Kälte-, Klima- und Kühltechnik

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Kälte-, Klima- und
Kühltechnik
Planungshandbuch
2007
I N H A LT
Grundlagen für die Kälte-, Klima- und Kühltechnik
5
Kennlinien
6
Saugverhalten der Kreiselpumpe
9
Wirkungsgrad der Pumpe
11
Leistungsbedarf der Pumpe
12
Druckverhalten
14
Förderung viskoser (zäher) Medien
15
Geräusche – Luftschall – Körperschall
19
Pumpen als Geräuscherzeuger
19
Luftschall
20
Körperschall und Wasserschall
20
Maßnahmen gegen Geräusche
21
Pumpenzulauf
29
Pumpensumpf
29
Saugleitungen und Saugbehälter
30
Ansaugen
31
Pumpenleistungsregelung
33
Regelungsart ∆p-c
33
Regelungsart ∆p-v
34
Differenzdruck – mengenüberlagert (∆p-q)
34
Regelungsart ∆p-T
35
Betriebsart DDC
35
Erzeugerkreisläufe im Verflüssigerteil
37
Rückkühlwerke / Notkühler
37
Wärmerückgewinnung
38
Erdwärme im Kondensatorkreislauf
39
Erzeugerkreisläufe im Verdampferteil
41
Konstanter Volumenstrom im Verdampferkreislauf
41
Variablen Volumenstrom im Verdampferkreislauf
42
Kaltwasserverbraucher
43
Absicherung von Pumpen und Kältemaschinen
47
Mindestlaufzeit von Kälteerzeugern und Pufferspeicherbetrieb
47
Absicherung der Kältemaschine im Verdampferkreis
49
Absicherung der Kältemaschine im Kondensatorkreis
49
Absicherung von Umwälzpumpen
50
Änderungen vorbehalten 02/2007 WILO AG
I N H A LT
Beispiele für die Pumpenauswahl im Kondensatorkreis
57
Brunnensystem
57
Offenes Kühlturmsystem
59
Geschlossenes Kühlturmsystem
61
Wärmerückgewinnung über eine Gebäudebeheizung und Warmwasserbereitung
63
Erdkollektoranlage
65
Erdspießanlage
67
Beispiele für die Pumpenauswahl im Kaltwasserkreis
68
Mengenregelung mit Durchgangsventilen
68
Mengenregelung mit Verteilventil
70
Beimischschaltung zur Temperaturregelung
72
Beispiele für die Pumpenauswahl im Verdampferkreis
Verdampferkreislauf mit konstantem Volumenstrom
74
74
Hydraulischer Entkoppler im Verdampferkreislauf
75
Verdampferkreislauf mit Eisspeicher
76
Verdampferkreislauf mit variablem Volumenstrom
78
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung bei der Auswahl von Armaturen
83
Anhang
86
Seminare
98
Informationsmaterial
99
Impressum
103
Wilo-Planungshandbuch Kälte-, Klima- und Kühltechnik 02/2007
Grundlagen für die Kälte-, Klima- und
Kühltechnik
Innerhalb von Gebäuden spielt der Transport von Kalt-, Klima- und Kühlflüssigkeit
eine wichtige Rolle. So wird Kaltwasser zum Kühlen von Arbeitsmaschinen in der
Industrie und zum Verdampfer in der Gebäudetechnik mit Pumpen gefördert. Klimaanlagen benötigen Fördermedien zum Wärmetransport und nutzen die Umtriebskraft von Umwälzpumpen zum schnelleren Austausch und kurzen Regelzeiten. In
Rückkühlwerken werden Flüssigkeiten mit und ohne Aufbereitung des Mediums zur
Bewältigung der Aufgaben umgepumpt.
Flüssige Wärmeträger benötigen zum Transport Pumpen und Anlagen, die für die
unterschiedlichen chemischen, physikalischen, mechanischen und finanziellen Anforderungen geeignet sind.
Der Inhalt dieser Broschüre soll Menschen, die
sich in Ausbildung, Weiterbildung und Umschulung befinden, eine Wissensgrundlage der
Anlagenkonstruktion vermitteln. Unterschiedliche Gestaltungen und Ausführungen von Anlagen mit flüssigen Wärmeträgern können direkte
Auswirkungen durch lästige Geräuschbildung
oder Bauteilversagen hervorrufen. Der Nutzer
soll mit einfachen, erklärenden Sätzen, mit
Zeichnungen und mit Beispielen, eine ausreichende Basis für die Praxis erhalten. Auswahl und
zweckmäßiger Einsatz von Pumpen mit ihrem
Zubehör in der Kälte-, Klima- und Kühltechnik
sollen dadurch zur täglich wiederkehrenden
Selbstverständlichkeit werden.
Es ist zu berücksichtigen, dass unterschiedliche
Normen (EN, DIN, VDE, ISO, IEC) und Richtlinien
(VDI, DVGW, ATV, VDMA) eingehalten und
spezielle Aggregate und Techniken ausgewählt
werden. Länderbauverordnungen und Umweltschutzrichtlinien etc. stellen zusätzliche Anforderungen. Im Grundsätzlichen sind die Forderungen in dieser Broschüre berücksichtigt. Da ein
stetiger Wandel bei der Entwicklung von Anforderungen zu beobachten ist, muss tagesaktuell
über zusätzliche Informationskanäle der neueste
Stand der Technik in die Anlagenplanung mit
einfließen. Dies kann nicht durch den Inhalt
dieser Broschüre geleistet werden.
Bitte beachten Sie die weitere Möglichkeit der
Wissensvertiefung, aufbauend auf dem Ihnen
nun vorliegenden Planungshandbuch für die
Kalt-, Klima- und Kühlanlage, durch unsere
Dokumentationen und Informationsmaterialien.
Wir haben eine Übersicht nach heutigem Stand
zusammengestellt. Hier finden Sie Unterlagen
zum Selbststudium und unser Seminarprogramm
mit praxisorientiertem Training.
5
GRUNDLAGEN
Kennlinien
Anlagenkennlinie
HA
Anlagenkennlinie
HVL + HVA
HGes
Hgeo
Förderstrom Q [m3/h]
Die Anlagenkennlinie zeigt die durch das System
benötigte Förderhöhe HA an. Sie besteht aus den
Komponenten Hgeo, HVL und HVA. Während Hgeo
(statisch) unabhängig vom Volumenstrom konstant bleibt, steigen HVL und HVA (dynamisch)
durch die verschiedenst gearteten Verluste in
Rohrleitungen, Armaturen und Formstücken
sowie aufgrund von Temperatureinfluss bedingten Reibungserhöhungen etc. quadratisch an.
H [m]
Förderhöhe H [m]
Anlagenkennlinie
H2
80
70
Abkürzung
HA
HVL
HVA
Hgeo
HGes
Beschreibung
Benötigte Förderhöhe der Anlage
Druckverluste in Rohrleitungen
Druckverluste in Armaturen
Geodätische Höhendifferenz
(zu überwindende geodätische Höhe)
Gesamthöhenverluste
60
50
40
30
H1
20
Q1
10
Q2
0
0
1
2
3
Q [m3/h]
4
Änderung des Widerstandes quadratisch zum Förderstrom
Rohrnetzkennlinie
H1
Die statischen Anteile bestehen aus dem geodätischen, vom Förderstrom unabhängigen
Anteil Hgeo und dem Druckhöhenunterschied
H2
ρ·g
zwischen Ein- und Austrittsquerschnitt der
Anlage.
Bei offenen Behältern entfällt dieser letzte
Anteil. Die dynamischen Anteile bestehen aus
dem mit wachsendem Förderstrom quadratisch
ansteigenden Druckhöhenverlust HV und der
Differenz der Geschwindigkeitshöhen
va2 - ve2
2·g
aus Ein- und Austrittsquerschnitt der Anlage.
6
Q2
Förderhöhe HA der Anlage [m]
pa - pe
2
Q1
=
Anlagenkennlinie HA
dynamischer Anteil = HV +
va2 - ve2
2· g
statischer Anteil = Hgeo +
pa - pe
ρ· g
Abkürzung
va
ve
pa
pe
ρ
g
HV
Beschreibung
Austrittsgeschwindigkeit
Eintrittsgeschwindigkeit
Austrittsdruck
Eintrittsdruck
Mediumsdichte
Fallbeschleunigung
Druckverluste im Rohrnetz
GRUNDLAGEN
Pumpenkennlinie
Der Verlauf der Pumpenkennlinie ist gekrümmt
und fällt im Diagramm von links nach rechts mit
zunehmendem Förderstrom ab. Die Neigung der
Kennlinie wird durch die Konstruktion der Pumpe
und insbesondere auch durch die Bauform des
Laufrades bestimmt. Jede Änderung der Förderhöhe hat stets auch eine Änderung des Förderstromes zur Folge.
Pumpenkennlinien
Förderhöhe H [m]
Die Förderleistung einer Kreiselpumpe wird durch
eine Kennlinie im Q-H-Diagramm angegeben.
Darin sind aufgezeichnet der Förderstrom Q in
z. B. m3/h und die Förderhöhe H in m der Pumpe.
Pumpenkennlinie
Schnittpunkt =
Betriebspunkt
Anlagenkennlinie
Die Pumpenförderhöhe ist
stets so groß wie der
Durchflusswiderstand des
Leitungssystems.
Das Charakteristische an der Pumpenkennlinie
ist die gegenseitige Abhängigkeit des Förderstromes und der Förderhöhe.
- geringe Förderhöhe,
Großer Förderstrom ^
- große Förderhöhe.
kleiner Förderstrom ^
Obwohl ausschließlich das installierte Rohrleitungssystem auf Grund der Eigenwiderstände
vorgibt, welcher Förderstrom bei gegebener
Pumpenleistung gefördert wird, kann die betreffende Pumpe immer nur einen Betriebspunkt auf
ihrer Kennlinie einnehmen. Dieser Betriebspunkt
ist der Schnittpunkt der Pumpenkennlinie mit
der jeweiligen Rohrnetzkennlinie.
Betriebspunkt
Grund für ein Schwanken des Betriebspunktes
könnte u. a. ein unterschiedliches Wasserniveau
im Schacht bzw. Behälter sein, da sich hierbei der
Zulaufdruck zur Pumpe durch das verschiedene
Niveau verändert. Enddruckseitig kann diese
Veränderung auch durch ein Zusetzen der Rohrleitung (Inkrustierung) bzw. durch eindrosseln
der Ventile oder des Verbrauchers begründet
sein.
Praktisch kommt in der Anlage bei feststofffreien, normalviskosen Flüssigkeiten eine Änderung der Rohrleitungskennlinie nur durch Vergrößern oder Verkleinern der Widerstände (z. B.
Schließen oder Öffnen eines Drosselorgans,
Änderung des Rohrleitungsdurchmessers bei
Umbau, Inkrustierung usw.) in Frage.
Förderhöhe H [m]
Eine Veränderung des Betriebspunktes tritt dann
ein, wenn z. B. bei einer stationären Pumpstation
die geodätische Förderhöhe zwischen einem
Maximal- und einem Minimalwert schwankt.
Dadurch verändert sich der gelieferte Volumenstrom der Pumpe, da diese nur Betriebspunkte
auf der Pumpenkennlinie einnehmen kann.
Schwankender Wasserstand im Behälter
Pumpenkennlinie
Anlagenkennlinie 2
Anlagenkennlinie 1
B
A
Hgeo
Max-Level
A, B = Betriebspunkte
Hgeo
Min-Level
Drehzahl und Betriebspunkt
Förderhöhe H [m]
Der Betriebspunkt ist der Schnittpunkt von
Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie. Der
Betriebspunkt stellt sich bei Pumpen mit fester
Drehzahl selbstständig ein.
Schieber weiter
gedrosselt
B3
Anlagenkennlinien HA
B2
B1
geöffneter Schieber
QH-Linie
B = Betriebspunkt
7
GRUNDLAGEN
Ventilautorität
p
∆pP
∆pP100
Eine Änderung des Betriebspunktes kann bei
radialen Laufrädern im Allgemeinen nur durch
Änderung der Drehzahl n oder des Laufraddurchmessers D einer Pumpe erreicht werden.
Pum
pen
ken
n
lini
∆pv100
e
p0
∆pv
Förderhöhe H [m]
Änderung des Durchflusses
Anlagenkennlinie HA
B3
nie
n3
B2
∆pL100
nli
en
zk
t
Ne
n2
B1
n1
QH-Linien
∆pL
p0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
V̇/ V̇100
B = Betriebspunkt
n = Drehzahl
Kennlinie mit Ventilautorität
Förderstrom Q
[m3/h]
Für die Betriebskennlinie ist es von Bedeutung,
wie groß bei voll geöffnetem Ventil der Druckabfall am Ventil, bezogen auf den gesamten Druck
am zu regelnden Leitungszug, ist. Dieses Verhältnis nennt man „Ventilautorität Pv“:
Q1
n1
=
Q2
n2
H1
H2
∆pv100
PV =
n1
∆pv100
=
∆pv + ∆pr
∆pv0
n2
H2
2
n1
=
∆pv100
=
∆pges
H1
n2
P1
P2
n1
=
2
Förderhöhe H [m]
Änderung der Drehzahl
Q2
n2
Q1
Förderhöhe H [m]
Änderung des Laufraddurchmessers
ø D1
H1
ø D2
H2
D1 D2
Q2
Abkürzung
p0
∆pP
∆pv
∆pr
pb
∆pL
V̇
V̇100
PV
Beschreibung
maximaler Pumpendruck
Druckverlust in der Pumpe
Druckabfall am Ventil
Druckabfall im Rest der Anlage
Bezugsdruck der Anlage
Druckverlust im Netz
Durchfluss
Durchfluss bei voll geöffnetem Ventil
Ventilautorität
Der letzte Ausdruck ist besonders aus messtechnischer Sicht praktisch, weil er die Ventilautorität
aus dem Druckabfall am geöffneten (∆pv100) und
am geschlossenen Ventil (∆pvo) zu errechnen
gestattet.
