Stromverbrauch bei Regenwasserpumpen

Wie viel Strom verbraucht eine Regenwasseranlage wirklich und wie kann der Stromverbrauch reduziert werden?

(PresseBox) - Im Bereich der ökologischen Haustechnik ist die Regenwassernutzung ein heute selbstverständlicher Baustein. Der größte Teil der Regenwasseranlagen ist in Einfamilienhäusern installiert. Allein in Deutschland wird von einem Bestand von etwa 1,5 Millionen dieser Anlagen ausgegangen (Quelle: fbr - Fachvereinigung Betriebs- und Regenwassernutzung e. V.). Er führt zu einer Trinkwasserersparnis von etwa 82,5 Mio. m³/Jahr, ein hervorragender Beitrag für unsere Umwelt.
Die ty­pi­sche Re­gen­was­ser­pum­pe im Ein­fa­mi­li­en­haus­seg­ment hat eine Leis­tung zwi­schen 700 und 1100 W. Bei einer durch­schnitt­li­chen För­der­men­ge von 55 m³/Jahr er­gibt sich nach ei­ge­nen Test­mes­sun­gen ein En­er­gie­ver­brauch von 1,6 kWh/m³. In Deutsch­land wer­den pro Jahr ca. 132 GWh durch Re­gen­was­ser­pum­pen ver­braucht.
Hier ge­winnt die eu­ro­päi­sche Öko­de­sign-Richt­li­nie 2005/32/EG für en­er­gie­be­trie­be­ne Pro­duk­te (EuP) an Be­deu­tung. Auch die Pum­pen, die in Re­gen­was­ser­an­la­gen Ver­wen­dung fin­den, wer­den von der EuP unter den Punk­ten 8.6 "Stand­by-Ver­lus­te" sowie 13.11 "Elek­tri­sche Mo­to­ren" er­fasst: Für fast alle Mo­to­ren mit einer Leis­tung zwi­schen 0,75 und 375 kW wer­den stren­ge Ef­fi­zi­enz­nor­men fest­ge­schrie­ben, die in den kom­men­den Jah­ren um­ge­setzt wer­den müs­sen.
Im fol­gen­den Bei­trag wer­den ei­ni­ge Mög­lich­kei­ten dar­ge­stellt, wie der En­er­gie­ver­brauch in kWh/m³ mi­ni­miert wer­den kann.
Strom­ein­spa­rung durch an­ge­pass­te Pump­leis­tung
Grund­la­ge der Pum­pen­di­men­sio­nie­rung ist die Er­mitt­lung des grö­ß­ten be­nö­tig­ten Was­ser­stroms. Zur Be­rech­nung die­ser Sum­men­för­der­men­ge wer­den nach DIN 1988, Teil 3 die Be­rech­nungs­durch­flüs­se (QR) der ein­zel­nen Ent­nah­me­ar­ma­tu­ren er­mit­telt und ad­diert: ?QR = QR1 + QR2 + QR3 + ...

Das Ver­hält­nis aus ge­for­der­ter Spit­zen­för­der­men­ge der Pumpe (QSP) und Sum­men­för­der­men­ge (?QR) der Ent­nah­me­stel­len wird als Gleich­zei­tig­keits­fak­tor (f) be­zeich­net: f = QSP/?QR
Der Gleich­zei­tig­keits­fak­tor kann umso klei­ner ge­wählt wer­den, je grö­ßer die An­zahl der Ent­nah­me­stel­len ist. Für Wohn­ge­bäu­de weist die DIN 1988 Teil 3 bei sehr klei­nen Sum­men­vo­lu­men­strö­men hohe Gleich­zei­tig­kei­ten aus. Nach Norm er­gä­be sich somit ein Spit­zen­vo­lu­men­strom von 30 l/min im ge­wähl­ten Bei­spiel: [PDF] 1
Ver­wen­det wer­den somit bis­lang zu­meist noch die ty­pi­schen Krei­sel­pum­pen mit einer Leis­tungs­auf­nah­me von etwa 900 Watt und einer För­der­leis­tung von 80 Liter/min. Sie ver­brau­chen aber zu 90 % der Zeit er­heb­lich mehr En­er­gie als nötig. Ein Bei­spiel: Der Haupt­ver­brau­cher einer Re­gen­was­ser­an­la­ge, ein WC, be­nö­tigt ma­xi­mal 8 l/min zur Be­fül­lung. Eine Krei­sel­pum­pe mit 900 W Leis­tung ver­sucht nun ver­geb­lich, 80 l/min in den WC-Kas­ten zu för­dern. Dabei ver­puf­fen bei jeder WC-Be­nut­zung bis zu 90 % der En­er­gie. Das ist nur ein Bei­spiel. Große Vo­lu­men­strö­me wer­den bei kei­nem der Ver­brau­cher im Ein­fa­mi­li­en­haus be­nö­tigt.
