ESG und die Gebäudetechnik
Strahlpumpen versus Umwälzpumpen
Die Forderungen an die Nachhaltigkeit in der Gebäudetechnik können durch Umsetzung einfacher hydraulischer Schaltungen erfüllt werden. Im Mittelpunkt steht dabei der mögliche Einsatz von Strahlpumpen.
„ESG“ steht für Umwelt, Soziales und Führung (Environment, Social, Governance) und bezieht sich auf die Kriterien, anhand derer Unternehmen bewertet werden hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeitsleistung und ihres sozialen Engagements. Die ESG-Richtlinien haben einen Einfluss auf die Gebäudetechnik, insbesondere auf die Planung, den Bau und den Betrieb von Gebäuden.
Die Gebäudetechnik spielt eine zentrale Rolle bei der Optimierung der Energieeffizienz von Gebäuden, z. B. durch den Einsatz von energieeffizienten Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystemen und intelligenten Energiemanagementsystemen. Unternehmen, die ESG-Prinzipien in ihre Gebäudetechnik integrieren, positionieren sich in einer sich wandelnden Geschäftswelt positiv und werden langfristig nachhaltigen Erfolg erzielen.
Zum Beispiel müssen die Büro-Immobilien in den Niederlanden den staatlichen Nachhaltigkeits-Anforderungen entsprechen. Maßgeblich ist die Energieeffizienzklasse. Darin ordnen die Niederlande Gewerbeimmobilien ein und entscheiden somit, ob sie künftig weiterhin vermietet werden dürfen. Die Konsequenzen sind gravierend. So dürfen Bürogebäude schlechter als Effizienzklasse C schon seit Januar 2023 nicht mehr genutzt werden. Ab 2030 soll dann alles schlechter als Effizienzklasse A betroffen sein.
Die EPD
Die EPD (Environmental Product Declaration) ist eine standardisierte Dokumentation, die Informationen über die Umweltauswirkungen eines Produkts liefert. In der Gebäudetechnik sind bereits EPDs für verschiedene Arten von Armaturen verfügbar. Eine Umweltproduktdeklaration (EPD) dokumentiert alle Elemente, die Teil des gesamten Lebenszyklus eines Produkts sind, einschließlich Produktmaterialien, Verpackungen, verbrauchter Energie für Produktionszwecke und Abfallmanagement, und die zu verschiedenen Arten von Umweltauswirkungen wie CO2-Emissionen, Wasserverschmutzung, Versauerung und Ozonabbau führen können. Die EPD ist vom unabhängigen deutschen Verband „Institut Bauen und Umwelt“ (IBU) zertifiziert, der durch vergleichende Informationen über die Umweltauswirkungen von Produkten über den gesamten Lebenszyklus für Transparenz sorgt.
EPD und Planung
Wie kann die Umsetzung der EPD-Daten in die Planung von Gebäudetechnik einfließen? In dem VDMA Einheitsblatt 24199 „Regelungstechnische Anforderungen an die Hydraulik bei Planung von Heizungs- und Lüftungsanlagen“ werden unterschiedliche hydraulische Schaltungen empfohlen. In der Rubrik „differenzdruckbehafte Systeme“ gibt es u. a. zwei Varianten (Bild 1 und 2).
Die beiden folgenden Praxis-Beispiele zeigen die Unterschiede in der Nachhaltigkeit beider Varianten. Die Umwälzpumpe in dem Verbraucherkreis wie in Bild 1 dargestellt, kann mit der Schaltung nach Bild 2 eingespart werden. Alle Elemente des gesamten Lebenszyklus der nicht benötigten Pumpe werden gutgeschrieben, und das für alle Regelkreise des zu betrachtenden Gebäudes.
Geregelte Strahlpumpen sind vielseitig einsetzbar zur Regelung von Heizungs- und Lüftungsanlagen. Die Strahlpumpentechnologie bringt große Vorteile bei Energie- und Materialeinsparung. Die Hydraulik von Anlagen wird einfacher und deren Verfügbarkeit zuverlässiger durch die wartungsarmen, langlebigen Strahlpumpen. Die kompletten Umweltauswirkungen der Umwälzpumpen je Regelkreis entfallen. Die Umweltproduktdeklaration (EPD) von Regelventil und Strahlpumpe ist ungefähr gleich. Bei der Betrachtung von differenzdruckbehafteten Verteilsystemen kann der Druckverlust für die Ventilautorität der Regelventile und der Strahlpumpe auch gleichgesetzt werden und wird zur Vereinfachung nicht weiter betrachtet.
Thema Hauptpumpe
Bei einer Anlage mit nur einem Heizungsverteiler wird eine zentrale Hauptpumpe für die Strahlpumpen benötigt. Diese liefert die Förderhöhe für die Ventilautorität der Strahlpumpe und die Förderhöhe für den jeweiligen Verbraucherkreis. Beispiel: 25 kPa Förderhöhe Verbraucher, Ventilautorität auch 25 kPa ergibt 50 kPa Gesamtförderhöhe.
