Wärme

Quo vadis Umwälzpumpen? Teil 4

Pumpen mit integriertem Zonenregler – weitere hydraulische Anwendungen

Freitag, 11.03.2022

Wohin entwickeln sich Heizungsumwälzpumpen? Schon seit Jahren wehrt sich die Pumpenindustrie dagegen, die Heizungsumwälzpumpe als „Commodity-Product“ oder „Stapelware“ positioniert zu sehen. Aber eigentlich hat sie nur eine Aufgabe: Wasser in einer Heizungsanlage zuverlässig und so effizient wie möglich umzuwälzen, damit alle Verbraucher in bedarfsabhängiger Menge mit Wärme versorgt werden. Die Artikelreihe „Quo vadis Umwälzpumpen?“ wird in vier Beiträgen intensiv auf diese Frage eingehen und dabei unterschiedlichste technische Entwicklungspfade und hydraulische Anwendungen darstellen.

Quelle: meric Deroubaix/Unsplash

Nachdem im ersten Teil des Fachbeitrags auf die integrierten Umwälzpumpen eingegangen wurde und im zweiten Teil die externen bzw. Standalone-Umwälzpumpen im Fokus standen, wird in den Teilen 3 und 4 der Artikelreihe das Innovations-Thema „Umwälzpumpe mit gewissen Extras“ ausführlich beschrieben. Im Folgenden also weitere hydraulische Anwendungen, bei denen die Pumpe die Rolle eines „UP Control“-Zonenreglers übernimmt:

Abbildung: Frischwasserstation.
Quelle: Grundfos
Frischwasserstation1.

Abbildung: Grundfos-„FWM“ mit „Sensor Box“.
Quelle: Grundfos
Grundfos-„FWM“ mit „Sensor Box“1.

H) Frischwasser-Modul mit „UP Control“

Zunehmend werden Frischwasser-Module zur Trinkwarmwasser-Versorgung (TWW) eingesetzt, um Legionellen im zentralen TWW-Speicher bzw. in den Verteilleitungen zu vermeiden. Sie finden Verwendung als:

▪ dezentrale TWW-Wohnungsstation zur Vermeidung von Legionellen im Verteilnetz,

▪ zentrale Frischwasserstation zur Vermeidung großer TWW-Speicher.

Das Modul besteht unter Umständen aus Heizkreispumpe, Wärmeübertrager, TWZ-Pumpe, Zonenregler, Temperatursensoren, Volumenstrom- oder Strömungssensoren, Motorventilen und anderen Armaturen und könnte sehr kompakt aufgebaut sein.

Abbildung: Wohnungsstation mit TWW-Bereitung.
Quelle: Rolf-W. Senczek
Wohnungsstation mit TWW-Bereitung.

I) Wohnungsstation mit TWW-Bereitung mit „UP Control“

In Gebäuden mit mehreren Wohnungseinheiten werden zunehmend für die Heizungsverteilung und TWW-Versorgung Wohnungsstationen eingesetzt. Gerade in Neubauten, die mit Zentralheizungskesseln, Fernwärme, Wärmepumpen oder erneuerbaren Energiesystemen versorgt werden, können sie zum Einsatz kommen und verteilen individuell geregeltes Heiz- oder Brauchwarmwasser an verschiedene Wohnungen. Da sie ähnliche Funktionen beinhalten, können sie beim Ersatz von Gas-Kombithermen helfen. Sie bieten eine hohe Integration von Pumpe, Wärmeübertrager, integriertem Zonenregler, Sensoren, Ventil und Stellantrieb.

Abbildung: Hydraulikgruppe in Gas-Kombi-Heizgeräten.
Quelle: Rolf-W. Senczek
Hydraulikgruppe in Gas-Kombi-Heizgeräten.

J) Gas-Kombi-Heizgeräte mit „UP Control“

Fast die gleichen Funktionen werden für Gas-Kombiheizer benötigt, wenn man sich auf den hydraulischen Kreislauf beschränkt. Würde man die Hydraulikeinheiten, die die Pumpenhersteller heute schon an die OEM-Kesselhersteller liefern, zusätzlich mit einem Zonenregler ausstatten, könnten sie zusammen mit der Verbrennungssteuerung die interne Kesselsteuerung erleichtern.

Abbildung: Verteiler einer Fußbodenheizung mit Minipumpen einer raumweisen Beimisch-Regelung.
Quelle: Rolf-W. Senczek
Verteiler einer Fußbodenheizung mit Minipumpen einer raumweisen Beimisch-Regelung.

K) Fußbodenheizung mit raumweiser Beimisch-Regelung

Beim derzeitig verwendeten Fußbodenheizungs-System (Stand der Technik) wird bei gleicher Vorlauftemperatur für alle Räume die jeweilige Wassermenge thermostatisch über Heizkreisventile mit Stellantrieb geregelt. Diese seit nunmehr vierzig Jahren in dieser Form gebaute Strahlungsheizung mit Drossel-Regelung ist demnach eine Angebotsheizung.

Durch ihre systembedingte schlechte Regelbarkeit, ungenaue Normen für die Berechnung und Auslegung sowie eine problematische und oft fehlende Einregulierung der Anlage, tritt bei ihr systematisch eine Überversorgung auf. Mangels geeigneter digitaler Rückkoppelung oder gar künstlicher Intelligenz erfüllt sie nicht die Anforderungen an eine „intelligente“ Bedarfsheizung.

Im Gegensatz dazu kann eine Fußbodenheizung mit raumweiser Beimisch-Regelung diese Anforderungen erfüllen. Hier wird – in Abhängigkeit der Außentemperatur – bei konstanter Kreis-Umlaufwassermenge die Vorlauftemperatur jedes Heizkreises individuell an die geforderte, adaptiv ermittelte spezifische Raumheizlast angepasst.4 Damit werden speziell auch bei der Bestandssanierung, ohne detaillierte Berechnungen und Einstellarbeiten, maximale Energieeinsparung, Komfort und Nachhaltigkeit erreicht.

Ihr grundlegendes Prinzip: Eine kompakte Beimisch-Pumpeneinheit besteht aus einer Minipumpe (sowohl in Bezug auf die geometrische Abmessung als auch auf die Leistung mit nur 1-2 W Leistungsaufnahme) und einem gesteuerten Mischventil, die eine konstante Umlaufwassermenge mit laufend angepasster, individueller Vorlauftemperatur für jeden Heizkreis (Raum) liefern. Eine adaptive Erfassung der Raumtemperatur gibt über eine der Außentemperatur angepassten Raum-Heizkennlinie die jeweilige Vorlauftemperatur als Soll-Wert vor. Es handelt sich dabei also um eine echte Kaskaden-Regelung.

Von Rolf-Werner Senczek
Pumpenexperte, ECOS (Environmental Coalition on Standards)
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Donnerstag, 01.12.2022

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