Grundlagender Pumpentechnik - heima24.de · Wilo-Pumpenfibel09/2009 5...

Grundlagen derPumpentechnik

Pumpenfibel

2 Änderungen vorbehalten 09/2009 WILO SE

I N H A LT

Grundlagen der Pumpentechnik 5

Historie der Pumpentechnik 7

Wasserversorgung 7Abwasserentsorgung 8Heizungstechnik 9

Fördersysteme 12

Offenes Wasserfördersystem 12Geschlossenes Heizungssystem 13

Wasser – unser Transportmittel 15

Spezifische Wärmespeicherkapazität 15Volumenzu- und -abnahme 16Siedeverhalten von Wasser 17Ausdehnung des Heizwassers und Absicherung gegen Überdruck 18Druck 19Kavitation 19

Konstruktion von Kreiselpumpen 21

Selbstansaugende und normalsaugende Pumpen 21Funktion von Kreiselpumpen 22Laufräder 22Pumpenwirkungsgrad 23Leistungsaufnahme von Kreiselpumpen 24Nassläuferpumpen 25Trockenläuferpumpen 27Hochdruck-Kreiselpumpen 29

Kennlinien 31

Pumpenkennlinie 31Anlagenkennlinie 32Betriebspunkt 33

Pumpenanpassung an den Heizungsbedarf 35

Witterungsschwankungen 35Pumpendrehzahlschaltung 36Stufenlose Drehzahlregelung 37Regelungsarten 38

Wilo-Pumpenfibel 09/2009 3

I N H A LT

Überschlägige Pumpenauslegung für Standardheizungsanlagen 41

Pumpen-Förderstrom 41Pumpen-Förderhöhe 41Anwendungsbeispiel 42Auswirkung der überschlägigen Pumpenauslegung 43Pumpen-Planungssoftware 43Das A und O der Hydraulik 45Einstellung elektronisch geregelter Umwälzpumpen 45Zusammenschaltung von mehreren Pumpen 46

Schlussbetrachtungen 50

Hätten Sie’s gewusst? 51

Historie der Pumpentechnik 51Wasser – unser Transportmittel 52Konstruktionsmerkmale 53Kennlinien 54Pumpenanpassung an den Heizungsbedarf 55Überschlägige Pumpenauslegung 56Zusammenschaltung von mehreren Pumpen 57

Gesetzliche Einheiten, Auszug für Kreiselpumpen 58

Impressum 59


Innerhalb der Gebäudetechnik spielen Pumpeneine sehr wichtige Rolle. Sie werden für unter-schiedliche Funktionen eingesetzt. Am bekann-testen und vertrautesten ist die Heizungsum-wälzpumpe. Sie soll auf den nachfolgendenSeiten den zentralen Platz in den Erläuterungeneinnehmen.

Darüber hinaus kommen Pumpen im Bereich derWasserversorgung und der Abwasserentsorgungzum Einsatz:• In Druckerhöhungsanlagen, die immer dann

eingesetzt werden, wenn der städtische Was-serdruck zur Versorgung eines Gebäudes nichtausreicht

• Trinkwasser-Zirkulationspumpen, die dafürsorgen, dass an jeder Zapfstelle jederzeit war-mes Wasser zur Verfügung steht

• Schmutzwasserhebepumpen, die dann not-wendig werden, wenn Abwasser oder Fäkalienunterhalb der Rückstauebene anfallen

• Pumpen in Springbrunnen oder Aquarien• Pumpen für Feuerlöschzwecke• Pumpen für Kalt- und Kühlwasser• Regenwassernutzungsanlagen für Toiletten-

spülung, für Waschmaschinen, Reinigungsar-beiten und Bewässerung

• und vieles mehr

Hierbei ist zu berücksichtigen, dass unterschied-liche Medien auch unterschiedliche Viskositätenhaben (z. B. Fäkalien- oder Wasser-Glykolge-mische). Länderabweichend müssen bestimmteNormen und Richtlinien eingehalten und spe-zielle Pumpen und Techniken ausgewählt werden(z. B. Ex-Schutz, Trinkwasserverordnung).

Grundlagen der PumpentechnikAlle Menschen brauchen Pumpen zum Leben und für den Komfort.Die Pumpen bewegen das Fördermedium kalt und warm, sauber undbelastet. Sie tun dies umweltschonend und mit höchster Effizienz.

Der Inhalt dieser Broschüre soll Menschen, diesich in der Ausbildung, Weiterbildung oder Um-schulung befinden, eine Wissensgrundlage in derPumpentechnik vermitteln. Es soll mit einfachen,erklärenden Sätzen, mit Zeichnungen und mitBeispielen eine ausreichende Basis für die Praxisgegeben werden. Auswahl und der zweckmäßigeEinsatz von Pumpen sollen dadurch zur täglichwiederkehrenden Selbstverständlichkeit werden.

Im Kapitel „Hätten Sie’s gewusst?“ kann ab-schnittsweise, durch die Beantwortung von Fra-gen mit vorgegebenen richtigen und falschenAntworten, eine eigenverantwortliche Überprü-fung des aufgenommenen Wissens durchgeführtwerden.


Historie der PumpentechnikWasserversorgung

Wenn man an eine Pumpe denkt, so fällt einemzunächst ein, dass die Menschen schon seit Ur-zeiten nach technischen Mitteln gesucht haben,Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, auf ein hö-heres Niveau zu heben. Das diente sowohl derBewässerung von Feldern als auch der Füllungvon Schutzgräben um befestigte Städte undBurgen.

Das einfachste Schöpfwerkzeug ist die mensch-liche Hand – und zwei Hände schaffen mehr alseine!

So kamen unsere prähistorischen Vorfahren baldzu der Erkenntnis, tönerne Gefäße zu Muldenzu formen. Der erste Schritt zur Erfindung desKruges war getan. Mehrere solche Krüge wurdendann an eine Kette oder auf ein Rad gehängt.Menschen oder Tiere setzten ihre Kraft ein,dieses Schöpfwerk in Bewegung zu setzen undWasser zu heben. Archäologische Funde weisensolche Becherwerke sowohl in Ägypten als auchin China in der Zeit um 1000 v. Chr. nach. Diefolgende Zeichnung zeigt eine zeichnerischeRekonstruktion eines chinesischen Schöpfrades.Es handelt sich um ein Rad mit aufgesetztenTontöpfen, die an ihrem oberen Scheitelpunktdas Wasser ausgossen.

Wieder verblüfft uns die Ähnlichkeit im Betriebs-verhalten mit den heutigen Kreiselpumpen. Diespäter noch zu beschreibende Pumpenkennliniehat die gleiche Abhängigkeit zwischen Förder-höhe und Förderstrom. Aus unterschiedlichenhistorischen Quellen wurde herausgefunden,dass diese Schraubenpumpen mit Neigungenzwischen 37° und 45° betrieben wurden. Siebrachten dabei Förderhöhen zwischen 2 m und6 m und maximale Förderströme um 10 m³/h.

Vergleiche Kapitel„Laufräder“, Seite 22

Schnecke

Antrieb

Wasser wirdhochgehoben

Darstellung eines chinesischen Schöpfrades

Darstellung der archimedischen Schraube

Darstellung Röhrenpumpwerk Jacob Leupold

Archimedes (287-212 v. Chr.), der wohl größteMathematiker und Wissenschaftler des Alter-tums, beschreibt um 250 v. Chr. die nach ihmbenannte archimedische Schraube. Durch dieDrehung einer Spirale/Schnecke in einem Rohrwird Wasser nach oben gehoben. Allerdings flossimmer eine Menge Wasser zurück, da noch keinegute Abdichtung bekannt war. So entstand eineAbhängigkeit zwischen der Schraubenneigungund dem Förderstrom. Im Betrieb konnte zwi-schen größerer Menge oder größerer Förderhöhegewählt werden. Je steiler die Schraube gestelltwurde, umso höher förderte sie bei abnehmen-der Liefermenge.

Fließrichtung

Eine geniale Fortentwicklung findet man imJahre 1724 unserer Zeitrechnung bei JacobLeupold (1674-1727), der gebogene Rohre in einRad einbaute. Durch die Drehung des Radeswurde das Wasser zwangsläufig zur Mittelachsedes Rades gehoben. Das in einem Fluss strö-mende Wasser ist zugleich der Antrieb diesesHebewerkes. Besonders auffallend an dieserKonstruktion ist die Formgebung der gebogenenRohre. Sie haben eine verblüffende Ähnlichkeitmit der Formgebung der Laufräder heutigerKreiselpumpen.


H I S T O R I E D E R P U M P E N T E C H N I K

Abwasserentsorgung

Ist für den Menschen die Wasserversorgungschon immer das lebensnotwendigste Themagewesen, so ist die Abwasserentsorgung erstspäter – fast zu spät – dazugekommen.

Überall dort, wo Siedlungen, Orte und Städteentstanden, verschmutzten Unrat, Exkrementeund Abwässer die Wiesen, Straßen und Wege.

Geruchsbelästigungen, Krankheiten und Seu-chen waren die Folge. Gewässer verschmutzten,Grundwasser wurde ungenießbar.

Die ersten Abwasserkanäle wurden 3000-2000v. Chr. gebaut. Unter dem Palast von Minos inKnossos (Kreta) wurden gemauerte Kanäle undRohre aus Terrakotta gefunden, die Regenwas-ser, Bade- und Abwasser sammelten und abführ-ten. Die Römer bauten in ihren Städten Abwas-serkanäle auf und unter den Straßen – dergrößte bekannteste und in Teilen noch gut erhal-ten ist die Cloaca Maxima in Rom. Von hier auswurde das Wasser in den Tiber geleitet (auch inKöln am Rhein sind noch heute begehbare Restevon unterirdischen Kanälen aus der Römerzeit zufinden).

Da in dem Bereich der Entsorgung über die Jahr-hunderte keine weiteren Fortschritte gemachtwurden, gelangte das Abwasser bis ins letzteJahrhundert ungereinigt in Bäche, Flüsse, Seenund Meere. Mit der Industrialisierung und denimmer stärker wachsenden Städten wurde einegeordnete Abwasserentsorgung unabdingbar.

Das erste deutsche zentrale Kanal-und-Reini-gungs-System entstand erst 1856 in Hamburg.In Deutschland bestanden bis in die 90er-Jahrenoch viele häusliche Fäkalienanlagen aus Senk-und Sickergruben. Erst durch gesetzliche Be-schlüsse und regionale Bestimmungen musstendiese an das öffentliche Kanalnetz angeschlos-sen werden.

Heute sind die Abflüsse der Häuser fast überalldirekt an das öffentliche Kanalnetz angeschlossen.Wo dieses nicht möglich ist, kommen Hebe- oderDruckentwässerungssysteme zum Einsatz.

Die Abwässer aus Industrie und Haushalt werdendurch weitverzweigte Kanalisationen, Rückhal-tebecken, Klärwerke und Reinigungsbeckengeführt und dabei biologisch oder chemischgereinigt. Danach wird das aufbereitete Wasserdem natürlichen Wasserkreislauf wieder zuge-führt.

Hierbei kommen die unterschiedlichsten Pumpenund Pumpensysteme zum Einsatz. Diese sind z. B.• Hebeanlagen• Tauchpumpen• Schachtpumpen (mit und ohne Schneidwerk)• Entwässerungspumpen• Rührwerkpumpen usw.


Darstellung einer Hypokaustenheizung aus der römischen Zeit


Heizungstechnik

HypokaustenheizungenAus römischer Zeit sind in Deutschland Reste vonsogenannten Hypokaustenheizungen gefundenworden. Es handelte sich um eine frühe Form derFußbodenheizung. Die Rauchgase eines offenenFeuers wurden durch Hohlräume unter die Fuß-böden geleitet und erwärmten diese. Die Ablei-tung erfolgte über den Wandheizkanal.

In späteren Jahrhunderten wurden speziell inSchlössern und Burgen die Kamine von ebenfallsoffenen Feuerstätten nicht streng senkrechtdurch das Haus gebaut. Es wurden die warmenAbgase in Windungen an den Wohnräumen vor-beigeleitet – dies war eine erste Form der Zen-tralheizung. Auch eine Systemtrennung durchgemauerte Steinkammern im Kellerbereichwurde erfunden. Mit dem Feuer wurde Frischlufterwärmt, die dann direkt in die Aufenthaltsräumegeleitet werden konnte.

DampfheizungMit der Verbreitung der Dampfmaschine in derzweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts entwickeltesich die Dampfheizung. Der in der Dampfma-schine nicht ganz kondensierte Dampf wurdedurch Wärmetauscher in Büros und Wohnräumegeleitet. Ein Gedanke war es u. a., mit der Rest-energie einer Dampfheizung eine Turbine zubetreiben.

Schwerkraftheizung mitKessel, Ausdehnungsgefäßund Heizkörper

Außenwand

Wandheizkanal

InnenwandFußboden

Tragepfeiler desFußbodens

FeuerraumHeizkeller

Spülrinne zurAschebeseitigung

SchwerkraftheizungDie nächste Entwicklungsstufe war die Schwer-kraftheizung. Die Erfahrung zeigte, dass zum Er-reichen einer Raumtemperatur von 20 °C Wassernur noch bis ca. 90 °C erhitzt werden musste,also nur knapp bis unter die Siedegrenze. InRohrleitungen mit sehr großen Durchmessernstieg das heiße Wasser nach oben. Wenn eseinen Teil seiner Wärme abgegeben hatte (abge-kühlt war), floss es durch die Erdanziehungskraftwieder in den Kessel zurück.



Die unterschiedlichen Gewichtskräfte bewirkendie Auftriebs- und Abtriebsbewegung desWassers.

Auch der träge Anlauf einer solchen Schwerkraft-zirkulation führte bereits am Anfang unseresJahrhunderts zu Überlegungen, sogenannteUmlaufbeschleuniger in die Rohrleitungen einerHeizung einzubauen.

Elektromotoren waren in jener Zeit als Antriebungeeignet, da sie mit offenen Schleifringläufernarbeiteten. In einem wasserführenden Heizungs-system hätte es zu erheblichen Unfällen kom-men können.

VorlaufTV = 90 °C entspricht G = 9,46 N

RücklaufTR = 70 °C entspricht G = 9,58 N

9,46 N9,58 N

Schema einer Schwerkraftheizung

In einen Rohrkrümmer wurde ein Pumpenrad inForm eines Propellers eingebaut. Der Antrieberfolgte über eine abgedichtete Welle, die vondem Elektromotor angetrieben wurde.

Damals wurde aber noch nicht von Pumpe fürdiesen Umlaufbeschleuniger gesprochen. DieserBegriff setzte sich erst später durch. Denn, wieschon zuvor beschrieben, bringt man Pumpenmit Wasserheben in Verbindung.

Diese Umlaufbeschleuniger wurden bis etwa1955 gebaut und mit deren Einsatz konnte dieHeizwassertemperatur immer niedriger gefahrenwerden.

Heute gibt es eine Vielzahl von Heizungssyste-men, von denen die modernsten mit sehr niedri-gen Wassertemperaturen arbeiten. Ohnedas Herz der Heizungsanlage, also ohne dieHeizungsumwälzpumpe, wäre diese Heizungs-technik nicht möglich.

Erste HeizungsumwälzpumpeErst die Erfindung des ersten gekapselten Elek-tromotors durch den schwäbischen IngenieurGottlob Bauknecht ermöglichte seinen Einsatzbei einem Umlaufbeschleuniger. Dessen Freund,der westfälische Ingenieur Wilhelm Opländer,entwickelte eine solche Konstruktion, für die er1929 ein Patent erhielt.



Zweirohrheizung

Decken-/Wand-Strahlungs-Heizung

Am Anfang war das Feuer

Römische Hypokaustenheizung

Einrohrheizung

Kaminheizung

Warmluftheizungauf Herrensitzen

Fußbodenheizung

Entwicklung der Heizungssysteme und Pumpentechnologie

SystemTichelmann

Warmwasser-Umlaufheizung

Römisches Reich bis 5. Jahrhundert

Mittelalter bis 15. Jahrhundert

Schwerkraft-Warmwasserheizung

1929 Umlaufbeschleunigerdes Wilhelm Opländer

2001 Wilo-StratosDie Hocheffizienzpumpe

1988 Wilo Star-EDie erste vollelektronischeHeizungsumwälzpumpe

1956 Die erste Heizungsum-wälzpumpe in Nassläufer-bauweise (Patent Perfecta)

2009 Wilo-Geniax – Das Dezentrale PumpensystemDie Revolution in der Heizungstechnik

Industrielle Revolution, 19. Jahrhundert

Neuzeit, 20. Jahrhundert

21. Jahrhundert

Dampfheizung

Ofenheizung


Fördersysteme

Zulauf

Zulaufbehälter

HochbehälterSteigleitunggeodätische Förderhöhe

PumpeSchwimmer-ventil

Schwimmer-ventil

Pumpenanlage zur Förderungvon Wasser auf ein höheresNiveau

Offenes Wasserfördersystem

Offenes Wasserfördersystem Die linke, schematische Darstellung zeigt, wel-che Bauelemente zu einem Fördersystem gehö-ren, welches eine Flüssigkeit aus einem tiefliegenden Zulaufbehälter z. B. zu einem höhergelegenen Behälter fördern soll. Die Pumpetransportiert das Wasser aus dem unteren Behäl-ter auf die notwendige Höhe.

