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Bis ins kleinste Detail auf Effizienz getrimmt

20.08.2014

Fortschrittliche Motorkonstruktion, optimierte Hydraulik und intelligente Regelung – die neuesten Umwälzpumpen erreichen bisher nicht gekannte Wirkungsgrade. Darüber hinaus überraschen Funktionsumfang und 
innovative Bedienkonzepte wie etwa bei der Magna3 von Grundfos. 

Die europäische Richtlinie für Energie verbrauchende bzw. energiebezogene Produkte (EuP/ErP) greift seit 2013 auch für Umwälzpumpen. Für die neuesten Nassläufermodelle ist der vorgeschriebene Energie-Effizienz-Index (EEI) von maximal 0,27 (bzw. 0,23 ab 2015) aber schon längst kein Thema mehr. Grundfos beispielsweise bleibt mit seinen Baureihen Alpha2 und Magna3 locker unter dem von der EU als Benchmark gesetzten „Best-in-class“-Wert von 0,20. 

Verlustarme Motorkonstruktion

Wie solche Wirkungsgrade zu erzielen sind, lässt sich am Beispiel der Baureihe Magna3 zeigen, die im Jänner 2013 auf den Markt gebracht und Anfang dieses Jahres mit kleineren Modellen abgerundet wurde. Herzstück ist ein hocheffizienter Permanentmagnetmotor. Die Permanentmagnettechnik benötigt im Unterschied zu konventionellen Asynchronmotoren keine Energie für die Magnetisierung des Rotors und hat dadurch einen um rund 30 Prozent höheren Wirkungsgrad. Um den Energieaufwand für den Antrieb des Motors noch mehr zu minimieren, verwendet Grundfos ein Spaltrohr aus Kompositwerkstoff und einen Rotor aus Neodym, einem Seltene-Erden-Metall mit besonders günstigen magnetischen Eigenschaften.

Alle Bauteile sind dahingehend optimiert, dass hydraulische und elektrische Verluste auf ein absolutes Minimum reduziert werden. Solche Verluste entstehen typischerweise in den Statorwicklungen, durch Wirbelströme in Stator- und Rotorlamellen, durch Stromfluss in Rotorstangen und Abschlussringen sowie durch Reibung in den Lagern. Die Hydraulik der Pumpe wurde mit Prüfstandsversuchen und anspruchsvollen 3-D-Simulationen weiterentwickelt, um die Bewegung des Rotors noch effizienter in Strömung umzusetzen. Auch eine Kataphoresebeschichtung, die das Gehäuse vor Korrosion schützt, trägt durch die besonders ebenmäßige Oberfläche zur Minimierung des Strömungswiderstands bei.

Intelligente Regelung

Ein wesentlicher Faktor für den hocheffizienten Betrieb ist die AutoAdapt-Regelung, die über die Möglichkeiten einer einfachen Drehzahlregelung weit hinausgeht. Bei einer herkömmlichen Drehzahlregelung hat lediglich eine einzelne Ausgangsgröße Einfluss auf die Leistung der Pumpe. Entscheidend für den optimalen Betrieb ist jedoch der richtige Betriebspunkt der Pumpe, der von der Anlagenkennlinie abhängig ist und unter Berücksichtigung von Vor- und Rücklauftemperaturen aus den Verlustbeiwerten von Rohrleitungen, Einbauten wie Heizungs- oder Strangregulierventilen sowie Kesseln und Heizkörpern ermittelt wird. Da diese Werte in der Praxis meist nicht alle zur Verfügung stehen, laufen viele Umwälzpumpen nicht auf der optimalen Regelkennlinie. 

Die Magna3 hingegen ermittelt ihren optimalen Sollwert selbst. Im Regelungsmodus AutoAdapt durchläuft die Pumpe regelmäßig einen Algorithmus, währenddessen sie selbsttätig Messungen zur Bestimmung der Anlagenbedingungen durchführt und dann die für diese Bedingungen optimale Kennlinie einstellt. Das Durchlaufen des Algorithmus berücksichtigt nur längerfristige Veränderungen, während kurzfristige Bedarfsschwankungen über die Proportionaldruckregelung ausgeglichen werden. Durch selbsttätiges Einstellen der optimalen Kennlinie passt die Pumpe ihre Leistung genau an den tatsächlichen Bedarf an. Das gilt auch dann, wenn die Anlagenbedingungen (wie etwa beim Austausch von Bestandspumpen) nicht genau bekannt sind. 