Q1
Q1
Q2
D1
H1
H2
8
D2
D2
Q2
Q1
2
D1
D2 D1
D2 D1
H2
H1
GRUNDLAGEN
Saugverhalten der Kreiselpumpe
Allgemein
Erforderliche NPSH (NPSHR)
Die Ursache der Saugfähigkeit von Pumpen ist
der auf dem Flüssigkeitsspiegel im Saugbehälter
lastende Druck, bei offenem Behälter also der atmosphärische Luftdruck. Sein Mittelwert beträgt
in Meereshöhe pb = 101320 N/m2 (= 1,0132 bar)
und entspricht dem Druck einer Wassersäule von
10,33 m Höhe bei 4° C. Hiernach müsste der normale Luftdruck die Pumpe in die Lage versetzen,
Wasser aus einer Tiefe von ca. 10 m fördern zu
können. Die tatsächlich erreichbare geodätische
Saughöhe HS geo ist jedoch erheblich kleiner. Die
Gründe dafür sind:
Der kleinste Wert der NPSH, bei dem die Pumpe
mit den gegebenen Arbeitsbedingungen (Drehzahl, Förderstrom, Förderhöhe, Förderflüssigkeit)
dauernd betrieben werden kann, lässt sich aus
den Kennlinien der Kataloge entnehmen. Der so
definierte NPSH wird auch mit NPSHR (NPSH
erforderlich) bezeichnet. Er ist keine konstante
Größe, sondern nimmt mit wachsendem Förderstrom stark zu. Vergleicht man Kreiselpumpen
mit unterschiedlicher spezifischer Drehzahl, so
stellt man fest, dass der NPSH-Wert mit zunehmender spezifischer Drehzahl wächst. Die Saugfähigkeit nimmt also ab. Pumpen mit großer
Schnellläufigkeit können deshalb auch bei Kaltwasser häufig nur geringe Saughöhen überwinden oder sogar nur mit einer Zulaufhöhe betrieben werden. Eine Verbesserung ist möglich durch
Wahl einer kleineren Betriebsdrehzahl, jedoch
auf Kosten der Wirtschaftlichkeit.
• Flüssigkeiten verdampfen, wenn der von der
Temperatur abhängige Dampfdruck pD N/m2
erreicht wird. An der höchsten Stelle der angesaugten Flüssigkeitssäule kann der Druck also
nur bis auf diesen Wert absinken.
• In der Saugleitung entstehen Druckhöhenverluste und zwar infolge Geschwindigkeitserzeugung – vS2/2 g [m] –, sowie durch Flüssigkeitsreibung, Richtungs- und
Querschnittsänderungen HVS [m].
Ein weiterer Druckhöhenverlust wird verursacht
durch Reibung und Geschwindigkeitsänderungen
beim Eintritt der Flüssigkeit in die Schaufelkanäle.
Zur Vermeidung von Dampfbildung muss die
Gesamtenergiehöhe (Statische Druckhöhe plus
die Geschwindigkeitshöhe vS2/2g) im Eintrittsquerschnitt der Pumpe deshalb um einen gewissen Betrag größer sein als die Dampfdruckhöhe
der Förderflüssigkeit. Dieser Energieunterschied
wird mit dem englischen Ausdruck NPSH [m],
die Abkürzung von „Net positive suction head“,
bezeichnet und ist identisch mit der früher üblichen Bezeichnung „Haltedruckhöhe HH“.
Bei Aufstellung der Pumpe über dem Saugwasserspiegel darf demnach bei waagerechter Welle
und offenem Saugbehälter der Höhenunterschied
HS geo nicht größer sein als
pb
HS geo =
PD
- HVS - NPSH [m]
g·ρ
Vorhandene NPSH (NPSHA)
Für eine bestehende oder geplante Anlage kann
die am Eintrittsquerschnitt der Pumpe verfügbare NPSHA bestimmt werden, indem die Gleichung nach NPSH aufgelöst wird:
10,2 · (pb + pl - PD)
NPSHA =
- HVS - HS geo [m]
ρ
Befindet sich der Flüssigkeitsspiegel oberhalb
der Pumpe, so wird statt Hs geo die geodätische
Zulaufhöhe Hz geo eingesetzt und die Gleichung
geht über in:
10,2 · (pb + pl - PD)
NPSHA =
- HVS + HS geo [m]
ρ
• Bei der Projektierung einer Pumpenanlage ist es
zu empfehlen, eine Pumpe zu wählen, deren
NPSHR mindestens 0,5 m geringer ist als die
vorhandene NPSHA.
g·ρ
mit der Fallbeschleunigung g in m/s2 und der
Dichte ρ in kg/m3. Ist der Saugbehälter geschlossen, so tritt an die Stelle von pb /g · ρ die absolute
Druckhöhe im Behälter (pI + pb)/g · ρ, wobei pI
den Überdruck im Behälter bezeichnet. Mit der
Druckeinheit bar, der Dichte ρ in kg/dm3 und
g = 9,81 m/s2 erhält die Gleichung folgende
allgemein gültige Form:
10,2 · (pb + pl - PD)
HS geo =
- HVS - NPSH [m]
ρ
Bei Unterdruck im Saugbehälter erhält pI ein
negatives Vorzeichen.
• An einer in Betrieb befindlichen Pumpe ergibt
sich die NPSHA durch Messung des Druckes p1
am Saugflansch der Pumpe aus der Gleichung
v12
10,2 · (pb + pl - PD)
NPSHA =
- HS geo [m]
+
ρ
2·g
mit den zuvor angegebenen Einheiten für die
Drücke und die Dichte. Handelt es sich um
einen Unterdruck, wird p1 mit negativem
Vorzeichen eingesetzt. Die Größe v1 ist die
mittlere Strömungsgeschwindigkeit im Eintrittsquerschnitt A1 der Pumpe, v1 = Q/A1 mit Q
in m3/s und A1 in m2.
9
GRUNDLAGEN
Einfluss des Luftdrucks
Die Höhe des atmosphärischen Luftdrucks hat
eine erhebliche Auswirkung auf die Saugfähigkeit. Abgesehen von wetterbedingten Schwankungen von ± 5% um den ortsüblichen Mittelwert, verringert sich der Luftdruck mit
zunehmender Höhenlage:
Höhenlage über dem Meeresspiegel 0
500
1000 2000 3000 m
Mittlerer Luftdruck pb
1,013 0,955 0,899 0,794 0,700 bar
Einfluss der Mediumtemperatur
Bei Heißwasserförderung spielt die Dampfdruckhöhe eine wesentliche Rolle. Befindet sich eine
Flüssigkeit im Siedezustand, ist pI + pb = pD und
Hs geo wird negativ. Es ist also eine Zulaufhöhe
Hz geo erforderlich. Ferner vereinfacht sich die
Gleichung zu
NPSHA = HZ geo - HVS [m]
Auch bei Temperaturen die noch unterhalb des
Siedezustandes liegen, ist die Saugfähigkeit vermindert, sodass auch dann schon eine Zulaufhöhe erforderlich sein kann.
Einfluss der Medientemperatur auf die Zulaufhöhe
4 m
HZ geo
3
2
1
0
-1
HS geo
-2
-3
-4
-5
20
30
40
50
60
70
80
90
-6
100
TW °C
Es sei angenommen, dass eine Pumpe bei einer
Wassertemperatur von 20 °C eine geodätische
Saughöhe von HS geo = 6 m überwinden kann. Mit
steigender Wassertemperatur, also zunehmendem Dampfdruck vermindert sich HS geo und
geht bei einer Wassertemperatur tW 87 °C in
eine Zulaufhöhe über, die bei Erreichung des
Siedezustandes den gleichbleibenden Mindestwert HZ geo = 4 m hat.
10
GRUNDLAGEN
Wirkungsgrad der Pumpe
Pumpenkennlinie und Wirkungsgradverlauf
Förderhöhe H [m]
Das Verhältnis von abgegebener Leistung –
hydraulische Pumpenleistung (Förderstrom -x
Förderhöhe) – zu aufgenommener Leistung (Antriebsleistung) wird angegeben durch den Pumpenwirkungsgrad. Der Wirkungsgrad verändert
sich über den Verlauf der Pumpenkennlinie.
␩
H
In der Gebäudetechnik findet der Pumpenwirkungsgrad bei der Beurteilung der Pumpe nur als
indirekte Größe Beachtung. Aus diesem Grund
wird in Dokumentationen oftmals auf die
Angabe verzichtet. Ausschlaggebend ist die
Leistungsaufnahme der Pumpe.
Pumpenkennlinie und
Wirkungsgradverlauf im
Q-H-Diagramm
Erst bei größeren Aggregaten, z. B. in der Verfahrenstechnik oder im Großanlagenbau, wo eine
differenziertere Betrachtung des Pumpenbetriebes erfolgt, sind diese Wirkungsgradangaben
zwingend erforderlich.
Der Pumpen-Wirkungsgrad ist definiert:
Q·H·ρ·g
ηP =
P
Bei Wasserförderung im für die Gebäudetechnik
üblichen Temperaturbereich kann auch folgende
abgewandelte Gleichung benutzt werden.
Abkürzung
ηP
Q
H
ρ
P
g
367
Beschreibung
Einheit
Pumpenwirkungsgrad
Förderstrom
m3/s
Förderhöhe
m
Dichte des Fördermediums g [m/s2]
kg/m3
Leistung des Motors (Wellenleistung)
W
örtliche Fallbeschleunigung
m/s2
3600 sec geteilt durch 9,8665 = örtliche Fallbeschleunigung
Q·H
ηP =
367 · P
Da Wirkungsgrad und Leistungsaufnahme direkt
zusammenhängen, sollte möglichst im Hinblick
auf die Betriebskosten ein Betriebspunkt mit
größter Effizienz ausgewählt werden.
Allgemein befindet sich der Bereich des besten
Pumpen-Wirkungsgrades im mittleren Drittel
der Pumpenkennlinie. Pumpenauslegungen im
ersten oder letzten Drittel der Pumpenkennlinie
bedeuten immer Betrieb im schlechteren Bereich
des Pumpenwirkungsgrades und sollten vermieden werden. Bei Pumpen, bei denen der Antriebsmotor für den vollen Kennlinienverlauf
ausgelegt ist, kommt überlagernd hinzu, dass
Elektromotoren ihre besten Wirkungsgrade nur
unter Volllast erreichen, also bei maximal zulässigem Förderstrom. Das bedeutet unter Berücksichtigung beider Faktoren ein Verschieben des
optimalen Betriebspunktes in den Bereich rechts
von der Mitte der Kennlinie.
Bei Pumpen der Nassläuferbaureihe, bei denen
Pumpe und Motor eine in sich gekapselte Einheit
bilden, wird statt des bei Trockenläuferpumpen
üblichen Pumpenwirkungsgrades ηP der
Gesamtwirkungsgrad ηPGes angegeben. Gekoppelt sind sie über den Motorwirkungsgrad ηM.
Ursache für diese differenzierte Darstellungsform ist die unterschiedliche Bauform beider
Pumpenbauarten.
11
GRUNDLAGEN
Leistungsbedarf der Pumpe
Bei Trockenläuferpumpen kommen eine Vielzahl
von Antriebsmotoren (Normmotoren, Spezialmotoren) zur Anwendung, die sehr unterschiedliche Wirkungsgrade haben, sodass eine individuelle Ermittlung des Gesamtwirkungsgrades
erforderlich wird.
Bei Nassläuferpumpen werden grundsätzlich
Spezialmotoren eingesetzt, die exakt auf die
Pumpe abgestimmt sind. Eine Trennung der
Einheiten, Motor und Pumpe ist nicht möglich.
So liegt der Gesamtwirkungsgrad für jede Pumpe
exakt fest.
Die Wirkungsgrade der Motoren für Nassläuferpumpen sind nicht unmittelbar zu vergleichen
mit den Wirkungsgraden der Motoren für Trockenläuferpumpen. Die völlig unterschiedlichen
Bauarten und Anwendungsgebiete verhindern
den Vergleich. Spaltrohrmotoren sind speziell für
den Einsatz in der Gebäudetechnik entwickelt.
Die Wasserfüllung im Rotorraum und die metallische Trennung (Spaltrohr) zwischen Rotor und
Wicklung bewirken einen Wirkungsgrad, der bis
zum Faktor 2 bis 4 niedriger liegt als bei Normmotoren.
Wirkungsgrade bei Standard-Nassläuferpumpen (Richtwerte)
Pumpen mit
Motorleistung P2
bis 100 W
100 bis 500 W
500 bis 2500 W
ηM
ca. 15 – ca. 45 %
ca. 45 – ca. 65 %
ca. 60 – ca. 70 %
ηPumpe*
ca. 40 – ca. 65 %
ca. 40 – ca. 70 %
ca. 30 – ca. 75 %
ηGesamt**
ca. 5 – ca. 25 %
ca. 20 – ca. 40 %
ca. 30 – ca. 50 %
Für eine exakte Pumpenantriebsauslegung und
für die Betriebskostenermittlung bzw. Wirtschaftlichkeitsberechnung ist die Kenntnis der in
dem jeweiligen Betriebspunkt der Pumpe erforderlichen Leistung notwendig. Der Leistungsbedarf oder die Leistungsaufnahme der Pumpe wird
darum ebenfalls wie die hydraulische Förderleistung der Pumpe in einem Diagramm dargestellt.
Es zeigt sich die Abhängigkeit der Antriebsleistung der Pumpe vom Förderstrom. Bei max.
Förderstrom ist auch der max. Leistungsbedarf
der Pumpe erreicht. Für diesen Punkt wird der
Antriebsmotor der Pumpe ausgelegt, wenn die
Pumpe über den gesamten Kennlinienverlauf
betrieben wird.
