Heizungsumwälzpumpen

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1 HTW Dresden V-SM2 1. Aufbau Heizungsumwälzpumpen Lehrgebiet Strömungsmaschinen Heizungspumpen werden heute in zwei grundlegenden Bauweisen angeboten: Nassläuferpumpen und Trockenläuferpumpen Beide Bauarten werden als Heizungspumpe meist in Inlinebauweise hergestellt. Das heißt der Druck- und Saugstutzen liegen in einer Linie und die Pumpen lassen sich einfach in eine Rohrleitung einbauen. Heizungspumpen größerer Leistung werden auch in der Form traditioneller Kreiselpumpen mit um 9 versetzten Anschlussstutzen hergestellt Die Nassläuferpumpe Nassläuferpumpen zeichnen sich dadurch aus, dass das geförderte Wasser auch als Kühlmittel für den Elektromotor verwendet wird. Es sind stopfbuchslose und wartungsfreie Umwälzpumpen, die aber regelmäßig in Betrieb genommen werden sollten. Viele Heizungssteuerungen verfügen über Programme, die dies überwachen und etwa alle 14 Tage die Pumpe in Betrieb nehmen. Die Pumpe und der Motor werden durch das an der großflächigen Lagerplatte entlang strömende Wasser und durch den kleineren Volumenstrom der entlang der Welle in den Rotorraum gelangt gekühlt. Der Statorraum ist trocken und wird durch den Spaltrohrtopf sicher abgedichtet (siehe Bild 1). Für Kaltwasserpumpen ist auf Schwitzwasserfestigkeit zu achten. In diesen Fällen werden die Wicklungen vergossen. Nassläuferpumpen sind besonders leise und werden im Wohnbereich eingesetzt. Bild 1: Nassläuferpumpe 1.2. Die Trockenläuferpumpe 24

2 Trockenläuferpumpen werden immer dann eingesetzt, wenn große Leistungen in Heizhäusern oder räumen zu realisieren sind oder wenn die Medientemperatur für die Spaltrohrtopfabdichtung zu hoch ist. Sie bestehen aus einer Kreiselpumpe, einer Abdichtung der Kreiselpumpe und einem Antriebsmotor (siehe Bild 2). Der Motor wird über ein direkt auf der Welle sitzendes Lüfterrad mit Luft gekühlt. Daraus ergibt sich meist ein etwas höherer Schallpegel im Vergleich zu den Nassläuferpumpen. Bild 2: Trockenläuferpumpe 2. Betrieb Heizungspumpen werden in Inlineausführung in Rohrleitungen eingeflanscht oder geschraubt. Sie sind immer so zu montieren, dass ein Austausch einfach möglich ist. Das heißt auch, dass Absperreinrichtungen vor und hinter einer Pumpe vorzusehen sind. Bild 3: Tage mit gleicher Heizlast 25

3 Förderhöhe in m Weiterhin ist ein vom Hersteller vorgegebener Überlagerungsdruck oder eine Überlagerungshöhe einzuhalten. Sie sollen dafür sorgen, dass keine Kavitation und folglich keine Kavitationserosion auftreten kann. Dies ist besonders bei der Anordnung von Heizungsanlagen im Dachbereich des Hauses zu beachten. Die Auslastung der Heizungspumpe ergibt sich aus dem Wärmeenergiebedarf über einem Jahr. Im Bild 3 ist die Anzahl der Tage eines Jahres, an denen die ablesbare oder eine größere Heizlast (inklusive Warmwasserbereitung) erforderlich ist, aufgetragen. Es gibt also nur etwa 4 Tage, an denen mehr als 6 % der Leistung benötigt werden. Deshalb ist es sinnvoll, eine geregelte Pumpe einzusetzen. 3. Kennlinien Pumpenkennlinien n1 n2 n Volumenstrom in l/h Bild 4: Kennlinienverlauf von Heizungspumpen für verschiedene Drehzahlen Als dimensionsbehaftete Kennlinie für Flüssigkeitspumpen wird die Nutzförderhöhe über dem Volumenstrom aufgetragen. Die Kennlinien von Heizungspumpen verlaufen üblicherweise relativ flach, um einen breiten Volumenstrombereich mit einer Pumpe zu ermöglichen. Die Nutzförderhöhe ergibt sich für inkompressibles Fluid aus der Druckerhöhung, der Änderung der kinetischen Energie (wenn unterschiedliche Durchmesser der Leitungen existieren) und dem Höhenunterschied zwischen Druck- und Saugstutzen, bzw. den Messstellen an Druck- und Saugseite (Indizes D und S). H H H z n p q p p c c H p ; H g 2g 2 2 D S D S q 4. Regelung Im praktischen Einsatz sind Pumpen mit von Hand verstellbarer Drehzahl, die etwa den dargestellten Kennlinien entsprechen. Günstiger sind jedoch geregelte Heizungspumpen. Als Regelgröße eignen sich die Temperaturdifferenz (für 26