Mit einem Gleich­zei­tig­keits­fak­tor von nur 0,2 je­doch, also einem Vo­lu­men­strom von 10 l/min, lie­ßen sich noch alle Ver­brau­cher im Haus kom­for­ta­bel ver­sor­gen. Falls meh­re­re Ver­brau­cher gleich­zei­tig lau­fen, wie z.B. Wasch­ma­schi­ne und WC, was re­la­tiv sel­ten ist, ver­län­gert sich le­dig­lich deren Be­füll­zeit. Auch eine Druck­spü­lung, ein Hoch­druck­rei­ni­ger oder ein ein­fa­cher Gar­ten­spren­ger kön­nen mit die­sem Vo­lu­men­strom noch aus­rei­chend ver­sorgt wer­den. Bei einem 20 m Gar­ten­schlauch kann man immer noch 7 m weit mit etwa 8 l/min sprü­hen. Für einen klei­nen Gar­ten ist dies aus­rei­chend. Hier sind die Emp­feh­lun­gen aus der DIN 1988, Teil 3 also schein­bar nicht mehr zeit­ge­mäß und tra­gen somit zur En­er­gie­ver­schwen­dung bei, denn nach der Er­fah­rung sind in der Pra­xis deut­lich klei­ne­re Werte aus­rei­chend.
Im Rahmen einer vom fbr veranlassten Befragung zum Stromverbrauch von Regenwasseranlagen, sind mehrere Anlagen von Kunden mit Strommessgeräten ausgestattet worden. Ermittelt wurde ein breites Spektrum von Standby-Leistung, Anlaufverhalten der verschiedenen Pumpen, unterschiedliche Energieverbräuche durch unterschiedliches Benutzerverhalten und angeschlossene Verbraucher. Die Ergebnisse der Messung über den tatsächlichen Verbrauch waren:
RAINMASTER-Eco Regenwasserzentrale mit 90 Watt Membranpumpe: ca. 0,4 kWh/m³
Mehrstufige Kreiselpumpe 800 Watt mit handelsüblichem Druck- und Strömungswächter: ca. 1,6 kWh/m³
Mit einer an­ge­pass­ten Pump­leis­tung von z.B. 10 l/min (Leis­tungs­auf­nah­me von 900 W auf 90 W re­du­ziert) kön­nen hier ohne spür­ba­ren Kom­fort­ver­lust mit ein­fa­chen Mit­teln er­heb­li­che 75 % ein­ge­spart wer­den.
Strom­ein­spa­rung durch Ver­min­de­rung der Stand­by Leis­tung
Die Stand­by Leis­tung trägt zu einem nen­nens­wer­ten An­teil am Strom­ver­brauch bei. Auch wenn diese Leis­tungs­auf­nah­me zu­nächst sehr klein scheint, sum­miert sie sich, da sie ja stän­dig an­fällt, zu einer be­acht­li­chen Menge. Bei einer op­ti­mal aus­ge­leg­ten Pumpe könn­te diese En­er­gie theo­re­tisch zur För­de­rung des ge­sam­ten Re­gen­was­sers aus­rei­chen. Hier eine Bei­spiel­rech­nung mit einer ty­pi­schen Stand­by Leis­tung:
365 Tage x 24 h x 1,1Watt = 8,76 kWh => 0,16 kWh/m³
Die Stand­by Leis­tung hängt ins­be­son­de­re von der ver­wen­de­ten Steue­rung ab. Auch eine se­pa­ra­te Füll­stands­an­zei­ge er­höht na­tür­lich die Stand­by Leis­tung. Die fol­gen­de Ta­bel­le gibt einen Über­blick über die Stand­by Leis­tung ver­schie­de­ner Re­gen­was­ser­pum­pen: [PDF] 2
Systeme zur weiteren Reduzierung der Standby Leistung werden auch in der Regenwassertechnik in den kommenden Jahren weiter an Bedeutung gewinnen.
Strom­ein­spa­rung durch Dreh­zahl­steue­rung
Un­ge­re­gel­te Pum­pen lau­fen be­darfs­un­ab­hän­gig mit ma­xi­ma­ler Leis­tung. Das ist mit einem mit Voll­gas fah­ren­den Auto ver­gleich­bar, des­sen Ge­schwin­dig­keit über die Brem­se ge­re­gelt wird. Eine wei­te­re Mög­lich­keit zur Strom­ein­spa­rung ist die Re­ge­lung der Dreh­zahl der Pumpe.
Um den tat­säch­li­chen Strom­ver­brauch zu ver­glei­chen, hat IN­TE­WA zu­nächst mehr­stu­fi­ge Ein­pha­sen-Krei­sel­pum­pen mit Dreh­zahl­steue­rung aus­ge­stat­tet. Die Leis­tungs­auf­nah­men bei ver­schie­de­nen Vo­lu­men­strö­men fin­den sich in der fol­gen­den Ta­bel­le: [PDF] 3
Auf­grund des schlech­ten Wir­kungs­gra­des die­ser Pum­pen kann kaum Strom ein­ge­spart wer­den. Es ist zu ver­mu­ten, dass auf­grund der hö­he­ren Stand­by Leis­tung der Steue­rung ins­ge­samt im nor­ma­len Be­trieb keine oder eine sehr ge­rin­ge Ein­spa­rung zu er­zie­len ist.