Nassläuferpumpen werden immer mit Motoren
bestückt, die den Betrieb über den gesamten
Kennlinienverlauf zulassen. Dadurch wird die
Typenzahl verringert, und infolgedessen eine
einfachere Lagerhaltung für Ersatzteile gewährleistet.
Liegt der errechnete Betriebspunkt für eine
Pumpe (Trockenläuferbauart) z. B. im vorderen
Bereich der Kennlinie, so kann der Antriebsmotor
entsprechend dem zugehörigen Leistungsbedarf
kleiner ausgewählt werden. In diesem Fall besteht jedoch die Gefahr einer Motorüberlastung,
wenn der tatsächliche Betriebspunkt bei größerem Förderstrom liegt als errechnet (Rohrnetzkennlinie ist flacher).
Wirkungsgrade bei Trockenläuferpumpen (Richtwerte)
Pumpen mit
Motorleistung P2
bis 1,5 kW
1,5 bis 7,5 kW
7,5 bis 45,0 kW
*
ηM
ca. 75 %
ca. 85 %
ca. 90 %
Variationen abhängig u. a.
von Bauform, Nennweite.
der kleinere Wert gilt im
ηPumpe*
ca. 40 – ca. 85 %
ca. 40 – ca. 85 %
ca. 40 – ca. 85 %
ηGesamt**
ca. 30 – ca. 65 %
ca. 35 – ca. 75 %
ca. 40 – ca. 80 %
Da jedoch der Spaltrohrmotor gleichzeitig ca.
85 % der Motorwärme an das Fördermedium abgibt, ist der Anteil der Verlustwärme sehr gering.
allgemeinen für Pumpen
mit extrem kleinem Volumenstrom und relativ
großer Förderhöhe.
** Grenzwerte von ηGes bzw.
ηPumpe müssen nicht
korrespondieren.
12
Einen allgemeinen Überblick über Wirkungsgrade von Pumpen gibt die Tabelle oben an.
Erkennbar ist, dass der Wirkungsgrad mit zunehmender Pumpenleistung besser wird, da Verluste
innerhalb der Pumpe fast konstant bleiben und
somit im Vergleich zur ansteigenden Gesamtpumpenleistung einen kleiner werdenden Anteil
einnehmen.
GRUNDLAGEN
Förderhöhe H [m]
Hydraulische Förderleistung der Pumpe
Pumpe
B
Leistungsbedarf P [w]
Strömungsgeschwindigkeit v
Für Aggregate, bei denen Pumpe und Motor über
Kupplung oder starre Wellenverbindung gekoppelt sind, also bei den Trockenläuferpumpen,
wird die erforderliche Wellenleistung P2 angegeben. Das ist bei diesen Pumpenbauformen schon
deshalb erforderlich, da die unterschiedlichsten
Motorausführungen – angefangen beim IECNormmotor bis zum Spezialmotor – mit ihren
verschiedenen Leistungsaufnahmen und Wirkungsgraden an die Pumpe angebaut werden.
Die in den Unterlagen der Pumpenhersteller
angegebenen Leistungsaufnahmen der Pumpen
beziehen sich im Bereich der Gebäudetechnik
immer auf das Fördermedium Wasser mit:
B
Spezifische Dichte ρ = 1000 kg/m3
Kinematische Viskosität ν = 1 mm2/s
Anlagenkennlinie
Da in der Praxis immer mit einer Verlagerung des
Betriebspunktes zu rechnen ist, sollte die Leistung des Antriebmotors einer Trockenläuferpumpe um ca. 5 bis 20 % höher angesetzt werden als es der angenommene Bedarf erfordern
würde.
Für die Betriebskostenberechnung einer Pumpe
muss grundsätzlich unterschieden werden
zwischen dem Leistungsbedarf der Pumpe P2,
vielfach auch gleichgesetzt mit der installierten
Motorleistung, und der Leistungsaufnahme des
Antriebsmotors P1. Letztere Angabe ist Grundlage der Betriebskostenberechnung. Falls nur der
Leistungsbedarf P2 angegeben ist, kann dieser
ebenfalls verwendet werden, jedoch unter
gleichzeitiger Berücksichtigung des Motorwirkungsgrades gemäß nachstehender Gleichung.
P2
P1 =
Die elektrische Leistungsaufnahme P1 wird angegeben, wenn Pumpe und Antriebsmotor eine
in sich gekapselte Einheit bilden, wie bei den so
genannten Nassläuferpumpen. Hier ist es sogar
üblich, auf dem Typenschild der Pumpen beide
Werte P1 und P2 anzugeben.
ηM
Abkürzung Beschreibung
Leistungsaufnahme des AntriebsP1
motors
P2
Leistungsbedarf an der Pumpenwelle
ηM
Motorwirkungsgrad
Bei Abweichung der spezifischen Dichte ändert
sich proportional im gleichen Verhältnis die
Leistungsaufnahme.
- Kleinere LeistungsaufGeringere spez. Dichte ^
nahme P1
- Höhere LeistungsaufHöhere spez. Dichte ^
nahme P1
Das bedeutet für die Praxis, dass Pumpen, die
bei hohen Wassertemperaturen und somit geringerer spez. Dichte des Fördermediums betrieben werden, normalerweise eine geringere
Motorleistung benötigen. Für die in der Gebäudetechnik anzutreffenden Temperaturen und
Pumpenleistungen wird diese Korrektur nicht
durchgeführt. Somit verbleibt antriebsseitig eine
gewisse Motorreserve.
Bei Abweichung der kinematischen Viskosität
(durch Beimischung zum Fördermedium nur
Viskositätsanstieg relevant) ergibt sich ebenfalls
eine Änderung der Leistungsaufnahme.
- Höhere Leistungsaufnahme
Höhere Viskosität ^
Die Veränderung ist nicht proportional und muss
speziell errechnet werden.
13
GRUNDLAGEN
Druckverhalten
Druckverlauf in Rohrleitungen und Armaturen
Druckverlaufsdiagramm
∆pL5
∆pv
∆pL6
p0-∆pp
∆pL1
E
∆pL4
V
∆pL2
L
∆pL3
p
∆pp
Abkürzung
E
V
p0
∆pP
∆pv
∆pr
pb
∆pL
∆pL1
∆pL2
∆pL3
∆pL4
∆pL5
∆pv
pb
Druckverluste sind Minderungen des Druckes
zwischen Bauteileingang und -ausgang. Zu
diesen Bauteilen gehören Rohrleitungen, Aggregate und Armaturen. Die Verluste treten aufgrund von Verwirbelungen und Reibungen auf.
Jede Rohrleitung und Armatur hat je nach Material und Oberflächenrauheit ihren eigenen spezifischen Verlustwert. Die Angaben entnehmen Sie
bitte den Angaben des Herstellers. Eine Übersicht der von Wilo verwendeten Standardverluste
erhalten Sie im Anhang.
p0
∆pL6
Beschreibung
Erzeuger
Verbraucher
maximaler Pumpendruck
Druckverlust in der Pumpe
Druckabfall am Ventil
Druckabfall im Rest der Anlage
Bezugsdruck der Anlage
Druckverlust im Netz
Druckstoß
Wird eine durchflossene Rohrleitung plötzlich
an einer Stelle abgeschlossen, so kann die darin
enthaltene Fluidmasse aufgrund ihrer Massenträgheit nur mit zeitlicher Verzögerung zur Ruhe
kommen. Aufgrund dieser „negativen“ Beschleunigung der Fluidmasse kommt es zu einer erhöhten Krafteinwirkung (F = m · a) auf Rohrwand
und Absperrorgan. Derartige Druckstöße müssen
bei der Bemessung von Rohrleitungssystemen
(Fernrohrleitungen, Kühlwasserkreisläufe etc.)
als Maximalbelastung beachtet werden. Zur
Dämpfung des Druckstoßes werden Windkessel
eingebaut.
Abkürzung
a
␷
ρ
m
F
V̇
14
Beschreibung
Beschleunigung
Geschwindigkeit
(Schallgeschwindigkeit für Wasser ~ 1.400 m/s)
Dichte
Masse
Kraft
Volumenstrom
Einheit
m/s2
m/s
kg/m3
kg
N
m3/h
Besonders gefährdet sind hier Installationen, bei
denen die Leitungen nicht stetig fallend bzw.
steigend verlegt sind. Da in den Hochpunkten die
Wassersäule abreißen kann (Vakuumbildung)
bzw. beim Zusammentreffen der Wassersäulen
ein erhöhter Druck entsteht, können Leitungen
zerplatzen.
Die Druckzunahme bei einem plötzlichen
Schließen einer Durchflussarmatur ist vereinfacht:
∆p = ρ · V̇· ␷
GRUNDLAGEN
Förderung viskoser (zäher) Medien
Die Darstellung von Pumpenleistungsdaten im
Q-H-Diagramm beziehen sich ebenso wie die
Berechnung der Anlagen-Kennlinie üblicherweise
auf das Fördermedium Wasser mit einer kinematischen Viskosität (Zähigkeit) von ν = 1 mm2/s.
• Es darf nur angewendet werden, wenn ein voll
ausreichender Anlagen-Haltedruckwert
(NPSHA) vorhanden ist.
Die zur Ermittlung vorzugebenden Werte sind:
Änderung der Pumpencharakteristik
Ähnlich wie in der Anlage ergeben sich auch in
der Pumpe durch die geänderten Eigenschaften
des Mediums Einflüsse auf Reibungsmomente
und innere Strömungsverhältnisse, die in ihrer
Summe zu einer abweichenden Pumpen-Kennlinie führen. Auch die elektrische Leistungsaufnahme des Pumpenaggregats wird beeinflusst.
Da Einzelmessungen aller Pumpen für die vielen
möglichen Betriebsmedien vom Aufwand her
undurchführbar sind, wurden verschiedene Umrechnungsverfahren (Hydraulic Institute, Pumpenhersteller etc.) entwickelt. Die Verfahren
haben dabei begrenzte Genauigkeit und unterliegen bestimmten Einschränkungen.
Förderhöhe H [m]
Eine Korrektur der Anlagen-Kennlinie bzw. der
Charakteristik von bestehenden, für Wasserförderung berechneten Anlagen auf den Betrieb mit
Flüssigkeiten anderer Viskosität und Dichte muss
unter Berücksichtigung der sich ändernden
Strömungscharakteristiken erfolgen. Diese
Korrekturwerte können nicht vom Pumpenhersteller angegeben werden.
Die neue Anlagen-Kennlinie ist mit Hilfe der
einschlägigen strömungstechnischen Fachliteratur bzw. der Angaben der Armaturenhersteller zu
ermitteln.
Musterkurve für mögliche Veränderungen bei einer Umwälzpumpe
8,0
7,0
6,0
5,0
4,0
3,0
1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
Veränderung des Wirkungsgrades durch höhere Mediumsviskosität
0,10
0,05
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
300
250
Hinweise
Das angeführte Verfahren ist ausreichend genau
zur Förderleistungsbestimmung für WiloVerschraubungs- und -Flanschpumpen unter
Einhaltung folgender Grundbedingungen:
200
• Es darf nur für homogene Newton´sche Flüssigkeiten verwendet werden. Bei schlammigen,
gelatineartigen, faserstoffhaltigen und anderen
inhomogenen Flüssigkeiten ergeben sich stark
streuende Ergebnisse.
0,0
Veränderung der Förderleistung durch höhere Mediumsviskosität
2,0
ηges [-]
Änderung der Anlagen-Kennlinie
1. Betriebstemperatur t [°C] des Mediums an der
Pumpe.
2. Dichte ρ [kg/m3] des Mediums bei geringster
angegebener Betriebstemperatur.
3. Kinematische Viskosität ν [cSt oder mm2/s]
des Mediums bei geringster angegebener
Betriebstemperatur.
4. Erforderlicher Volumenstrom des Mediums
Qvis [m2/h].
5. Erforderliche Förderhöhe des Mediums
Hvis [m].
P1 [W]
Bei Fördermedien mit anderer Viskosität und
Dichte ändern sich die Pumpendaten. Die korrekterweise auch bei Heißwasser-Förderung
anstehende Datenkorrektur kann in der Gebäudetechnik vernachlässigt werden. Erst bei gravierender Veränderung (ab 10 % Volumenanteil)
des Fördermediums Wasser durch Verwendung
von Zusatzmitteln wie Glykol o. ä., muss eine
Überprüfung erfolgen. Hierbei ist zu beachten,
dass die Planung von Pumpenanlagen und somit
die Ermittlung der Pumpendaten Q, H, P für die
Förderung von Flüssigkeiten höherer Viskosität
in zwei Abschnitte zerfällt.
150
100
Veränderung der Motorleistung durch höhere Mediumsviskosität
50
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
15
GRUNDLAGEN
Anweisungen zur vorläufigen Auswahl
einer Pumpe bei Vorgabe der Förderhöhe,
der Durchflussgeschwindigkeit und der
Viskositätsbedingungen
Wenn die gewünschte Durchflussgeschwindigkeit und Förderhöhe für das Fördermedium sowie
die Viskosität und die relative Dichte bei einer
bestimmten Pumptemperatur vorgegeben sind,
werden die folgenden Gleichungen verwendet,
um die ungefähre äquivalente Leistung mit
Wasser herauszufinden und die Antriebsleistung
der Pumpe für viskose Fördermedien einzuschätzen. Bitte beachten Sie, dass die Ergebnisse
weniger genau sind, wenn Sie zur Bestimmung
der benötigten Wasserleistung anstatt mit einer
bekannten Wasserleistung mit den viskosen
Bedingungen beginnen, außer wenn es sich um
Wiederholungen handelt.