4 Einrohrheizungen; Reihenschaltung) oder die Druckdifferenz (für Zweirohrheizungen; Parallelschaltung) zwischen Vor- und Rücklauf. Diese Regeleinheiten werden zu den Heizungspumpen angeboten und können zur Energieeinsparung beitragen. Voraussetzung ist aber eine vernünftige (zu errechnende) Dimensionierung von Anlage und zugehöriger Pumpe mit Regelung. Bei genügend großer Anlagenleistung hat sich weiterhin der Einsatz von Doppelpumpen bewährt. Diese ermöglichen eine einfach Halbierung der eingesetzten Leistung. Bild 5: Funktionsprinzip der Doppelpumpe 5. Aufgabenstellung Pumpeneinzelprüfung Die Kennlinien der beiden Pumpen sind im Einzelbetrieb aufzunehmen. Pumpe 1 (linke Seite) Ventile öffnen, alle anderen Ventile sind geschlossen Differenzdruckmessblock plus an Messbuchse 1 und minus an Messbuchse 3. Pumpe 2 (rechte Seite) Ventile öffnen alle anderen Ventile sind geschlossen. Differenzdruckmessblock plus an Messbuchse 2 und minus an Messbuchse 4. Jede Pumpe in den Drehzahlstufen I, II, und III prüfen. Dazu den vorgegebenen Volumenstrom an den Ventilen 5 (bis 1 l/h) und 6 einstellen und Druckdifferenz ablesen. Pumpenreihenschaltung Die Ventile öffnen alle anderen Ventile schließen. Differenzdruckmessblock plus an Messbuchse 1 und minus an Messbuchse 4. Volumenströme wie bei der Pumpeneinzelprüfung einstellen und Druckdifferenzen ablesen. Beide Pumpen in den Drehzahlstufen I, II, III prüfen. Pumpenparallelschaltung Die Ventile öffnen alle anderen Ventile schließen Differenzdruckmessblock plus an Messbuchse 5 und minus an Messbuchse 6. 27

5 Volumenströme wie bei der Pumpeneinzelprüfung einstellen und Druckdifferenzen ablesen. Beide Pumpen in den Drehzahlstufen I, II, III prüfen. Sie können das vorgefertigte Datenblatt nutzen. Bild 6: Schaltplan des Heizungspumpenkreislaufs 6. Auswertung 1. Stellen Sie in je einem Diagramm die Kennlinien der einzelnen Pumpen, der Reihen- und der Parallelschaltung dar. Geben sie an, welche Größen sich wie geändert haben. 2. Warum ist ein Vordruck bei einem solchem Heizungskreislauf notwendig? 3. Warum ist es günstig Heizungspumpen in der Drehzahl zu regeln? 28

6 Pumpeneinzelschaltung Pumpe 1 Drehzahl 27 U/min 24 U/min 15 U/min 27 U/min 24 U/min 15 U/min elektr. Leistung 136 W 12 W 9 W 136 W 12 W 9 W Pumpeneinzelschaltung Pumpe 2 Drehzahl 27 U/min 24 U/min 15 U/min 27 U/min 24 U/min 15 U/min elektr. Leistung 136 W 12 W 9 W 136 W 12 W 9 W

7 Pumpenreihenschaltung Drehzahl 27 U/min 24 U/min 15 U/min 27 U/min 24 U/min 15 U/min elektr. Leistung 136 W 12 W 9 W 136 W 12 W 9 W Pumpenparallelschaltung Drehzahl 27 U/min 24 U/min 15 U/min 27 U/min 24 U/min 15 U/min elektr. Leistung 136 W 12 W 9 W 136 W 12 W 9 W