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