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Pumpendimensionierung und
hydraulischer Abgleich
Siegbert Scheihing Dipl. Ing. (FH)
Präsentationstitel MM/JJ2
WILO-Heizungs-
umwälzpumpe
Die Förderhöhe ergibt sich aus den Widerständen
Heizkessel
HeizkörperFormstücke
Rohrleitungen
Armaturen
Präsentationstitel MM/JJ3
WILO-Heizungs-
umwälzpumpe
Heizkessel
Heizkörper
Die Fördermenge ergibt sich aus der benötigten Wärme
Präsentationstitel MM/JJ4
Der Betriebspunkt ergibt sich aus:
Fördermenge V [m³/h]
Fö
rd
erh
öh
e H
[m
Ws]
Förderdruck
Wassermenge
Präsentationstitel MM/JJ5
Die Anlagenkennlinie:
Fördermenge V [m³/h]
Dru
ckverlu
st
H [
mW
s]
Eine unveränderliche Anlagehat immer EINE Kennlinie, die deren Verhältnisse beschreibt.
Regel:
Die Kennlinie verläuft durch denBetriebspunkt.
Sie beschreibt den Zusammen-hang von Fördermenge undAnlagenwiderstand.
Präsentationstitel MM/JJ6
Die Anlagenkennlinie:
Fördermenge V [m³/h]1
1
2
4
Dru
ckverlu
st
H [
mW
s]
Präsentationstitel MM/JJ7
Rohrnetzparabel Umrechnung Kurvendarstellung
Präsentationstitel MM/JJ8
Rohreibungsdiagramm für Stahl (Beispiel)
Präsentationstitel MM/JJ9
0
20
40
60
80
100
120
140
1 2 3 4Volumenstrom [m³/h]
Dru
ckverlust
[mm
/m]
Beispiel Druckverluste einer Stahlleitung als Kennlinie
Kennlinie für Stahlrohr 1´´
Präsentationstitel MM/JJ10
Die Anlagenkennlinie
Fördermenge V [m³/h]
Dru
ckverl
ust
H
[mW
s]
Eine Anlage (Heizungsanlage)
erfährt durch externe Eingriffe
permanente Veränderungen.
(z.B. Thermostatventile)
Hieraus resultieren ständig
unterschiedliche Kennlinien, die
alle links der Auslegungs-
kennlinie liegen (Teillastbetrieb) .
Praxis
Präsentationstitel MM/JJ11
Die Pumpenkennlinie:
Fördermenge V [m³/h]
Dru
ckverlu
st
H [
mW
s]
Präsentationstitel MM/JJ12
Fördermenge V [m³/h]
Pumpenkennlinie
Anlagenkennlinie
BP
Dru
ckverlu
st
H [
mW
s]
Präsentationstitel MM/JJ13
Teillast, neuer Betriebspunkt
Q2
H2
Pumpenregelung - Ungeregelte Pumpe
Förd
erh
öhe H
m
Förderstrom Q m³/h
Max. Kühl-/Heizlast:Betriebspunkt= Maximalpunkt
Q1
H1
Präsentationstitel MM/JJ14
Drehzahlregelung
Elektronisch stufenlos geregelt
> Selbsttätige Regelung mit unterschiedlichen Reglungsarten
Elektronikpumpen haben sehr viele Drehzahlstufen
> Kennlinienfeld
Präsentationstitel MM/JJ15
Drehzahlregelung
Elektronisch stufenlos geregelt
> Selbsttätige Differenzdruckregelung
Förd
erh
öhe H
m
Förderstrom Q m³/h
H1
Q2
H2
nmax
Ungeregelte Pumpe
1
2
nregel
3
1. Eine Sensorik ermittelt die
aktuelle Förderhöhe (Istwert).
2. Die Elektronik erkennt die
Abweichung zwischen dem
Sollwert (Punkt 1) und dem
Istwert (Punkt 2).
3. Der Regler reduziert die
Drehzahl und bringt die
Förderhöhe wieder auf den
Sollwert (Punkt 3).
H1
Q1
nregel
nregel
nregel
nregel
nregel
Präsentationstitel MM/JJ16
Häufigkeit (Tage/a)um 7.00 Uhr
Häufigkeit (Tage/a)um 14.00 Uhr
Jahres - Temperaturverlauf
Ortsabhängiges Klimaprofil
Präsentationstitel MM/JJ17
Auslegung von Umwälzpumpen und
Ermittlung des Betriebspunktes
Präsentationstitel MM/JJ19
Warum Pumpen nachrechnen ?
> Bei älteren Bestandsanlagen
meist Überdimensionierung !
