„Geniax“ stellt im Bereich der Heizungstechnik eine – so der Hersteller – echte technische Revolution dar. Es setzt auf mehrere Miniaturpumpen an den Heizflächen bzw. Heizkreisen anstelle der Temperaturregulierventile. Die herkömmliche „Angebotsheizung“ mit einer zentralen Heizungspumpe wird so durch eine „Bedarfsheizung“ abgelöst – gepumpt wird nur, wenn Wärme benötigt wird. Neu ist zudem eine zentrale Steuerungsintelligenz für das gesamte Heizungssystem. Sie hält das Heizungssystem jederzeit im hydraulischen Optimum und macht es insgesamt präziser, schneller und energieeffizienter. Einsatzbereiche sind Neubauten und auch die Nachrüstung von Altbauten, das System kann sowohl in Ein- und Mehrfamilienhäusern als auch in Nutzimmobilien wie Bürogebäuden installiert werden. Zentraler Vorteil ist – neben Hydraulik- und Komfortverbesserungen – vor allem eine erhebliche Senkung des Heizenergiebedarfs um rund 20 %.
Konsequente Fortsetzung der Innovationskette
Das Unternehmen Wilo gilt als Innovationsführer im Pumpenbereich und hat sich bereits mit einer Vielzahl wegweisender Produktentwicklungen wie dem ersten Umlaufbeschleuniger (1928), der ersten vollelektronischen Umwälzpumpe (1988) und der ersten Hocheffizienzpumpe für Heizung, Klima und Kälteanwendungen (2001) einen Namen gemacht. Letztere ermögliche bis zu 93 % Stromeinsparungen gegenüber ungeregelten Standardpumpen. Dies habe beispielsweise ein wissenschaftlich begleitetes Austauschprojekt im Maritim Airport Hotel Hannover gezeigt. Damit sei das technisch Machbare – was die Einsparpotenziale bei der Pumpe selbst angeht – weitgehend ausgereizt.
Vor diesem Hintergrund sei den Wilo-Entwicklern klar gewesen, dass der Weg zu noch mehr Energieeffizienz durch Pumpentechnologie nur über einen optimierten Systemaufbau der Heizung selbst führen kann. Dies sei vor einigen Jahren der Auslöser für die bahnbrechende Systemidee eines Dezentralen Pumpensystems gewesen. Es wurde seither mit sehr ambitioniertem Forschungsaufwand und in enger Zusammenarbeit mit wissenschaftlichen Instituten zur Marktreife gebracht.
Darüber hinaus wurde eine völlig neuartige zentrale Steuerung mit intelligenter Regelung und besonderen Softwareanforderungen entwickelt. Ein weiterer ganz wichtiger Technologiesprung sei die Entwicklung sehr kleiner, aber dennoch leistungsfähiger und vor allem auch zuverlässiger Miniaturpumpen, die nicht größer als ein herkömmliches Thermostatventil sind. Mit ihnen werde erstmalig Pumpen-Intelligenz auch direkt im Wohnbereich sichtbar. Abgerundet werde das Dezentrale Pumpensystem durch ein intuitives, leicht erlernbares Bedienkonzept.
Von der Einzelpumpe zum innovativen Gesamtsystem
Eine detaillierte technische Beschreibung des neuen Dezentralen Pumpensystems gab Dr. Thorsten Kettner, der für die Entwicklung und Markteinführung von „Geniax“ verantwortliche Projektleiter im Research and Technology Center der WILO SE. Wilo setzt bei den Miniaturpumpen auf die von den Hocheffizienzpumpen bekannte, stromsparende EC-Motorentechnologie. Dr. Kettner unterstrich, dass die Neuentwicklung von Pumpen für den Wohnbereich eine besondere Herausforderung gewesen sei, da diese sich nicht nur durch eine geringe Baugröße und hohe Robustheit, sondern auch durch eine minimale Geräuschentwicklung auszeichnen müssen.
Wie er weiterhin ausführte, werden in der Rohinstallationsphase zunächst nur die Pumpenadapter – wahlweise in den Ausführungen Durchgang, Hahnblock Durchgang oder Hahnblock Eck erhältlich – montiert. Erst bei der Fertiginstallation werden die eigentlichen Pumpen aufgesetzt – ohne dass das Heizungssystem entleert werden muss. Dritte Komponente ist eine Pumpenelektronik, die in der Nähe der Pumpen installiert wird und diese über eine Kabelverbindung steuert. Für Pumpen und Pumpenelektroniken stehen Design-Abdeckungen zur zeitgemäßen Integration in das Wohn- bzw. Büroambiente zur Verfügung.