In einem wei­te­ren Ver­such wurde die ge­sam­te Leis­tungs­auf­nah­me über einen de­fi­nier­ten Test­zeit­raum und Zy­klus mit einer Drei­pha­sen-Krei­sel­pum­pe mit und ohne Dreh­zahl­steue­rung auf­ge­nom­men. Das Er­geb­nis sieht nun ganz an­ders aus: [PDF] 4
Die Dreh­zahl­steue­rung re­gelt die För­der­leis­tung in Ab­hän­gig­keit vom tat­säch­li­chen Be­darf. Da nur sel­ten alle Ver­brau­cher gleich­zei­tig lau­fen, re­du­zie­ren sich die En­er­gie­kos­ten bei Ver­wen­dung einer Drei­pha­sen­pum­pe um be­mer­kens­wer­te 40 %. Zu­sätz­lich sen­ken Re­gen­was­ser­wer­ke mit Dreh­zahl­steue­rung mit 45 dBA (bei der Be­fül­lung eines WC) ge­gen­über 65 dBA bei einem un­ge­re­gel­ten Re­gen­was­ser­werk die Ge­räusch­be­las­tung auf bald 1/10 des ur­sprüng­li­chen Wer­tes. Durch die klei­ne­ren Dreh­zah­len ver­rin­gert sich zudem der Ver­schleiß in den elek­tro­ni­schen Kom­po­nen­ten und der Pumpe. Ihre Le­bens­dau­er ver­län­gert sich so um 40 %.
Strom­ein­spa­rung durch den Ein­satz von Aus­deh­nungs­ge­fä­ßen
In einer theo­re­ti­schen Be­rech­nung wurde die Leis­tungs­auf­nah­me einer Re­gen­was­ser­zen­tra­le (RMF-40) für ein Mehr­fa­mi­li­en­haus mit 10 WC's so­wohl mit als auch ohne 150 Liter Aus­deh­nungs­ge­fäß be­trach­tet. Durch das Aus­deh­nungs­ge­fäß kann die Schalt­häu­fig­keit der Pumpe/Tag von 60 auf etwa 7 er­heb­lich re­du­ziert wer­den. Dies führt dazu, dass die Pumpe we­ni­ger An­lauf­strom ver­braucht und in einem bes­se­ren Be­triebs­be­reich ar­bei­ten kann. Ohne Aus­deh­nungs­ge­fäß wird bei jeder WC Be­tä­ti­gung die Pumpe ge­star­tet. Die theo­re­ti­schen Über­le­gun­gen er­ga­ben ein Ein­spar­po­ten­ti­al von bis zu 50 %. In einer Pra­xis­mes­sung sol­len diese Werte nun noch ge­nau­er un­ter­sucht wer­den.
Fazit
Bei der Re­gen­was­ser­nut­zung be­steht ein er­heb­li­ches Po­ten­ti­al Strom ein­zu­spa­ren. Die der­zeit meist ver­wen­de­ten mehr­stu­fi­gen Krei­sel­pum­pen be­nö­ti­gen ca. 1,6 kWh/m³. Ei­ge­ne Un­ter­su­chun­gen haben ge­zeigt, dass im Be­reich Ein­fa­mi­li­en­haus durch die Ver­wen­dung von an­ge­pass­ten Pump­leis­tun­gen ohne son­der­li­chen Kom­fort­ver­lust etwa 75 % Ein­spa­rung zu er­zie­len ist. Dies führt zu einem Ver­brauch von ca. 0,4 kWh/m³ ge­för­der­tem Re­gen­was­ser. Die Stand­by Leis­tung soll­te eben­so be­ach­tet wer­den. Bei den un­ter­such­ten Pro­duk­ten trägt sie mit ca. 0,16 kWh/m³ zum Ver­brauch bei. Bei grö­ße­ren Pum­pen kann die Dreh­zahl­steue­rung den Ver­brauch um ca. 40% sen­ken. Zu be­ach­ten ist, dass nur ge­re­gel­te Drei­pha­sen­pum­pen tat­säch­lich En­er­gie ein­spa­ren. Zudem er­höht die Dreh­zahl­re­ge­lung die Le­bens­dau­er der Pum­pen und senkt die Ge­räusch­be­las­tung ganz er­heb­lich. Eine wei­te­re Mög­lich­keit zur Re­du­zie­rung ist der Ein­satz von Aus­deh­nungs­ge­fä­ßen von bis zu 50 %. Von den ca. 132 GWh, die in Deutsch­land pro Jahr durch Re­gen­was­ser­pum­pen ver­braucht wer­den, könn­ten also nach der­zei­ti­gem Stand über 50 %, also 66 GWh im Be­stand ein­ge­spart wer­den. Für Neu­pro­duk­te sind viele der oben ge­nann­ten Maß­nah­men nach der eu­ro­päi­schen Öko­de­sign-Richt­li­nie für en­er­gie­be­trie­be­ne Pro­duk­te (EuP) vor­ge­schrie­ben.

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Datum: 21.11.2011 - 15:01 Uhr
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