Studie zum Pumpentausch: Das bringt der Tausch einer ineffizienten Umwälzpumpe!

EIn aktuelles Kurzgutachten zum Pumpentausch, das Prof. Dr.-Ing. Clemens Felsmann von der Technischen Universität Dresden im Auftrag der Wilo SE verfasste, weist darauf hin, dass das energetische Sanieren und Optimieren des Gebäudebestandes zwar eine “sehr herausfordernde aber unerlässliche Aufgabe” sei, um die Klimaschutzziele zu erreichen – und dass es dabei auch auf vermeintlich kleinere Maßnahmen, die auf das einzelne Gebäude bezogen bagatellisiert und marginalisiert würden, ankomme. Denn wenn diese über den Gebäudebestand aggregiert würden, nähmen sie eine relevante und nicht mehr zu vernachlässigende Dimension ein. Eine solcher Maßnahmen sei demnach der Austausch ineffizienter Heizungsumwälzpumpen gegen effizientere Modelle.

Pumpentausch kompensiert Strombedarf von 1,4 Millionen Wärmepumpen

In seinem Kurzgutachten widmete Prof. Dr.-Ing. Clemens Felsmann den energetischen Einsparpotenzialen eines Pumpenaustausches in Heizungsanlagen. Er kommt darin zu dem Schluss,

• dass sich mit der beim Pumpentausch eingesparten Energie etwa 1,4 Millionen Wärmepumpen betreiben ließen.
• Zudem würden die Stromnetze mit 10 Terawattstunden (TWh) entlastet.

Somit trüge der Pumpentausch einen wichtigen Beitrag zur Dekarbonisierung des Gebäudesektors bei und würde damit weiterhin einen wertvollen Beitrag zum Erreichen des 65-Prozent-Erneuerbare-Energien-Ziels leisten.

Technischer Hintergund der Maßnahme Pumpentausch

Heizungsumwälzpumpen würden dem Kurzgutachten zufolge den Großteil des Jahres laufen, da sie mitunter nicht nur zur Raumheizung, sondern auch zum
Trinkwassererwärmen oder sonstigen Wärmeversorgungsaufgaben im Einsatz wären. Laufzeiten der elektrisch angetriebenen Heizungsumwälzpumpen von 5.000 Stunden (h) im Jahr und mehr seien demnach die Regel. Oft würden Umwälzpumpen sogar ganzjährig laufen – sommers wie winters. Dies sei Prof. Dr.-Ing. Clemens Felsmann zufolge zwar völlig unnötig, werde aber kaum hinterfragt, solange die Heizungsanlage „gut“ funktioniere.

Teil des Problems sei, dass sich die aus dem Betrieb der Umwälzpumpen ergebenden Stromverbräuche und Stromkosten nicht ohne weiteres beziffern und ausweisen ließen. Denn sie würden unter die allgemeinen Aufwendungen der
Gebäudebewirtschaftung fallen.

In Zentralheizungsanlagen von Mehrfamilienhäusern würden die Kosten für den Betriebsstrom über die Heizkostenabrechnung auf die Mieter umgelegt – das Interesse der Eigentümer:innen, Vermieter:innen und Betreiber:innen an der energetischen Optimierung ihrer Heizung sei daher sehr gering. Nur so lasse sich laut Prof. Felsmann erklären, warum die ineffizienten Altpumpen im Bestand nicht ohne weiteres Zutun mit hocheffizienten Umwälzpumpen ausgetauscht würden,

• obwohl sich diese Maßnahme wirtschaftlich rechne
• und sich innerhalb weniger Jahre amortisiere.

Prof. Felsmann fordert in seinem Kurzgutachten, dass der Betrieb der Heizungsumwälzpumpe und der Wärmeerzeuger aufeinander abgestimmt und auch der Wärmebedarf in den Blick genommen werden müsse.

Dies gelte laut Prof. Felsmann ausnahmslos für alle Arten der Wärmebereitstellung im Gebäude: Wärmepumpenheizungen, Fernwärmeheizungen, hybride Heizsysteme (Gas plus Solar, Öl plus Solar, Holz plus Solar) und andere. Außerdem seien die Heizungsumwälzpumpen Teil des hydraulischen Abgleichs in Heizungsanlagen und sollten auch daher niemals nur für sich allein optimiert werden.

Alte Umwälzpumpen in Bestandsanlagen böten ohnehin wenig Möglichkeiten der Optimierung, erklärt Prof. Felsmann in seinem 5-seitigen Gutachten (PDF-Datei) weiter: Selbst die Möglichkeit verschiedene Drehzahlstufen (minimal/ mittel/maximal) fest einzustellen, werde ihm zufolge nicht genutzt. Er schreibt weiter, dass Umwälzpumpen vielmehr aus Mangel an

• Sachkenntnis
• und Zeit für eine vertiefte Analyse der Heizungsanlage

„auf Nummer sicher“, sprich auf maximaler Drehzahlstufe, betrieben würden.