> Möglichkeit kleinere Pumpe
anzubieten
> Erhöhung der
Kundenzufriedenheit
> Vermeidung von
Anlagengeräuschen
> Energieeinsparung
Präsentationstitel MM/JJ20
Abschätzung des Wärmebedarfs über Wohnfläche und spez. Wärmebedarf nach DIN 4701, Ausgabe 1983
Gebäudeart
bis 1958 1959-68 1969-73 1974-77 1978-83 ab 1984
Einfamielienhaus
freistehend 180 170 150 115 95 75
Reihenhaus
Eckhaus 160 150 130 110 90 70
Mitelhaus 140 130 120 100 85 70
Mehrfamilienhaus
bis 8 WE 130 120 110 75 65 50
> 8 WE 120 110 100 70 60 50
spez. W
ärm
ebedarf [W
/m²]
Gebäudealtersklassen
Präsentationstitel MM/JJ21
QN =1.000
[ kW ]AN Qspez
AN = beheizte Nutzfläche [ m² ]
Qspez = spez. Wärmebedarf gemäß HeizAnlV [W/m²]
Berechnung des Wärmebedarfs
Präsentationstitel MM/JJ22
VPU =QN • 0,86 [m³/h]
Vpu = Volumenstrom der Pumpe
0,86 = 1 / 1,163 (spez. Wärmekapazität
[Wh/kgK] )
= Auslegungs-Temperatur-Differenz [K]
= 10 - 20 K für Standard-Anlagen
Berechnung des Volumenstroms
Präsentationstitel MM/JJ23
Berechnung der Förderhöhe
HPu =R • L • ZF [mWs]
R = Rohrreibungskoeffizient (ca. 100 Pa/m)
L = größte Länge der Leitungen (VL + RL)
Z = Zuschlagsfaktor für
Summe der Einzelwiderstände
für Formstücke/ Armaturen = 1,3
für Thermostatventile = 1,7
für Formstücke/ Armaturen = 1,3
für Thermostatventile = 1,7
für Mischer = 1,2
10.000
2.0
3.0
0.0
1.0
4.0 } gesamt nur ca. 2,2
} gesamt nur ca. 2,6
Präsentationstitel MM/JJ24
Einfamilienwohnhaus mit 120 m² beheizter Wohnflächeund spez. Wärmebearf von 100 W/m²
Qn =120 m² 100 W/m²
1000= 12 KW
VPu =12 KW 0,86
20 K= 0,52 m³/h
HPu =100 Pa/m 40 m 2,6
10.000= 1,04 mWs
Präsentationstitel MM/JJ25
Einfamilienwohnhaus mit 120 m² beheizter Wohnflächeund spez. Wärmebearf von 100 W/m²
Präsentationstitel MM/JJ26
Mehrfamilienwohnhaus mit 10 Wohnungen a 80 m² und spez. Wärmebearf von 110 W/m² (Bj. 1970)
Qn =(10*80 m²) 110 W/m²
1000= 88 KW
VPu =~ 80 KW 0,86
20 K= 3,5 m³/h
HPu =100 Pa/m 200 m 2,6
10.000= 5,2 mWs
Präsentationstitel MM/JJ27
Mehrfamilienwohnhaus mit 10 Wohnungen a 80 m² und spez. Wärmebearf von 110 W/m² (Bj. 1970)
Präsentationstitel MM/JJ28
Fö
rderh
öhe H
Eine kleinere Pumpe wählen,
wenn der Betriebspunkt in diesem
Bereich liegt.
Die Pumpe ist optimal gewählt,
wenn der Betriebspunkt hier liegt
Eine größere Pumpe wählen,
wenn der Betriebspunkt in diesem
Bereich liegt.
Die richtige Auswahl von Umwälzpumpen
Präsentationstitel MM/JJ29
H
V
Eine kleinere Pumpe wählen,
wenn der Betriebspunkt in diesem
Bereich liegt.
Die Pumpe ist optimal gewählt,
wenn der Betriebspunkt hier liegt
Eine größere Pumpe wählen,
in diesem Bereich
Wählbare Förderleistung !!
Die richtige Auswahl von Umwälzpumpen
Anwendung der hydraulischen
Netztechnik – Der Abgleich
Hydraulischer Abgleich
Präsentationstitel MM/JJ31
Hydraulischer Abgleich und Förderbedingungen der KfW
> Die Förderung von Niedertemperaturkesseln entfällt
> Nach dem Einbau neuer Heiztechnik ist ein hydraulischer Abgleichvorzunehmen
> Hocheffizienzpumpenwerden besonders gefördert
Präsentationstitel MM/JJ32
3.5 Einstellung der Anlage
> 3.5.1 Die Anlagenteile sind so einzustellen, dass die geforderten
Funktionen und Leistungen erbracht und die gesetzlichen Funktionen
erfüllt werden.