Dabei genügt es nicht, die Förderleistung derPumpe auf die geodätische Förderhöhe auszule-gen. Denn an der letzten Zapfstelle, z. B. einerDusche im obersten Geschoss eines Hotels, mussnoch ein genügend starker Fließdruck vorhandensein. Auch die in der Steigleitung entstehendenRohrreibungsverluste müssen berücksichtigtwerden.

Pumpenförderhöhe = geodätische Förderhöhe +Fließdruck + Rohrleitungsverluste

Für notwendige Wartungsarbeiten müssen dieeinzelnen Leitungsabschnitte durch Armaturenabsperrbar sein. Das gilt insbesondere für Pum-pen, da sonst vor einer Reparatur oder einemAustausch der Pumpe große Wassermengen ausden Steigleitungen abgelassen werden müssten.

Weiterhin sind im tiefer liegenden Zulaufbehälterund im Hochbehälter Schwimmerventile oderandere Regelbausteine vorzusehen, um eineventuelles Überlaufen zu verhindern.

Außerdem kann in die Steigleitung an geeigneterStelle ein Druckwächter eingebaut werden,der die Pumpe dann abschaltet, wenn alle Ent-nahmestellen geschlossen sind und keine Was-serabnahme mehr erfolgt.


F Ö R D E R S Y S T E M E

Geschlossenes Heizungssystem

Umwälzsystem am Beispieleiner Heizungsanlage

Vorlauf

Pumpe Rücklauf

Entlüftung

Wärmeverbraucher

Regelein-richtung

Membranausdehnungsgefäß

Sicherheits-ventil

Geschlossenes Heizungssystem

In der rechten Darstellung werden schematischdie funktionalen Unterschiede dargestellt,welche eine Heizungsanlage im Gegensatz zueinem Wasserfördersystem hat.

Während es sich bei einem Wasserfördersystemum ein offenes System mit freiem Auslauf (z. B.Zapfstelle in Form eines Wasserhahns) handelt,ist eine Heizungsanlage ein in sich geschlossenesSystem.

Noch einfacher ist das Prinzip zu verstehen,wenn man sich vorstellt, dass das Heizungswas-ser in den Rohrleitungen einfach nur in Bewe-gung gehalten bzw. umgewälzt wird.

Das Heizungssystem lässt sich in folgendeAnlagenteile unterteilen:• Wärmeerzeuger• Wärmetransport- und Verteilungssystem• Membranausdehnungsgefäß zur Druckhaltung

und Druckregelung• Wärmeverbraucher• Regeleinrichtung und• Sicherheitsventil

Unter Wärmeerzeuger sind hier Heizkessel u. a.mit Gas-, Öl- oder Feststoffbefeuerung sowieUmlauf-Wasserheizer zu verstehen. Dazu gehö-ren auch Elektrospeicherheizungen mit zentralerWassererwärmung, Fernwärmeübergabestationenund Wärmepumpen.

Das Wärmetransport- und -verteilungssystemumfasst sämtliche Rohrleitungen, Verteiler- undSammlerstationen und natürlich die Umwälz-pumpe. Die Pumpenleistung ist in einer Hei-zungsanlage nur auf die Überwindung dergesamten Widerstände der Anlage auszulegen.Die Gebäudehöhe wird nicht berücksichtigt,denn das Wasser, welches durch die Pumpe in dieVorlaufleitung gedrückt wird, schiebt das Wasserin der Rücklaufleitung zum Kessel zurück.

Das Membranausdehnungsgefäß ist für den Aus-gleich des sich ändernden Wasservolumens inder Heizungsanlage, in Abhängigkeit von denBetriebstemperaturen, bei gleichzeitiger stabilerDruckhaltung zuständig.

Wärmeverbraucher sind die Heizflächen in den zubeheizenden Räumen (Radiatoren, Konvektoren,Flächenheizungen usw.). Wärmeenergie fließtvon Punkten höherer Temperatur zu Punktenniedrigerer Temperatur, und zwar umso schnel-ler, je größer der Temperaturunterschied ist.Diese Übertragung erfolgt durch drei unter-schiedliche physikalische Vorgänge:• Wärmeleitung,• Konvektion, d. h. Luftauftrieb• und Wärmestrahlung.

Ohne eine gute Regelung wird heute kein tech-nisches Problem mehr gelöst. So ist es selbstver-ständlich, dass sich Regeleinrichtungen auch injeder Heizungsanlage befinden. Am einfachstensind darunter die Thermostatventile für die Kon-stanthaltung der Raumtemperatur zu verstehen.Aber auch in den Heizkesseln, in Mischern undnatürlich in Pumpen befinden sich inzwischenhoch entwickelte mechanische, elektrische undelektronische Regler.

Vergleiche Kapitel„Überschlägige Pumpenausle-gung für Standardheizungsan-lagen“, Seite 41

Merksatz:Die Gebäudehöhe wird nichtberücksichtigt, denn dasWasser, welches durch diePumpe in die Vorlaufleitunggedrückt wird, schiebt dasWasser in der Rücklaufleitungzum Kessel zurück.


Wasser – unser TransportmittelIn Warmwasser-Zentralheizungen wird Wasser dazu benutzt, Wärme vom Erzeugerzum Verbraucher zu transportieren.

Die wichtigsten Eigenschaften von Wasser sind:• Wärmespeicherkapazität• Volumenzunahme sowohl bei Erwärmung als

auch bei Abkühlung• Verringerung der Dichte bei Volumenzu- und

-abnahme• Siedeverhalten unter äußerem Druck• Schwerkraftauftrieb

Diese physikalischen Eigenschaften sollennachfolgend beschrieben werden.

Eine wichtige Eigenschaft jedes Wärmeträger-mediums ist seine Wärmespeicherfähigkeit. Wirdsie auf die Masse und die Temperaturdifferenzdes Stoffes bezogen, wird von der spezifischenWärmespeicherkapazität gesprochen.

Das Symbol dafür ist c, die MaßeinheitkJ/ (kg • K)

Die spezifische Wärmespeicherkapazität ist dieWärmemenge, die man 1 kg des Stoffes (z. B.Wasser) zuführen muss, um ihn um 1 °C zuerwärmen. Umgekehrt gibt der Stoff bei Abküh-lung die gleiche Energie wieder ab.

Für Wasser gilt zwischen 0 °C und 100 °C alsmittlere spezifische Wärmespeicherkapazität:

c = 4,19 kJ/(kg • K) oder c = 1,16 Wh/(kg • K)

Die zu- oder abgeführte Wärmemenge Q,gemessen in J oder kJ, ist das Produkt aus derMasse m, gemessen in kg, der spezifischenWärmespeicherkapazität c und der Temperatur-spreizung ∆ � gemessen in K.

Das ist die Differenz zwischen der Vorlauf- undRücklauftemperatur eines Heizungssystems.Die Formel lautet:

Q = m • c • ∆ �m= V • ρ

V = Wasservolumen in m³ρ = Dichte kg/m³

Die Masse m ist das Wasservolumen V, gemessenin m³, multipliziert mit der Dichte ρ des Wassers,gemessen in kg/m³. Somit kann die Formel auchwie folgt geschrieben werden:

Q = V • ρ • c (�V - �R)

Die Dichte des Wassers verändert sich zwar mitder Wassertemperatur. Für die Energiebetrach-tungen wird aber vereinfacht mit ρ = 1 kg/dm³zwischen 4 °C und 90 °C gerechnet.

Die physikalischen Begriffe Energie, Arbeit undWärmemenge sind gleich.

Zur Umrechnung von Joule in andere zugelas-sene Einheiten gilt:

1 J = 1 Nm = 1 Ws bzw. 1 MJ = 0,278 kWh

Merksatz:Die spezifische Wärmespei-cherkapazität ist die Wärme-menge, die man 1 kg desStoffes (z. B. Wasser) zuführenmuss, um ihn um 1 °C zuerwärmen. Umgekehrt gibt derStoff bei Abkühlung diegleiche Energie wieder ab.

Spezifische Wärmespeicherkapazität

∆ = Delta� = Thetaρ = Rho


WA S S E R – U N S E R T R A N S P O R T M I T T E L

Sämtliche Stoffe auf der Erde dehnen sich beiErwärmung aus und verringern ihre Ausdehnungbei Abkühlung. Der einzige Stoff, der dabei eineAusnahme macht, ist Wasser. Diese besondereEigenschaft heißt Anomalie des Wassers.

Wasser hat bei + 4 °C die größte Dichte, und zwar1 dm³ = 1 l = 1 kg

0 6 8 10 122 4 14 16 18 20

1,0016

1,0012

1,0008

1,0004

1,0000T [C°]

Volu

men

von

1kg

Was

ser [l]

Bei der Erwärmung oderAbkühlung wird die Dichte desWassers geringer, d. h.,es wird spezifisch leichter,das Volumen nimmt zu.

Volumenveränderung von Wasser

Volumenzu- und -abnahme

Auch wenn Wasser unter eine Temperatur von+4 °C abgekühlt wird, dehnt es sich aus. DieserAnomalie des Wassers verdanken wir, dass Flüsseund Seen im Winter von der Oberfläche her zu-frieren. Eisschollen schwimmen deshalb aufdem Wasser und nur so ist es der Frühlingssonnemöglich, das Eis wieder aufzutauen. Sie könntees nicht, wenn das Eis – spezifisch schwererwerdend – auf den Grund sinken würde.

Dieses Ausdehnungsverhalten birgt aber auchGefahren in sich. So platzen Automotoren undWasserleitungen, wenn sie einfrieren. Um daszu verhindern, werden dem Wasser Frostschutz-mittel zugemischt. In Heizungssystemen sinddies z. B. Glykole, ihr Anteil ist den Herstelleran-gaben zu entnehmen.

Wird das Wasser von diesem Temperaturpunktentweder abgekühlt oder erwärmt, so nimmtsein Volumen zu, d. h., die Dichte wird geringer,es wird spezifisch leichter.

An einem Behälter mit gemessenem Überlaufkann dies gut beobachtet werden.

In dem Behälter sind genau 1.000 cm3 Wasser beieiner Temperatur von +4 °C. Wird das Wassererwärmt, fließt ein Teil durch den Überlauf in dasMessglas. Wenn das Wasser auf 90 °C erwärmtwird, befinden sich genau 35,95 cm³, entspre-chend 34,7 g, im Messglas.

10 cm

4 °C 90 °C

10cm

1.000 cm3 = 1 l 1.000 cm3 = 1 l

Wasserwürfel von 1.000 cm3

4°C = 1000 gWasserwürfel von 1.000 cm3

90°C = 965,3 g

Überlaufmenge35,95 cm3 = 34,7 g



Siedeverhalten von Wasser

Wird Wasser über 90 °C hinaus weiter erwärmt,so siedet es im offenen Gefäß bei 100 °C. Wirdwährend des Siedevorganges die Wassertempe-ratur gemessen, bleibt diese konstant bei 100 °C,bis der letzte Rest verdampft ist. Die ständigeWärmezufuhr wird also zur vollständigen Ver-dampfung des Wassers, also zur Veränderungdes Aggregatzustandes, verwendet. Diese Ener-gie wird auch als latente (verborgene) Wärmebezeichnet. Wird die Erwärmung weiter fortge-setzt, steigt die Temperatur wieder.

Bedingung für den geschilderten Ablauf ist,dass ein Normal-Luftdruck (NN) von 1,013 hPaherrscht, der auf dem Wasserspiegel ruht. Beijedem anderen Luftdruck verschiebt sich derSiedepunkt von 100 °C weg.

Eine Wiederholung des geschilderten Versuchs in3000 m Höhe, z. B. auf der Zugspitze, zeigt, dassdort Wasser bereits bei 90 °C siedet. Ursachedieses Verhaltens ist der mit zunehmender Höheabsinkende Luftdruck.

Je geringer der Luftdruck auf der Wasseroberflä-che ist, desto niedriger liegt die Siedetempera-tur. Umgekehrt wird ein Anheben der Siedetem-peratur durch Steigerung des Drucks erreicht, derauf dem Wasserspiegel ruht. Dieses Prinzip wirdz. B. bei Schnellkochtöpfen verwendet.

Die nebenstehende Grafik macht deutlich, wiesich die Siedetemperatur des Wassers in Abhän-gigkeit vom Druck verändert.

Heizsysteme werden bewusst mit einem Über-druck betrieben. So bilden sich in kritischenBetriebszuständen keine Dampfblasen. Dadurchwird auch verhindert, dass von außen Luft in dasWassersystem eindringen kann.

1,013

T[°

C]

0 3 4 5 62 [1000 hPa]Druck

150

50

0

100

100

WärmemengeT

[°C]

Verlauf des Aggregatzustandesbei Temperaturerhöhung

Siedepunkt des Wassers als Funktion des Drucks

festfest undflüssig flüssig

flüssigunddampf-förmig

Umwandlungswärme (latente Wärme)

dampf-förmig



Vorlauf

Pumpe

Rücklauf


Sicherheits-ventil

Entlüftung

Wärmeverbraucher

Regelein-richtung

90 °C

34,7 g

Bei den bisherigen Überlegungen ist nichtberücksichtigt worden, dass die Heizungsum-wälzpumpe den Anlagendruck noch weitererhöht.

Das Zusammenspiel von der maximalen Heiz-wassertemperatur, der Pumpenauswahl, derGröße des notwendigen Membranausdehnungs-gefäßes und dem Ansprechpunkt des Sicher-heitsventils muss sehr sorgfältig beachtetwerden. Eine zufällige Auswahl der Anlagenteile– eventuell gar nach Gesichtspunkten desAnschaffungspreises – kann nicht akzeptiertwerden.

Bei der Auslieferung ist das Gefäß mit Stickstoffgefüllt. Der MAG-Vordruck muss entsprechendder Heizungsanlage angepasst werden. DasAusdehnungswasser aus dem Heizungssystemtritt in das Gefäß ein und drückt das Gaspolsterüber eine Membrane zusammen. Gase lassen sichkomprimieren, Flüssigkeiten dagegen nicht.

Ausgleich des sich ändernden Wasservolumensin der Heizungsanlage:

Darstellung einer Heizungsanlage mit integriertem Sicherheitsventil

Warmwasserheizungen werden mit Vorlauftem-peraturen bis 90 °C betrieben. Das Wasser wirdnormalerweise bei 15 °C Wassertemperatur auf-gefüllt und dehnt sich dann beim Aufheizen aus.Bei dieser Volumenzunahme darf es nicht zumÜberdruck oder Weglaufen des Fördermediumskommen.

MAG-Vordruck 1,0/1,5 bar

KFEKV

(1) MAG-Einbauzustand

Stick-stoff

WasserreserveMAG-Vordruck +0,5 bar

KFEKV

(2) Anlage gefüllt/kalt

Stick-stoff

(3) Anlage bei max.Vorlauftemperatur

Wassermenge = Wasser-reserve + Ausdehnung

KFEKV

Ausdehnung des Heizwassers und Absicherung gegen Überdruck

1.000 cm3

= 1 l

Wird nach dem Sommer die Heizung wiedereingeschaltet, nimmt das Wasser wieder seingrößeres Volumen ein. Es muss also ein ausrei-chend großes Aufnahmegefäß für das Ausdeh-nungswasser bereitgestellt werden. Bei älterenHeizungsanlagen wurden offene Ausdehnungs-gefäße eingebaut. Sie befinden sich immeroberhalb des höchstgelegenen Rohrleitungsab-schnittes. Bei steigender Heizungstemperatur,also bei der Ausdehnung des Wassers, steigt derWasserspiegel in diesem Gefäß. Er sinkt wiederbei fallender Heizungstemperatur.

Bei heutigen Heizungsanlagen werden Mem-branausdehnungsgefäße (MAG) verwendet.

Bei erhöhtem Anlagendruck muss gewährleistetsein, dass es zu keiner unzulässigen Druckbelas-tung von Rohrleitungen und anderen Anlagen-teilen kommt. Deshalb ist es Vorschrift, eineHeizungsanlage mit einem Sicherheitsventilauszurüsten, damit bei Überdruck das Ausdeh-nungswasser abblasen kann. In einer sorgfältiggeplanten und gewarteten Anlage sollte dieserBetriebszustand allerdings nie eintreten.