Welche Pumpen eignen sich zum Tausch?

Extern verbaute Umwälzpumpen seien dem Kurzgutachten zufolge besonders für einen Austausch prädestiniert: Denn diese seien

1. nicht Bestandteil eines Wärme- oder Kälteerzeugers und damit leicht zugänglich und
2. regelungstechnisch separat angebunden.

Aufwendige bauliche Eingriffe in andere Komponenten seien somit unnötig. Der Austausch der Umwälzpumpe müsse laut Prof. Felsmann auch nicht groß vorbereitet werden und sei relativ schnell erledigt. Pumpenhersteller:innen böten den Installateur:innen über Pumpenaustauschtabellen und –listen (sogenannte Austauschspiegel)  eine einfach handhabbare Unterstützung bei der Suche nach einer passenden neuen Umwälzpumpe.

Pumpentausch: Von wie vielen Umwälzpumpen sprechen wir?

In Deutschland seien Prof. Felsmanns Gutachten zufolge knapp 11 Millionen Umwälzpumpen in Bestands-Heizungsanlagen extern verbaut. Dabei handele es sich  um Altpumpen, die dem heutigen Stand der Technik und den Energieeffizienzanforderungen nicht mehr entsprechen würden. Bei dieser Zahl beruft sich Prof. Felsmann auf verschiedene Marktanalysen, die unabhängig voneinander zu diesem Ergebnis gekommen seien.

Die Zahl beziehe sich allerdings nur auf die etwa 17 Millionen Wohngebäude mit einer Zentralheizung. Prof. Felsmann gibt daher zu bedenken, dass in 2 Millionen zentral beheizten Nichtwohngebäuden noch einmal 10 Millionen dieser extern verbauten Altpumpen in Betrieb seien – das seien zusammen fast genauso viele wie in Wohngebäuden.

Wie viel Strom verbrauchen die extern verbauten Umwälzpumpen aktuell?

Den Stromverbrauch der extern verbauten Umwälzpumpen im Bestand für Wohn- und Nichtwohngebäude schätzt Prof. Felsmann in seinem Kurzgutachten auf jeweils 8 TWh/a. Das seien in Summe für alle relevanten Heizungsanlagen in Wohn- und Nichtwohngebäuden 16 TWh/a.

Die ungeheure Dimension dieses Energieverbrauches der Umwälzpumpen werde deutlich, so schreibt Prof. Felsmann, wenn man bedenke, dass dies dem gesamten Stromverbrauch für Raumheizung in Wohn- und Nichtwohngebäuden in Deutschland gleichkomme. Umwälzpumpen seien demnach der größte Stromverbraucher in der Haustechnik!

Was bringt der Pumpentausch an Energieersparnis?

Würden nichteffiziente Altpumpen mit hocheffizienten Umwälzpumpen ersetzt, ließen sich nach konventionellen Schätzungen 60 bis 70 Prozent des elektrischen Energieverbrauchs der Umwälzpumpen vermeiden. Das ergäbe im Mittel eine Ersparnis von

65 Prozent von 8 TWh/a = 5,2 TWh/a

sowohl für Wohn- als auch Nichtwohngebäude, in der Summe also mehr als 10 TWh/a.

Das Effizienzpotenzial zum Vermeiden von Energieverbräuchen für die extern
verbauten Umwälzpumpen werde geschmälert, wenn der Austausch der Pumpen
nicht flächendeckend, sondern nur in einem Teil der Gebäude forciert werde, erklärt Prof. Felsmann.

Auch wenn kein flächendeckender Austausch der externen Altpumpen erfolgen
soll und zunächst nur ein Teil der Gebäude favorisiert werde, ändere sich an der
energiewirtschaftlichen Relevanz der Maßnahme relativ wenig, denn als
Bezugsgröße tauge immer auch der Energieverbrauch des Einzelgebäudes. Das Vernachlässigen kleinteiliger Maßnahmen wäre eine fatale Fehleinschätzung der
aggregierten Wirkung der Millionen Kleinverbraucher:innen, heißt es im Kurzgutachten weiter.