Der hydraulische Abgleich ist so vorzunehmen, dass bei
bestimmungsgemäßem Betrieb, also z.B. auch nach
Raumtemperaturabsenkungen oder Betriebspausen der Heizanlage, alle
Wärmeverbraucher entsprechend ihrem Wärmebedarf mit Heizwasser
versorgt werden.
VOB Teil C DIN 18 380 Abs. 3.5
Präsentationstitel MM/JJ33
Umsetzung der EnEV
Präsentationstitel MM/JJ34
Schema Leitungswärmeverluste Raumheizung
Umsetzung der EnEV
Präsentationstitel MM/JJ35
Wärmebedarf Q = 2 KW je HK
Spreizung = 15 K
Volumenstrom V = 0,11 m³/h
dp =
0,5 mWs
dp = 1,0 mWs dp = 1,5 mWs
dp = 1,5 mWs
Beispiel :
dp = 2,5 mWs
Präsentationstitel MM/JJ36
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0
0,0
1
0,0
2
0,0
3
0,0
4
0,0
5
0,0
6
0,0
7
0,0
8
0,0
9
0,1
0,1
1
0,1
2
0,1
3
0,1
4
0,1
5
0,1
6
0,1
7
0,1
8
0,1
9
0,2
0,2
1
0,2
2
0,2
3
0,2
4
0,2
5
Hydraulisch abgeglichene Anlage:
Zwei abgeglichene Heizkreise
mit je 3 mWs Differenzdruck
eingestellt auf 0,11 m³/h
Gesamtkennlinie
3 mWs und 0,22 m³/h
Präsentationstitel MM/JJ37
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0
0,0
1
0,0
2
0,0
3
0,0
4
0,0
5
0,0
6
0,0
7
0,0
8
0,0
9
0,1
0,1
1
0,1
2
0,1
3
0,1
4
0,1
5
0,1
6
0,1
7
0,1
8
0,1
9
0,2
0,2
1
0,2
2
0,2
3
0,2
4
0,2
5
Hydraulisch abgeglichene Anlage:
Passend ausgelegte Pumpe
Präsentationstitel MM/JJ38
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0
0,0
1
0,0
2
0,0
3
0,0
4
0,0
5
0,0
6
0,0
7
0,0
8
0,0
9
0,1
0,1
1
0,1
2
0,1
3
0,1
4
0,1
5
0,1
6
0,1
7
0,1
8
0,1
9
0,2
0,2
1
0,2
2
0,2
3
0,2
4
0,2
5
0,2
6
0,2
7
Hydraulisch nicht abgeglichene Anlage
Heizkörper 1: 0,11 m³/h; 1,5 mWs
Heizkörper 2: 0,11 m³/h; 3 mWs
HK 1 HK 2
Heizkörper 1: 0,15 m³/h; 3 mWs
Heizkörper 2: 0,11 m³/h; 3 mWs
Präsentationstitel MM/JJ39
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0
0,0
1
0,0
2
0,0
3
0,0
4
0,0
5
0,0
6
0,0
7
0,0
8
0,0
9
0,1
0,1
1
0,1
2
0,1
3
0,1
4
0,1
5
0,1
6
0,1
7
0,1
8
0,1
9
0,2
0,2
1
0,2
2
0,2
3
0,2
4
0,2
5
0,2
6
0,2
7
Hydraulisch nicht abgeglichene Anlage
HK 1 HK 2
neuer Betriebspunkt bei max. Förderhöhe 3 mWs
Daraus resultiert eine zu hohe Fördermenge 0,27 m³/h
entspricht 0,05 m³/h (23 % zu viel)
Präsentationstitel MM/JJ40
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0
0,0
1
0,0
2
0,0
3
0,0
4
0,0
5
0,0
6
0,0
7
0,0
8
0,0
9
0,1
0,1
1
0,1
2
0,1
3
0,1
4
0,1
5
0,1
6
0,1
7
0,1
8
0,1
9
0,2
0,2
1
0,2
2
0,2
3
0,2
4
0,2
5
0,2
6
0,2
7
Hydraulisch nicht abgeglichene Anlage:
Richtig ausgelegte Pumpe
Präsentationstitel MM/JJ41
38 l/h83 %
79 l/h173 %
145 l/h316 %
190 l/h415 %
45 l/h98 %
Volumenstrom mit nicht voreingestellten TV
64 l/h140 %
118 l/h257 %
156 l/h338 %
113 l/h246 %
86 l/h187 %
46 l/h101 %
28 l/h60 %
21 l/h46 %
12 l/h26 %
18 l/h39 %
31 l/h68 %
55 l/h120 %
73 l/h159 %
31 l/h
68 %
38 l/h83 %
V = 1387 l/h
DN 20DN 25DN 25DN 32
Präsentationstitel MM/JJ42
Volumenstrom mit nicht voreingestellten TV
V = 1387 l/h ; dp= 2,5 mWs
Förderhöhe
Leistungsaufnahme P1
max.
max. m
in.
min. .
max.
min.
