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Heizenergieeinsparungen und Komfortverbesserungen Dezentrales Pumpensystem für Neubau und Sanierung

Mit mehreren Miniaturpumpen an den Heizflächen bzw. Heizkreisen stellt das Dezentrale Pumpensystem „Wilo-Geniax“ des Dortmunder Pumpenherstellers WILO SE eine interessante Alternative zum klassischen Systemaufbau mit Thermostatventilen dar. Die herkömmliche „Angebotsheizung“ mit zentraler Heizungspumpe wird so durch eine „Bedarfsheizung“ abgelöst – gepumpt wird nur, wenn Wärme benötigt wird. Eine zentrale Steuerungsintelligenz hält das Heizungssystem jederzeit im hydraulischen Optimum und macht es insgesamt präziser, schneller und energieeffizienter.

Bild 1: „Wilo-Geniax“ stellt im Bereich der Heizungstechnik eine technische Revolution dar. Die herkömmliche „Angebotsheizung“ mit einer zentralen Heizungspumpe wird durch eine „Bedarfsheizung“ abgelöst. Gepumpt wird nur, wenn Wärme benötigt wird.

 

„Wilo-Geniax“ ist ein Gesamtkonzept für die Hydraulik der Wärmeverteilung bei Warmwasserheizungen. Eine zentrale Steuereinheit mit modernster Computertechnik erkennt den Wärmebedarf der einzelnen Räume und versorgt die Heizkörper individuell mithilfe von Miniaturpumpen, die nicht größer als herkömmliche Thermostatventile sind. So bleibt das gesamte Heizungssystem jederzeit in einem energieeffizienten und komfortablen Optimalzustand (Bild 1).
Zentraler Vorteil ist – neben Hydraulik- und Komfortverbesserungen – vor allem eine erhebliche Senkung des Heizenergiebedarfs. Durch eine bedarfsorientierte Vorlauftemperatur des Wärmeerzeugers, die automatische Durchführung des hydraulischen Abgleichs, eine Reduzierung der Heizdauer und Vermeidung von Temperaturschwankungen sowie den Entfall von Drosselverlusten erreicht das Dezentrale Pumpensystem im Durchschnitt rund 20% Heizenergieeinsparung gegenüber konventionellen Systemen mit Thermostatventilen. Einsatzbereiche sind Neubauten und auch die Nachrüstung von Altbauten, das System kann sowohl in Ein- und Mehrfamilienhäusern als auch in Nutzimmobilien wie Bürogebäuden eingebaut werden.
Die neu entwickelten Miniaturpumpen zeichnen sich durch die von Hocheffizienzpumpen bekannte, stromsparende EC-Motorentechnologie sowie durch geringe Baugröße und hohe Robustheit aus (Bild 2). Die im Rücklauf installierten Pumpen versorgen die Radiatoren bzw. Flächenheizkreise mit den notwendigen Massenströmen. Eine in der Nähe der Pumpen installierte Pumpenelektronik steuert diese über eine Kabelverbindung und ermöglicht den Anschluss externer Temperaturfühler und Fensterkontakte. Die Temperatursteuerung erfolgt für jeden Raum über Raumbediengeräte und ein intuitives, leicht erlernbares Bedienkonzept.


Bild 2: Ein ganz wichtiger Technologiesprung auf dem Weg zu „Wilo-Geniax“ war die Entwicklung sehr kleiner, aber dennoch leistungsfähiger und vor allem auch zuverlässiger Miniaturpumpen, die nicht größer als ein herkömmliches Thermostatventil sind.

Zentrale Intelligenz für die Heizung

Die Pumpenelektroniken und die Raumbediengeräte stehen über einen Wilo-CAN-Bus in Verbindung mit einem zentralen „Geniax“-Server. Er ist die „zentrale Intelligenz“ im Heizungssystem und verfügt über eine 0- bis 10-V-Schnittstelle zum Wärmeerzeuger. Der Server steuert die Anzeigen der Raumbediengeräte, überwacht alle angeschlossenen Komponenten und sammelt Daten zu Diagnosezwecken. Er übernimmt, in Abstimmung auf den Wärmebedarf in den einzelnen Räumen und die Vorgaben aus den Raumbediengeräten, das Management aller Komponenten im Gesamtsystem Heizung. Durch die Regelsignale des Servers an die Pumpenelektronik werden Pumpendrehzahl und Massenstrom in Abhängigkeit von Ist- und Soll-Raumtemperatur bedarfsgerecht geregelt (Bild 3). Die Regelung der Raumtemperatur erfolgt ohne bleibende Regelabweichung mit einer Genauigkeit von ± 0,5 K (Bild 4).


Bild 3: Das Schaubild zeigt den hydraulischen Teil der Heizungsanlage und den Informationskreislauf zwischen den Komponenten des „Geniax“-Systems.


Bild 4: Mit dem Dezentralen Pumpensystem wird im Zusammenspiel zwischen Raumbediengerät und Server eine hohe Regelgüte, das heißt relativ kurze Ausregelzeiten, sowie eine hohe Regelstabilität und -genauigkeit erreicht. Die Minimierung von Regelabweichungen der Raumtemperatur erhöht den Wohnkomfort erheblich.