Merksatz:Das Sicherheitsventil muss beiÜberdruck öffnen und dasAusdehnungswasser abblasen.



Druck

DruckdefinitionDruck ist der gemessene statische Druck vongasförmigen und flüssigen Stoffen in Druckbe-hältern oder Rohrleitungen gegenüber derAtmosphäre (Pa, mbar, bar).

RuhedruckStatischer Druck, wenn kein Medium fließt.Ruhedruck = Füllhöhe über den jeweiligen Mess-punkt + Vordruck im Membranausdehnungsge-fäß.

FließdruckDynamischer Druck, wenn ein Medium fließt.Fließdruck = dynamischer Druck - Druckverlust.

PumpendruckDruck, der an der Druckseite der Kreiselpumpebei Betrieb erzeugt wird. Dieser Wert kannanlagenbedingt vom Differenzdruck abweichen.

DifferenzdruckErzeugter Druck durch die Kreiselpumpe zurÜberwindung der Summe aller Widerstände ineiner Anlage. Gemessen zwischen Saug- undDruckseite der Kreiselpumpe. Durch die Abnahmedes Pumpendrucks aufgrund der Verluste ent-lang der Rohrleitungen, der Armaturen desKessels und der Verbraucher herrscht an jederAnlagenstelle ein anderer Betriebsdruck.

Kavitation

Als Kavitation wird die Implosion der gebildetenDampfblasen (Hohlräume) infolge örtlicher Unter-druckbildung unter dem Verdampfungsdruckder zu fördernden Flüssigkeit am Laufradeintrittbezeichnet. Diese führt zu Leistungsabfall(Förderhöhe), unruhigen Laufeigenschaften,Abfall des Wirkungsgrades, Geräuschen undMaterialzerstörung (im Pumpeninneren).

Mikroskopisch kleine Explosionen verursachendurch Ausdehnung und Zusammenfall (Implo-sion) kleiner Luftbläschen in Bereichen höherenDrucks (z. B. im fortgeschrittenen Stadium amLaufradausgang) Druckschläge, die eine Beschä-digung bzw. Zerstörung der Hydraulik zur Folgehaben. Erste Anzeichen hierfür sind Geräuschebzw. Schäden am Laufradeintritt.

Eine wichtige Größe für eine Kreiselpumpe ist derNPSH-Wert (Net Positive Suction Head). Diesergibt den Mindestdruck am Pumpenzulauf an, dendiese Pumpenbauform benötigt, um kavitations-frei arbeiten zu können, d. h. den zusätzlichenDruck, der benötigt wird, die Verdampfung derFlüssigkeit zu verhindern und diese im flüssigenZustand zu halten.

Der NPSH-Wert wird pumpenseitig durch Lauf-radform, Pumpendrehzahl und umgebungsseitigvon Mediumtemperatur, Wasserüberdeckungund Atmosphärendruck beeinflusst.

Vermeidung von KavitationZur Vermeidung von Kavitation muss einer Kreisel-pumpe die Förderflüssigkeit mit einer bestimm-ten Zulaufhöhe zugeführt werden. Die Größedieser Mindestzulaufhöhe ist abhängig vonTemperatur und Druck der Förderflüssigkeit.

Weitere Möglichkeiten zur Vermeidung vonKavitation:• Erhöhung des statischen Druckes• Senkung der Medientemperatur (Reduzieren

des Dampfdruckes PD)• Auswahl einer Pumpe mit geringerer Halte-

druckhöhe (Mindestzulaufhöhe, NPSH)

Betriebsüberdruck

Betriebsunterdruck

Fließdruck(dynamischer Druck)

Fließdruck(dynamischer Druck)

Ruhedruck(statischer Druck)

Luftdruck 1013 hPa(normal)

In Heizungsanlagen In der Atmosphäre

Erosion,Geräusche,Bersten

positiver Differenzdruck

Kavitation,Geräusche,Pressen

absoluterNullpunkt

negativer Differenzdruck

(+) Überdruck

(-) Unterdruck(Saugdruck)

Anlagendruck, Druckaufbau

BetriebsdruckDruck, der beim Betrieb einer Anlage oder ein-zelner Teilabschnitte herrscht bzw. entstehenkann.

Zulässiger BetriebsdruckAus Gründen der Sicherheit festgelegter Höchst-wert des Betriebsdruckes.


Konstruktion von KreiselpumpenIn der SHK-Branche kommen in den verschiedensten BereichenKreiselpumpen zum Einsatz. Sie unterscheiden sich nach der Art ihrerKonstruktion und nach der Art ihrer Energieumsetzung.

Selbstansaugende und normalsaugende Pumpen

Eine selbstansaugende Pumpe ist bedingt in derLage, die Saugleitung zu entlüften, d. h. Luftzu evakuieren. Bei der Inbetriebnahme muss diePumpe ggf. mehrmals gefüllt werden. Die max.Saughöhe beträgt theoretisch 10,33 m und istvom Luftdruck (1013 hPa = Normal) bei einerWassertemperatur von 4 °C und 0 m über Nor-malnull (NN) abhängig.

Technisch bedingt sind nur max. 7-8 m Saug-höhe hs erreichbar. Dieser Wert beinhaltet nichtnur den Höhenunterschied von der tiefst mögli-chen Wasseroberfläche bis zum Saugstutzen derPumpe, sondern auch die Widerstandsverlustein Anschlussleitungen, Pumpe und Armaturen.

Bei der Auslegung der Pumpe ist zu beachten,dass die Saughöhe hs in die auszulegendeFörderhöhe mit negativen Vorzeichen mit einbe-zogen werden muss.

Die Saugleitung ist mindestens in Nennweite desPumpenstutzens, wenn möglich eine Nennweitegrößer, zu verlegen und sie sollte möglichst kurzgehalten werden.

Bei einer langen Saugleitung ergeben sich er-höhte Reibungswiderstände, die die Saughöhestark beeinträchtigen.

Die Verlegung der Saugleitung sollte stetigsteigend zur Pumpe erfolgen und bei Verwen-dung von Schlauchmaterial als Saugleitungsollten Spiralsaugschläuche (Dichtigkeit, Festig-keit) favorisiert werden. Undichtigkeiten sindunbedingt zu vermeiden, da sonst Pumpenschä-den und Betriebsstörungen auftreten können.

Bei Saugbetrieb ist ein Fußventil stets zur Ver-hinderung des Leerlaufens der Pumpe und derSaugleitung zu empfehlen. Ein Fußventil mitSaugkorb schützt außerdem die Pumpe und dienachgeschalteten Systeme vor groben Verunrei-nigungen (Blätter, Holz, Steine, Ungeziefer etc.).Ist ein Fußventil nicht einsetzbar, sollte imSaugbetrieb eine Rückschlagklappe oder ein-Rückschlagventil vor der Pumpe (Pumpensaug-stutzen) installiert werden.

hs

Fußventil

Rückschlagklappe/-ventil

Saughöhe der Pumpe hs

Verlegung der Saugleitung

Saugbetrieb

Installation mit Fußventil oderRückschlagklappe/-ventil

richtig falsch

Eine normalsaugende Pumpe ist nicht in der Lage,Luftanteile aus der Saugleitung zu evakuieren.

Bei normalsaugenden Pumpen müssen stets diePumpe und die Saugleitung komplett gefülltsein. Wenn Luft durch Undichtigkeiten, z. B. ander Stopfbuchse des Absperrschiebers oderdurch ein nicht schließendes Fußventil in derSaugleitung, in die Pumpe gelangt, müssenPumpe und Saugleitung wieder neu befülltwerden.

Mindestwasserstand


Funktion von Kreiselpumpen

Pumpen sind erforderlich, um Flüssigkeiten zutransportieren und die sich dazu einstellendenDurchflusswiderstände im Rohrsystem zu über-winden. Bei Pumpenanlagen mit unterschiedli-chen Flüssigkeitsniveaus kommt dabei nochdie Überwindung des geodätischen Höhenunter-schiedes zur Geltung.

Kreiselpumpen sind nach der Art ihrer Konstruk-tion und nach der Art ihrer Energieumsetzunghydraulische Strömungsmaschinen. Obwohles eine Vielzahl von Bauarten gibt, ist in allenKreiselpumpen gleich, dass die Flüssigkeit axialin ein Laufrad eintritt.

Ein Elektromotor treibt die Pumpenwelle an, aufder das Laufrad sitzt. Das durch den Saugstutzenund den Saughals axial in das Laufrad eintretendeWasser erhält von den Laufradschaufeln eineUmlenkung in eine radiale Bewegung. Die anjedem Flüssigkeitsteilchen angreifenden Flieh-kräfte bewirken beim Durchströmen des Schau-felbereichs sowohl eine Erhöhung des Druckesals auch der Geschwindigkeit.

Nach dem Austritt aus dem Laufrad wird dieFlüssigkeit im Spiralgehäuse gesammelt. Dabeiwird durch die Gehäusekonstruktion die Strö-mungsgeschwindigkeit wieder etwas verlang-samt. Es erfolgt durch die Energieumwandlungeine weitere Erhöhung des Druckes.

Eine Pumpe besteht aus folgenden Hauptbe-standteilen:• Pumpengehäuse• Motor• Laufrad

K O N S T R U K T I O N V O N K R E I S E L P U M P E N

Laufradformen

AxialradHalbaxialradRadialrad Radialrad 3-D

Schnittbild einer Nassläuferpumpe

Das Fördermedium tritt axialin das Laufrad ein und wirdradial umgelenkt

Laufräder

Es wird unterschieden zwischen offenen undgeschlossenen Laufrädern sowie nach denLaufradformen.

Das heutige Laufrad ist bei der Mehrzahl derPumpen eine 3-D-Konstruktion, welche dieVorteile eines Axialrades und eines Radialradesmiteinander verbindet.

Pumpengehäuse

3-D-Laufrad



Pumpenwirkungsgrad

Der Wirkungsgrad jeder Maschine ist das Ver-hältnis der abgegebenen Leistung zur aufge-nommenen Leistung. Dieses Verhältnis wird mitdem griechischen Buchstaben η gekennzeichnet.

Weil es keinen verlustlosen Antrieb gibt, ist ηdeshalb immer kleiner als 1 (100 %). Bei einerHeizungsumwälzpumpe setzt sich der Gesamt-wirkungsgrad aus dem Motorwirkungsgrad ηM(elektrisch und mechanisch) und dem hydrauli-schen Wirkungsgrad ηP zusammen. Die Multipli-kation dieser beiden Werte führt zum Gesamt-wirkungsgrad ηges.

ηges = ηM • ηP

Diese Wirkungsgrade streuen bei den verschie-denen Pumpenbauarten und Pumpengrößen inweiten Bereichen. Für Nassläuferpumpen erge-ben sich Wirkungsgrade ηges zwischen 5 % und 60 % (Hocheffizienz-Pumpe), für Trockenläu-ferpumpen beträgt ηges zwischen 30 % und 80 %.

Auch innerhalb des Pumpenkennlinienfeldesverändert sich der jeweils aktuelle Wirkungsgradzwischen null und einem Höchstwert.

Wenn die Pumpe gegen ein geschlossenes Ventilarbeitet, wird zwar ein hoher Pumpendruck er-reicht, da aber kein Wasser fließt, ist die Wirkungder Pumpe null. Dasselbe gilt bei einem offenenRohr. Trotz einer großen Wassermenge wird keinDruck aufgebaut und somit kein Wirkungsgraderreicht.

Eine Pumpe arbeitet niemals auf einem einzigendefinierten Punkt. Deshalb ist bei der Auslegungdarauf zu achten, dass sich der Betriebspunkt derHeizungspumpe in der meisten Zeit der Heizpe-riode im mittleren Drittel der Pumpenkennliniebefindet. Dann arbeitet sie im Bereich der bestenWirkungsgrade.

Der Pumpenwirkungsgrad wird durch folgendeFormel ermittelt:

Pumpenkennlinie und Wirkungsgrad

Pumpen mitMotorleistung P2 ηgesbis 100 W ca. 5 % – ca. 30 %100 bis 500 W ca. 20 % – ca. 50 %500 bis 2500 W ca. 30 % – ca. 60 %

Pumpen mitMotorleistung P2 ηgesbis 1,5 kW ca. 30 % – ca. 65 %1,5 bis 7,5 kW ca. 35 % – ca. 75 %7,5 bis 45,0 kW ca. 40 % – ca. 80 %

Wirkungsgrade bei Standard-Nassläuferpumpen (Richtwerte)

Wirkungsgrade bei Trockenläuferpumpen(Richtwerte)

Förderstrom Q [m3/h]

H

η

Förd

erhö

heH

[m]

ηP = PumpenwirkungsgradQ̇ [m³/h] = FörderstromH [m] = FörderhöheP2 [kW] = Leistung an der Pumpenwelle367 = Umrechnungskonstanteρ [kg/m³] = Dichte des Fördermediums

Der Wirkungsgrad (oder die Leistung) einerPumpe ist abhängig von deren Konstruktion.

Die folgenden Tabellen geben einen Überblicküber die Wirkungsgrade in Abhängigkeit von dergewählten Motorleistung und der Pumpenkon-struktion (Nass-/Trockenläufer).

Q̇ • H • ρηp = ------------

367 • P2

Der beste Gesamtwirkungsgrad der Heizungs-umwälzpumpe liegt im mittleren Bereich desKennlinienfelds. In den Katalogen der Herstellersind diese optimalen Arbeitspunkte bei jederPumpe besonders gekennzeichnet.

η = eta


Der Leistungs-Kennlinienverlauf zeigt folgendeZusammenhänge: Bei geringem Förderstrom hatder Motor die geringste Leistungsaufnahme. Siewächst mit zunehmendem Förderstrom. Dabeiändert sich der Leistungsbedarf in einem deut-lich stärkeren Verhältnis als der Förderstrom.

Der Einfluss der MotordrehzahlWird bei sonst gleichbleibenden Anlagenbedin-gungen die Drehzahl der Pumpe verändert,so verändert sich die Leistungsaufnahme P an-nähernd proportional zur dritten Potenz derDrehzahl n.

Mit dieser Kenntnis kann die Pumpe sinnvollgeregelt und der Heizenergiebedarf angepasstwerden. Wird die Drehzahl verdoppelt, so erhöhtsich der Förderstrom im selben Verhältnis. DieFörderhöhe wächst auf das Vierfache. Die not-wendige Antriebsenergie beträgt dann ungefährdas Achtfache. Wird die Drehzahl verringert, soreduzieren sich der Förderstrom, die Förderhöheim Rohrnetz und der Leistungsbedarf in den glei-chen, wie oben beschriebenen Verhältnissen.

Konstruktionsbedingte FestdrehzahlenEin Unterscheidungsmerkmal von Kreiselpumpenist die Förderhöhe, bedingt durch den verwende-ten Motor und die vorgegebene Festdrehzahl.Hierbei wird bei einer schnell laufenden Pumpemit einer Drehzahl von n > 1500 min–1 von einemSchnellläufer und bei einer langsam laufendenPumpe mit einer Drehzahl von n < 1500 min–1 voneinem Langsamläufer gesprochen.

Allerdings ist die Motorkonstruktion der Lang-samläufer etwas aufwendiger und damit kannder Preis dieser Pumpen etwas höher liegen. Aberdort, wo die Heizkreisbedingungen den Einsatzeiner langsam laufenden Pumpe möglich odergar erforderlich machen, führt die schnellerePumpe zu einem unnötig hohen Stromverbrauch.Die für eine Drehzahlverminderung nötigenhöheren Anschaffungskosten führen zu erhebli-chen Einsparungen bei der Antriebsenergie.Mehrkosten können schnell eingespart werden.

Bei einer geregelten Drehzahlverringerung ent-sprechend der Abnahme des Heizungsbedarfswirkt sich die stufenlose Regelung der Pumpen-elektronik als deutlicher Spareffekt aus.

Ein Elektromotor treibt, wie beschrieben, diePumpenwelle an, auf der das Laufrad sitzt. Diein der Pumpe erzeugte Druckerhöhung und derdurch die Pumpe transportierte Förderstromsind das hydraulische Ergebnis der elektrischenAntriebsenergie. Die vom Motor benötigte Ener-gie wird als Leistungsaufnahme P1 der Pumpebezeichnet.

Leistungskennlinien der PumpenDie Leistungskennlinien von Kreiselpumpenwerden in einem Diagramm dargestellt: Auf dersenkrechten Achse, der Ordinate, wird dieLeistungsaufnahme P1 der Pumpe in Watt [W]aufgetragen. Auf der waagerechten Achse, derAbszisse, wird – genau wie bei der noch zubehandelnden Pumpenkennlinie – der Förder-strom Q der Pumpe in Kubikmetern je Stunde[m³/h] aufgetragen. Die Skaleneinteilung wirddabei im selben Maßstab gewählt. Diese beidenKennlinien werden in Katalogen häufig unterei-nander dargestellt, um die Zusammenhänge guterkennen zu können.