.
0,4
0,8
1,2
1,6
2
2,4
2,8
3,2
3,6
4
4,4
4,8
5,2
5,6
6
[m]
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0,045
0,05
0,055
0,06
0,065
0,07
0,075
0,08
0,085
0,09
[kW]
0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3,2 3,6 [m³/h]
1
ca. 70 €/a Stromkosten
ca. 180 € Invest
Präsentationstitel MM/JJ43 Infrarotthermografie
Volumenstrom mit nicht voreingestellten TV
Präsentationstitel MM/JJ44
Auswirkung von mangelhaftem hydraulischen Abgleich:
Präsentationstitel MM/JJ45
Volumenstrom mit nicht voreingestellten TV
V = 3224 l/h ; dp= 3,5 mWs ca. 130 €/a Stromkosten
ca. 400 € Invest
Förderhöhe
Leistungsaufnahme P1
max.
min.
max.
min.
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
[m]
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0,11
0,12
0,13
0,14
0,15
0,16
0,17
0,18
0,19
0,2
[kW]
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 [m³/h]
1
Präsentationstitel MM/JJ46
82 l/h175 %
171 l/h373 %
280 l/h612 %
374 l/h817 %
103 l/h226 %
Volumenstrom mit „Sicherheitspumpe“
157 l/h336 %
258 l/h552 %
345 l/h738 %
333 l/h712 %
249 l/h532 %
152 l/h324 %
91 l/h194 %
72 l/h154 %
46 l/h100 %
59 l/h129 %
99 l/h216 %
164 l/h120 %
219 l/h479 %
75 l/h
160 %
95 l/h203 %
DN 20DN 25DN 25DN 32
= 3424 l/hV
Präsentationstitel MM/JJ47
Armaturen für den hydr. Abgleich
Präsentationstitel MM/JJ48
HPU > 2m
p < 0,2 bar
Umsetzung des hydraulischen Abgleichs:
Differenz-
druckregler
Voreinstellbare
Thermostatventile
Präsentationstitel MM/JJ49
Funktion:
>Anpassung der Wärmeabgabe des Heizkörpers durch
das Thermostatventil (TV) an den Wärmebedarf des Raumes.
Volumenstrombegrenzung am Heizkörper:
>Volumenstrom nach Wärmebedarf des Raumes
>Kleine – mittlere – große Heizleistung = kleiner – mittlerer – großer Einstellwert
>Auslegungsdifferenzdruck für das Thermostatventil (TV)
oder den Stellantrieb (SA) : 40 bis 140 mbar
Umsetzung des hydraulischen Abgleichs:
Präsentationstitel MM/JJ50
Volumenstrom mit voreingestellten TV
V = 1005 l/h ; dp= 2,0 mWs ca. 13 €/a Stromkosten
ca. 300 € Invest
Förderhöhe
Leistungsaufnahme P1
2 m
1,5 m
1 m
min
max
2 m
1,5 m
1 m
min
max
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
2,6
2,8
[m]
0,002
0,004
0,006
0,008
0,01
0,012
0,014
0,016
0,018
0,02
0,022
0,024
0,026
0,028
0,03
0,032
[kW]
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 [m³/h]
1
Präsentationstitel MM/JJ51
49 l/h108 %
53 l/h116 %
54 l/h118 %
57 l/h124 %
51 l/h111 %
Volumenstrom mit voreingestellten Thermostatventilen
50 l/h109 %
53 l/h116 %
56 l/h122 %
55 l/h119 %
52 l/h113 %
49 l/h107 %
45 l/h98 %
44 l/h96 %
55 l/h120 %
56 l/h122 %
42 l/h92 %
44 l/h96 %
45 l/h98 %
47 l/h
103 %
48 l/h105 %
DN 20DN 25DN 25DN 32
= 1005 l/hV
! !