Darüber hinaus stellte Dr. Kettner die zugehörigen Raumbediengeräte – mit unterschiedlichen Funktionsumfängen für Einfamilienhäuser, Mehrfamilienhäuser und Nutzimmobilien – vor. Der Nutzer kann hierüber nicht nur die Temperatur für jedes Zimmer individuell einstellen, sondern auch zu Energiesparzwecken verschiedene Absenkzeiten im Tages- und Wochenverlauf programmieren. Zudem ist eine Zentralbedienung vorgesehen.
„Geniax“-Server: zentrale Intelligenz im Heizungssystem
Ein weiterer entscheidender Bestandteil des Dezentralen Pumpensystems – neben den Miniaturpumpen und ihrer Pumpenelektronik – ist eine zentrale Managementeinheit mit Schnittstelle zum Wärmeerzeuger, wie Dr. Kettner betonte. Der „Geniax“-Server 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 wird die Pumpendrehzahl und damit der Massenstrom der Pumpe sowie die Heizleistung variabel und bedarfsgerecht geregelt. Darüber hinaus steuert der Server die Anzeigen der Raumbediengeräte, überwacht alle angeschlossenen Komponenten, sammelt Daten zu Diagnosezwecken und steuert den Wärmeerzeuger über die 0-10 V-Schnittstelle. Das System ist zudem offen zur Einbindung in Gebäudeautomationssysteme.
Wie Dr. Kettner hervorhob, unterscheidet sich „Geniax“ bei der hydraulischen Planung nicht von konventionellen Systemen. Auch die Elektroplanung könne entsprechend der gängigen Verlegeregeln nach dem allgemein bekannten Stand der Technik vorgenommen werden. Für die gebäudespezifische Konfiguration des „Geniax“-Systems durch den SHK-Fachhandwerksbetrieb stellt Wilo eine Projektierungssoftware zur Verfügung. Auch die Installation erfordert keine Spezialkenntnisse. Der Einbau der Pumpenadapter erfolgt – z.B. in der Rohbauphase – analog zu Thermostatventilunterteilen. Der Einbau der Pumpen kann mit Hilfe eines Serviceadapters ohne Werkzeug bei befülltem Heizungssystem vorgenommen werden. Bei der Inbetriebnahme führt das Dezentrale Pumpensystem den Installateur Schritt für Schritt, eine Programmierung vor Ort ist nicht erforderlich. Optional bietet Wilo hier aber auch seine Unterstützung an. „’Geniax’ ist kein Buch mit sieben Siegeln, sondern erfordert lediglich das bei SHK-Fachplanern und -Fachhandwerksunternehmen ohnehin vorhandene Know-how“, betonte der Wilo-Projektleiter vor diesem Hintergrund.
Unter dem Strich stehe dem SHK-Fachhandwerk mit „Geniax“ eine überzeugende Lösung für mehr Energieeffizienz und Komfort im Heizungsbereich zur Verfügung. Sie biete ein Heizenergie-Einsparpotenzial von rund 20 %. Die Mehrkosten für die „Geniax“-Installation in einem Neubau mit Fußbodenheizung – ca. 1.600 Euro für ein Einfamilienhaus mit 150 Quadratmetern Wohnfläche – rechneten sich beispielsweise innerhalb von rund sechs Jahren. Am Beispiel einer Modellrechung der Deutschen Energieagentur (dena) für verschiedene Sanierungsmaßnahmen in einem Altbau zeigte Dr. Kettner auf, dass die Amortisationszeit für die Nachrüstung des Dezentralen Pumpensystems deutlich kürzer ist als bei anderen Energiesparmaßnahmen wie Heizkesselerneuerung plus Solaranlage oder Fassadendämmung. Für diese habe die dena Amortisationszeiten von acht bzw. 15 Jahren errechnet, während sich bei einer Heizungssanierung die Mehrkosten von „Geniax“ im Vergleich zur konventionellen Ausstattung bereits nach rund fünf Jahren rechneten, so Dr. Kettner. Hinzu komme hier der erhebliche Komfortgewinn in der Raumbeheizung.
Umfassende wissenschaftliche Begleitung
Einer der wichtigsten Kooperationspartner des Dortmunder Pumpenspezialisten bei der Entwicklung des Dezentralen Pumpensystems, aber auch bei umfassenden Feldtests ist die Technische Universität (TU) Dresden. Vor diesem Hintergrund stellte Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang Richter, Professor für Heizungs- und Raumlufttechnik am dortigen Institut für Energietechnik, im Rahmen der Presseveranstaltung die Schwerpunkte und zentralen Ergebnisse seiner Arbeit vor. Die wissenschaftliche Begleitung erfolgt seit 2001 im Rahmen von drei gemeinsamen Forschungsvorhaben des Pumpenherstellers und der TU Dresden. Der grundsätzliche Stellenwert der Neuentwicklung zeige sich auch daran, dass diese Innovation im Rahmen der Forschungsförderung durch das Bundeswirtschaftsministerium mit insgesamt 10 Millionen Euro gefördert worden ist.