0 1 2 3 4 5 6

0 1 2 3 4 5 6 [m 3/h]

Q

[m 3/h]

150

125

100

75

50

25

0

6

5

4

3

2

1

0

Wilo-TOP-S 25/5Wilo-TOP-S 30/51~230 V - Rp1/Rp11/4

0 0,5 1 1,5

0 5 10 15 20 [lgpm]

[l/s]

min.

min.

max.

0 1 2 3

0 0,5 1 1,5 2

v

[m/s]Rp1

Rp11/4

max.

P 1[W]

H[m

]

Zusammenhang zwischenPumpenkennlinie undLeistungskennlinie

Leistungsaufnahme von Kreiselpumpen

P1 3

1 2P2

n1

n2≈

Vergleiche Kapitel„Kennlinien“, Seite 31

Vergleiche Kapitel„Stufenlose Drehzahlregelung“,Seite 36

Kennlinie Wilo-TOP S



Nassläuferpumpen

Durch den Einbau einer Nassläuferpumpe, wahl-weise im Vorlauf oder Rücklauf, wird das Wasserschnell und intensiv bewegt. Dabei könnenRohrleitungen mit kleineren Rohrquerschnittenverwendet werden. Die Kosten für die Heizungs-anlage werden dadurch geringer. In den Leitun-gen des Heizungssystems befindet sich damiterheblich weniger Wasser. Die Heizung kannschneller auf Temperaturschwankungen reagie-ren und ist besser regelfähig.

MerkmaleDas Laufrad einer Kreiselpumpe zeichnet sichdurch eine radiale Wasserbeschleunigung aus.Die Welle, die das Laufrad antreibt, ist aus Edel-stahl; die Lager dieser Welle sind aus gesinterterKohle oder aus Keramik-Material. Der Rotor desMotors, der auf der Welle sitzt, läuft im Förder-medium. Das Wasser schmiert die Lager undkühlt den Motor.

Die Abgrenzung zum stromführenden Statordes Motors übernimmt ein Spaltrohr bzw. Spalt-topf. Es ist aus nichtmagnetisierbarem Edelstahloder Kohlefaserstoff hergestellt und hat eineWanddicke von 0,1 bis 0,3 mm.

Für besondere Zwecke (z. B. Wasserfördersys-teme) werden Pumpenmotoren mit einer festenDrehzahl eingesetzt.

Wird die Nassläuferpumpe z. B. in einem Hei-zungskreislauf eingesetzt, also zur Versorgungder Heizkörper mit Heizenergie, so muss sie sichdem veränderlichen Wärmebedarf des Hausesanpassen. Je nach Außentemperatur und Fremd-wärme wird eine unterschiedliche Heizwasser-menge benötigt. Die vor den Heizflächen einge-bauten Thermostatventile bestimmen dieFördermenge.

Pumpenheizungssystem

Vorteile: Kleinere Rohrlei-tungsquerschnitte, wenigerWasserinhalt, schnelleReaktionsfähigkeit aufTemperaturschwankungen,geringere Installationskosten

1988: Erste vollelektronischeNassläuferpumpe mitintegrierter, stufenloserDrehzahlregelung

Vorlauf

Pumpe Rücklauf

Entlüftung

Wärmeverbraucher

Regelein-richtung


Sicherheits-ventil

Motoren von Nassläuferpumpen werden deshalbin mehreren Drehzahlstufen geschaltet. DieseDrehzahlumschaltung kann mit Schaltern oderSteckern manuell durchgeführt werden. EineAutomatisierung ist durch zusätzliche externeSchalt- und Regelsysteme möglich, die abhängigvon Zeit, Druckdifferenz oder Temperatur arbei-ten.

Seit 1988 gibt es Konstruktionen mit integrierterElektronik, welche die Drehzahl stufenlos regelt.

Der elektrische Anschluss von Nassläuferpum-pen erfolgt je nach Größe und erforderlicherPumpenleistung mit Wechselstrom 1~230 V odermit Drehstrom 3~400 V.

Nassläuferpumpen zeichnen sich durch einegroße Laufruhe aus und besitzen konstruktions-bedingt keine Wellenabdichtung.

Eine wichtige Eigenschaft dieser Konstruktionist die Fähigkeit zur Selbstentlüftung bei derInbetriebnahme.

2001: HocheffizienzpumpeWilo-Stratos –weltweit erste Nassläufer-pumpe auch für Klima-/Kälte-anwendungen

2009: HocheffizienzpumpeWilo-Stratos PICO –bis zu 90 % Stromkosten-Ein-sparung im Vergleich zu unge-regelten Heizungspumpen

Pumpengehäuse

Spaltrohr3-D-LaufradRotorWicklung


EinbaulagenNassläuferpumpen werden bis zu einer An-schluss-Nennweite von R 1 1/4 alsRohrverschraubungspumpen geliefert. GrößerePumpen werden mit Flanschanschlüssen gefer-tigt. Der Einbau dieser Pumpen in die Rohrleitungkann ohne Fundament waagerecht oder senk-recht erfolgen.

Wie bereits erwähnt, werden die Lager der Um-wälzpumpe durch das Fördermediumgeschmiert. Außerdem dient das Medium derKühlung des Motors. Es muss deshalb die Zirku-lation durch das Spaltrohr ständig gewährleistetsein.

Weiterhin muss die Pumpenwelle immer waage-recht angeordnet sein (Nassläuferpumpen,Heizung). Der Einbau mit senkrecht stehenderoder hängender Welle führt zu instabilemBetriebsverhalten und dadurch zum schnellenAusfall der Pumpe.

Genaue Hinweise zu den Einbaulagen sind denEinbau- und Betriebsanleitungen zu entnehmen.

Die beschriebenen Nassläuferpumpen habendurch ihre Konstruktion gute Laufeigenschaften.


Ohne Einschränkung zulässig für Pumpen mit1, 3 bzw. 4 Drehzahlstufen

Ohne Einschränkung zulässig für Pumpen mitstufenloser Regelung

Nicht erlaubte Einbaulagen

Einbaulagen für Nassläuferpumpen (Auszug)



Trockenläuferpumpen

MerkmaleZur Förderung großer Förderströme werdenTrockenläuferpumpen eingesetzt. Auch für dieFörderung von Kühlwasser und aggressivenMedien sind Trockenläuferpumpen besser geeig-net. Im Gegensatz zur Nassläuferpumpe kommtdas Fördermedium nicht mit dem Motor in Be-rührung, daher der Name Trockenläuferpumpe.

Ein weiterer Unterschied zur Nassläuferpumpebesteht in der Abdichtung des wasserführendenPumpengehäuses/ der Welle zur Atmosphäre. Sieerfolgt durch eine Stopfbuchspackung oderdurch eine Gleitringdichtung.

Die Motoren von Standard-Trockenläuferpum-pen sind normale Drehstrommotoren mit einerfesten Grunddrehzahl. Ihre Regelung erfolgtstandardmäßig über eine externe elektronischeDrehzahlveränderung. In der heutigen Zeit gibtes Trockenläuferpumpen mit integrierter elek-tronischer Drehzahlregelung, die mit der techni-schen Entwicklung für immer größere Motorleis-tungen zur Verfügung steht.

Bei den Trockenläuferpumpen wird hauptsäch-lich zwischen vier verschiedenen konstruktivenAusführungen unterschieden:

Inline-PumpenWenn Saugstutzen und Druckstutzen in einerAchse liegen und gleiche Nennweiten haben,heißen sie Inline-Pumpen. Inline-Pumpen habeneinen luftgekühlten und angeflanschten Norm-Motor.

In der Gebäudetechnik hat sich diese Bauart fürgrößere Leistungen durchgesetzt. Diese Pumpenkönnen unmittelbar in die Rohrleitung eingebautwerden. Entweder wird die Rohrleitung durchKonsolen abgefangen oder die Pumpe wird aufeinem Fundament oder auf einer eigenen Kon-sole montiert.

BlockpumpenBlockpumpen sind einstufige Niederdruck-Krei-selpumpen in Blockbauart mit luftgekühltemNormmotor. Das Spiralgehäuse hat einen axialenSaugstutzen und einen radial angeordnetenDruckstutzen. Die Pumpen sind serienmäßig mitWinkel- oder Motorfüßen ausgestattet.

Vergleiche Kapitel„Wellenabdichtung“,Seite 28

Grundplattenpumpe mit geteiltem GehäuseDiese Kreiselpumpen sind in ein- oder zweistufi-ger Ausführung verfügbar. Die Pumpe und derMotor werden durch eine flexible Kupplungverbunden und auf einer gemeinsamen Grund-platte für den Fundamentaufbau montiert.Die Abdichtung erfolgt über Stopfbuchsenpa-ckung oder Gleitringdichtung. Bei den horizontalangeordneten Anschlussstutzen ist der Saug-stutzen üblicherweise eine Nennweite größer.

NormpumpenBei diesen Kreiselpumpen mit axialem Eintrittsind die Pumpe, die Kupplung und der Motor aufeiner gemeinsamen Grundplatte montiert undsomit nur zum Fundamentaufbau geeignet.

Je nach Fördermedium und Betriebsbedingungenwerden sie mit einer Gleitringdichtung oder miteiner Stopfbuchse ausgerüstet. Bei ihnen be-stimmt der senkrecht stehende Druckstutzen dieNennweite der Pumpe. Der horizontale Saug-stutzen ist üblicherweise eine Nennweite größer.

Aufbau einer Trockenläuferpumpe

Gleitringdichtung

Hutmutter

Pumpengehäuse

Laterne

Laufrad

Normmotor

Lüfterhaube


GleitringdichtungenIn ihrer Grundkonstruktion bestehen Gleitring-dichtungen aus zwei Ringen mit sehr fein polier-ten (geläppten) Dichtflächen. Sie werden durcheine Feder zusammengedrückt und laufen imBetrieb gegeneinander. Gleitringdichtungen sinddynamische Dichtungen und werden zumAbdichten rotierender Wellen bei mittleren bishöheren Drücken verwendet.

Der Dichtbereich der Gleitringdichtung bestehtaus zwei plan geschliffenen, verschleißarmenFlächen (z. B. Ringe aus Siliciumkarbid bzw.Kohle), die durch axiale Kräfte zusammenge-drückt werden. Der Gleitring (dynamisch) rotiertmit der Welle, während der Gegenring (statisch)im Gehäuse stationär angeordnet ist.

Zwischen den Gleitflächen bildet sich ein dünnerWasserfilm, der zur Schmierung und Kühlungdient.

Im Betrieb können sich verschiedene Arten derReibung der Gleitflächen untereinander heraus-bilden: Mischreibung, Grenzreibung, Trockenrei-bung, wobei die sogenannte Trockenreibung(kein Schmierfilm) zur sofortigen Zerstörungführt. Die Standzeiten (Betriebsdauer) sindabhängig von den Betriebsverhältnissen, z. B.Fördermediumzusammensetzung, -temperatur.

StopfbuchsenMaterialien für Stopfbuchsen sind z. B. hochwer-tige synthetische Garne wie Kevlar® oder Twa-ron®, PTFE, Garne aus expandiertem Grafit, syn-thetische Mineralfasergarne sowie natürlicheFasergeflechte wie Hanf, Baumwolle oder Ramie.Das Stopfbuchsenmaterial ist lieferbar alsMeterware oder als formgepresste Ringe, introckener Ausführung oder versehen mit auf denVerwendungszweck abgestimmten Imprägnie-rungen. Bei Meterware wird zunächst ein Ringgeschnitten und geformt. Danach wird der Stopf-buchsenring um die Pumpenwelle montiert undmithilfe der Stopfbuchsenbrille angedrückt.

WellenabdichtungWie bereits erwähnt, kann die Wellenabdichtungzur Atmosphäre mittels einer Gleitringdichtungoder einer Stopfbuchspackung (insbesonderebei Normpumpen wahlweise) geschehen. ImFolgenden werden beide Abdichtungsmöglich-keiten näher erklärt.


Gleitringdichtung in einer Trockenläuferpumpe

Merksatz:Gleitringdichtungen sindVerschleißteile. Trockenlauf istnicht zulässig und führt zurZerstörung der Dichtflächen.

Gegenring(Hauptdichtung)

Gleitring(Hauptdichtung)

Gummibalg(Nebendichtung)

Feder



Hochdruck-Kreiselpumpen

Typische Konstruktionsmerkmale dieser Pumpensind Gliederkonstruktionen mit Laufrädern undStufenkammern.

Die Förderleistung einer Pumpe ist u. a. abhängigvon der Größe der Laufräder. Die entsprechendeFörderhöhe von Hochdruck-Kreiselpumpen wirddurch mehrere, nacheinander angeordnete Lauf-räder/Leiträder erzeugt. Hier wird die Bewe-gungsenergie teilweise im Laufrad und teilweiseim nachgeschalteten Leitrad in Druck umgesetzt.

Die Mehrstufigkeit macht es möglich, dassHochdruck-Kreiselpumpen Druckniveaus errei-chen können, die bei Einsatz von einstufigenNiederdruckkreiselpumpen nicht zu erzielensind.

Sehr große Typen haben bis zu 20 Stufen. Sieerreichen damit Förderhöhen bis zu 250 m.Die beschriebenen Hochdruck-Kreiselpumpengehörten früher zur Familie der Trockenläufer-pumpen. Heute kommen hier vermehrt Nassläu-fermotoren zum Einsatz. Sie zeichnen sich durchihre extreme Laufruhe aus.

Schnittzeichnung Hochdruck-Kreiselpumpe

Kennlinie Hochdruck-Kreiselpumpe

EinbaulagenZulässige Einbaulagen• Inline-Pumpen sind für den direkten horizonta-

len und vertikalen Einbau in eine Rohrleitungkonzipiert.

• Dabei sollte ein Freiraum zum Ausbau vonMotor, Laterne und Laufrad vorgesehenwerden.

• Wird die Pumpe montiert, muss die Rohrleitungspannungsfrei sein und die Pumpe gegebenen-falls auf den Pumpenfüßen abgestützt werden.

Nicht zulässige Einbaulagen• Der Einbau mit Motor und Klemmkasten nach

unten gerichtet ist nicht zulässig.• Ab einer bestimmten Motorleistung ist die

Einbaulage mit horizontaler Pumpenwelle beiden Herstellern zu erfragen.

Besonderheiten bei Blockpumpen• Blockpumpen sind auf ausreichenden Funda-

menten bzw. Konsolen aufzustellen.• Der Einbau von Blockpumpen mit Motor und

Klemmkasten nach unten gerichtet ist nichtzulässig. Jede andere Einbaulage ist möglich.

Genaue Hinweise zu den Einbaulagen sind denEinbau- und Betriebsanleitungen zu entnehmen.

Laufräder

Wilo-Multivert MVISBeispiel für eine Hochdruck-Kreiselpumpe mit Nassläufer-motor

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0 1 2 3 4 5 Q[m³/h]

210

209

208

207

206

205

204

203

202

H[m

]

Wilo-Multivert-MVIS 202-21050 Hz

0 0,25 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5 Q l/s]


Die Druckerhöhung in der Pumpe wird als Förder-höhe bezeichnet.

Definition der FörderhöheDie Förderhöhe einer Pumpe H ist die von derPumpe auf die Förderflüssigkeit übertragenenutzbare mechanische Arbeit, bezogen auf dieGewichtskraft der geförderten Flüssigkeit bei derörtlichen Fallbeschleunigung.

E = nutzbare mechanische Energie [N • m]G = Gewichtskraft [N]

Dabei sind die in der Pumpe erzeugte Druckerhö-hung und der durch die Pumpe fließende Förder-strom voneinander abhängig. Diese Abhängig-keit wird in einem Diagramm alsPumpenkennlinie dargestellt.

Auf der senkrechten Achse, der Ordinate, wirddie Förderhöhe H der Pumpe in Metern [m] auf-getragen. Andere Achsenskalierungen sindmöglich. Dabei gelten folgende Umrechnungs-werte:

10 m = 1 bar = 100.000 Pa = 100 kPa

Auf der waagerechten Achse, der Abszisse,befindet sich die Skalierung für den FörderstromQ der Pumpe in Kubikmetern je Stunde [m³/h].Auch eine andere Achsenskalierung, z. B. (l/s), istmöglich.