Nützliche Zusatzfunktionen

Eine zusätzliche Energieeinsparung bietet die Magna3 mit der Möglichkeit, den Förderstrom der Pumpe zu begrenzen. In der Regelungsart „FlowAdapt“ arbeitet die Pumpe mit AutoAdapt-Regelung und einem maximalen Förderstrom, der sich im Einstellbereich zwischen 25 und 90 Prozent des Qmax der Pumpe einstellen lässt. In anderen Regelungsarten wie Proportional- oder Konstantdruckregelung lässt sich die Funktion separat zuschalten. Je nach Anlagenverhältnissen spart die Begrenzung des Förderstroms weitere Energie ein und kann zudem auch den Einbau von Strangregulierventilen zur Reduzierung des Förderstroms zumindest teilweise überflüssig machen. Darüber hinaus verfügt die Pumpe über weitere integrierte Funktionen, die je nach Anforderungen zusätzliche Komponenten überflüssig machen. So ist sie mit einem kombinierten Differenzdruck/Temperatur-Sensor ausgestattet und kann in Verbindung mit einem externen Temperatursensor die über den Heizkreis abgegebene Wärmemenge erfassen. Dadurch lassen sich unnötige Wärmeverluste im System überwachen, außerdem braucht man in vielen Fällen keine zusätzliche Wärmemengenerfassung mehr, etwa für die interne Kostenstellenzuordnung.

Einstellung per Smartphone

Die Bedienung erfolgt nutzerfreundlich über ein hochauflösendes Farbdisplay mit hilfreichen Assistenz- und Diagnosefunktionen. Bei Inbetriebnahme werden Datum und Uhrzeit eingestellt und bleiben auch bei Spannungsausfall erhalten. So stehen für die Diagnose alle Alarm- und Fehlerereignisse, aber auch Betriebspunkte und jeweilige Betriebsbedingungen mit Zeitangabe zur Verfügung. Die Daten lassen sich nicht nur an die Gebäudeleittechnik übergeben, sondern auch direkt vor Ort über das Display der Pumpe anzeigen.
Noch mehr Möglichkeiten bietet die optionale Parametrier- und Diagnoselösung Grundfos GO. Sie ist komplett mit iPod Touch lieferbar, lässt sich aber auch als App mit Hardware-Dongle auf dem eigenen iPhone oder Android-Smartphone nutzen, sodass alle Betriebsdaten, Einstellungen und Meldungen in Echtzeit zur Verfügung stehen. Meldungen werden als Klartext ausgegeben, und per berührungssensitivem Display kann man Sollwerte direkt durch Verschieben auf der Kennlinie einstellen. Bei Anlagen mit mehreren Pumpen lassen sich Einstellungen durch „Klonen“ übertragen oder gruppenweise vornehmen. Der Funktionsumfang reicht bis zur Ausgabe von Installationsberichten als PDF-Dokument mit eigenen Textkommentaren und Handyfotos. 

Breites Einsatzspektrum

Aufgrund der thermischen Entkopplung von Pumpengehäuse und Regelungseinheit eignet sich die Magna3 für Temperaturen zwischen –10 °C und +110 °C, also auch für Wärmepumpenanlagen sowie Klima- und Kältetechnik. Mit 45 Typen und mehr als 200 Modellen ist sie die am weitesten gefächerte Nassläuferbaureihe am Markt. Sie deckt Nennweiten von DN 25 bis DN 100 und Nennförderhöhen bis 18 m ab. Die Doppelpumpenausführungen können sowohl im Wechsel- und Reservebetrieb als auch parallel im Spitzenlastbetrieb gefahren werden und erreichen dadurch Förderleistungen, für die bisher deutlich teurere Trockenläuferpumpen erforderlich waren. 

Autor/in:
Redaktion Gebäudeinstallation
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