Forschungsschwerpunkte seines Instituts seien die Entwicklung und Erprobung von Regelstrategien, Vergleichsmessungen mit konventioneller Regelung und der Nachweis der erzielbaren Energieeinsparungen und Komfortverbesserungen gewesen. Dabei habe sich das Dezentrale Pumpensystem unter anderem in mehrjährigen, umfassenden Feldtests bewähren müssen. Als Beispiel beschrieb Prof. Richter ein unbewohntes Versuchshaus, in dem detaillierte Untersuchungen unter Nachbildung realitätsnaher Randbedingungen für ein Einfamilienhaus durchgeführt wurden. Hier sei man bereits in der Heizsaison 2003/04 durch ein erstes messtechnisch bestätigtes Ergebnis zur Heizenergieeinsparung ermutigt worden. Denn bereits in diesem ersten Feldversuch wurde mit dem Dezentralen Pumpensystem eine Heizenergieeinsparung von 20 % gegenüber einem konventionellen Systemaufbau mit Thermostatventilen erzielt. Seither sei das neue System in mehreren Einfamilienhäusern, Mehrfamilienhäusern und Nutzimmobilien mit verschiedenen Dämmstandards, mit Radiatoren und mit Fußbodenheizungen umfassenden Testreihen unterzogen worden. Parallel hierzu habe die TU Dresden detaillierte Gebäude- und Anlagensimulationen erstellt, um die Messergebnisse abzusichern.
Erhebliche Reduzierung der Wärmeverluste im Heizungssystem
„Das Energiesparpotenzial des neuen Systems beruht auf einer deutlichen Reduzierung der Wärmeverluste sowohl in der Wärmeerzeugung und -verteilung als auch in der Wärmeübergabe“, hob der renommierte Wissenschaftler hervor. Einer der Gründe sei eine bedarfsgeführte Vorlauftemperaturregelung, durch die sich eine Verringerung der durchschnittlichen Systemtemperaturen und damit eine deutlich verbesserte Brennwertnutzung im Vergleich zur konventionellen Lösung mit Überströmventil erzielen lasse. Denn im Gegensatz zur witterungsgeführten Regelung berücksichtigt das Dezentrale Pumpensystem auch, dass vielfach aufgrund von solaren Gewinnen und inneren Lasten eine niedrigere Vorlauftemperatur zur Deckung der Heizlast ausreicht. „Hierdurch werden auch die Wärmeverluste in Wärmeerzeuger und Rohrnetz reduziert“, so Prof. Richter.
Wie er darüber hinaus erläuterte, ergeben sich weitere Einspareffekte bei der Wärmeübergabe in den Raum – durch eine besonders präzise Regelung, eine optimale Ausnutzung von Wärmegewinnen durch schnelles Reagieren des Reglers, eine automatische Heizungsunterbrechung bei der Fensterlüftung, komfortable Möglichkeiten zur Vorgabe von Heizzeiten sowie eine selbstlernende Aufheiz- und Heiz-Ende-Optimierung.
Zudem sorge das Dezentrale Pumpensystem auch durch einen automatischen hydraulischen Abgleich für Energieeinsparungen. Es werde stets ein hydraulisch ideales System realisiert, in dem jede Heizfläche präzise mit der benötigten Wassermenge versorgt wird. Energieverluste durch hydraulische Mängel können wirksam verhindert werden.
Unter dem Strich konnte die TU Dresden für den Heizenergieverbrauch je nach Gebäudeart und Gebäudealter Einsparpotenziale zwischen 17 % (Mehrfamilienhaus Altbau) und 24 % (Bürogebäude Neubau) ermitteln. Die Unterschiede ergäben sich dabei – so Prof. Richter – unter anderem aus den unterschiedlichen thermischen Eigenschaften der Gebäude und ihrer Nutzung sowie den spezifischen Möglichkeiten einer Vorlauftemperaturabsenkung. Im Durchschnitt erreiche das Dezentrale Pumpensystem rund 20 % Heizenergieeinsparung.
Höherer thermischer Komfort
Hinzu komme ein verbesserter thermischer Komfort durch eine Schnellaufheizfunktion. Da direkt auf die Vorlauftemperatur des Wärmeerzeugers Einfluss genommen werden kann, erreicht das Dezentrale Pumpensystem die gewünschte Raumtemperatur schneller als das klassische witterungsgeführte System. Dies wird durch eine kurzfristige Anhebung der Vorlauftemperatur – bei Bedarf auch über die Heizkurve hinaus – erreicht. Eine raumweise Schnellaufheizung ist so ebenfalls möglich.