Schritt 1
Berechnen Sie Parameter B mit den vorgegebenen metrischen Einheiten Qvis in m3/h, Hvis in m
und Vvis in cSt mit Hilfe von Gleichung:
(Vvis)0,50
B = 280 ·
(Qvis)0,25 · (Hvis)0,125
Wenn 1,0 < B < 40, gehen Sie zu Schritt 2.
< 1,0, setzen Sie CH = 1,0 und CQ = 1,0
Wenn B _
und gehen Sie gleich zu Schritt 4.
Schritt 4
Wählen Sie eine Pumpe mit einer Wasserleistung
von QW und HW.
Schritt 5
Berechnen Sie den Korrekturfaktor für den
Wirkungsgrad (Cη) und den entsprechenden
Wert für den Pumpenwirkungsgrad mit viskosen
Flüssigkeiten (ηvis). Gleichung:
Für 1,0 < B < 40: Cη = B-(0.0547 α B
0.69)
ηvis = Cη · ηW
Schritt 2
Berechnen Sie die Korrekturfaktoren für den
Förderstrom (CQ) und die Förderhöhe (CH). Diese
beiden Korrekturfaktoren sind bei einer vorgegebenen Durchflussgeschwindigkeit ungefähr
gleich, wenn sie vom energieoptimalen Arbeitspunkt des Förderstroms mit Wasser abgeleitet
werden. QBEP-W Referenzgleichung:
CQ
CH
(2,71)-0,165 · (log B)
3,15
Schritt 6
Berechnen Sie die ungefähre viskose Eingangsleistung der Pumpenwelle. Für die Durchflussgeschwindigkeit in m3/h, die Gesamtförderhöhe
in m und die Eingangsleistung der Welle in kW
verwenden Sie folgende Gleichung:
Qvis · Hvis-tot · s
Pvis =
367 · ηvis
Schritt 3
Berechnen Sie für die ungefähre Wasserleistung
die Durchflussgeschwindigkeit und die Förderhöhe von Wasser:
Qvis
QW =
CQ
Hvis
HW =
CH
16
GRUNDLAGEN
Erforderliche NPSHRvis
Umrechnung auf neue Förderdaten
durch EDV-Unterstützung
Die Viskosität des Fördermediums hat einen
zweifachen Einfluss auf den NPSHR-Wert. Mit
steigender Viskosität vermehrt sich die Reibung,
was wiederum zu einem Anstieg des NPSHRWerts führt. Gleichzeitig führt eine höhere
Viskosität zu einer Abnahme der Diffusion von
Luft- und Dampfpartikeln in der Flüssigkeit.
Somit wird die Blasenbildung verlangsamt und es
entsteht auch ein thermodynamischer Effekt,
der zu einer leichten Verminderung des NPSHRWerts führt.
Der Effekt der Viskosität auf den NPSHR-Wert
ist im Wesentlichen eine Funktion der ReynoldsZahl. Allerdings kann dieser Effekt nicht anhand
einer einzigen Relation für alle unterschiedlichen
Pumpenkonstruktionen und Modelle ausgedrückt
werden. Als allgemeine Regel gilt: Pumpen mit
größeren Abmessungen und gleichmäßigen und
weiten Einlassöffnungen des Laufrads sind weniger anfällig bei Veränderungen der Viskosität des
Fördermediums.
Für die Umrechnung von Wasser auf andere
Viskositäten ist die Verwendung des WiloSelect-Programms sehr zu empfehlen. Mittels
der hinterlegten Daten wird eine relativ genaue
Umrechnung erfolgen. Es ist jedoch zu beachten, dass die bekannten Rechenverfahren nach
ISO/TR 17766 und dem Hydraulic Institute etc.
mit einer Toleranz behaftet sind. Genaue Angaben können nur durch eine Einzelprüfung von
Pumpen mit dem tatsächlichen Fördermedium
bei konkreten Betriebsbedingungen ermittelt
werden. Hierfür ist eine gesonderte Auftragserteilung an den Pumpenhersteller erforderlich.
In der Flüssigkeit gelöstes Gas und vom Fördermedium in Form von dispergierten Blasen mitgerissenes Gas beeinträchtigen den NPSHR-Wert
auf andere Weise als große Gasblasen. Wenn die
Fließgeschwindigkeit an der Einlassöffnung der
Pumpe hoch genug ist, werden kleine Mengen
mitgerissenen Gases nicht separiert und haben
für gewöhnlich keine oder nur geringe Auswirkungen auf den NPSHR-Wert. Sind allerdings
größere Gasansammlungen vorhanden, hat das
erhebliche Auswirkungen auf die Saugleistung
der Pumpe. Dann verändern die NPSHR-Kennlinien der Gesamtförderhöhe ihre Form von einem
gut definierten „Knie” zu einem sich stufenweise
abschrägenden Gefälle der Förderhöhe. Dadurch
erhöht sich der Punkt des Förderhöhenverlusts
von 3 %, mit anderen Worten: Der NPSHR-Wert
erhöht sich.
Die nachstehenden Gleichungen werden zur
Berechnung des Korrekturfaktors zur Anpassung
des NPSHR-Werts für die Wasserleistung der
Pumpe verwendet, basierend auf einem standardmäßigen Förderhöhenabfall von 3 % an den
NPSHRvis -Wert mit der entsprechenden viskosen Flüssigkeit:
CNPSH = 1 +
1
A·
− 1 · 274 000 ·
CH
NPSHRBEP-W
(QBEP-W)0,667 · N1,33
A = 0,5 bei seitlichem Ansaugstutzen
A = 0,1 bei axialem Einlauf
17
Geräusche – Luftschall – Körperschall
Zur Verhinderung bzw. Reduzierung möglicher Störgeräusche erfordert der Pumpenbetrieb in gebäudetechnischen Anlagen besondere
Aufmerksamkeit bei der Auswahl der geeigneten Pumpe bzw. bei
Planung und Ausführung der Installation.
Gerade in Wohngebäuden spielt im Zuge der
Komfortansprüche das Problem Geräuschreduzierung besonders während der Nachtstunden
eine wesentliche Rolle.
Für den zulässigen Wert der Geräuschpegel in
Aufenthaltsräumen sind u. a. folgende Vorschriften zu beachten:
• DIN 4109, Schallschutz im Hochbau
• VDI 2062, Schwingungsisolierung
• VDI 2715, Lärmminderung an Warm- und
Heißwasserheizungsanlagen
• VDI 3733, Geräusche bei Rohrleitungen
• VDI 3743, Emmissionskennwerte von Pumpen
Pumpen als Geräuscherzeuger
Dass Pumpen Schall abstrahlen, ist unvermeidlich. Wilo als Hersteller setzt aber alles daran,
möglichst leise Pumpen zu liefern.
In haustechnischen Anlagen sind ganz überwiegend Kreiselpumpen eingesetzt. Das von ihnen
abgestrahlte Geräusch kann im wesentlichen in
die folgenden Hauptgruppen unterteilt werden:
Strömungsgeräusch
Die Strömungsgeräusche haben verschiedene
Ursachen. Durch Turbulenz und Reibung der
Wasserteilchen an der Oberfläche der durchströmten Teile entsteht ein Geräusch mit einem
großen Frequenzbereich, das als Rauschen
wahrgenommen wird.
Reibungsvorgänge verursachen außerdem in der
Grenzschicht eine ungleiche Geschwindigkeitsverteilung, die wechselnde Ablösung der Strömung mit nachfolgender Wirbelbildung zur Folge
haben kann. Diese periodische Wirbelablösung
bewirkt einen mehr oder weniger ausgeprägten
Einzelton.
Ferner schwankt die Geschwindigkeit der Strömung nach Verlassen des Laufrads. Diese Ungleichförmigkeiten führen in den nachgeschalteten Leiteinrichtungen zur Entstehung von
Geräuschen. Da die Frequenz dieser Geräuschanteile von der Pumpendrehzahl und der Schaufelzahl abhängt, spricht man von der Schaufelfrequenz der Pumpe.
Kavitationsgeräusch
Die Kavitationsgeräusche in einer Pumpe entstehen durch die Bildung und das schlagartige
Zusammenfallen von Dampfblasen in dem strömenden Wasser.
Geräusch durch Massenkräfte
Schwingungen, angeregt durch Massenkräfte,
die zu Geräuschen führen, sind auf Unwuchten
an rotierenden Teilen (Laufrad, Welle, Kupplung
usw.) zurückzuführen. Die Unwucht entsteht
durch die trotz modernster Auswuchttechnik
wechselnden Lagerkräfte, Fertigungsungenauigkeiten oder durch Werkstoffabtragungen oder
Anlagerungen. Die Frequenz von Unwuchtschwingungen ist immer gleich der Drehzahlfrequenz der rotierenden Teile.
Geräusch durch Reibung an Lagerund DichtsteIlen
Schwingungen, angeregt durch Reibung an
Lager- und DichtsteIlen, die zu Geräuschen
führen, sind bei einwandfrei arbeitenden
Pumpen von untergeordneter Bedeutung.
Geräusch des Elektromotors
Pumpen werden in haustechnischen Anlagen in
aller Regel durch Elektromotoren angetrieben.
Das vom Elektromotor abgestrahlte Geräusch
gehört nur bei Blockbauweise von Pumpe und
Elektromotor zum Pumpengeräusch. Im Elektromotor werden durch elektromagnetische Vorgänge Töne bei der doppelten Netzfrequenz
(100 Hz) und abhängig von der Polzahl vorwiegend zwischen 600 und 1200 Hz verursacht.
Von dem Lüfter des Motors geht, ähnlich wie
bei der Pumpe, ein Rauschen mit einem großen
Frequenzbereich aus, dem als Einzelton die
Schaufelfrequenz des Lüfters überlagert ist.
Sonstige Geräusche
Auftreten können ferner Rollgeräusche von
Wälzlagern sowie Pfeiftöne an trocken laufenden
Stopfbuchsen und Gleitringdichtungen.
19
GERÄUSCHE – LUFTSCHALL – KÖRPERSCHALL
Luftschall
Grenzlinie für das Oktavspektrum
dB
Der von der Pumpe direkt abgestrahlte Luftschall
ist im Heizungsraum wahrnehmbar. Er ist aber
bereits in benachbarten Aufenthaltsräumen
dann ohne Bedeutung, wenn Decken und Wände
des Betriebsraumes nach DIN 4109 gebaut wurden. Bei dem üblichen Schalldämm-Maß kann
zur Beurteilung von zulässigen Luftschallpegeln
nebenstehendes Bild herangezogen werden.
90
80
Grenzli
n
ie
70
60
Überschreitet das Oktavspektrum der Umwälzpumpe bei keiner Frequenz die Grenzlinie, so
bleibt das durch Luftschall übertragene Geräusch
in den Aufenthaltsräumen auch unter dem Wert
30 dB.
50
40
125
250
500
1000
2000
4000
Hz
Körperschall und Wasserschall
Ganz andere Verhältnisse können durch die
Übertragung von Körper- und Wasserschall
entstehen. Falls sich Pumpengeräusche außerhalb des Aufstellungsraumes bemerkbar
machen, ist das mit großer Wahrscheinlichkeit
auf die Übertragung über den Baukörper von
Körper- und/oder Wasserschall entlang der
Rohrleitung zurückzuführen. Entlang der Rohrleitung breitet sich Wasserschall über die Wassersäule und Körperschall über die Rohrwand im
Rohrnetz aus. Die Praxis zeigt, dass meistens
beides zusammen vorkommt.
Körper- und Wasserschall sind nicht direkt mit
dem Ohr wahrnehmbar. Erst wenn der Wasserschall die Rohrwand und diese die umgebende
Luft zu Schwingungen anregt, entsteht hörbarer
Luftschall.
Diese als günstig zu wertende Eigenschaft,
direkt nicht wahrnehmbar zu sein, wird mehr als
ausgeglichen durch die ungünstige Eigenschaft
der nahezu verlustlosen Fortleitung über das
Rohrleitungssystem. Rohrleitungen eignen sich
wegen ihrer Elastizität sehr gut zum Weiterleiten
von Schwingungen und bilden somit ein ideales
Übertragungssystem für Geräusche. Im Fall von
Resonanz wird das Geräusch nicht nur weitergeleitet, sondern sogar verstärkt. Wie alle elastischen Körper, haben auch Rohrleitungen so
genannte Eigenfrequenzen, die von verschiedenen Einflussgrößen abhängig sind. Stimmt
zufällig eine dieser Eigenfrequenzen der Rohrleitung mit einer von der Umwälzpumpe ausgehen-
20
den Erregerfrequenz überein, stellt sich Resonanz ein. Dabei genügt eine sehr kleine Erregungsenergie, um die Rohrleitung in starke
Schwingungen zu versetzen. Das ist gleichbedeutend mit starker Geräuschentwicklung.
Schwingungsuntersuchungen haben gezeigt,
dass in ausgeführten Anlagen in dem interessierenden Frequenzbereich zwischen 50 und 1000
Hz Eigenfrequenzen in großer Anzahl vorkommen können. Damit ist immer die Möglichkeit
von Resonanzerscheinungen gegeben. Eine
Vorausberechnung von Rohrleitungseigenfrequenzen ist wegen der verwickelten Zusammenhänge nicht möglich.
Bei Störungen im Wohnbereich, die durch Geräusche haustechnischer Anlagen entstehen, bildet
die Fortleitung von Körper- und Wasserschall
über das Rohrleitungsnetz die Hauptschwierigkeit. Deshalb müssen Maßnahmen ergriffen
werden, um die ungehinderte Fortleitung von
Körper- und Wasserschall zu unterbinden. Die
VDI-Richtlinie 2715 liefert dazu einige beachtenswerte Hinweise.
Schallübertragung über den Baukörper
Steht eine Pumpe mit dem Baukörper direkt in
Verbindung, so kann dieser zu Schwingungen
angeregt werden. Ferner können über Rohrhalterungen Schwingungen in Wände und Decken
eingeleitet werden.