Der Kennlinienverlauf zeigt folgende Zusam-menhänge: Die elektrische Antriebsenergie wird(unter Berücksichtigung des Gesamtwirkungs-grades) in der Pumpe in die hydraulischen Ener-gieformen Druckerhöhung und Bewegungumgesetzt. Läuft die Pumpe gegen ein geschlos-senes Ventil, so entsteht der maximale Pumpen-druck. Man spricht von der Nullförderhöhe H0der Pumpe. Wird das Ventil langsam geöffnet,beginnt das Fördermedium zu strömen. Dadurchwird ein Teil der Antriebsenergie in Bewegungs-energie umgesetzt. Der ursprüngliche Druckkann dann nicht mehr gehalten werden. DiePumpenkennlinie erhält einen abfallenden Ver-lauf. Theoretisch wird der Schnittpunkt derPumpenkennlinie mit der Volumenstromachseerreicht, wenn das Wasser nur noch Bewegungs-energie enthält und kein Druck mehr aufgebautwird. Da ein Rohrleitungssystem aber immereinen inneren Widerstand hat, enden die realenPumpenkennlinien vor dem Erreichen der Förder-stromachse.

KennlinienPumpenkennlinie

PumpenkennlinienformDas folgende Bild zeigt die unterschiedlicheSteilheit von Pumpenkennlinien, die z. B. inAbhängigkeit zur Motordrehzahl entstehenkönnen.


Pumpenkennlinie

Theoretischer Verlauf

Nullförderhöhe H0

Förd

erhö

heH

[m]

E

GH = [m]

Unterschiedliche Förderstrom-und Druckänderungen


flach (z. B. 1450 1/min)

steil (z. B. 2900 1/min)

H0

H0

Förd

erhö

heH

[m]


∆p

H0

H0

Förd

erhö

heH

[m]

Unterschiedliche Steilheit,z. B. in Abhängigkeit derMotordrehzahl bei gleichemPumpengehäuse und Laufrad

Dabei ergeben sich je nach Steilheit undBetriebspunktänderung unterschiedliche Förder-strom- und Druckänderungen:• flach verlaufende Kennlinie

– größere Förderstromänderung, aber kleineDruckänderung

• steil verlaufende Kennlinie– kleinere Förderstromänderung, aber große

Druckänderung

Pumpenkennlinie


K E N N L I N I E N

Der innere Rohrreibungswiderstand führt zueinem Druckverlust des geförderten Mediumsentsprechend der gesamten Länge. Der Druck-verlust ist außerdem abhängig von der Tempera-tur des strömenden Mediums, seiner Viskosität,der Strömungsgeschwindigkeit, den Armaturen,den Aggregaten und dem Rohrreibungswider-stand, bestehend aus Rohrdurchmesser, Rohr-rauigkeit und Rohrlänge. Er wird in einer Anla-genkennlinie dargestellt. Dafür wird das gleicheDiagramm wie für die Pumpenkennlinie verwen-det.

Anlagenkennlinie

Q [m3/h]

H1

Q1

H2

Q2

H[m

]

0 3 41 2

40

50

60

70

80

30

20

10

0

Der Kennlinienverlauf zeigt folgende Zusam-menhänge:

Die Ursachen des Rohrreibungswiderstands sinddie Reibungen des Wassers an den Rohrwandun-gen, die Reibungen der Wassertropfen unterei-nander und die Umlenkungen in den Formteilen.Bei einer Veränderung des Förderstromes, z. B.durch Öffnen und Schließen der Thermostatven-tile, verändert sich auch die Wassergeschwindig-keit und damit der Rohrreibungswiderstand. Dader unveränderte Rohrquerschnitt wie einedurchströmte Fläche zu betrachten ist, verändertsich der Widerstand quadratisch. Zeichnerischentsteht deshalb daraus die Form einer Parabel.

Mathematisch ergibt sich folgender Zusammen-hang:

ErkenntnisWird der Förderstrom im Rohrnetz halbiert, sosinkt die Förderhöhe auf ein Viertel. Verdoppeltsich der Förderstrom, so erhöht sich die Förder-höhe auf das Vierfache.

Als Beispiel soll der Auslauf von Wasser auseinem Zapfventil dienen. Bei einem Vordruck von2 bar, das entspricht einer Pumpenförderhöhevon ca. 20 m, fließt aus einem Zapfventil DN ½ein Förderstrom von 2 m³/h. Zur Verdopplung desFörderstromes muss der Vordruck von 2 auf 8 barerhöht werden.

H1 2

1 2H2

Q1

Q2=

Anlagenkennlinie

Auslauf aus einer Zapfstellebei unterschiedlichen Vordrücken

Vordruck 2 barAuslauf 2 m3/h

½"

2 m3

½"

4 m3

Vordruck 8 barAuslauf 4 m3/h

Bei Verdoppelung des Förder-stroms steigt die Förderhöheum den vierfachen Wert.

Proportionalgesetz: Änderung der DrehzahlEine Verdoppelung der Drehzahl ergibt:Förderstrom Q = zweifachen WertFörderhöhe H = vierfachen WertLeistungsbedarf P = achtfachen Wert

• Der Volumenstrom ist proportional der Dreh-zahl

• Der Druck ist proportional dem Quadrat derDrehzahl

• Der Leistungsbedarf ist proportional der 3.Potenz der Drehzahl


K E N N L I N I E N

Der sich einstellende Betriebspunkt

Betriebspunkt

Dort, wo sich die Pumpenkennlinie und dieAnlagenkennlinie schneiden, ist der aktuelleBetriebspunkt der Heizungs- oder Wasserversor-gungsanlage.

D. h., in diesem Punkt herrscht ein Gleichgewichtzwischen dem Leistungsangebot der Pumpe unddem Leistungsverbrauch des Rohrnetzes. DiePumpenförderhöhe ist stets so groß wie derDurchflusswiderstand der Anlage. Daraus ergibtsich dann der Förderstrom, der von der Pumpegeliefert werden kann.

Hierbei muss berücksichtigt werden, dass einbestimmter Mindestförderstrom nicht unter-schritten werden darf, da es sonst zu einerÜberhitzung im Pumpenraum und damit zurZerstörung der Pumpe kommen kann. Es sind dieHerstellerangaben zu beachten. Ein Betriebs-punkt außerhalb der Pumpenkennlinie führt zuMotorschäden.

Durch die Veränderung der Förderströme währenddes Betriebes ändert sich auch der Betriebspunktständig. Der Planer muss einen Auslegungs-Betriebspunkt nach den maximalen Anforderun-gen finden. Bei Heizungsumwälzpumpen ist dasder Wärmebedarf des Gebäudes, bei Druckerhö-hungsanlagen ist das der Spitzendurchfluss füralle Zapfstellen.

Sämtliche anderen Betriebspunkte, die sich impraktischen Betrieb einstellen, liegen im Kennli-niendiagramm links von diesem Auslegungs-Betriebspunkt.

Die beiden rechten Darstellungen zeigen, dasssich die Betriebspunktänderung aus der Durch-flusswiderstandsänderung ergibt.

Bei Verschiebung des Betriebspunktes, in linkerRichtung vom Auslegungspunkt, erhöht sichzwangsläufig die Förderhöhe der Pumpe. Dabeiwerden Fließgeräusche in den Ventilen verur-sacht.

Die Anpassung der Förderhöhe und des Förder-stromes an den Bedarf erfolgt mit dem Einbauvon geregelten Pumpen. Dabei werden gleich-zeitig die Betriebskosten deutlich gesenkt.


Pumpenkennlinie

Beide Thermostatventilesind offen

Anlagenkennlinie

Schnittpunkt =Betriebspunkt

Förd

erhö

heH

[m]


Pumpenkennlinie

Nur ein Thermostatventilist offen

neueAnlagenkennlinie(steiler)

Förd

erhö

heH

[m]

Schnittpunkt =neuer Betriebspunkt


Witterungsschwankungen

In der rechten Darstellung macht die senkrechteSchraffur sehr deutlich, dass bei den jahreszeit-lich schwankenden Außentemperaturen einerecht unterschiedliche Heizenergie erforderlichist.

Als die dafür eingesetzten Energien (Holz, Kohleund die Anfänge der Heizungen mit Öl, aber auchdie staatlich subventionierte Heizung zu Zeitender DDR) sehr wenig kosteten, war es egal, wieviel verheizt wurde. Schlimmstenfalls wurdendie Fenster geöffnet. Diese Regeltechnik wirdscherzhaft als Zweipunktregelung – Fensterauf/Fenster zu – bezeichnet.

Mit der ersten Ölpreiskrise im Jahre 1973 er-kannte man die Notwendigkeit der sparsamenEnergienutzung.

Eine gute Wärmedämmung der Gebäude istinzwischen zur Selbstverständlichkeit geworden.Die gesetzlichen Vorschriften wurden und wer-den ständig der bautechnischen Fortentwicklungangepasst. Selbstverständlich verlief der hei-zungstechnische Fortschritt dazu parallel. Zuersterlebten die Thermostatventile eine breiteMarkteinführung, damit die Raumtemperaturden Wünschen der Bewohner angepasst werdenkonnte.

Die schraffierte Fläche mussdurch Heizenergie aufgefülltwerden.

Vergleiche Kapitel„Betriebspunkt“, Seite 33

Die dadurch praktizierte Drosselung der Heiz-wassermenge erhöhte den Pumpendruck derFestdrehzahlpumpe (entlang der Pumpenkennli-nie) und verursachte dadurch Fließgeräusche inden Ventilen. Daraufhin wurde das Überström-ventil erfunden und eingebaut, um diesen Über-druck abzubauen.

Jul. Jul.Okt. Nov. Dez. Jan.Aug. Sep. Feb. Mrz. Apr. Mai Jun.

25

20

15

10

5

0

-5

-10

-15

Monat

Auße

ntem

pera

tur[

C°]

Pumpenanpassung an denHeizungsbedarfDa wir in unseren klimatischen Breiten vier ausgeprägte Jahreszeiten kennen,schwanken die Außentemperaturen erheblich. Von sommerlichen Temperaturen um20 °C bis 30 °C fällt das Thermometer im Winter auf minus 15 °C bis 20 °C oderauch tiefer. Diese Schwankungen können aber für die Innentemperaturen von Wohn-räumen nicht hingenommen werden. Erst war es das Feuer, welches die Höhlenerwärmte. Später wurden Heizsysteme entwickelt, wie sie im ersten Teil dieser Fibelbeschrieben sind.

Außentemperatur in Abhängigkeit von derJahreszeit


P U M P E N A N PA S S U N G A N D E N H E I Z U N G S B E D A R F

Nassläuferpumpe Wilo-TOP Smit 3 schaltbaren Drehzahl-stufen

Pumpendrehzahlschaltung

Um die Motoren in ihren Drehzahlen verändernzu können, sind sie im Inneren aus verschiedenenWicklungspaketen aufgebaut. Wenn wenigerWasser durch die Heizungsrohre fließt, baut sichauch ein geringerer Rohrleitungswiderstand auf,sodass die Pumpe mit einer geringeren Förder-höhe arbeiten kann. Gleichzeitig reduziert sichdie aufgenommene elektrische Motorleistungerheblich.

Inzwischen wurden zu den Drehzahl-Stufen-schaltungen der Heizungsumwälzpumpen um-fangreiche Regelgeräte entwickelt. Damit kanndie Umwälzpumpe direkt auf die Raumtempera-turregelung reagieren. Das Überstromventil wirddadurch hinfällig. Die Regelgeräte verändern dieDrehzahl automatisch in Abhängigkeit

• von der Zeit,• von der Wassertemperatur,• vom Differenzdruck• und von anderen anlagenspezifischen

Einflussgrößen.

0 1 2 3 4 5

0 10 20 30 40 50 60 70

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Q[lgpm]

600

500

400

300

200

100

0

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

[l/s]

max.

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5v

[m/s]

max.

min.

min.

[m3/h]

[m3/h]

P 1[W]

H[m

]

Wilo-TOP-S 40/103~400 V, DN 40

Kennlinie WIlo-TOP S

Die Pumpenhersteller bieten Nassläuferpumpenmit von Hand schaltbaren Drehzahlstufen an. Wiein den vorhergehenden Abschnitten beschriebenwurde, verringert sich – in Anpassung an denFördermediumdurchlass der Thermostat- undRegulierventile – der Volumenstrom mit derDrehzahl. Damit kann die Umwälzpumpe direktauf die Raumtemperaturregelung reagieren.



Kennlinienfeld einer Wilo-Stratos

Stufenlose Drehzahlregelungbei der Hocheffizienz-PumpeWilo-Stratos

Vergleiche Kapitel„Nassläuferpumpen“, Seite 25

Q[m³/ h]

Q

H[m]

[m/s]v

Wilo-Stratos 32/1-121~230 V - DN 32

max.

∆p-c

min.

0 1 2 3 4 5

140

2

4

6

8

10

0 2 4 6 8 10 12

1


Stufenlose Drehzahlregelung

In der ersten Hälfte der 80er-Jahre gelang esbereits, Trockenläuferpumpen mit großenMotorleistungen stufenlos an den Heizungsbe-darf anzupassen. Dafür wurden zur Regelungelektronische Frequenzumrichter verwendet.

Zur Erklärung dieser Technik sei auf die bekannteStromfrequenz von 50 Hz (Hertz) hingewiesen.D. h., der Strom wechselt 50 Mal je Sekundezwischen einem Plus- und einem Minuspol. Mitder entsprechenden Geschwindigkeit wird derRotor des Pumpenmotors bewegt.

Mithilfe elektronischer Bauelemente gelingt es,die Drehzahl zu erhöhen oder abzusenken, d. h.die Frequenz stufenlos einzustellen.

Aus motorischen Gründen wird die Frequenz mitMinimal- oder Maximalwerten begrenzt. Da diemaximale Heizleistung nur für die kältesten Tageausgelegt wird, wird es nur in diesen Fällennotwendig sein, die Motoren mit der maximalenFrequenz zu betreiben.

Während noch vor 20 Jahren dafür sehr großeFrequenzumformer nötig waren, ist es inzwi-schen gelungen, diese Einheiten so klein zumachen, dass sie in den Anschlusskästen direktan einer Pumpe angebaut arbeiten können, wiebeispielsweise bei einer Wilo-Stratos.

Eine integrierte stufenlose, differenzdruckab-hängige Drehzahlregelung sorgt dafür, dass eineeinmal eingestellte Förderhöhe konstant gehal-ten wird, gleich welcher Förderstrom witterungs-und nutzungsabhängig geliefert werden muss.

Bei kleinen Nassläuferpumpen war diese stufen-los geregelte Drehzahlanpassung schon seit1988 möglich, jedoch mit einer anderen elektro-nischen Technik, wie z. B. der Phasenanschnitts-steuerung oder Pulsweitenmodulation.

Seit 2001 hält ein neuer technischer Fortschrittin der Nassläufertechnik Einzug. Die neusteGeneration, auch Hocheffizienzpumpe genannt,hat den Vorteil, durch neuste ECM-Technologie(Electronic-Commutated-Motor, auch Perma-nentmagnet-Motor genannt) enorme Energie-einsparungen bei hervorragendem Wirkungsgradzu erreichen. Eine Einsparung gegenüber her-kömmlichen ungeregelten Pumpen von bis zu90 % ist möglich.



Differenzdruck variabel: ∆ p-vFörderstrom Q [m3/h]

Δp-v

nmax

nregelHSollwert

½ HSollwert

HSollwert-min

Förd

erhö

heH

[m]


Hmax

Hmin

Tmax TmedTmin QmaxQmin

Hvar.

pos. Wirksinn

neg. Wirksinn

Förd

erhö

heH

[m]

Die wählbaren Regelungsarten sind:

∆ p-c – Differenzdruck konstantDie Elektronik hält den von der Pumpe erzeugtenDifferenzdruck über den zulässigen Förder-strombereich konstant auf dem eingestelltenDifferenzdruck-Sollwert HS bis zur Maximal-Kennlinie.

∆ p-v – Differenzdruck variabelDie Elektronik verändert den von der Pumpe ein-zuhaltenden Differenzdruck-Sollwert z. B. linearzwischen HS und 1/2 HS. Der Differenzdruck-Soll-wert H nimmt mit dem Förderstrom Q ab bzw. zu.

∆ p-T – temperaturgeführteDifferenzdruckregelungIn dieser Regelungsart verändert die Elektronikden von der Pumpe einzuhaltenden Differenz-druck-Sollwert in Abhängigkeit der gemessenenMedientemperatur.

Bei dieser Regelfunktion sind zwei Einstellungenmöglich:• Regelung mit positivem Wirksinn (Steigung)

Mit steigender Temperatur des Fördermediumswird der Differenzdruck-Sollwert linear zwi-schen Hmin und Hmax erhöht. Anwendung z. B.bei Standardkesseln mit gleitender Vorlauftem-peratur.

• Regelung mit negativem Wirksinn (Steigung)Mit steigender Temperatur des Fördermediumswird der Differenzdruck-Sollwert linear zwi-schen Hmax und Hmin abgesenkt. Anwendungz. B. bei Brennwertkesseln, bei denen einebestimmte minimale Rücklauftemperatur ein-gehalten werden soll, um einen möglichsthohen Wärmenutzungsgrad des Heizmediumszu erreichen. Hierzu ist der Einbau der Pumpeim Rücklauf der Anlage zwingend erforderlich.

