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Umwälzpumpe – Überschlägige Pumpenauslegung

Für Standardheizungsanlagen

Die Umwälzpumpe ist eines der wichtigsten Teile einer Heizungsanlage. Es ist ihre Aufgabe, das warme Wasser zu den einzelnen Verbrauchern wie Heizkörpern oder Fussbodenheizung zu transportieren und das abgekühlte Wasser zurückzuleiten. Somit ist die Umwälzpumpe unerlässlich, um in der Wohnung oder dem Haus wohlige Wärme entstehen zu lassen.

Seit 2013 darf der Energieeffizienzindex (EEI) von externen und seit dem 1. August auch von in Produkte integrierte Nassläufer-Umwälzpumpen einen Wert von 0.23 nicht überschreiten. Durch die Vorschriften ist gewährleistet, dass die Pumpen sehr effizient sind.

Die richtige Auslegung der Pumpe ist dennoch wichtig. Falsch ausgelegte Pumpen laufen, trotz einwandfreier Konstruktion, auf einem schlechten Wirkungsgrad.

Die Berechnung der Betriebsdaten basieren auf der Rohrnetzberechnung. Dabei soll, wie in der SIA 384/1:2009 festgehalten, der ungünstigste Strang des Verteilnetzes einen Druckverlust von 50 Pa/m nicht überschreiten.

Bei Neuinstallationen können diese Berechnungen leicht mit Computerprogrammen berechnet werden. Bei Sanierungen vorhandener Heizungsanlagen wird diese Berechnung oftmals schwieriger, da die nötigen Planungsunterlagen fehlen.

Zur Ermittlung der benötigten Förderleistungsdaten können verschiedene Überschlagsrechnungen angewandt werden.

Förderstrom

QPU	Förderstrom der Pumpe im Auslegungspunkt in [m₃/h]
QN	Wärmebedarf der zu beheizenden Fläche in [kW]
1.163	Spez. Wärmekapazität in [Wh/kgK]
∆ϑ	Auslegungstemperaturdifferenz (Spreizung) zwischen Heizungsvor- und –rücklauf in [K], dabei können 10-20 K für Standardanlagen zugrunde gelegt werden.

Förderhöhe

HPU	Förderhöhe der Pumpe in [m]
R	Rohrreibungsverlust im geraden Rohr [Pa/m] Dabei können 50 Pa/m bis 150 Pa/m für Standardanlagen zugrunde gelegt werden (abhängig vom Baujahr des Hauses, ältere Häuser haben aufgrund der verwendeten grösseren Nennweiten einen 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 für Formstücke/Armaturen ≈ 1,3 Thermostatventil ≈ 1,7 Sind u.a. diese Einbauteile vorhanden, kann man einen ZF von 2.2 ansetzen. Formstücke/Armaturen ≈ 1,3 Thermostatventil ≈ 1,7 Mischer/Schwerkraftbremse ≈ 1,7 Sind u.a. diese Einbauteile vorhanden, kann man einen ZF von 2.6 ansetzen
10'000	Umrechnungsfaktor m in Pa

Anwendungsbeispiel

Der Wärmeerzeuger in einem Mehrfamilienhaus älterer Bauart hat gemäss Berechnung oder laut Unterlage eine Leistung von 50 kW. Bei einer Temperaturdifferenz von 20 K (ϑ-Vorlauf = 70° C / ϑ-Rücklauf = 50° C) ergibt einen Förderstrom von:

Für den Rohrreibungsdruckverlust gehen wir in unserem Beispiel von 50 Pa/m aus, die Rohrleitungslänge für den Vor- und Rücklauf beträgt 200 m und der Zuschlagsfaktor 2.2 weil kein Mischer und keine Schwerkraftbremse eingebaut wurde. Die Förderhöhe beträgt demnach:

Der Auslegungspunkt sollte bei Anlagen mit variablem Volumenstrom im rechten Drittel des Kennlinienfeldes der Pumpe liegen, da der Betriebspunkt der Heizungsumwälzpumpe in das mittlere Drittel wandert und sie sich zu 98% ihrer Betriebszeit dort befindet. Somit kann nach Berechnung der Förderhöhe H und des Förderstroms Q die Umwälzpumpe gemäss Pumpenkennlinie ausgewählt werden.

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