motor zu schützen; zusätzliche Hardware-Kosten entfallen.

Einfaches Handling für den Installateur

Die Pumpen sind zudem mit einer Vielzahl intelligenter Kommunikationsfunktionen ausgestattet, die eine effektive Anlagenüberwachung und Pumpenregelung sicherstellen. Die TPE3 verfügt über eine GeniBus-Kommunikation via Funk (GeniAir), Verkabelungen (z. B. für ein Doppelpumpensystem) sind überflüssig. Der integrierte Verbindungsassistent stellt eine Verbindung zur gekoppelten Pumpe her. Beide Pumpen werden entweder im Kaskadenbetrieb, Wechselbetrieb oder im Arbeits-/Standby-Modus gemeinsam gesteuert. Eine traditionelle GeniBus-Kommunikation via Kabel ist aber auch weiterhin möglich.

Mit der App ‚Grundfos Go‘ hat der Installateur eine Fülle von Möglichkeiten, den MGE-Motor der 3. Generation zu parametrieren oder auszulesen. Die kompletten Einstellungen können als pdf-Dokument abgespeichert und per Mail versendet werden. Im pdf des Inbetriebnahme-Protokolls können zusätzlich Bilder der Smartphone-Kamera und die Unterschrift des Endkunden mit eingebunden werden.

Auch können die Einstellungen der Pumpe abspeichert oder vorherige Konfigurationszeitpunkte wiederhergestellt werden. Zudem besteht die Möglichkeit, eine Pumpenkonfiguration per Knopfdruck auf eine Vielzahl von Pumpen zu übertragen – das gibt Sicherheit, spart Zeit und vermeidet Übertragungsfehler.

Nicht nur elektronisch beansprucht die TPE3 den Benchmark – auch ganz praktisch haben die Entwickler mitgedacht: Die Kataphorese-Oberflächenbehandlung und die Zinkphosphatbeschichtung bieten einen sehr guten Korrosionsschutz, die Beschichtungen unterstützen zudem die hydraulische Effizienz. Um die Arbeit des Installateurs zu erleichtern, sitzt die Anschlussdose auf der Vorderseite, ein Einzelschrauben-Klemmring dient zur Ausrichtung des Pumpenkopfes. Das Display ist intuitiv zu bedienen, die Anzeige mit dem Zustands-Indikator‚ Grundfos Eye‘ signalisiert den Pumpenstatus (Betrieb, Betriebsbereitschaft, Warnung, Alarm). Als Zubehör für Heizungs- und Kälteanwendungen offeriert Grundfos Wärmedämmschalen.

Fazit

Bei der TPE3 handelt es sich um eine Inline-Pumpe mit höchster energetischer und hydraulischer Effizienz. Sie glänzt zudem mit einer Vielzahl intelligenter Funktionen und ist ausgesprochen kommunikativ – das erleichtert die Arbeit des TGA-Planers.

Von Wolfgang Richter

Wolfgang Richter, Direktor Projektgeschäft Gebäudetechnik D-A, Grundfos GmbH, Erkrath.

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