Kennlinien Regelungsarten

Temperaturgeführte Differenz-druckregelung: ∆ p-T inAbhängigkeit des sich darausverändernden Förderstroms


∆p-c

nmax

nregel

HSollwert

HSollwert-min

Förd

erhö

heH

[m]

Differenzdruck konstant: ∆ p-c

Regelungsarten

Bei den heute auf den Markt befindlichen elek-tronisch geregelten Pumpen können an der Elek-tronik verschiedene Betriebs- und Regelungsar-ten eingestellt werden.

Hier unterscheiden wir zwischen Regelungsar-ten, die von der Pumpe selbstständig ausgeführtwerden können, und Betriebsarten, bei denen diePumpe nicht selbstständig regelt, sondern überBefehle auf einen bestimmten Betriebspunkteingestellt wird.

Als Überblick sind die häufigsten Regelungs-und Betriebsarten aufgeführt. Durch zusätzlicheSteuerungen und Regelgeräte kann noch eineVielzahl anderer Daten verarbeitet und übertra-gen werden.



Betriebsart Handsteller

Betriebsart DDC – analogeSteuerung

Betriebsart Absenk-Automatik (Autopilot)

Die wählbaren Betriebsarten sind:

Absenk-Automatik (Autopilot)Die neuen elektronisch geregelten Pumpen imBereich der Nassläufer besitzen eine Absenk-Automatik (Autopilot). Bei Reduzierung derVorlauftemperatur fährt die Pumpe auf einereduzierte Konstantdrehzahl (Schwachlastbe-trieb durch Fuzzy-Regelung). Diese Einstellungstellt sicher, dass der Energieverbrauch derPumpe auf ein Minimum reduziert wird und inden meisten Fällen die optimale Einstellung ist.

Der Absenkbetrieb Autopilot darf nur freigege-ben werden, wenn der hydraulische Abgleich derAnlage durchgeführt wurde. Bei Nichtbeachtungkönnen unterversorgte Anlagenteile bei Frosteinfrieren.

HandstellerDiese Betriebsart steht bei elektronisch geregel-ten Pumpen ab einer bestimmten Motorleistungzur Verfügung. Die Drehzahl der Pumpe wird aufeiner konstanten Drehzahl zwischen nmin undnmax am Elektronikmodul der Pumpe eingestellt.Die Betriebsart Handsteller deaktiviert dieDifferenzdruckregelung am Modul.

DDC (Direkt Digital Controls) und GA-Anbindung(Anbindung an die Gebäudeautomatisierung)Bei diesen Betriebsarten bekommt die Elektronikder Pumpe ihren Sollwert über die entsprechen-de Gebäudeleittechnik übermittelt. Der Sollwertwird über einen Soll-Istwert-Vergleich von derGebäudeautomation (GA) übernommen undkann dann als Analogsignal 0-10 V/0-20 mA,bzw. 2-10 V/4-20 mA oder als Digitalsignal(Schnittstelle PLR, CAN, LON, Modbus oderBACnet an der Pumpe) übermittelt werden.


HS

H

nmax = const

nmin = const

Förd

erhö

heH

[m]

U [V]Aus

nmax

nmin

n[1

/min

]

1 1,5 3 10


Δp-cHSollwert

HSollwert-min

Förd

erhö

heH

[m]

Kennlinien Betriebsarten

Wenn in ein Heizungssystem eine neue Umwälz-pumpe einzubauen ist, wird ihre Größe nach demFörderstrom mit folgender Formel bestimmt:

Q̇PU = Förderstrom der Pumpe im Auslegungs-punkt in [m³/h]

Q̇N = Wärmebedarf der zu beheizenden Flächein [kW]

1,163 = spez. Wärmekapazität in [Wh/kgK]∆ � = Auslegungstemperaturdifferenz

(Spreizung) zwischen Heizungsvor-und-rücklauf in [K], dabei können 10 - 20 Kfür Standardanlagen zugrunde gelegtwerden.


Überschlägige Pumpenauslegungfür StandardheizungsanlagenDer Förderstrom, den eine Heizungspumpe zu fördern hat, ist abhängig vomWärmebedarf des zu beheizenden Gebäudes. Die Förderhöhe dagegenwird von dem vorhandenen Rohrreibungswiderstand bestimmt. Bei einerNeuinstallation der Heizung können diese Einflussgrößen leicht mit Computer-programmen berechnet werden, die heute eine hohe Qualität haben. Beider Sanierung vorhandener Heizungsanlagen wird diese Berechnung schonschwieriger. Zur Ermittlung der benötigten Förderleistungsdaten könnenverschiedene Überschlagsrechnungen angewandt werden.

Pumpen-Förderstrom

Q̇N

1,163 • ΔqQ̇PU = [m3/h]

Um das Fördermedium an jeden Punkt der Hei-zung transportieren zu können, muss die Pumpedie Summe aller Widerstände überwinden. Da derWeg der Rohrführung und die verlegten Nenn-weiten sehr schwer feststellbar sind, gilt dieseFormel für die überschlägige Berechnung derFörderhöhe:

R = Rohrreibungsverlust im geraden Rohr[Pa/m]Dabei können 50 Pa/m bis 150 Pa/m fürStandardanlagen zugrunde gelegtwerden (abhängig vom Baujahr desHauses, ältere Häuser haben aufgrundder verwendeten größeren Nennweiteneinen kleineren Druckverlust 50 Pa/m).

L = Länge des ungünstigsten Heizstranges[m] für Vor- und Rücklauf oder:(Länge des Hauses + Breite des Hauses+ Höhe des Hauses) x 2

ZF = Zuschlagsfaktor fürFormstücke/Armaturen ≈ 1,3Thermostatventil ≈ 1,7Sind u. a. diese Einbauteile vorhanden,kann man einen ZF von 2,2 ansetzen.Formstücke/Armaturen ≈ 1,3Thermostatventil ≈ 1,7Mischer/Schwerkraftbremse ≈ 1,2Sind u. a. diese Einbauteile vorhanden,kann man einen ZF von 2,6 ansetzen.

10.000= Umrechnungsfaktor m in Pa

Pumpen-Förderhöhe

R • L • ZF

10.000HPU = [m]


Ü B E R S C H L Ä G I G E P U M P E N A U S L E G U N G

Der Wärmeerzeuger in einem Mehrfamilienhausälterer Bauart hat gemäß Berechnung oder lautUnterlage eine Leistung von 50 kW.

Bei einer Temperaturdifferenz ∆ � von 20 K(�Vorlauf = 70 °C /�Rücklauf = 50 °C) ergibt sichdaraus:

Soll das gleiche Gebäude mit einer kleinerenTemperaturdifferenz z. B. von 10 K beheizt wer-den, so muss die Umwälzpumpe den doppeltenVolumenstrom, also 4,3 m3/h, fördern können,um die geforderte Wärmeenergie vom Wärmeer-zeuger zu den Wärmeverbrauchern zu transpor-tieren.

Der Rohrreibungsdruckverlust sei in unseremBeispiel 50 Pa/m, die Rohrleitungslänge fürden Vor- und Rücklauf beträgt 150 m und derZuschlagsfaktor 2,2, weil hier kein Mischer undkeine Schwerkraftbremse eingebaut wurden.Somit ergibt sich die Förderhöhe H:

50 • 150 • 2,2

10.000HPU = = 1,65 m

Q̇N

1,163 • ΔqQ̇PU = [m3/h]

Betriebspunkt im Kennlinienfeld der Pumpe bei variablem Volumenstrom

Kennlinien Wilo-Stratos PICO

0 1 2 3 40

1

2

3

4

5

6

H[m]

Q[m³/h]

Wilo-Stratos PICO15/1-6, 25/1-6, 30/1-61~230 V - Rp ½, Rp 1, Rp 1¼

max.

∆p-v

min.

0 0,5 1,0 1,5 2,0 Rp 1

Rp ½

Rp 1¼

[m/s]

0 0,4 0,8 1,2 1,6

0 1 2 3 4 5 6

• Bereich I (linkes Drittel)Eine kleinere Pumpe wählen,wenn der Betriebspunkt indiesem Bereich liegt

• Bereich II (mittleres Drittel)Die Pumpe wird zu 98 % ihrerBetriebszeit im optimalenBetriebsbereich betrieben

• Bereich III (rechtes Drittel)Die geregelte Pumpe wirdnur im Auslegungspunkt(wärmsten/kältesten Tag desJahres) im ungünstigstenBereich betrieben, d. h. 2 %ihrer Betriebszeit


I

II

III

Förd

erhö

heH

[m]

1/3 1/3 1/3

Aus dem Kapitel Konstruktionsmerkmale kennenwir den Wirkungsgradverlauf in Abhängigkeit vonder Pumpenkennlinie. Wenn dieser Wirkungs-gradverlauf bei der Auswahl der Pumpe berück-sichtigt wird, ist zu erkennen, dass das mittlereKennliniendrittel den energetisch günstigstenAuslegungsbereich darstellt. Der Auslegungs-punkt sollte also bei Anlagen mit variablemVolumenstrom im rechten Drittel liegen, da derBetriebspunkt der Heizungsumwälzpumpe in dasmittlere Drittel wandert und sie sich zu 98 %ihrer Betriebszeit dort befindet.

Die Anlagenkennlinie wird aufgrund derErhöhung der Widerstände steiler, z. B. durchdas Schließen der Thermostatventile.

Somit ergibt sich aus den berechneten Daten fürdie Förderhöhe H und den Förderstrom Q nachKatalog für die überschlägige Pumpenauslegung:

Anwendungsbeispiel

1,65

2,15

Der Betriebspunktwechselt in denBereich II (mittleresDrittel).



Förderstrom Q [%]

112

100

83

50 100 200

± 10 %

± 2 %

Heiz

leis

tung

[%]

Heizkörper-BetriebsdiagrammWenn der Gebäude-Wärmebedarf in einemunbekannten Rohrleitungssystem nur mithilfeeiner überschlägigen Berechnung ermitteltwerden kann, so stellt sich die Frage nach denAuswirkungen. Die rechte Darstellung zeigt dietypische Leistungskurve eines Raumheizkörpers.

In diesem Diagramm sind folgende Zusammen-hänge erkennbar: Wird der Förderstrom Q um10 % verringert, so nimmt die Heizleistung derHeizkörper nur um 2 % ab. Dasselbe gilt, wennman den Förderstrom Q um etwa 10 % erhöht.Dann werden die Heizkörper nur etwa 2 % mehrHeizenergie abgeben können. Selbst bei einerVerdopplung des Förderstromes wird sich dieHeizleistung nur um etwa 12 % erhöhen!

Der Grund liegt darin, dass die Wassergeschwin-digkeiten in den Heizkörpern in einer direktenAbhängigkeit zum Förderstrom stehen. HöhereDurchflussgeschwindigkeit bedeutet also einekürzere Verweilzeit des Wassers im Heizkörper.Bei einer geringeren Durchflussgeschwindigkeitbleibt dem Fördermedium mehr Zeit, Wärme anden Raum abzugeben.

Beispiel für ein Heizkörper-Betriebsdiagramm 70/50 °C,Raumtemperatur 20 °C

Es ist also absolut falsch, die Pumpe aufgrundsogenannter Angstzuschläge größer als erfor-derlich zu dimensionieren.

Selbst eine deutliche Unterdimensionierung hatnur vergleichbar geringe Folgen: Bei einem Förder-strom von 50 % werden die Heizkörper noch ca.83 % Heizenergie an den Raum abgeben können.

Mit einer Pumpen-Planungssoftware, z. B. Wilo-Select, bekommt man einen kompletten undeffektiven Planungsservice. Angefangen von derBerechnung bis zur Auslegung von Pumpen undden dazugehörigen Dokumentationen werdenIhnen die dazu notwendige Daten zur Verfügunggestellt.

Die Wilo-Select Classic ist eine Planungssoft-ware für Pumpen, Systeme und Komponenten.Mit ihr können Sie folgende Menüpunkte praxis-gerecht bearbeiten:

• Berechnung• Auslegung• Katalog und Artikelrecherche• Pumpen-Austausch• Dokumentation• Stromkosten- und Amortisationsberechnungen• Lebenszykluskosten (Life Cycle Costs)• Datenexport nach Acrobat PDF, GAEB, Data-

norm, VDMA, VDI, CEF• Automatisches Internet-Update

Pumpen-Planungssoftware

CAD-Planung

Mit dem Wilo-CAD Katalog im Internet planenSie schnell und einfach mit exakten 2-D- oder3-D-Modellen unserer Produkte.

Auswirkung der überschlägigen Pumpenauslegung



Zur effizienten Arbeitsweiseeiner Pumpe gehört derhydraulische Abgleich

Schematische Darstellung einer Heizungsanlage mit der Möglichkeit zum hydraulischen Abgleich

Strang

DV 1 DV 1

DV 2DV 2

AF

Vorlauf

3. ObergeschossMögliche Unterversorgung

ErdgeschossMögliche Überversorgung

Rücklauf

1

Δp< 0,2 bar

Δp< 0,2 bar

2

Luftsammelgefäß anhöchster Stelle der Stränge

KFE-Ventil

Thermostatventil (TV)

Rücklaufabsperrung

Absperrschieber

Elektrischer Stellantrieb

Rücklaufabsperrung

Differenzdruckregler (DV)

Umwälzpumpe mitPumpensteuerung

Schwerkraftbremse (SB)

3-Wege-Mischer

Schmutzfänger

Membranausdehnungsgefäß(MAG) mit KV-Armatur undKFE-Ventil

Sicherheitsventil

Entwässerung



Die heutigen Umwälzpumpen mit elektronischerDrehzahlregelung bieten eine sehr einfacheMöglichkeit, die notwendige Förderhöhe auf dieunbekannte Anlage einzustellen:

• Voraussetzung ist, dass die Rohrstränge sorg-fältig abgeglichen wurden und das Systementlüftet worden ist. Alle Regelventile sind zuöffnen.

• Zur Fixierung der Förderhöhe besitzen diePumpen an der Elektronik Einstellknöpfe, jenach Hersteller mit oder ohne Skalierung. Eswird mit der kleinsten Förderhöheneinstellungbegonnen. Am ungünstigsten Heizkörper desgesamten Heizungssystems befindet sich einKollege (eine Kollegin), ausgerüstet mit einemFunksprechgerät.

• Nach der ersten Meldung, dass kein warmesHeizungswasser diesen entfernten Punkterreicht, wird die Förderhöhe am Einstellknopflangsam erhöht. Dabei ist die Trägheit desHeizungssystems zu beachten.

• In dem Moment, in dem auch der ungünstigsteHeizkörper mit Heizenergie versorgt wird, istdie Einstellung beendet.

Das A und O der Hydraulik

Um das Ziel der möglichst geräuscharmen undoptimalen Wärmeverteilung zu erreichen, ist einhydraulischer Abgleich erforderlich.

Gleichzeitig soll der hydraulische Abgleich eineUnter- bzw. Überversorgung der Verbraucherverhindern.

Der Nennförderstrom zur Versorgung der Strängewird von der Pumpe im Rohrsystem gefördert.Die Verbraucher (z. B. Heizkörper) benötigen abernur eine anteilige Leistung, die abhängig von derGröße und Leistung des Heizkörpers sowie derEinstellung des Thermostat- und Regelventilsist.

Damit jeder einzelne Verbraucher mit dem richti-gen Förderstrom und dem richtigen Druck ver-sorgt wird, können Differenzdruckregler, Ther-mostat-und Regelventile mit Voreinstellung odereinstellbaren Rücklaufverschraubungen einge-baut werden.

Einstellung elektronisch geregelter Umwälzpumpen

Vergleiche Kapitel„Anwendungsbeispiel“,Seite 42

An den Ventilen und Reglern können entspre-chend den Herstellerangaben (z. B. Auslegungs-differenzdruck zwischen 50 und 150 mbar) dieEinstellungen für die Verbraucher einjustiertwerden. Weiterhin sind die Verbraucher vor zuhohem Pumpendruck zu sichern. Um Geräuschezu vermeiden, darf der maximale Pumpendruckvor z. B. Thermostatventilen 200 mbar nichtüberschreiten. Wird dieser Druck anlagenbedingtüberschritten, müssen Differenzdruckregler inden Steigesträngen vorgesehen werden, umdiesen Grenzwert einzuhalten.



Alle bisherigen Ausführungen bezogen sich je-weils auf eine Kreiselpumpe. Es gibt in der Praxisaber Betriebssituationen, in denen eine Einzel-pumpe nicht die an sie gestellten Forderungenerfüllen kann.

In solchen Fällen werden zwei oder mehr Pumpeninstalliert. Je nach dem Einsatzzweck installiertman die Pumpen in Reihenschaltung oder inParallelschaltung.