Bei der konventionellen Lösung kann auch eine Hauptpumpe und Pumpen für die Verbraucherkreise zum Einsatz kommen oder die sekundären Pumpen „ziehen“ vom Erzeuger das Heizungswasser. Welche Lösung man auch wählt, es werden immer sicher gegenseitig beeinflussende Pumpen projektiert, die einen schlechteren Gesamtwirkungsgrad als eine Hauptpumpe haben.
Bei einer größeren Anlage mit einem Erzeuger und vielen Heizungsverteilern und eventuell auch Lüftungsanlagen liefert die konventionelle Hauptpumpe oft ausreichend Differenzdruck für den Einsatz von Strahlpumpen, z. B. an einem Nahwärmenetz. Hier könnte es am Netzende u. U. knapp werden mit dem Differenzdruck für den Strahlpumpen-Betrieb. Pauschal gilt die Aussage: Für den Strahlpumpenbetrieb muss ein genügend großer Differenzdruck „H“ zur Verfügung stehen, dieser muss für den konkreten Anwendungsfall berechnet werden. Bei größeren Netzen ist oft ausreichend Differenzdruck vorhanden.
Zwei Beispiele
Beispiel Hotel in Berlin, Am Gendarmenmarkt. In den Lüftungsanlagen des im Jahr 1989 erbauten Hotel Hilton sind geregelte Baelz-Strahlpumpen bereits von Anfang an im Einsatz. Die nicht benötigten 12 Umwälzpumpen ergeben in 20 Jahren eine Einsparung von ca. 13.845 kg CO2e. Für größere Umwälzpumpen gibt es bei Bedarf einen Umrechnungsfaktor.
Weiterhin sind die Aufwendungen für die Erneuerung der Pumpen zu kalkulieren. Nach der VDI 2067 sind 10 Jahre für die Nutzung von Pumpen definiert. Durch den Wegfall der 12 Umwälzpumpen in 20 Jahren ergibt sich eine Verringerung von ca. 40.000 € an Lebenszykluskosten. Sowohl aus Umweltaspekten als auch im Blick auf die Wirtschaftlichkeit sind Strahlpumpen zielführend.
In einem anderen Beispiel, bei dem es um die Sanierung der Fachhochschule der Polizei in Aschersleben ging, sind die Werte ähnlich beeindruckend.
Die Getec Energie AG in Magdeburg bekam im Jahr 2000 den Zuschlag bei einer europaweiten Ausschreibung zum Energieeinsparcontracting an der Fachhochschule der Polizei in Aschersleben. Ein Großteil der zu versorgenden 20 Gebäude stammt aus den Jahren 1953 bis 1960.
Alleine die Investition verringerte sich im Jahr 2000 von 104.000 € auf 60.800 € durch die Verwendung von Strahlpumpen. Die Einsparung der Lebenszykluskosten der Heizkreispumpen in je 10 Jahren für 20 Gebäude ergeben ca. 105.000 €. Bis heute sind bereits 25 t CO2e in dieser Liegenschaft weniger erzeugt, als bei der Umsetzung der ursprünglichen Planung. Die Anlagen sind noch heute so in Betrieb. Die Berechnung der CO2-Einsparung und der Verringerung der Lebenszykluskosten sind auf heutige Daten bezogen.
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
Bei kleineren Anlagen (z. B. ein Wärmeerzeuger und ein nachgeschalteter Heizungsverteiler) muss immer das Gesamtsystem betrachtet und die Wirtschaftlichkeit für beide technische Lösungen berechnet werden, d. h. mit oder ohne Strahlpumpen. Es ergeben sich auch Mischlösungen mit Strahlpumpen und Umwälzpumpen mit Regelventilen in einer Anlage. Bei dem Beispiel Hotel ist ein ausreichender Differenzdruck durch die Hauptpumpen zum Betrieb der Gesamtanlage gegeben, so brauchte ein zusätzlicher Energieaufwand nicht berechnet werden. Das ist nicht in jedem Fall so gegeben. Es ist zu jedem Projekt eine Einzelfallbetrachtung sinnvoll, um die wirtschaftlichste Lösung zu projektieren. Schon die Prüfung der Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Strahlpumpen wäre ein Erfolg für die Umsetzung von Nachhaltigkeit.
Bei größeren Nahwärmeanlagen (Beispiel Polizeifachhochschule) ist ein Netzdifferenzdruck durch die Ausdehnung des Leitungsnetzes zwangsläufig gegeben. Aufgrund der großen Differenzdrücke waren in der ursprünglichen Planung in jedem Gebäude in den Heizstationen Differenzdruckregler projektiert, wie im Vorlauf des Schemabildes ersichtlich. Der Wegfall dieser Armatur wurde in den Lebenszykluskosten (LCC) nicht berücksichtigt. Beim Einsatz von Strahlpumpen werden Differenzdruckschwankungen im Versorgungsnetz ausgeregelt. Ein weiterer Vorteil der Variante mit Strahlpumpen.
Fazit
Einfache hydraulische Konzepte sind ein Schlüssel zum Bau nachhaltiger Gebäudetechnik. Bei der Kombination von moderner Regelungstechnik mit der Strahlpumpe ist die Hydraulik übersichtlich und die Elektroarbeiten inkl. der Anzahl an Datenpunkten gering.