Maßnahmen gegen Geräusche
Eine wesentliche Voraussetzung für einen wirksamen und sinnvollen Schutz in bewohnten
Räumen in Gebäuden gegen Geräusche von
Pumpen, die in haustechnischen Anlagen eingebaut sind, besteht im Zusammenwirken aller an
der Erstellung der Gebäude Beteiligten. An die
Architekten und Planer richtet sich die Forderung, die Grundrisse so zu wählen, dass günstige
akustische Verhältnisse erzielt werden. So sollten Räume oder Bauteile mit geräuscherzeugenden Einrichtungen, wie haustechnische Anlagen,
möglichst weit vom Aufenthaltsbereich der
Menschen entfernt angeordnet werden.
Maßnahmen zur Vermeidung von Strömungsgeräuschen durch Rohrleitungsführung
Bei der Entwicklung von Strömungsgeräuschen
in einem System aus Pumpe und Rohrleitung
spielen die Rohrleitungsführung und die Strömungsgeschwindigkeit eine bedeutsame Rolle.
Strömungsgeschwindigkeiten
Zu beachten ist, dass die Rohrleitungs-Nennweite in der Regel gleich oder größer ist als die
Anschlussnennweite der Pumpe.
Das Betriebsverhalten der Pumpe wird durch die
angeschlossenen Rohrleitungen und sonstigen
Anlagenteile beeinflusst; das hat auch Auswirkungen auf die Schallübertragung. Die Zusammenhänge sind sehr vielfältig, sodass keine einfachen Regeln aufgestellt werden können, bei
deren Anwendung mit Sicherheit Geräusche
ausgeschlossen werden könnten.
Erforderliche Querschnittsveränderungen sind
strömungsgerecht und zentrisch auszuführen.
Folgende Punkte sollten jedoch bei der Auswahl
der Pumpe immer beachtet werden:
• Pumpen sollen möglichst im Punkt des besten
Wirkungsgrades betrieben werden.
• Diese Forderung kann am besten dadurch
erfüllt werden, dass bei der Druckverlustberechnung keine übertriebenen Sicherheitszuschläge gemacht werden.
Die Rohrleitung auf der Pumpeneintrittsseite soll
auf einer Länge von wenigstens 5 · d gerade verlaufen, um günstige hydraulische Bedingungen
am Laufradeintritt zu schaffen.
Strömungsgeschwindigkeit v
Ø mm
m/s
In Gebäudeinstallationen
Bis 1 1/4 bzw. DN 32
DN 40 und DN 50
DN 65 und DN 80
DN 100 und größer
Fernleitungen
bis 1,2
bis 1,5
bis 1,8
bis 2,0
2,5 bis max. 3,5
r 2,5 · (d · 2s)
5d min
s
d
Pumpen sollten im Punkt des besten Wirkungsgrads betrieben werden, weil dann außer größter
Wirtschaftlichkeit in der Regel auch im Geräuschverhalten das Optimum erreicht wird. Dann kann
vielfach auf zusätzliche geräuschmindernde
Maßnahmen verzichtet werden. Häufig werden
aber bei der Auslegung von Pumpen für eine
haustechnische Anlage für den Anlagenwiderstand viel zu große Sicherheitszuschläge gemacht. Das führt dazu, dass eine unnötig große
Pumpe ausgewählt wird, die dann nicht im Punkt
des besten Wirkungsgrads betrieben wird. Erfahrungsgemäß beruht ein Großteil der Geräuschbeanstandungen auf diesem Fehler. Für die Auswahl der geeigneten Pumpe ist wichtig, dass
Pumpen mit niedrigen Drehzahlen im allgemeinen ein günstigeres Geräuschverhalten zeigen.
Anschlussnennweite DN
r
Gesichtspunkte zur Bestimmung
und Auswahl von Pumpen
Die unten stehende Tabelle enthält nennweitenbezogene Empfehlungen für Strömungsgeschwindigkeiten im Anschlussstutzen der
Pumpe, die zur Vermeidung von Geräuschen
nicht überschritten werden sollten.
21
Bei Verringerung des Rohrquerschnitts sind
plötzliche Querschnittsänderungen zu vermeiden. Das ist durch konische Übergangsstücke
möglich. Ist mit der Bildung von Lufttaschen zu
rechnen, sind exzentrische Übergangsstücke
vorzusehen.
Rohrabstützung,
Rohrleitungskräfte auf den
Eintrittsstutzen vermeiden
Exzentrisches,
konisches
Übergangsstück
Armaturen sollen in der Rohrleitung nicht
unmittelbar nach dem Pumpenstutzen eingebaut werden, insbesondere nicht auf der
Pumpeneintrittsseite. Auch hier wirkt sich ein
Mindestabstand von 5 · d günstig auf die
Geräuschentstehung aus.
5d min
Absperrschieber
5d min
Die Einleitung von Wasser- und Körperschall in
die Rohrleitungen lässt sich durch besondere
Dämmungsmaßnahmen an der Pumpe zu den
Rohrleitungen vermindern. Eine nennenswerte
schallreflektierende Wirkung von Rohrleitungsumlenkungen ist bei den in der Haustechnik
üblichen Wellenlängen des Wasserschalls und
den Abmessungen der Rohrleitungen nicht zu
erwarten.
Bei den Dämmmaßnahmen ist darauf zu achten,
dass die Betriebssicherheit der Pumpe nicht
beeinträchtigt wird, d. h. es müssen funktionssichere Dämmelemente ausgewählt werden.
Als Dämmelemente kommen folgende Kompensatoren in Frage:
großer
Krümmungsradius
5d min
Maßnahmen gegen Wasser- und
Körperschallausbreitung über Rohrleitungen
• Kompensatoren mit Längenbegrenzung ohne
elastische Elemente (Lateralkompensatoren)
• Kompensatoren mit Längenbegrenzung mit
elastischen Elementen sowie auch GummiMetallflanschen
• Kompensatoren ohne Längenbegrenzung
Bei Kompensatoren mit Längenbegrenzung ohne
elastische Elemente wirken keine zusätzlichen
Rohrleitungskräfte auf die Pumpenstutzen, dafür
haben diese Kompensatoren nur eine geringe
Dämmwirkung. Kompensatoren ohne Längenbegrenzung haben die größte Dämmwirkung,
bei ihnen wirken aber gleichzeitig die größten
zusätzlichen Rohrleitungskräfte. Die Rohrleitungskräfte können bei einer Pumpe mit Nennweite 100 und Nenndruck 10 theoretisch 16000 N
erreichen. In der Praxis wirken wegen der begrenzten Elastizität der Kompensatoren jedoch
nur Rohrleitungskräfte bis zur Hälfte dieses
Werts. Welche Stutzenkräfte zulässig sind, dazu
kann derzeit keine allgemein gültige Angabe
gemacht werden.
Rohrabstützung
22
Der Kompensator mit elastischen Längenbegrenzern ist in vielen Anwendungsfällen der
„vernünftige“ Kompromiss zwischen Geräuschdämmung und Stutzenkräften. Bei der Anwendung von Dämmelementen ist deren begrenzte
Lebensdauer und Empfindlichkeit gegen Heißwasser zu beachten.
Kompensatoren
Kompensator ohne
Längenbegrenzung
Längenbegrenzer
Kompensator mit Längenbegrenzung ohne elastische Elemente (Lateralkompensator)
Elastische Elemente
Kompensator mit Längenbegrenzung mit elastischen
Elementen
Die Wirksamkeit der Dämmmaßnahmen ist in
Bildern auf Seite 24 dargestellt, das Oszillogramme von Körperschallmessungen an der von
einer Heizungsumwälzpumpe zu Schwingungen
angeregten Rohrleitung zeigt. Abgebildet sind
für drei verschiedene Fälle der KörperschaII, und
zwar das ungefilterte Messsignal und die herausgefilterten tieffrequenten und hochfrequenten
Anteile, d. h. ihre Schaufelfrequenz von 150 Hz
(4-poliger Elektromotor, Laufrad mit sechs
Schaufeln) bzw. die elektromagnetische Frequenz von 600 Hz.
Im ersten Fall ist der Zustand bei starr mit der
Rohrleitung verbundener Pumpe dargestellt. Im
zweiten Fall ist der Zustand nach Einbau von
Gummi-Metall-Rohrverbindern auf der Eintrittsund Austrittsseite gezeigt. Wie ersichtlich, sind
die hochfrequenten Anteile erheblich verringert.
Durch den Einbau von Gummi-Kompensatoren
(dritter Fall) haben außer den hochfrequenten
auch die tieffrequenten Anteile stark abgenommen.
Welche der im Fall 2 und 3 gezeigten Maßnahmen zur Dämmung im Einzellfall angebracht ist,
hängt von der Frequenz des vorherrschenden
Teilgeräuschs der Anlage ab.
Die am Beispiel der Pumpen der Inline-Bauweise
beschriebenen Dämpfungsmaßnahmen können
sinngemäß auch für auf dem Fußboden aufgestellte Pumpen angewendet werden.
23
Kompensatoren
Fall 1
Starrer Einbau,
keine Dämmwirkung
Fall 2
Mit Gummi-Metall-Rohrverbindern werden nur die
hochfrequenten (600 Hz)
Anteile vermindert
Fall 3
Mit Gummi-Kompensatoren
werden sowohl die hochfrequenten (600 Hz) als auch
die tieffrequenten (150 Hz)
Anteile vermindert.
Körperschall-Messstelle
Abstützvorrichtung mit
Gummi-Metallelement
Legende:
oben: Gesamtmesssignal
mitte: tieffrequente Anteile (150 Hz)
unten: hochfrequente Anteile (600 Hz)
24
Maßnahmen gegen Körperschallübertragung
auf den Baukörper
Die elastischen Elemente sind nach der niedrigsten Erregerfrequenz (das ist meistens die Drehzahl) auszuwählen. Ihre Federsteife muss um so
kleiner sein, je niedriger die Drehzahl ist. Im
allgemeinen können bei einer Drehzahl von 3000
min-1 und mehr Natur-Korkplatten, bei einer
Drehzahl zwischen 1000 und 3000 min-1 GummiMetallelemente und bei einer Drehzahl unter
1000 min-1 Spiralfedern verwendet werden. Bei
Aufstellung der Pumpen auf Kellerböden genügen vielfach Platten aus Natur-Kork, Mineralwolle oder Gummi als elastische Unterlage.
Im Bild wird gezeigt, wie die Schwingungsdämpfung eines Pumpenaggregats auszuführen ist.
Die Dämmwirkung hängt von der Eigenfrequenz
des elastisch gelagerten Pumpenaggregats ab.
Vereinfacht bestimmt sich die Eigenfrequenz aus
Gewicht des Pumpenaggregats und der Federsteife der elastischen Elemente.
Die Eigenfrequenz fO des Systems ist im unten
stehenden Diagramm zu sehen.
Einfederung unter statischer Last ∆l [mm]
Bei Aufstellung der Pumpen auf dem Fußboden
ist zur Unterbindung von Körperschallübertragung zusätzlich zur Schwingungsisolierung
gegen Rohrleitungen oft auch die Lagerung
mittels elastischer Elemente zwischen Grundplatte und Fußboden erforderlich. Dadurch wird
die Übertragung von Schwingungen auf den
Baukörper verhindert. Werden Pumpen auf
Geschossdecken aufgestellt, ist die elastische
Lagerung unbedingt zu empfehlen. Besondere
Sorgfalt ist bei Pumpen mit veränderlicher Drehzahl erforderlich.
200
180
160
140
16
f0 [Hz] 120
∆l mm
100
80
60
40
20
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Eigenfrequenz f0 [Hz]
Um eine gute Dämmwirkung zu erzielen, muss
die Systemeigenfrequenz f0 wesentlich unter der
von der Pumpe ausgehenden Erregerfrequenz ferr
liegen.
Bei Pumpen mit nicht ausgeglichenen Massenkräften kann durch Erhöhung der Fundamentmasse eine Verringerung der Schwingungsausschläge erreicht werden.
RohrleitungsFestpunkt
RohrleitungsFestpunkt
Betonfundament als Beruhigungsmasse
Federelemente mit Dübeln befestigt oder aufgeklebt
25
Es ist bei der Ausführung der elastischen Lagerung darauf zu achten, dass keine Schallbrücken
entstehen. So ist auch das Überbrücken der
elastischen Unterlage durch Putz oder Fliesen
zu vermeiden. Jede Beeinträchtigung der Bewegungsfreiheit des Pumpenaggregats macht die
Dämmwirkung zunichte oder setzt sie zumindest
stark herab.
Rohraufhängung
S = Schwingungsdämpfung
Beim Verlegen der Rohrleitungen ist darauf zu
achten, dass an keiner Stelle eine feste, starre
Verbindung mit dem Baukörper entsteht. Die
Rohrbefestigungen sollen körperschallgedämmt
gestaltet werden. Hierauf ist vor allem auch beim
Verlegen von Rohrleitungen unter Putz zu achten. Geeignete vorgefertigte Befestigungsteile
werden im Fachhandel angeboten.
Besondere Aufmerksamkeit ist auf die Rohrdurchführungen durch Wände und Decken zu
verwenden. Auch hierfür gibt es im Fachhandel
vorgefertigte Manschetten, die alle Anforderungen an eine gute Körperschallisolierung erfüllen.
Köperschallgedämmte Rohrdurchführung
Die Körperschallisolierung der Rohrleitungen
gegen den Baukörper muss mit großer Sorgfalt
durchgeführt werden, denn jede Nachlässigkeit,
auch an nur einer Stelle, macht den gesamten
Dämmungungsaufwand zunichte.
26
Druck am Saugstutzen der Pumpe
Ein ausreichender Druck am Saugstutzen der
Pumpe soll Kavitation am Laufrad verhindern. Als
Kavitation bezeichnet man die Bildung und das
schlagartige Zusammenfallen von Dampfblasen.