Noch bevor auf die Einzelheiten der Betriebs-funktionen eingegangen wird, sei auf einengrundsätzlichen, aber oft gehörten Fehler hin-gewiesen: Es ist falsch zu behaupten, dass gene-rell zwei gleiche Pumpen in Reihenschaltung diedoppelte Förderhöhe und dass zwei gleichePumpen in Parallelschaltung den doppeltenFörderstrom fördern würden.

Dies ist zwar theoretisch möglich, aber konstruk-tions- und anlagenbedingt nicht zu erreichen.

Pumpen in ReihenschaltungWenn zwei Pumpen hintereinander eingebautwerden, so addieren sich die Pumpenkennlinien,d. h., wenn sie gegen einen geschlossenenSchieber arbeiten, so addiert sich der erzeugteDruck. Die Nullförderhöhe bei zwei gleich großenPumpen verdoppelt sich damit.

Bei der Betrachtung des anderen Extrempunktes,d. h. bei druckloser Förderung, können zweiPumpen keine größere Flüssigkeitsmenge trans-portieren als nur eine Pumpe.

Für die Praxis heißt das, dass sich für beideAnteile der hydraulischen Arbeit anteilige Erhö-hungen ergeben:• Auf der senkrechten Achse des Kennliniendia-

gramms – also für die Förderhöhe H – gilt, dassdie Erhöhung umso kräftiger ausfällt, je weiterlinks sich die Anlagenkennlinie befindet.

• Auf der horizontalen Achse des Kennliniendia-gramms – also für den Förderstrom Q̇ – gilt,dass die Erhöhung äußerst gering ausfällt.

Zusammenschaltung von mehreren Pumpen


H1

H1 + H2

H0

2 • H0

Förd

erhö

heH

[m]

Pumpenkennlinie bei Reihenschaltung

Anlagenbeispiel mit mehreren Heizkreisen

HK 1 HK 2WWB

Kessel 1

S

S

S

Anwendungsbeispiel: mehrere Pumpenkreise(Pumpen in Reihenschaltung)

In großen Heizungsanlagen werden aus rege-lungstechnischen Gründen mehrere Heizkreiseverlegt. Manchmal sind auch mehrere Kesselinstalliert.

Die Pumpen für die Warmwasserbereitung (WWB)und für die Heizkreise HK 1 und HK 2 arbeitenunabhängig voneinander. Die Umwälzpumpenwurden zur Überwindung der jeweiligen System-widerstände ausgelegt. Jede dieser drei Pumpensteht in Reihe zur Kesselkreispumpe KP. Diesehat die Aufgabe, den schon im Kesselkreis auf-tretenden Widerstand zu überwinden.

Die vorausgehende theoretische Betrachtungging von gleich großen Pumpen aus. So wie imabgebildeten Schema können aber die Förder-leistungsdaten für jede Pumpe anders sein.

Eine große Gefahr bei dieser Installation ist danngegeben, wenn die Förderleistungen nicht sorg-fältig aufeinander abgestimmt werden. Wirddurch die Kesselkreispumpe ein zu hoher Pum-pendruck erzeugt, können eine oder alle Vertei-lerpumpen einen zu großen Restvordruck amSaugstutzen erhalten. Sie arbeiten dann nichtmehr als Pumpe, sondern als Turbine (generato-rischer Betrieb). Sie werden angeschoben.Dadurch treten Betriebsstörungen und Pumpen-defekte in kürzester Zeit auf. Diese Problemstel-lung kann mit der Entkopplung, z. B. mit einerhydraulischen Weiche, gelöst werden.



Pumpen in ParallelschaltungWenn zwei Pumpen parallel zueinander einge-baut werden, so addieren sich die Pumpenkenn-linien, d. h., wenn sie ohne Druck, also gegen einoffenes Rohr arbeiten, so addiert sich der För-derstrom. Die maximale Fördermenge bei zweigleich großen Pumpen verdoppelt sich damit.

Es wurde schon darauf hingewiesen, dass dieserKennlinienpunkt nur ein theoretischer Grenzwertist.

Bei der Betrachtung des anderen Extrempunktes,d. h. bei der Nullförderhöhe, können zwei parallellaufende Pumpen keine größere Förderhöhe er-bringen als nur eine Pumpe.

Für die Praxis heißt das, dass sich für beide An-teile der hydraulischen Arbeit auch hier anteiligeErhöhungen ergeben:• Auf der waagerechten Achse des Kennlinien-

diagramms – also für den Förderstrom Q̇ – gilt,dass die Erhöhung umso kräftiger ausfällt, jeweiter rechts sich die Anlagenkennlinie befindet.

• Auf der senkrechten Achse – also für die För-derhöhe H – gilt, dass die Erhöhung am kräftigs-ten in der Mitte der Kennlinien ausfällt.

Förderstrom Q [m3/h]Q1

Q1 + Q2

H0

2 • Q1

Förd

erhö

heH

[m]

Parallelschaltung von zweiPumpen mit gleicher Leistung– tatsächlicher Zuwachs desFörderstroms

Kennlinie bei Parallelschaltung

Kennlinie Wilo-Stratos D

III

Vergleiche Kapitel„Auswirkung der überschlägi-gen Pumpenauslegung“,Seite 43

Beide Pumpen in Betrieb

Q[m³/h]

Q[l/s]

H[m]

Q[Igpm]

[m/s]v

0 2 31

25

0 2 64

0

2

4

6

8

0 5 10 15 20

2

0 20 40 60 80

max.

∆p-c

min.

Wilo-Stratos-D 50/1-81~230 V - DN 50

+

Anwendungsbeispiel: Parallelbetrieb

Wenn der Heizenergiebedarf seinen Höchstwerterreicht, laufen die Pumpen I und II gemeinsam imParallelbetrieb. Die dafür erforderlichen Regelgerätesind bei modernen Pumpen in Aufsteckmodulenbzw. im Elektronikmodul mit entsprechendemZubehör enthalten. Ein integriertes Doppelpumpen-management übernimmt die energetisch optimerteZu- und Abschaltung der Spitzenlastpumpe.

Da jede der beiden in der Doppelpumpe zusam-mengebauten Einzelpumpen wieder mehrstufigschaltbar ist oder stufenlos geregelt wird, ergibtsich ein breites Spektrum der Pumpenanpassungan den Heizungsbedarf.

Dies zeigt die folgende Kennlinie. Die gestrichel-te Linie ist die Kennlinie beim Einzelbetrieb einerder beiden Pumpen. Die fettschwarze Linie istdie gemeinsame Pumpenkennlinie im Additions-betrieb.

Bei Ausfall einer Pumpe werden noch mehr als50 % des Förderstromes zur Verfügung gestellt.Nach Heizkörperbetriebsdiagramm bedeutet dasimmer noch eine Heizleistung von mehr als 83 %,die vom Heizkörper abgegeben werden kann.

Parallelschaltung vonzwei Pumpen mit gleicherLeistung


Anwendungsbeispiel: Haupt- und Reservepumpe

Der Sinn einer Heizung ist es, die Wohnungen inder kalten Jahreszeit zu erwärmen. Deshalb ist esempfehlenswert, für den Störfall in jedem Heiz-kreis eine Reservepumpe vorzusehen. Das giltz. B. für Mehrfamilienhäuser, Krankenhäuser undöffentliche Einrichtungen.

Andererseits entstehen durch den Einbau einerzweiten Pumpe einschließlich der dazu erforder-lichen Armaturen und der Regelung deutlichhöhere Installationskosten. Einen guten Kom-promiss bilden die von der Industrie angebote-nen Doppelpumpen. In einem Gehäuse sind zweiLaufräder mit ihren Antriebsmotoren unterge-bracht.

Im Reserve-Betrieb laufen die beiden Pumpen Ioder II im zeitlichen Wechsel (z. B. jeweils 24Stunden). Die andere Pumpe steht. Ein Rückflussdes geförderten Mediums durch die stehendePumpe wird durch eine serienmäßig eingebauteUmschaltklappe verhindert.

Wenn, wie am Anfang dieses Abschnittes ge-schildert, eine der beiden Pumpen ausfallensollte, erfolgt eine automatische Störumschal-tung auf die betriebsbereite Pumpe.


Spitzenlastbetrieb mit mehreren PumpenBei Anlagen mit einem großen Förderstrom wer-den auch mehrere Teillast-Einzelpumpen instal-liert, z. B. in ein Krankenhaus mit 20 Gebäudenund einem zentral liegenden Kesselhaus.

Im folgenden Beispiel sind große Trockenläufer-pumpen mit einer integrierten Elektronik parallelzueinander installiert. Je nach den Erfordernissenkönnen solche Spitzenlast-Anlagen aus zwei undmehr gleich großen Pumpen bestehen.

Die Regelung hält in Verbindung mit dem Signal-geber den Gesamtpumpendruck konstant (∆ p-c).

Es ist dabei völlig unerheblich, welche Förder-ströme die Thermostatventile an allen Heizkör-pern durchlassen und wie viele der vier Pumpenaktuell in Betrieb sind.

Ist in solch einer aufgeführten Anlage einhydraulischer Abgleich erfolgt, werden dieseSchaltungen auch dafür genutzt, über eineSchlechtpunktauswertung die Versorgungsicherzustellen. Hierbei wird – wie der Name esschon ausdrückt – der Signalgeber an denschlechtest zu versorgenden Punkt der Anlageinstalliert. Das Steuersignal vom Signalgeberwird dann zum Schaltgerät geleitet und wird dortden Anlagengegebenheiten und der Trägheit derAnlage angepasst. Die angeschlossenen Pumpenwerden dann vom Steuergerät über ihre bei-spielsweise integrierte Elektronik entsprechendangesteuert.

III

I II

Pumpe I oder Pumpe IIin Betrieb



Um eine möglichst gleichmäßige Betriebszeitaller Umwälzpumpen zu erreichen, wird dieAufgabe der geregelten Hauptpumpe im tägli-chen Wechsel rollierend weitergegeben.

Ein Blick auf das unterste Diagramm zeigt,welche großen Einsparungen, abhängig vomjeweiligen Pumpentyp, auch bei der Leistungs-aufnahme erzielt werden können.

Für große Anlagen ist der Vorteil langjährigergeringer Betriebskosten wichtiger als kleine In-vestitionskosten. Denn vier kleinere Pumpen mitintegrierter Elektronik und Steuerung könnenmehr kosten als eine große Pumpe ohne Steue-rung. Wird aber beispielsweise ein Betriebszeit-raum von zehn Jahren berücksichtigt, können dieInvestitionskosten für Steuerung und Pumpenmit integrierter Elektronik durch die Einsparun-gen um ein Mehrfaches eingeholt werden. Alsweiterer Nebeneffekt entsteht eine bessereVersorgung der Anlage mit weniger Geräuschenund erhöhter Wirtschaftlichkeit durch verbes-serte Versorgung der Verbraucher. Dies kannsogar zu einer deutlichen Einsparung der Primär-energie führen.

Regelgerät

Differenzdruckgeber

Förderstrom V̇ [%]

PH+PS1PH

n = 60%

≈ 40

≈ 6

25

50

75

100

Δp = konst.

n = 4x100%n

=60%

PH + PS1 + PS2

PV

PT1

PT3

PT2

Förd

erhö

heH

[m]

Leis

tung

sbed

arfP

[%]

V̇T1 ≈ 25% V̇T2 = 50% V̇T3 = 75% V̇V = 100%

Stufenlos geregelte MehrpumpenanlageDie im Beispiel dargestellte Gesamtanlage wirdfolgendermaßen geregelt:Die Grundlast- oder Hauptpumpe PH mit inte-grierter Elektronik wird stufenlos zwischen ihrerMaximaldrehzahl n = 100 % und einer Minimal-drehzahl n = 40 % geregelt, ausgelöst durchden Differenzdruck-Signalgeber DDG. Dadurchbewegt sich der Teillast-Förderstrom gleitendim Bereich QT1 < = 25 %. Wenn ein FörderstromQT > 25 % benötigt wird, schaltet die erste Spit-zenlastpumpe mit ebenfalls integrierter Elektro-nik PS1 mit voller Drehzahl hinzu. Die Haupt-pumpe PH wird weiter stufenlos geregelt, sodassihr Einfluss auch den Gesamtförderstrom zwi-schen 25 % und 50 % nach dem Bedarf einstellt.

Dieser Vorgang wiederholt sich durch das Zu-schalten der Teillast-Pumpen mit integrierterElektronik PS2 und PS3, jeweils mit ihrer vollenDrehzahl. Der maximale Wärmebedarf des ge-samten Krankenhauses wird abgedeckt, wennalle vier Pumpen in ihrer größten Leistungarbeiten – dann liefern sie den Volllast-Förder-strom V̇V. In gleicher Weise werden die Spitzen-last-Pumpen mit integrierter Elektronik PS3 bisPS1 bei verringertem Wärmebedarf wieder abge-schaltet.

Legende:PH = HauptpumpePS = Spitzenlastpumpe 1-3V̇V = Volllast-FörderstromV̇T = Teillast-FörderstromPV = Volllast-Leistungs-

aufnahmePT = Teillast-Leistungs-

aufnahme


SchlussbetrachtungenIn der Pumpenfibel „Grundlagen der Pumpentechnik“ wurde, mitfrühen Entwicklungen und den einfachsten Zusammenhängenbeginnend und sich bis zu sehr anspruchsvollen Beispielen fortset-zend, ein Überblick gegeben, wie und wo Pumpen eingesetzt wer-den können und sollten.

Es wurden die komplexen Zusammenhänge des Pumpenbetriebsverdeutlicht und welche Betriebsverbesserungen heute durch elek-tronische Regelungen möglich sind.

Bezogen auf eine Heizungsanlage in einem Gebäude ist dieUmwälzpumpe von ihrer Größe und ihrem Anschaffungswert hereiner der kleinsten Bausteine des Gesamtsystems. Aber erst siesorgt dafür, dass alle anderen Bausteine ordnungsgemäß funktio-nieren können. Im Vergleich zum menschlichen Körper kann damitgesagt werden: Die Pumpe ist das Herz der Anlage !

Aufgrund der umweltgerechten Gestaltung von Umwälzpumpenwird sich die Typenlandschaft in naher Zukunft drastisch ändern.Eine EU-Verordnung wird demnach energetische Mindestanforde-rungen bezüglich der Energieeffizienz stellen, um den Energiever-brauch und demzufolge die CO²-Emission auf ein Minimum zu redu-zieren. Demzufolge werden ab 2013 in der EU alle ineffizientenUmwälzpumpen in zwei Stufen vom Markt verschwinden.

Auch bei der Motorentechnologie, welche in TrockenläuferpumpenEinsatz findet, werden neue Richtlinien die Energieeffizienz in denFokus stellen.


Fragen zu den Themengebiete:• Wasserversorgung• Wasserentsorgung• Heizungstechnik

Frage 1:• Pumpen waren schon im Altertum bekannt (1)• Pumpen wurden für die Heizung erfunden (2)• Mit Pumpen kann man nur Wasser fördern (3)

Frage 2:• Archimedes erfand das Schöpfrad (1)• Die Chinesen erfanden die Kreiselpumpe (2)• Die Neigung der archimedischen Schraube

bestimmt die Fördermenge (3)

Frage 3:• 1856 wurden die ersten Abwasserkanäle

gebaut (1)• Die Cloaca Maxima entstand in Rom (2)• Hebeanlagen müssen an allen Abflüssen

montiert werden (3)

Frage 4:• Die Germanen kannten schon

Zentralheizungen (1)• Die Römer bauten schon

Fußbodenheizungen (2)• Dampfmaschinen heizten im

17. Jahrhundert die Häuser (3)

Frage 5:• In Schwerkraftheizungen werden schwere,

kräftige Heizungspumpen eingebaut (1)• Dampfheizungen arbeiten zwischen

90 °C und 100 °C (2)• Umwälzpumpen machen Niedertemperatur-

Heizungssysteme erst möglich (3)

Frage 6 :Pumpen wurden schon seit Jahrhunderteneingesetzt:• zur Wasserförderung (1)• bei Dampfheizungen (2)• bei Schwerkraftheizungen (3)

Frage 7:• Der 1929 patentierte Umlaufbeschleuniger

war die Fortentwicklung einer häufigverwendeten Heizungspumpe (1)

• war die erste Rohreinbaupumpefür Heizungen (2)

Frage 8:Heizungs-Umwälzpumpen sind immenschlichen Körper vergleichbar:• den Armen (1)• dem Herzen (2)• dem Kopf (3)

Frage 9:Die Vorteile der Heizungs-Umwälzpumpe liegen:• in geringeren Installationskosten (1)• in angepassten Betriebskosten (2)• in anpassungsfähiger Regelung (3)• in allen diesen Aussagen (4)

Hätten Sie’s gewusst?Wer Interesse hat, kann seinen Wissensstand über die„Grundlagen der Pumpentechnik“ in folgenden Fragen überprüfen.