Erhebliche Heizenergieeinsparungen

Das Dezentrale Pumpensystem bietet aufgrund einer deutlichen Reduzierung der Wärmeverluste sowohl in der Wärmeerzeugung und -verteilung als auch in der Wärmeübergabe erhebliche Energiesparpotenziale. Es berücksichtigt beispielsweise solare Gewinne und innere Lasten und regelt entsprechend die Vorlauftemperatur. Das ergibt eine Verringerung der durchschnittlichen Systemtemperaturen und damit eine deutlich verbesserte Brennwertnutzung im Vergleich zur konventionellen Lösung mit Überströmventil (Bild 5).


Bild 5: Das Energiesparpotenzial des neuen Systems beruht unter anderem auf einer bedarfsgeführten Vorlauftemperaturregelung, durch die sich eine Verringerung der durchschnittlichen Systemtemperaturen und damit eine Reduktion der Verteilverluste erzielen lässt. Bei Brennwerttechnik verbessert sich darüber hinaus der Nutzungsgrad im Vergleich zur konventionellen Lösung mit Überströmventil (Bilddarstellung für ein ausgewähltes Beispiel).

Im Rahmen von Feldversuchen und Simulationen konnte die TU Dresden für den Heizenergieverbrauch je nach Gebäudeart und Gebäudealter verschiedene Einsparpotenziale ermitteln:

  • Einfamilienhaus Neubau: 22%
  • Einfamilienhaus Altbau: 20%
  • Mehrfamilienhaus Altbau: 17%
  • Bürogebäude Neubau: 24%

Die Unterschiede resultieren dabei nach Aussage der Wissenschaftler unter anderem aus den unterschiedlichen thermischen Eigenschaften der Gebäude und ihrer Nutzung sowie den spezifischen Möglichkeiten einer Vorlauftemperaturabsenkung. Im Durchschnitt erreicht das Dezentrale Pumpensystem nach den Erkenntnissen der TU Dresden rund 20 % Heizenergieeinsparung (Bild 6).


Bild 6: Die TU Dresden konnte für den Heizenergieverbrauch je nach Gebäudeart und Gebäudealter Einsparpotenziale zwischen 17% (Mehrfamilienhaus Altbau) und 24% (Bürogebäude Neubau) im Vergleich zum konventionellen Heizungssystem ermitteln. Im Durchschnitt erreicht das Dezentrale Pumpensystem rund 20% Energieeinsparung.

Automatischer hydraulischer Abgleich

Ein weiterer entscheidender Vorteil des Dezentralen Pumpensystems ist, dass bereits im Rahmen der Projektierung der Heizungsanlage ein automatischer hydraulischer Abgleich erfolgt. Wie im konventionellen System wird auch hier aufgrund der Wärmebedarfsberechnung der Massenstrom für die Heizflächen und der Druckverlust bestimmt. Auf dieser Basis werden die Drehzahlen in der Projektierung so aufeinander abgestimmt, dass stets ein hydraulisch ideales System realisiert wird. Diese Vorgaben werden dann vom System automatisch umgesetzt, die Heizflächen präzise mit der benötigten Wassermenge versorgt. Energieverluste durch hydraulische Mängel können so wirksam verhindert werden. Mit der automatischen Realisierung des hydraulischen Abgleichs wird die Anforderung der VOB Teil C erfüllt.

Programmierung von Zeitprofilen

Mit den Raumbediengeräten kann der Nutzer die Temperatur für jedes Zimmer sowie Tages- und Wochenprofile individuell programmieren. Hierdurch lassen sich beispielsweise berufsbedingte Abwesenheiten und unterschiedliche Raumnutzungen im Tagesverlauf berücksichtigen. Indem direkt auf die Vorlauftemperatur des Wärmeerzeugers Einfluss genommen werden kann, erreicht das Dezentrale Pumpensystem dabei die gewünschte Raumtemperatur schneller als das klassische witterungsgeführte System.
Zur Absenkung auf eine definierte Raumtemperatur erfolgt eine verzögerungsfreie Reduzierung der Wärmeabgabe in den Raum. Beim konventionellen Heizsystem geschieht dies indirekt durch Absenkung der Vorlauftemperatur, was jedoch durch automatisches Öffnen der Thermostatventile wieder teilweise kompensiert wird. „Wilo-Geniax“ hält die gewünschte Raumtemperatur bis zum Ende der Absenkzeit. Eine Ansteuerung durch den Server ermöglicht das Abschalten des Wärmeerzeugers, so lange die Räume auskühlen (Bild 7).


Bild 7: Die energiesparende Nacht- bzw. Tagabsenkung auf eine gewünschte Temperatur lässt sich mit dem Dezentralen Pumpensystem viel präziser erreichen und konstanter halten als mit Thermostatventilen.

Fazit und Ausblick

Als innovative Lösung für mehr Energie-effizienz und Komfort im Heizungsbereich ist das Dezentrale Pumpensystem „Wilo-Geniax“ im Frühjahr 2009 erfolgreich in den Markt gestartet. Es eröffnet der Pumpentechnologie neue, vielversprechende Einsatzbereiche. Nicht zuletzt aufgrund der kurzen Amortisationszeiten auch im Vergleich zu anderen Energiesparmaßnahmen ist es für Eigentümer bzw. Betreiber von Wohn- und Nutzimmobilien eine interessante Alternative zum konventionellen Systemaufbau.

Autor:
Dr. Thorsten Kettner, Manager Systems im Research and Technology Center der WILO SE, Dortmund, ist als Projektleiter für die Entwicklung und Markteinführung von „Wilo-Geniax“ verantwortlich.

 


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