Die Dampfblasen bilden sich an Stellen, an denen
der Druck der strömenden Flüssigkeit soweit absinkt, bis er den Wert des Dampfdruckes erreicht,
den die Flüssigkeit bei der vorherrschenden
Temperatur hat. Die Dampfblasen werden von
der Strömung mitgenommen und sie fallen zusammen, wenn auf dem weiteren Strömungsweg
der Druck wieder über den Dampfdruck ansteigt.
Kavitation muss vermieden werden, weil sie die
Förderleistung, das Geräuschverhalten und die
Laufruhe der Pumpe negativ beeinflusst und
sogar zu Werkstoffzerstörungen führen kann.
Das Bild gibt den mindestens erforderlichen
Überdruck gegen den Atmosphärendruck an, der
am Saugstutzen der Pumpe vorhanden sein
muss. Die Kurven gelten für eine maximale Strömungsgeschwindigkeit von 2 m/s und für eine
Aufstellungshöhe von 100 m über dem Meeresspiegel.
Der in Abhängigkeit vom NPSH-Wert der Pumpe
und von der Wassertemperatur abgelesene Wert
PE ist bei Aufstellungshöhen, die größer als 100 m
sind, zu korrigieren. Es gilt
P* = PE + X · 0,0001
Der Wert X ist dabei die wirkliche Höhe (in m) des
Aufstellungsortes, gemessen über dem Meeresspiegel.
PE [bar]
Erforderlicher Zulaufdruck in Abhängigkeit der Temperatur
Erf. Überdruck gegen Atmosphärendruck an der Pumpensaugseite
Damit diese Störungen im Betrieb nicht auftreten, ist die „mindesterforderliche Nettoenergiehöhe“ am Eintritt der Pumpe vorgeschrieben
(s. h. Pumpenkatalog). Dieser NPSH-Wert ist bei
jeder Pumpe abhängig vom Förderstrom. Jede
Pumpengröße hat bei einer gegebenen Drehzahl
ihre eigene NPSH-Kurve, die vom Pumpenhersteller durch Messung ermittelt wurde. Der Planer muß In der Anlage ein „NPSH-Anlage“ zur
Verfügung stellen, das gleich oder größer ist als
der NPSH-Wert der Pumpe im ungünstigsten
Betriebspunkt. Das Bild zeigt den Wert des Überdruckes gegenüber dem Atmosphärendruck,
der an der Pumpensaugseite mindestens zur
Verfügung stehen muss, dargestellt in Abhängigkeit von dem NPSH-Wert der Pumpe.
5
4
3
Wassertemperatur °C
140
2
130
120
1
110
100
0
0,5
1
2
3
4
5
10
20
NPSH nach Pumpenkennlinie [m]
27
Pumpenzulauf
Pumpensumpf
Bei ungleichmäßigem Zulauf und Abpumpen der
Förderflüssigkeit ist ein Pumpensumpf erforderlich. Die Größe des Sumpfes hängt vom Pumpenförderstrom und der zulässigen Schalthäufigkeit
der Elektromotore ab. Das Nutzvolumen des
Pumpensumpfes wird berechnet mit :
Qe + Qa
Qm =
2
Qm - Qzu
VN = Qzu ·
Abkürzung
Z
Qzu
Qe
Qa
VN
Beschreibung
maximal zulässige Schaltzahl in 1/h
Zuflussstrom in m3/h
Förderstrom beim Einschaltpunkt in m3/h
Förderstrom beim Ausschaltpunkt in m3/h
Nutzvolumen des Pumpensumpfes in m3
Qm · Z
Ein eventuelles Rückstauvolumen ist bei Bedarf
hinzu zu addieren.
Kommen verschmutzte Flüssigkeiten zum Einsatz, muss vermieden werden, dass die Feststoffe sich am Boden ablagern. Durch abgeschrägte Wände von mindestens 45° besser 60°
ist dies vermeidbar.
Saugbehälter
Saugrohr
dE
45 bis 60°
0,5 dE
Zur Vermeidung von Wirbelbildung und Bildung
von Scherkräften durch unruhigen Zulauf ist eine
Prallwand im Pumpensumpf zu empfehlen.
Pumpensumpf mit Prallwand
Prallwand
29
PUMPENZULAUF
Saugleitungen und Saugbehälter
Um den Eintritt von Luft oder Wirbeln in die
Saugleitung zu verhindern, muss der Abstand
zwischen Saug- und Zulaufleitung genügend
groß sein. Ebenfalls sind Prallwände vorzusehen.
Die Zulaufleitung muss immer unter dem Flüssigkeitsspiegel münden.
Saugbehälter mit Prallwand
Saugleitung
Zulaufleitung
falsch
Außerdem ist auf eine genügend hohe Überdeckung der Saugöffnung zu achten. Bei ungenügender Überdeckung kann ein luftziehender
Wirbel entstehen. Beginnend mit einer trichterförmigen Vertiefung des Flüssigkeitsspiegels
bildet sich ein Luftschlauch von der Oberfläche
bis in die Saugleitung. Ein unruhiger Lauf und
Leistungsabfall der Pumpe ist die Folge.
Prallwand
Saugbehälter
Die Mindestabstände der Saugleitung von Wänden und Behälterboden:
DN
B in mm
25
40
32
40
40
65
50
65
65
80
80
80
100
100
150
100
200
150
Für eine genaue Berechnung ist nach Angaben
des Hydraulic Institute folgende Formel anzuwenden:
dE
Smin = dE + 2,3 · vS ·
g
Saugbehälter und Mindestentfernungen
dE
_ dE
>
_ 6 dE
>
B
0,5 dE
S
_ 5,5 dE
>
Kann die geforderte Mindestüberdeckung nicht
zur Verfügung gestellt werden, sind gegen
luftziehende Wirbel, Flöße oder drallverhindernde Leitflächen vorzusehen.
S
_ dE
>
dE
vE
Abkürzung Beschreibung
Smin
Mindestüberdeckung in m
Strömungsgeschwindigkeit =
vS
Q/900 dE2 in m/s empfohlen
1 bis 2 m/s aber nicht > 3 m/s
Q
Förderstrom in m3/h
g
Fallbeschleunigung 9,81 m/s2
dE
Eintrittsdurchmesser des Saugrohres
oder der Einlaufdüse in m
S
vE
B
B
Saugbehälter und Floß
Die Mindestüberdeckung Smin beträgt bei den empfohlenen
Strömungsgeschwindigkeiten von 0,5 bis 3 m/s:
DN
Smin m
30
25
0,25
32
0,35
40
0,65
50
0,65
65
0,70
80
0,75
100
0,80
150
0,90
200
1,25
Floß
Saugrohr
PUMPENZULAUF
Ansaugen
Die Standardkreiselpumpen sind nicht selbstansaugend. Dies bedeutet, dass die Saugleitung
und das saugseitige Pumpengehäuse entlüftet
sein müssen, damit die Pumpe fördern kann. Ist
das Pumpenlaufrad nicht unter dem Flüssigkeitsspiegel angeordnet, müssen Pumpe und
Saugleitung mit einem Fördermedium gefüllt
werden. Diese lästige Prozedur ist vermeidbar,
wenn der Eintritt des Saugrohres mit einem
Fußventil (Rückschlagarmatur) ausgerüstet wird.
Die Entlüftung ist dann nur bei der ersten Inbetriebnahme oder undichter Armatur erforderlich.
Fußventil
Saugbetrieb
Bedingt durch Verluste in Anschlussleitungen,
Pumpe und Armaturen sind in der Praxis maximal
ca. 7 bis 8 m Saughöhe erreichbar. Gemessen
wird der Höhenunterschied von der Oberfläche
des Wasserspiegels bis zum Pumpensaugstutzen.
Saugleitungen sind mindestens in Nennweite
des Pumpenstutzens, wenn möglich eine Nennweite größer zu verlegen. Reduzierungen sind zu
vermeiden, insbesondere Feinfilter müssen
saugseitig ausgeschlossen werden. Die Saugleitung ist stetig steigend zur Pumpe zu verlegen
und ein Fußventil (schwimmende Entnahme)
einzubauen, das ein Leerlaufen der Leitung
verhindert. Die Leitung soll möglichst kurz
gehalten werden. Bei langen Saugleitungen
entstehen erhöhte Reibungswiderstände, welche
die Saughöhe stark beeinträchtigen.
Aufgrund von Undichtigkeiten entstehende
Luftpolsterbildungen sind unbedingt zu vermeiden (Pumpenschäden, Betriebsstörungen).
Beim Einbau von Schlauchleitungen sollten
saugund druckfeste Spiralschläuche verwendet
werden.
Führung der Saugleitung
richtig
falsch
31
Pumpenleistungsregelung
Der durch eine Umwälzpumpe geförderte Volumenstrom ist abhängig vom Wärmeleistungs-/
Kühlleistungsbedarf der zu versorgenden Anlage.
Dieser Bedarf schwankt in Abhängigkeit von
folgenden Faktoren:
• klimatische Änderungen,
• Nutzerverhalten,
• Fremdwärmeeinfluss,
• Eingriff hydraulischer Regelorgane etc.
Elektronisch geregelte Pumpen von Wilo sind
in der Lage, den Massenstrom selbsttätig zu
regulieren. Somit wird ggf. eine Eindrosselung
vermieden und eine Anpassung an den Anlagenbetriebspunkt ermöglicht. Neben der geringeren
Leistungsaufnahme der Pumpe kann zusätzlich
auf Drosselorgane verzichtet werden. Auf diese
Weise lassen sich zusätzlich Montage- und Materialkosten spürbar senken.
Die auf den maximalen Lastzustand ausgelegte
Umwälzpumpe wird durch einen stetigen Soll-/
Istwertvergleich dem jeweiligen Betriebszustand
der Anlage angepasst. Durch diese automatische
Regelung wird die Pumpenleistung und somit
auch der Stromverbrauch stetig dem tatsächlichen Bedarf angepasst.
Das gleiche Ergebnis lässt sich auch mit WiloRegelgeräten, die nicht direkt an der Pumpe
montiert sind, erreichen.
Regelungsart ∆p-c
Förderhöhe H [m]
∆p-c-Regelung
nmax
nregel
HSollwert
⌬p-c
HSollwert-min
Das heißt, bei abnehmender Fördermenge (Q)
durch Drosselung der hydraulischen Regelorgane
wird die Pumpenleistung durch Drehzahlreduzierung dem tatsächlichen Anlagenbedarf angepasst. Parallel zur Drehzahlveränderung erfolgt
eine Verringerung der Leistungsaufnahme bis
unter 50 % der Nennleistung. Voraussetzung für
die Anwendbarkeit der Differenzdruckregelung
ist anlagenseitig ein variabler Förderstrom. Der
Spitzenlastbetrieb, z. B. in Verbindung mit einer
Doppelpumpe, wird automatisch lastabhängig
durchgeführt. Wenn die geregelte Grundlastpumpe nicht mehr in der Lage ist, die Anlage zu
versorgen, schaltet die zweite Pumpe als Spitzenlastpumpe zu. Die Regelpumpe wird dann von
der Leistung heruntergefahren und dem vorgegebenen Differenzdruck-Sollwert angeglichen.
Im Allgemeinen empfiehlt es sich, den Differenzdruck an der Pumpe abzugreifen und dort konstant zu halten. Als Alternative bietet sich die
Installation des Signalgebers innerhalb der Anlage an – als Fernsignalgeber am so genannten
Schlechtpunkt der Anlage (Regelbereichserweiterung). Der Betrieb mit Fernsignalgeber erlaubt
z. T. wesentlich stärkere Drehzahl - und somit
Leistungsreduzierungen der Pumpe. Voraussetzung ist, dass der gewählte Messpunkt Gültigkeit
für das Verbrauchsverhalten aller Anlagenabschnitte hat. Da sich der Schlechtpunkt innerhalb der Anlage verschieben kann, ist eine
Optimierung durch den Wilo-Auswerter DDG
möglich. Es lassen sich 2 bis 4 Messstellen kontinuierlich vergleichen. Nur der geringste Messwert bildet die Grundlage für den Soll-/IstwertVergleich des Reglers.
Regelkurve bei Fernsignalgeber
Förderhöhe H [m]
In der Regelungsart ∆p-c hält die Elektronik den
von der Pumpe erzeugten Differenzdruck über
den zulässigen Förderstrombereich konstant auf
dem eingestellten Differenzdruck-Sollwert HS.
Pumpenkennlinie
Schnittpunkt =
Betriebspunkt
Anlagenkennlinie für
den Messpunkt
33
PUMPENLEISTUNGSREGELUNG
Regelungsart ∆p-v
In der Regelungsart ∆p-v verändert die Elektronik den von der Pumpe einzuhaltenden Differenzdruck-Sollwert linear zwischen HS und 1/2
HS. Der Differenzdruck-Sollwert H ändert sich
mit dem Förderstrom Q.
∆p-v-Regelung
Förderhöhe H [m]
Im Sanierungsfall ist eine Schlechtpunktauswertung nicht immer möglich. Die Baumaßnahmen
wurden vor Jahren abgeschlossen und jetzt
entstehen Geräuschprobleme durch das Nachrüsten von Einzelraumreglern. Der Schlechtpunkt
der Anlage ist nicht bekannt oder die für den
Fernsignalgeberbetrieb erforderliche Signalleitungen können nicht verlegt werden. Dennoch
ist eine Regelbereichserweiterung durch die
Regelungsart ∆p-v möglich (zu empfehlen bei
Einzelpumpenanlagen).
nmax
nregel
HSollwert
½ HSollwert
⌬p-c
HSollwert-min
Die Anwendung der ∆p-q-Regelung empfiehlt
sich in Anlagen, bei denen ein Schlechtpunkt
bzw. das Anlagenverhalten nicht bekannt sind
oder bei denen weite Signalstrecken nicht überbrückt werden können, besonders bei Anlagen
mit vorhandenem Volumenstromgeber.