Historie der Pumpentechnik

Antworten:Frage1:Nr.1Frage2:Nr.3Frage3:Nr.2Frage4:Nr.2Frage5:Nr.3Frage6:Nr.1Frage7:Nr.2Frage8:Nr.2Frage9:Nr.4


Frage 6:Die im Wasser verfügbare Wärmeenergieist abhängig• von der Speicherkapazität des Wassers (1)• von der Masse des bewegten Wassers (2)• von der Temperatur-Differenz zwischen

Vor- und Rücklauf (3)• gemeinsam von den drei genannten

Einflussgrößen (4)

Frage 7:Schwerkraftheizungen funktionieren besser• bei kleineren Rohrleitungswiderständen (1)• bei größeren Rohrleitungswiderständen (2)

Frage 8:Das Sicherheitsventil …• dient zur Be-und Entlüftung der Anlage (1)• schützt vor unzulässiger Druckbelastung

im System (2)• ist beim Einbau von elektronischen

Pumpen nutzlos (3)

Frage 1:Wasser dehnt sich aus:• bei Erwärmung über 0 °C (1)• bei Abkühlung unter 0 °C (2)• bei Erwärmung oder Abkühlung von + 4 °C (3)

Frage 2:Folgende Begriffe sind gleich:• Arbeit, Leistung und Wirkungsgrad (1)• Arbeit, Energie und Wärmemenge (2)• Arbeit, Lust und Laune (3)

Frage 3:Wasser wird bei Erwärmung• spezifisch leichter (1)• spezifisch schwerer (2)• seine Dichte behalten (3)

Frage 4:Bei Erreichen der Siedetemperatur• steigt die Wassertemperatur weiter (1)• verharrt die Wassertemperatur

auf dem Siedepunkt (2)• fällt die Wassertemperatur wieder ab (3)

Frage 5:Kavitation lässt sich vermeiden durch• Auswahl einer Pumpe mit geringerer

Haltedruckhöhe (1)• Senkung des statischen Druckes (2)• Erhöhung des Dampfdruckes PD (3)

H ÄT T E N S I E ’ S G E W U S S T ?

Wasser – unser Transportmittel

Fragen zu den Themengebieten:• Wärmespeicherkapazität• Volumenzu- und -abnahme• Druck

Antworten:Frage1:Nr.3Frage2:Nr.2Frage3:Nr.1Frage4:Nr.2Frage5:Nr.1Frage6:Nr.4Frage7:Nr.1Frage8:Nr.2



Konstruktionsmerkmale

Frage 1:Die Saughöhe…• ist vom Luftdruck abhängig (1)• beträgt theoretisch 10,33 m (2)• hat Einfluss auf die Förderhöhe (3)• die Aussagen 1 -3 sind richtig (4)

Frage 2:Für selbstansaugende Pumpen stimmt dieAussage:• sind bedingt in der Lage,

die Saugleitung zu entlüften (1)• Die Saugleitung sollte möglichst

kurz gehalten werden (2)• sind vor Inbetriebnahme zu befüllen (3)• alle vorgenannten Punkte treffen zu (4)

Frage 3:Das Heizungswasser im Spaltrohrraum vonNassläuferpumpen• dient zur Kühlung und Schmierung (1)• unterstützt die Förderhöhe (2)• wäre eigentlich gar nicht nötig (3)

Frage 4:Die Vorteile einer Nassläuferpumpe sind:• gute Wirkungsgrade (1)• hohe Heizkreistemperaturen (2)• Laufruhe und Wartungsfreiheit (3)

Frage 5:Die empfohlene Einbaulage einerTrockenläufer-Inlinepumpe• ist mit senkrechter Wellenanordnung (1)• ist mit waagerechter Wellenanordnung (2)• Außer mit Motor nach unten kann die

Einbaulage beliebig gewählt werden (3)

Fragen zu den Themengebieten:• Selbst- und normalsaugende Pumpen• Nassläuferpumpe• Trockenläuferpumpe

Frage 6:Trockenläuferpumpen werden eingesetzt• bei kleinen Förderströmen (1)• bei großen Förderströmen (2)• bei fehlender Motorschmierung (3)

Frage 7:Der Wirkungsgrad der Pumpe ist das Verhältnis• vom Druckstutzen zum Saugstutzen (1)• von der Antriebsleistung zur abgegebenen

Leistung (2)• von der abgegebenen zur aufgenommenen

Leistung (3)

Frage 8:Der beste Wirkungsgrad einer Kreiselpumpe liegt• im linken Drittel der Kennlinie (1)• im mittleren Drittel der Kennlinie (2)• im rechten Drittel der Kennlinie (3)

Frage 9:Gleitringdichtungen …• bestehen aus synthetischen Fasern

oder aus Hanf (1)• sind Wellenlager (2)• werden bei Trockenläuferpumpen

eingesetzt (3)




Kennlinien

Frage 1:Elektrische Antriebsenergie• wird in hohen Druck umgesetzt (1)• wird in Druckerhöhung und Bewegung

umgesetzt (2)• wird aus hydraulischer Energie gewonnen (3)

Frage 2:Auf den Achsen des Kennliniendiagrammssind aufgetragen:• senkrecht die Förderhöhe und waagerecht

der Förderstrom (1)• senkrecht der Förderstrom und waagerecht

die Förderhöhe (2)• senkrecht die Energie und waagerecht

das Medium (3)

Frage 3:Die Anlagenkennlinie zeigt:• die Zunahme des Widerstandes über

dem Förderstrom (1)• die Zunahme des Förderstroms über

dem Druck (2)• die Veränderung des Förderstroms

mit der Wassergeschwindigkeit (3)

Frage 4:Der Rohrreibungswiderstand ändert sich• linear mit dem Förderstrom (1)• quadratisch mit dem Förderstrom (2)• kubisch mit dem Förderstrom (3)

Frage 5:Die von der Heizungs-Umwälzpumpeerbrachte Förderhöhe muss ausgelegt werden• auf die Gebäudehöhe (1)• auf den Rohrnetzwiderstand (2)• auf beide zuvor genannten Einflussgrößen (3)

Frage 6:Der von der Heizungs-Umwälzpumpe gelieferteFörderstrom muss ausgelegt werden• auf eine durchschnittliche Außentemperatur (1)• auf die gewünschte Innentemperatur (2)• auf den berechneten Wärmebedarf (3)

Fragen zu den Themengebieten:• Pumpenkennlinie• Anlagenkennlinie/Rohrnetzkennlinie• Betriebspunkt

AntwortenFrage1:Nr.2Frage2:Nr.1Frage3:Nr.1Frage4:Nr.2Frage5:Nr.2Frage6:Nr.3


Pumpenanpassung an den Heizungsbedarf

Fragen zu den Themengebieten:• Witterungsschwankungen• Pumpendrehzahlregelung• Stufenlose Drehzahlregelung• Regelungsarten

Frage 1:Der Heizungsbedarf eines Gebäudes• ist immer gleichbleibend (1)• verändert sich mit der Jahreszeit (2)• steigt von Jahr zu Jahr (3)

Frage 2:Bei verändertem Heizungsbedarf• regeln die Thermostatventile (1)• regeln die Fenster = auf/zu (2)• regelt sich der Anlagendruck (3)

Frage 3:Pumpen werden in ihrer Drehzahl verändert,• um den notwendigen

Förderstrom anzupassen (1)• um das Überströmventil zu entlasten (2)• um eine falsche Pumpenauslegung

zu korrigieren (3)

Frage 4:Das Ändern der Pumpendrehzahlen• erfolgt immer von Hand (1)• erfolgt immer automatisch (2)• erfolgt je nach Ausstattung von Hand

oder automatisch (3)

Frage 5:Die stufenlose Drehzahlregelung• ist besser als die Stufenschaltung (1)• ist schlechter als die Stufenschaltung (2)• bringt gleiche Ergebnisse wie die

Stufenschaltung (3)

Frage 6:Bei elektronisch geregelten Umwälzpumpen• kann man den Wärmebedarf einstellen (1)• kann man die Lebensdauer einstellen (2)• kann man die Förderhöhe einstellen (3)

Frage 7:Regelungsart ∆ p-c = Differenzdruck konstant• Der Förderstrom wird durch eine

konstante Drehzahl erhöht (1)• Die Drehzahl passt sich dem

Förderstrombedarf an (2)• Der MAG-Vordruck in einem geschlossenen

System bleibt immer konstant (3)

Frage 8:Die Betriebsart Absenk-Automatik (Autopilot)• wird von einer Zeitschaltuhr vorgegeben (1)• ist abhängig von der Zimmertemperatur (2)• darf nur in hydraulisch abgeglichenen

Heizungsanlagen freigeschaltet werden (3)

Frage 9:Neueste ECM-Pumpentechnologie(Hocheffizienz)• Der Rotor besteht aus einem

Permanentmagneten (1)• spart bis zu 90 % Betriebskosten

gegenüber herkömmlichen Pumpen (2)• Das Drehen des Rotors wird durch

elektronische Kommutierung erzeugt (FU) (3)• Die Punkte 1–3 ergeben die z. Z.

sparsamste Nassläuferpumpe (4)



Fragen zu den Themengebieten:• Pumpen-Förderstrom• Pumpen-Förderhöhe• Pumpen-Auslegung• Hydraulischer Abgleich


Frage 1:Die Auswahl einer Heizungs-Umwälzpumpeerfolgt• nach der vorgegebenen Nennweite (1)• nach preislichen Gesichtspunkten (2)• unter Beachtung der Leistungsdaten (3)

Frage 2:Bei der Erhöhung des Förderstromes um 100 %• verringert sich die Heizleistung um ca. 2 % (1)• nimmt die Heizleistung um ca. 12 % zu (2)• bleibt die Heizleistung gleich (3)

Frage 3:Im Zweifelsfall bei der Auslegung einerHeizungspumpe• wird die kleinere Pumpe ausgewählt (1)• wird die größere Pumpe ausgewählt (2)• wird die billigere Pumpe ausgewählt (3)

Frage 4:In einem Wasserfördersystem mussdie Pumpenförderhöhe ausgelegt werden• auf die geodätische Höhe (1)• auf den Restfließdruck (2)• auf die Rohrreibungswiderstände (3)• auf die Summe der Größen 1 bis 3 (4)

Frage 5:Bei Heizungsanlagen muss die Förderhöheausgelegt werden• auf die geodätische Höhe (1)• auf den Restfließdruck (2)• auf die Rohrreibungswiderstände (3)• auf die Summe der Größen 1 bis 3 (4)

Überschlägige Pumpenauslegung

Antworten:Frage1:Nr.3Frage2:Nr.2Frage3:Nr.1Frage4:Nr.4Frage5:Nr.3Frage6:Nr.4Frage7:Nr.5

Frage 6:Warum werden Heizungsanlagen abgeglichen?• Um eine optimale Wärmeverteilung

zu erreichen (1)• Anlage soll geräuscharm arbeiten (2)• Verbraucher sollen vor Unter- bzw.

Überversorgung geschützt werden (3)• Alle drei vorgenannten Punkte sind

richtig und wichtig (4)

Frage 7:Wie wird eine elektronische Pumpe beiunbekannter Sollförderhöhe richtig eingestellt?• Am besten mit der/dem zweiten Frau/Mann (1)• Nach der sorgfältigen Entlüftung und

dem hydraulischen Abgleich (2)• Es wird mit dem niedrigsten Einstellwert der

Pumpe begonnen (3)• So, dass der ungünstigste Heizkörper ausrei-

chend mit Heizenergie versorgt wird (4)• Die Einstellung ist beendet, wenn alle vier

Punkte erfüllt sind (5)



Fragen zu den Themengebieten:• Pumpen in Reihenschaltung• Pumpen in Parallelschaltung• Spitzenlastbetrieb mit mehreren Pumpen

Frage 1:Werden zwei Pumpen in Reihe geschaltet,• verdoppelt sich die Förderhöhe (1)• verdoppelt sich der Förderstrom (2)• sind die Veränderungen abhängig von

der Lage der Anlagenkennlinien (3)

Frage 2:Bei der Reihenschaltung von Pumpen besteht dieGefahr …• des generatorischen Betriebes – Pumpe

wird „angeschoben“ (1)• die Pumpenleistungen heben sich auf (2)• es kommt zu einer Unterversorgung

im System (3)

Frage 3:Werden zwei Pumpen parallel geschaltet• verdoppelt sich die Förderhöhe (1)• verdoppelt sich der Förderstrom (2)• sind die Veränderungen abhängig von

der Anlagenkennlinien (3)

Frage 4:Doppelpumpen können betrieben werden:• vorwiegend im Reserve-Betrieb (1)• vorwiegend im Additions-Betrieb (2)• wahlweise in beiden Betriebsarten (3)

Frage 5:Die Aufteilung der erforderlichen Pumpenleis-tung auf mehrere Pumpen in Großanlagen• verringert die Betriebskosten (1)• verlängert die Lebensdauer der Pumpen (2)• Aussagen 1 und 2 sind richtig (3)

Zusammenschaltung von mehreren Pumpen

Frage 6:Wie wird die Regelungsart bezeichnet,bei der der Signalgeber weiter entfernt vomSchaltgerät in der Anlage montiert wird?• Schwerpunktregelung (1)• Schwierige Regelung (2)• Schlechtpunktregelung (3)

Frage 7:Was sollte bei Parallelschaltung der Pumpen überein Steuergerät beachtet werden?• Die Pumpen sollten gleich groß sein (1)• Es sollten nur Langsamläufer sein (2)• Es sollten nur Schnellläufer sein (3)

Antworten:Frage1:Nr.3Frage2:Nr.1Frage3:Nr.3Frage4:Nr.3Frage5:Nr.3Frage6:Nr.3Frage7:Nr.1

Regelgerät

Differenzdruckgeber


Physikalische Formel- Gesetzliche Einheiten Nicht mehr Empfohlene BemerkungenGröße zeichen SI-Einheiten Weitere gesetz- zugelassene Einheiten

liche Einheiten Einheiten(nicht vollständig)

Länge l m Meter km, dm, cm, m Basiseinheitmm, µm

Volumen V m³ dm³, cm³, mm³, cbm, cdm, … m³Liter (1 l = 1 dm³)

Förderstrom, Q̇ m³/s m³/h, l/s l/s undVolumenstrom V̇ m³/sZeit t s Sekunde s, ms, µs, ns, … s Basiseinheit

min, h, dDrehzahl n 1/s 1/min (min-1) 1/min (min-1)Masse m kg Kilogramm g, mg, µg, Pfund, kg Basiseinheit

Tonne Zentner Die Masse einer(1 t = 1.000 kg) Handelsware wird als

Gewicht bezeichnetDichte ρ kg/m³ kg/dm³ kg/dm³ Die Bezeichnung

und kg/m³ „spezifisches Gewicht“soll nicht mehr verwen-det werden, da zwei-deutig (s. DIN 1305)

Kraft F N Newton kN, mN, µN, … kp, Mp, … N 1 kp = 9,81 N. Die(= kg m/s2) Gewichtskraft ist das

Produkt aus der Massem und der örtlichenFallbeschleunigung g

Druck P Pa Pascal Bar kp/cm2, at, bar 1 at = 0,981 bar(= N/m2) (1 bar = 105 Pa) m WS, Torr, … = 9,81 • 104 Pa

1 mm Hg = 1,333 mbar1 mm WS = 0,098 mbar

Energie, W, J Joule kJ, Ws, kWh, … kp m, J und kJ 1 kp m = 9,81 JArbeit, Q (= Nm 1 kW h = 3.600 kJ kcal, cal 1 kcal = 4,1868 kJWärmemenge = Ws) WEFörderhöhe H m Meter M Fl. S. m Die Förderhöhe ist die

der Masseneinheit desFördermediums zuge-führte Arbeit in J = Nmbezogen auf dieGewichtskraft dieserMasseneinheit in N

Leistung P W Watt MW, kW kp m/s, PS kW 1 kp m/s = 9,81 W(= J/s 1 PS = 736 W= N m/s)

Temperatur- T K Kelvin °C °K, grd K Basiseinheitdifferenz

Gesetzliche Einheiten,Auszug für Kreiselpumpen

Die WILO SE hat alle Texte in dieser Unterlage mit großer Sorgfalt erarbeitet. Dennoch könnenFehler nicht ausgeschlossen werden. Eine Haftung des Herausgebers, gleich aus welchem Rechts-grund, ist ausgeschlossen.

Redaktionsteam:André Babusch, Thomas Ebert, Karl-Heinz König, Thomas Makoschey, Andreas Millies,Manfred Oraschewski, Bernd Rudolph

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5. überarbeitete und aktualisierte Auflage 2009

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Grundlagender Pumpentechnik - heima24.de · Wilo-Pumpenfibel09/2009 5...

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