Präsentationstitel MM/JJ52
Volumenstrom mit nicht voreingestellten TV
ca. 13 €/a Stromkosten
ca. 300 € Invest
Förderhöhe
Leistungsaufnahme P1
2 m
1,5 m
1 m
min
max
2 m
1,5 m
1 m
min
max
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
2,6
2,8
[m]
0,002
0,004
0,006
0,008
0,01
0,012
0,014
0,016
0,018
0,02
0,022
0,024
0,026
0,028
0,03
0,032
[kW]
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 [m³/h]
1
Förderhöhe
Leistungsaufnahme P1
max.
min.
max.
min.
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
[m]
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0,11
0,12
0,13
0,14
0,15
0,16
0,17
0,18
0,19
0,2
[kW]
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 [m³/h]
1
ca. 130 €/a Stromkosten
ca. 400 € Invest
Förderhöhe
Leistungsaufnahme P1
max.
max. m
in.
min. .
max.
min.
.
0,4
0,8
1,2
1,6
2
2,4
2,8
3,2
3,6
4
4,4
4,8
5,2
5,6
6
[m]
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0,045
0,05
0,055
0,06
0,065
0,07
0,075
0,08
0,085
0,09
[kW]
0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3,2 3,6 [m³/h]
1
ca. 70 €/a Stromkosten
ca. 180 € Invest
Präsentationstitel MM/JJ53
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
Invest
1. Jahr
2. Jahr
3. Jahr
4. Jahr
5. Jahr
6. Jahr
7. Jahr
8. Jahr
9. Jahr
10. Jahr
Ursprungl. Lösung
Behelfslösung
Ideallösung
Volumenstrom mit nicht voreingestellten TV
Hydraulik und Regeltechnik
in Heizungs- und Zirkulationsnetzen
Erhöhung und Minderung der
Heizleistung
Präsentationstitel MM/JJ55
Aufgabenstellung:
Bei nicht ausreichender Wärmeversorgung ( z. B. bei nicht
abgeglichenen Anlagen) wird von Heizungsbauern oftmals versucht
durch Erhöhen der Drehzahl oder durch Einbau einer stärkeren
Pumpe (höherer Volumenstrom) die Wärmemenge zu erhöhen .
Der Nutzen einer solchen Lösung steht meist in keinem Verhältnis
zu den Nachteilen, die auftreten (Energieverbrauch und Lärm).
Präsentationstitel MM/JJ56
100
10
20
40
60
200
500
1000
1
0,1
0,2
Dif
fere
nzd
ruck i
n m
0,4
0,6
3
10
5
2
kWQTV bei 15K
Dif
fere
nzd
ruck i
n m
bar
140
.
0,3 0,5 0,7 1,0 1,5 2 3 4 5 6 8 10
0,2 0,3 0,5 0,7 1,0 1,5 2 3 4 5 6 8 10
QTV bei 20K.
Voreinstellung 1 2 3 4 5 6 7 N
27 l/h100
18 l/h50
240 l/h
160 l/h
Aus-
legungs-
Bereich
Volumenstrom in l/h
Volumenstrombegrenzung durch Thermostatventil-Voreinstellung
DIE KÄUFER57
Die durch schlechte Einregulierung verursachte Minderleistung von Heizkörpern kann man durch Erhöhung des Durchflusses nur bedingt ausgleichen.
Q
H
Durchflusserhöhung einer Heizungsanlage durch Einsatz größerer Pumpen
100%
100 %
110%
120 %
200%
400 %
Präsentationstitel MM/JJ58
Heizkörperkennlinien
100 %
100 %
200 %
112 %
Präsentationstitel MM/JJ59
Heiz
leis
tun
g %
0
50
Volumenstrom %50
83
100
100 200
112
10%
2%
Heizkörper-Betriebsdiagramm 90/70 °C
Präsentationstitel MM/JJ60
Pumpenhydraulik
Wärm
em
en
ge
Fördermenge Q [m³/h]
Fördermenge Q [m³/h]
Förd
erh
öhe
HEIZKÖRPERKENNLINIE
PUMPENKENNLINIE
el. L
eis
tung
Fördermenge Q [m³/h]
LEISTUNGSKENNLINIE
100 %BP
102%
97%3 %
40 %
Präsentationstitel MM/JJ61
Eine zu große Pumpen-Förderleistung führt zu erhöhtem Differenzdruck (Geräusche) und Stromverbrauch. Die Heizleistung verändert sich dagegen nur unerheblich.
Fehler im hydraulischen Abgleich können nur sehr begrenzt mit überhöhter Pumpen-Förderleistung kompensiert werden.
Die optimalste, intelligenteste und selbstlernende Leistungsanpassung der Pumpe und Regelung kann den hydraulischen Abgleich nicht ersetzen.
Präsentationstitel MM/JJ62
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