Förderhöhe H [%]
Um den Aufwand, der mit der Schlechtpunktauswertung verbunden ist, zu vermeiden (aufwändige und teure Kabelverlegung, Verstärker etc.),
kann der Differenzdruck-Sollwert direkt mit
einem mengenproportionalen Signal überlagert
werden. Somit lässt sich gerade bei Mehrpumpenanlagen eine Regelbereichserweiterung trotz
zentraler Messwerterfassung (Differenzdruckgeber an der Pumpe) erreichen. Neben dem
Differenzdruckgeber, der direkt an der Pumpenanlage, am Kühlkreisausgang oder am Eingang
der Verbraucherschiene anzubringen ist, muss
ein Volumenstromgeber (0/4 – 20 mA), der
bauseits beizustellen ist, in den Vorlauf der
Anlage installiert werden.
∆p = konstant
∆p = mengenüberlagert
Fördermenge Q [%]
34
PUMPENLEISTUNGSREGELUNG
Regelungsart ∆p-T
∆p-T-Regelung
Förderhöhe H [m]
In der Regelungsart ∆p-T (nur mit IR-Monitor
programmierbar) verändert die Elektronik den
von der Pumpe einzuhaltenden DifferenzdruckSollwert in Abhängigkeit zur gemessenen
Mediumtemperatur. Diese temperaturgeführte
Differenzdruck-Regelungsart ist in mengenkonstanten (z. B. Einrohranlagen) und mengenvariablen Systemen mit gleitender Vorlauftemperatur einsetzbar. Mit umgekehrtem Wirksinn
unterstützt die Regelungsart ∆p-T die Wärmepumpentechnik, unter der Voraussetzung, dass
die Pumpe im Rücklauf der Anlage eingebaut ist.
pos. Wirksinn
Hmax
Hvar.
neg. Wirksinn
Hmin
Tmin
Tmax
Qmin
Tmed
Qmax
Betriebsart DDC
Bei DDC-Betrieb wird der für eine Regelung
erforderliche Soll-/Istwertvergleich von einem
externen Regler übernommen. Den Wilo-Pumpen mit integrierter Elektronik wird als Stellgröße vom externen Regler ein analoges Signal
(0...10 V) zugeführt. Die aktuelle Drehzahl kann
am Display abgelesen werden, die Bedienung an
der Pumpe ist gesperrt.
DDC-Betrieb bedeutet immer, dass ein Signal
vom übergeordneten Regler an den Wilo-Produkten anstehen muss. Zusätzlich sind je nach
genutztem Produkt bauseits potentialfreie
Kontakte zum Ein-/Auschalten etc. erforderlich.
Außerdem sind potentialfreie Meldungen oder
0...10 V (0/4-20 mA)-Signale an den Wilo-Produkten zur Überwachung und Protokollierung
nutzbar. Details sind den Produktkatalogen zu
entnehmen.
Betriebsart DDC mit Wilo-Schaltgerät
Sollwert
n [1/min]
Betriebsart DDC-Pumpe mit
integrierter Elektronik
nmax
100%
nmin
Aus
1
1,5
3
10
U [V]
0%
0/2 V
0/4 mA
Bei Verwendung eines Wilo-Regelgerätes ist der
Sollwert abhängig vom genutzten Signalgeber.
Beim Einsatz des Signalgebers DDG 40 bedeutet
dies zum Beispiel, dass der Sollwert bei 0 %
gleich Null Meter und bei 100 % gleich 40 Meter
beträgt. Analog gilt diese Aussage für alle anderen Messbereiche.
10 V
20 mA
Signaleingang
35
Erzeugerkreisläufe im Verflüssigerteil
Auf der Erzeugerseite unterscheidet man den Kältekreislauf in
offene und geschlossene Systeme. So kann durch einen Saug- und
Schluckbrunnen Grund- oder Flusswasser für den Primärkreislauf
genutzt werden. Oder es wird über Luft die heiße Seite des Erzeugers gekühlt. Durch Wärmerückgewinnung ist die gleichzeitige
Beheizung von Gebäudeteilen möglich.
Rückkühlwerke/Notkühler
Tauchmotorpumpen versorgen den Kondensator
direkt mit Brunnenwasser, die Pumpe könnte
auch in einem Fluss oder einem Vorratsteich
installiert werden. Die Tauchpumpen müssen
gegen Korrosionsangriffe des Wassers beständig
sein. Ausgelegt von der Förderhöhe werden sie
auf die gesamten Druckverluste im Kondensatorkreislauf und den geodätischen Höhenunterschied zwischen Brunnenboden und dem höchsten Punkt der Verdampferanlage.
Grundwasser zur direkten Nutzung im Kondensator
Tauchmotorpumpen versorgen einen Plattentauscher mit Brunnenwasser, die Pumpe könnte
auch in einem Fluss oder einem Vorratsteich
installiert werden. Durch die Verwendung von
Edelstahl- oder/und Kunststoffmaterial auf der
Primärseite des Tauschers sind Schäden durch
Korrosion vermeidbar. Die Kältemaschine kann
aus üblichen Materialien gefertigt sein. Ausgelegt von der Förderhöhe werden sie auf die
gesamten Druckverluste im Kondensatorkreislauf und den geodätischen Höhenunterschied
zwischen Brunnenboden und dem höchsten
Punkt der Wärmetauscheranlage.
Grundwasser zur indirekten Nutzung im Kondensator
Ein Kühlturm mit Auffangwanne, in der Regel auf
dem Gebäude installiert, übernimmt die Wärmeabfuhr aus dem Kondensator. Durch die ständige
Sauerstoffzufuhr sollten Pumpen in Rotgussoder Kunststoffmaterial gewählt werden. Erfolgt
eine kontinuierliche Wasseraufbereitung sind
auch normale Gussausführungen einsetzbar.
Ausgelegt von der Förderhöhe werden sie auf die
gesamten Druckverluste im Kondensatorkreislauf und den geodätischen Höhenunterschied
zwischen Verdampferanlage und dem höchsten
Punkt des Düsenstocks des Kühlturmes.
Da ein geschlossener Kreislauf vorliegt, kann
Standardmaterial gewählt werden. Die Erstbefüllung ist mit Wasser nach VDI 2035 etc. zum
Schutz vor Ablagerungen und Korrosion vorzunehmen.
Geschlossenes Kühlturmsystem im Kondensatorkreis
Kondensator
Verdampfer
Kondensator Verdampfer
28°C
24°C
28°C
24°C
37
ERZEUGERKREISLÄUFE IM VERFLÜSSIGERTEIL
Wärmerückgewinnung
Das im Kondensator der Kältemaschine erwärmte
Kühlwasser wird über einen Wärmetauscher zu
Heizaufgaben herangezogen. Aufgrund der
galvanischen Trennung ist die Pumpe im Kondensatorkreislauf nur auf diese Druckverluste
auszulegen. Die Materialauswahl ist durch den
geschlossenen Kreislauf beliebig. Wird ein Notkühler im Kondensatorkreislauf eingefügt ist die
Pumpe auf dessen Anforderungen zu bestimmen
und der hydraulische Abgleich zwischen Wärmetauscher und Notkühler muss erfolgen. Zum
Schutz vor Korrosionen ist die Notkühlung nur
als geschlossenes Rückkühlwerk sinnvoll.
Indirekte Heizung mit Kühlwasser
M
M
BrennwertGaskessel
Das im Kondensator der Kältemaschine erwärmte
Kühlwasser wird direkt zu Heizaufgaben herangezogen. Aufgrund der direkten Verbindung ist
die Pumpe im Kondensatorkreislauf nur auf die
Druckverluste im Kondensator und der Rohrleitung bis zum Verteiler/Sammler auszulegen. Die
Materialauswahl ist dem Heizkreislauf anzupassen. Wird ein Notkühler im Kondensatorkreislauf
eingefügt, ist die Pumpe auf dessen Anforderungen zu bestimmen und der hydraulische Abgleich
zwischen Wärmetauscher und Notkühler muss
erfolgen. Besser ist es, den Notkühler mit einem
eigenem Pumpenkreislauf zu versehen. Zum
Schutz vor Korrosionen ist die Notkühlung nur
als geschlossenes Rückkühlwerk möglich.
Direkte Heizung mit Kühlwasser
M
M
BrennwertGaskessel
38
ERZEUGERKREISLÄUFE IM VERFLÜSSIGERTEIL
Erdwärme im Kondensatorkreislauf
Im geschlossenen Kreis zwischen Kondensator
und Wärmeübertragerschlange im Erdreich,
ist die Pumpe nur auf diese Reibungswiderstände
auszulegen. Eventuell ist es aus Frostschutzgründen sinnvoll, als Fördermedium eine
Mischung aus Glykol und Wasser zu verwenden.
Die Materialeigenschaften sind diesen Anforderungen anzupassen.
Erdkollektor zum Kühlen und zur
Wärmespeicherung nutzen
Im geschlossenen Kreis zwischen Kondensator
und Erdspieß ist die Pumpe nur auf diese Reibungswiderstände auszulegen. Eventuell ist es
aus Frostschutzgründen sinnvoll, als Fördermedium eine Mischung aus Glykol und Wasser
zu verwenden. Die Materialeigenschaften sind
diesen Anforderungen anzupassen.
Erdspieße zum Kühlen und zur
Wärmespeicherung nutzen
39
Erzeugerkreisläufe im Verdampferteil
Unabhängig vom hydraulischen Grundkonzept besteht bei den
meisten Kälteanlagen die Forderung, dass der Wassermassenstrom
durch den Verdampfer um höchstens 10 % vom Nennwassermassenstrom abweichen darf. Anderenfalls sind Schwierigkeiten in der
Regelung der Kältemaschinen zu erwarten.
Bei zu niedrigem Durchsatz besteht außerdem
Einfriergefahr. Die Forderung nach konstantem
Verdampfer-Wasserstrom muss also bei allen
durch die Klimaregelung bedingten Veränderungen im Verbraucherteil erfüllt werden. Trotz
dieser strikten Forderung nach einem konstanten
Wasservolumenstrom im Verdampfer sind in
jüngerer Vergangenheit Kältemaschinen entwickelt worden, die einen variablen Volumenstrom
zulassen. So können auch im Primärkreis energiesparende, drehzahlgeregelte Pumpen eingesetzt werden.
Um einen störungsfreien Betrieb von Kaltwassernetzen mit mehreren Erzeugern und Verbrauchern zu realisieren, teilt man das Netz in Primärund Sekundärkreise auf.
Konstanter Volumenstrom im Verdampferkreislauf
Eine Überströmung vom Vorlauf in den Rücklauf
der Verteilschaltung sichert, dass der Volumenstrom konstant bleibt und eine Störung auf die
Regelung der Verdampferleistung ausgeschlossen wird. Die Pumpe ist auf den Druckverlust des
hydraulisch am ungünstigsten gelegenen Verbraucher zu dimensionieren, an den davor gelegenen Verbrauchern ist die Wassermenge auf
Nennleistung einzudrosseln. Der Volumenstrom
der Verbraucher ist zu garantieren. Eventuell
muss zur Sicherstellung des Mindestvolumenstromes des Verdampferkreises der Pumpenförderstrom größer gewählt werden.
der Entkopplerschaltung sichert, dass der Volumenstrom konstant bleibt und eine Störung auf
die Regelung der Verdampferleistung ausgeschlossen wird. Die Pumpe ist auf den Druckverlust des Verdampfers und der Widerstände über
den Entkoppler zu dimensionieren. Der Volumenstrom der Verdampferleistung ist der
erforderliche Pumpenförderstrom.
Verdampferkreis mit konstantem Volumenstrom durch eine Verteilschaltung
M
M
M
Verdampferkreis mit konstantem Volumenstrom durch
hydraulischen Entkoppler
41
E R Z E U G E R K R E I S L Ä U F E I M V E R DA M P F E RT E I L
Variabler Volumenstrom im Verdampferkreislauf
Verdampferkreis mit variablem Volumenstrom über einen hydraulischen
Entkoppler
M
M
M
M
Verdampferkreis mit variablem Volumenstrom durch eine Verteilschaltung
M
der Entkopplerschaltung sichert, dass der Volumenstrom konstant bleibt und eine Störung auf
die Regelung der Verdampferleistung ausgeschlossen wird. Die Pumpe ist auf den Druckverlust des Verdampfers und der Widerstände über
den Entkoppler zu dimensionieren. Der Volumenstrom für die Verdampferleistung ist der
erforderliche Pumpenförderstrom. Für die
Sicherstellung der Verbraucherleistung ist die
Rohrleitung zur Anbindung des Entkopplers
eventuell größer auszulegen als die Verdampferleistung es erfordert. Bei modernen Kältemaschinen kann die Pumpleistung über eine Temperaturregelung den Erfordernissen der
Verbraucher angepasst werden. Eine Sicherstellung des Mindestvolumenstromes für den Verdampfer ist durch Drehzahlbegrenzung des
Pumpenantriebes gewährleistet.
Bei einigen modernen Kältemaschinen kann die
Pumpleistung über eine Differenzdruckregelung
den Erfordernissen der Verbraucher angepasst
werden. Eine Sicherstellung des Mindestvolumenstromes für den Verdampfer oder/und die
Pumpe ist durch den Überströmanteil abzusichern. Das Überströmvolumen muss so groß
sein, dass das Kalthalten der Versorgungsleitung
bis zum Verbraucher gewährleistet ist. Es müssen
der komplette Volumenstrom für die Verbraucher
und der Überströmanteil für die Pumpleistung
berücksichtigt werden. Dreiwege-Ventile vor den
Verbrauchern sind nur erforderlich, wenn eine
längere Anbindeleitung notwendig ist. Erfolgt
die Anbindung nahe der Verteilleitung, ist die
Zeit bis kaltes Medium ansteht in der Regel
akzeptabel.