Als Resümee fasste Prof. Richter zusammen, dass es zwar für eine Vielzahl von Problemen im Heizungssystem – wie den hydraulischen Abgleich, die Verminderung von Raumtemperaturschwankungen oder die Verbesserung des intermittierenden Betriebs – auch bisher schon Einzellösungen gebeben habe. „Mit dem Dezentralen Pumpensystem steht aber nunmehr die erste und einzige Gesamtlösung zur Verfügung, mit der sich die hydraulischen und thermischen Schwachstellen bestehender Heizungssysteme vollständig eliminieren lassen“, so der Wissenschaftler.
Von der optimierten Hydraulik zur Energieeinsparung
Prof. Dr.-Ing. Rainer Hirschberg, Professor für technischen Ausbau und ressourcenschonendes Bauen im Fachbereich Architektur der FH Aachen und bis 12/2008 Präsidiumsmitglied des VDI, bezeichnete das neue Dezentrale Pumpensystem als „revolutionäre Idee für optimale Anlagenhydraulik, maximalen Heizkomfort und reduzierten Heizenergieverbrauch“.
Er verdeutlichte die wichtigsten hydraulischen Unterschiede zwischen dem Standardsystem mit zentralem Heizwasserangebot und dem neuen Dezentralen Pumpensystem, das sich durch ein bedarfsgeführtes Heizwasserangebot auszeichnet. Während im konventionellen Systemaufbau die Massenstromregelung über Drosselventile – mit entsprechenden Energieverlusten – vorgenommen wird, erfolge sie im Dezentralen Pumpensystem ausschließlich über die Drehzahlregelung nach dem Bedarf des einzelnen Heizkörpers. Auch bei den Pumpenlaufzeiten ergebe sich ein entscheidender Unterschied. Während die zentrale Pumpe unabhängig vom Wärmebedarf in den einzelnen Räumen laufen müsse, arbeiten die Miniaturpumpen des Dezentralen Pumpensystems nur so lange, wie der jeweilige Heizkörper Wärme benötigt.
Entfall des manuellen hydraulischen Abgleichs
Als einen zentralen Schlüssel zu mehr Heizkomfort und Energieeffizienz bezeichnete Prof. Hirschberg zudem den Entfall des manuellen hydraulischen Abgleichs: „Konventionelle Heizungssysteme sind oftmals nicht hydraulisch abgeglichen. Hydraulische Mängel in Heizungsanlagen führen aber insbesondere in mehrstöckigen Gebäuden zu ungleichmäßiger Wärmeverteilung, was bei 70 % der Rechtsstreitigkeiten zwischen Vermietern und Mietern eine Rolle spielt“, so der Experte. In der Praxis werde häufig versucht, dies durch überdimensionierte Pumpen oder durch die Anhebung der Vorlauftemperatur zu kompensieren, beides führe aber zu überhöhtem Energieverbrauch.
Beim Dezentralen Pumpensystem erfolge der hydraulische Abgleich bereits bei der Projektierung der Heizungsanlage. 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. So wird jede Heizfläche präzise und energieeffizient mit der benötigten Wassermenge für optimale Behaglichkeit versorgt.
Hinsichtlich der Energiesparpotenziale des Dezentralen Pumpensystems gegenüber konventionellen Heizungssystemen präsentierte Prof. Hirschberg umfassende energetische Bewertungen, die er nach EN 15316 (Heizungsanlagen in Gebäuden – Verfahren zur Berechnung der Energieanforderungen und Nutzungsgrade der Anlagen – das verwendetes Rechenverfahren entspricht dem der DIN 18599) für die Ermittlung von Heizenergie- und Strombedarf vorgenommen hat. Dabei verglich er für verschiedene Gebäudearten jeweils ein Standard-Heizungssystem mit Hocheffizienzpumpe und das Dezentrale Pumpensystem. Als Ergebnis kann für das Dezentrale Pumpensystem eine Einsparung thermischer Energie von rund 18 % erwartet werden. Allerdings berücksichtigt das Rechenverfahren nach EN 15316 nicht die bedarfsgeführte Vorlauftemperatur des Dezentralen Pumpensystems, durch die weitere Einspareffekte erzielt werden. Damit konnte Professor Hirschberg unter dem Strich das von der TU Dresden durch Feldtests und Simulationen ermittelte Einsparpotenzial von rund 20 % Heizenergie auch nach den gängigen Verfahren der energetischen Bewertung bestätigen.
Wilo auf der ISH Frankfurt 2009: Halle 9.1, Stand B 46 bis D 46
Internet: www.wilo.de