Der Pumpenaustausch entlaste die Stromnetze von einer relevanten Grundlast,
da Umwälzpumpen lange und durchgängige Laufzeiten hätten. Damit würde die Maßnahme Pumpentausch indirekt die Dekarbonisierungsbemühungen im Stromsektor stützen. Im Fall einer gebäude- oder verbrauchernahen Stromerzeugung (Photovoltaik, Steckersolargeräte, Balkonkraftwerke) sollten ineffiziente Heizungsumwälzpumpen nicht als billige Gelegenheit für die Eigenverbrauchsoptimierung genutzt werden. Energieverbrauchsminimierung gehe immer vor beziehungsweise gelte: „Efficiency first“!

Beispiel: So rechnet sich der Pumpentausch!

Die energiewirtschaftliche Relevanz des Pumpenaustausches rechnet das Kurzgutachten an einem konkreten Beispielgebäude vor. Dazu legt Prof. Felsmann ein Einfamilienhaus als Referenzgebäude mit folgenden Kennzahlen fest: Die beheizte Nutzfläche betrage demnach 140 Quadratmter (m²). Der Wärmebedarf (flächenbezogen) betrage 150 Kilowattstundn (kWh/m²a). Das entspreche einer leicht unterdurchschnittlichen Gebäudequalität. Der Wärmebedarf absolut belaufe sich auf 21.000 kWh/a.

Soll dieses Beispielgebäude zukünftig mit einer Wärmepumpe anstelle eines
Gaskessels beheizt werden, dann ist bei einer Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe
von JAZ=3 ein Stromverbrauch für das einzelne Gebäude von 7.000 kWh/a
erforderlich. Dies seien = 7·10^-6 TWh/a. Umgekehrt ließe sich schlussfolgern, dass
mit 1 TWh/a elektrischer Energie rein bilanziell die Wärmepumpen von 1 TWh/a/7 x 10^-6 TWh/a x Gebäude x 143.000 Gebäuden versorgt werden könnten.

Das heiße: Würden theoretisch alle 11 Millionen externen Heizungsumwälzpumpen im Bestand mit hocheffizienten neuen Pumpen ausgetauscht, ließen sich mit dem eingesparten Strom etwa 1,4 Millionen Wärmepumpen betreiben.

Selbst wenn nur ein Bruchteil des Austausches erfolge, beispielsweise in allen Wohngebäuden mit mehr als sechs Wohneinheiten, entspräche der mit dem Austausch reduzierte Stromverbrauch immerhin noch dem elektrischen
Energiebedarf von etwa 50.000 Wärmepumpen.

Fazit: Der Pumpentausch lohnt sich!

Im Fazit seines Kurzgutachtens schreibt Prof. Felsmann, dass sich der Pumpentausch sowohl für das einzelne Gebäude als auch für den gesamten Gebäudebestand lohne. Er sei demach wirtschaftlich, besitze geringe Amortisationszeiten und habe positive energiewirtschaftliche Effekte.

Prof. Felsmann bedauert, dass der Pumpentausch (noch) nicht die notwendige und ihm gebührende Beachtung bekäme.  Er fordert daher eine regulative Forcierung des Pumpentauschs.

Es sei ihm zufolge inkonsequent, wenn mit der Transformation der Wärmeversorgung weitere Stromverbraucher:innen in den Markt gebracht würden, die vorhandenen Effizienzpotenziale aber bagatellisiert würden.

Das Bilden eines stärkeren Bewusstseins über die Bedeutung der Umwälzpumpen sei unbedingt erforderlich: Denn

• ohne Umwälzpumpen seien hydraulische Systeme nicht funktionsfähig.
• Umwälzpumpen besäßen eine lange Betriebsdauer und erforderten eine
  dauerhafte Energieversorgung.
• das Vernachlässigen der Umwälzpumpen führe zum Vernachlässigen der
  gesamten Heizungshydraulik inklusive des hydraulischem Abgleichs. Aber: Ohne eine auf die Wärmeerzeugung und Wärmebedarfe abgestimmte Hydraulik sei der effiziente Betrieb der gesamten Heizungsanlage nicht zu gewährleisten, da es physikalisch bedingt einen Zusammenhang zwischen thermischen und hydraulischen Eigenschaften gebe. Solarthermie, Wärmepumpen, Wärmenetze würden von einer ineffizienten Anlagenhydraulik getrieben Effizienzeinbußen hinnehmen müssen.
• Die im Kurzgutachten im Fokus stehenden extern verbauten Bestandspumpen seien nur die berühmte Spitze des Eisbergs. Eine Vielzahl anderer Umwälzpumpen in den Gebäuden, beispielsweise in den Trinkwarmwasser-Zirkulationsleitungen oder Kaltwasserleitungen zur Gebäudekühlung würden demnach ähnliche Effizienzpotentiale bergen, die erschlossen werden müssten.

Foto: zettberlin / photocase