M
M
Zur Zeit gibt es nur wenige mögliche Anwendungsfälle, die Pumpleistung zwischen Null- und
Nennvolumen zu regeln. Einerseits sind die
Kälteerzeuger nicht unbedingt dafür geeignet,
andererseits benötigen Umwälzpumpen zur
Eigenkühlung und Eigenschmierung einen Mindestvolumenstrom. Nähere Angaben sind den
jeweiligen Katalogen zu entnehmen.
Verdampferkreis mit variablem Volumenstrom über die Verbraucher
M
M
42
E R Z E U G E R K R E I S L Ä U F E I M V E R DA M P F E RT E I L
Kaltwasserverbraucher
Zur Raumtemperaturanpassung gibt es in Klimaanlagen zwei Hauptunterschiede. Erstens wird
die Luft (Konvektion), welche dem Raum zugeführt wird, in ihrer Temperatur angepasst; zweitens erfolgt die Raumtemperaturregelung über
Strahlungs-Wärmeübertrager wie Kühldecken
oder über Bauteiltemperierung. Beide Systeme
können beim hydraulischen Aufbau mit einer
Zwei-, Drei- oder Vierrohranbindung versehen
werden.
Für den Kaltwassertransport sind immer nur
Zweirohrleitungen vorhanden. Die dritte und
vierte Rohrleitung dient dem Heizteil, damit die
Temperatur im Raum bei niedriger Außentemperatur eingehalten werden kann. Bei der Dreirohrinstallation bekommen Heizung und Kälte
einen gemeinsamen Rücklauf. Vierrohranschluss
bedeutet, dass der Kälte- und der Heizteil bis
zum Wärmeübertrager getrennt installiert werden. Eine Übertragung in den Raum kann über
einen gemeinsamen Übertrager oder durch je
einen für Heizung oder Kühlung erfolgen.
In den folgenden Schaubildern wird nur der
Kälteteil mit Vor- und Rücklauf dargestellt.
Volumenstromregelung
Weil die Raumlast stetigen Veränderungen unterliegt und dies auch bei der Frischluft so ist,
wird die Kühlleistung mittels Durchflussveränderung angepasst. Diese Schaltung ist nur zu
empfehlen, wenn die Verteilleitung nicht weit
vom Verbraucher entfernt ist. In der Regel dürfen
nicht alle Verbraucher so angebunden sein. Nicht
alle Kältemaschinen oder Umwälzpumpen können ohne Förderstrom arbeiten. Zur Schadensvermeidung durch Einfrieren oder Trockenlauf ist
die Umlenk- oder Verteilschaltung zu wählen,
oder am Netzende erfolgt eine kontrollierte
Überströmung. Eine Kontrolle der Überströmmenge ist durch einen fest eingedrosselten
Beipass oder eine Beipassregelung möglich. Eine
Beipassregelung ist optimal, wenn die Stellung
aller Regelventile überwacht wird und bei Grenzunterschreitung der Menge eine Überströmstrecke den Ausgleich vornimmt.
Mittels Durchflussveränderung im Verbraucher
wird die Leistungsanpassung an die Raumlast
vorgenommen. Damit im Beipass nur soviel
durchfließt, wie zur Temperaturhaltung oder zur
Erhaltung der erforderlichen Mindestmenge für
Kältemaschine und/oder Pumpe notwendig ist,
sollte ein Strangregulierventil im Beipass installiert werden.
Mengenreglung mit Durchgangsventil bei
konstanter Vorlauftemperatur
M
Mengenregelung mit Verteilventil bei
konstanter Vorlauftemperatur
M
43
K A LT W A S S E R V E R B R A U C H E R
Temperaturregelung
Nicht immer ist die Durchflussmengenregelung
günstig. Zur kontrollierten Entfeuchtung und
Vermeidung von Taupunktunterschreitung ist die
Beimischschaltung anwendbar. Über die Istwerterfassung am kritischen Punkt der Anlage ist die
Vorlauftemperatur auf diese Weise an Raumlast
und an Einhaltung der Grenzwerte angepasst
einstellbar. Der Volumenstrom im Verbraucherkreis bleibt konstant.
Temperaturregelung mit Beimischventil
M
44
Die Pumpe ist auf die Leistung und die Reibungswiderstände im Verbraucherkreis auszulegen.
Auf der Eingangsseite des Regelkreises sollte ein
Differenzdruck von Null anstehen. Dies ist in der
Praxis auch bei geregelten Zubringerpumpen
nicht immer zu erreichen. Aus diesem Grunde ist
in der Anbindeleitung des Verbraucherkreises ein
Differenzdruckregler ohne Hilfsenergie vorzusehen. Um eine gute Regelfähigkeit des Verbraucherkreises beizubehalten und um die Pumpe vor
schädlichen Anschubkräften zu schützen, ist ein
Differenzdruck von <
_ 0,3 bar einzuhalten.
Ein Verteilerventil im Rücklauf erfüllt die gleiche
Regelfunktion wie das Beimischventil im Vorlauf.
Der Differenzdruckregler muss immer in der gleichen Leitung installiert werden. Das heisst im
Vorlauf bei einem Beimischventil vor dem Ventil
und im Rücklauf bei einem Verteilventil nach
ihm. Grund für diese Montage ist die Druckhaltung im Verbraucherkreis – gleichzeitig geschlossene Armaturen im Vor- und Rücklauf unterbrechen diese. Wenn Null Kälteleistung durch
die Ventilstellung im Verbraucherkreis eingestellt
ist, erfolgt ein Druckabfall oder ein Anstieg des
Drucks, je nach Änderung der Medientemperatur
durch die äußeren Einflüsse. So gibt jede
Umwälzpumpe ihre Energie an das Medium ab
und ein Druckanstieg im Verbraucherkreis erfolgt
bei geschlossener Verbindung zum Verteilkreis,
in dem die Druckabsicherung sitzt.
45
Absicherung von Pumpen und
Kältemaschinen
Für alle technische Geräte sind physikalische Grenzen vorhanden.
Die Kältemaschinen benötigen einen Mengendurchsatz, damit eine
Vereisung vermieden wird. Fließt nicht die Wassermenge, welche
für die kleinste Regelstufe des Verdampfers benötigt wird, sind
mechanische Schäden ohne Sicherheitsabschaltung die Folge.
Mindestlaufzeit von Kälteerzeugern und Pufferspeicherbetrieb
Im Betrieb mit konstanten Wasserströmen im
Verdampferteil ist ein sicherer Betrieb möglich,
wenn die Ein- und Ausschaltzyklen sich möglich
selten abwechseln. Dies bedeutet, dass die
umgewälzte Menge so groß von der Speicherkapazität sein muss, dass die Mindestlaufzeit des
Kälteerzeugers überschritten wird. Aus Erfahrung weiß man, dass 90 % der Anlagen ohne die
Durchführung zusätzlicher Maßnahmen dafür
nicht geeignet sind.
Ableitung spezifischer Faktor 14,34
KJ
Qw [kW]
s
· =
m
w
kg
KJ · kg · K · 3600 s
= 857
s · 4,2 KJ · h · K
Ziel ist es, Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit zu gewährleisten, lange Ein- und Ausschaltzyklen und damit lange Lauf- bzw. Stillstandzeiten für den Kaltwassererzeuger und die hydraulische Entkopplung von Kaltwassererzeuger- und
Kaltwasserverbraucheranlage zu erlangen. Mit
einem hydraulischen Entkoppler ist dies möglich.
Mittels Düsenrohren und Schichtungsblechen im
Speicher wird dessen Effizienz erhöht. Die Größe
des hydraulischen Entkopplers als Pufferspeicher
ist wie folgt zu ermitteln:
Ftl
· K [∆tw]
kg · k
Pufferspeicher
·
h
KJ
Cpw 4,2
· =
m
w
kW
S
· 3600
·
14,34
·
L
Faktor =
h
h
L
kg
860 kg h
= 14,34
=
min
kg
860
h · 60 min
=
min
min
Bei Veränderung der spezifischen Wärmekapazität ist auch der spezifische Faktor neu zu
ermitteln.
Hydraulische Entkopplerschaltung als Pufferspeicher
min
Si =
∆tw
Der Mindest-Systeminhalt (Si) ist abhängig von
kW
Nennkühlleistung
Ftl
Teillastfaktor bei mehrstufigen
Kälteerzeugern
min
Mindestlaufzeit
∆tw
Cpw
Temperaturdifferenz
Spez. Wärmekapazität
47
A B S I C H E R U N G V O N P U M P E N U N D K Ä LT E M A S C H I N E N
Hydraulische Einbindung des Eisspeichers
Ventil 2
M
Ventil 3
M
M
Ventil 4
Eisspeicher 1 Eisspeicher 2
M
M
Ventil 5
Ventil 1
Eisspeicherpumpe
Verdampferpumpe
Funktionstabelle Eisspeicherbetrieb
Betriebsart
Eisspeicher entladen
Kältemaschine
am Netz
Eisspeicher entladen
Kältemaschine am
Netz
Eisspeicher laden
KälteVerdampfer- Eisspeicher- Ventil 1
maschine Pumpe
Pumpe
Ventil 2
Ventil 3
Ventil 4
Tor 1
Ventil 4
Tor 2
Ventil 4 Ventil 5
Tor 3
Aus
Aus
Ein
Zu
Auf
Auf
Regelt
Regelt
Regelt
Zu
Ein
Ein
Aus
Zu
Auf
Auf
/
/
/
Zu
Ein
Ein
Ein
Auf
Zu
Auf
Regelt
Regelt
Regelt
Zu
Aus
Ein
Aus
Auf
Zu
Zu
Zu
Auf
Auf
Auf
Eisspeicher
Seit einigen Jahren werden Klimaanlagen mit
wartungsfreien Eisspeichersystemen gebaut.
Die Kältemaschine und ihre Anschlussleistung
inklusive Rückkühlleistung wird nur für die
Grundlast dimensioniert. Lastspitzen oberhalb
ca. 50 % der Spitzenlast werden aus dem Eisspeicher gedeckt. Sole dient als Wärmeträger, je
nach Anlagenaufbau wird gegebenenfalls der
Anschluss über einen hydraulischen Entkoppler
oder durch einen Systemtrenner (Wärmetauscher) an die Hausanlage vorgenommen.
Aus oben stehender Tabelle sind die Schaltzustände der Ventile für die jeweiligen Lastzustände aufgeführt.
Es entstehen durch die Regelung verschiedene
Durchflusswiderstände mit Auswirkungen auf
die Umwälzpumpen. Bei der Entladung des
Eisspeichers muss die Eisspeicherpumpe die
Widerstände der Ventile 3 und 4 sowie des Eisspeichers überwinden. Im Spitzenlastbetrieb ist
nur bei größerem Mengendurchfluss ein anderer
48
Widerstand der Eisspeicherpumpe erforderlich,
da vom Verdampferkreis je nach Stellung von
Ventil 1 ein zusätzlicher Durchfluss erzwungen
wird.
Für die Verdampferpumpe sind drei verschiedene
Lastzustände gegeben. Erst ist die Kältemaschine
allein im Netz, es ist nur das Ventil 2 als Widerstand vorhanden. Ist Spitzenlastbetrieb gefordert, sind die Widerstände von Ventil 1, 3 und 4
sowie vom Eisspeicher gegeben. Wird der Eisspeicher geladen, sind die Druckverluste für die
Ventile 1 und 5 sowie für den Eisspeicher durch
die Verdampferpumpe zu überwinden. Aufgrund
dieser Anforderungen empfiehlt sich eine Regelung der Verdampferpumpe über die Menge oder
Temperatur am Verdampferaustritt.
Absicherung der Kältemaschine im Verdampferkreis
Der Verdampferkreis wird durch seine Umwälzpumpe beeinflusst. Ist die Pumpleistung zu
gering, wird der Frostschutz- oder/und der
Strömungswächter die Kältemaschine auf Störung, d. h. „Aus“, schalten. Bevor der Verdichter
eingeschaltet wird, muss die Verdampferpumpe
eingeschaltet und mit einer Nachlaufzeit versehen sein. Umwälzpumpen benötigen je nach
Anlass-/ Startschaltung zwischen 2 Sekunden
und einer Minute bis zur Nennleistung.
Erfolgt eine Abschaltung, steht die Standardkreiselpumpe in weniger als 2 Sekunden. Fehlt
bei Drehstrombetrieb eine Phase oder liegt eine
Unterspannung vor, ist ein Schlupflauf des
Antriebes möglich. Die Umwälzpumpe ist unterhalb ihrer Nennleistung, ohne dass ein Motorschutzrelais anspricht. Aufgrund dessen, und
weil anlagenbedingt die Fördermenge gedrosselt
oder Verdichterleistungen falsch geregelt werden können, muss der Verdampferkreis mit
Frostschutz- und Strömungswächter ausgestattet sein. Für die Strömungsüberwachung ist ein
Paddel-, Differenzdruck- oder Volumenstromschalter einsetzbar. Außerdem ist der Verdampferkreis durch ein Druckhaltesystem und ein
Sicherheitsabblaseventil vor fehlerhaften statischen und dynamischen Drücken zu schützen.
Damit die Durchflussmenge bei parallelem
Betrieb von mehreren Verdampfern mit eigenen
Umwälzpumpen gewährleistet ist, ist eine Verrohrung nach Tichelmann oder mit hydraulischen
Entkopplern empfehlenswert.
Sicherheitsanforderungen beim Betrieb von Kälteerzeugern
HD-Pressostat
Thermoschutz
Heißgasfühler
Kondensator
ND-Pressostat
ca. 15 bar/45 °C
Expansionsventil
ca. 5 bar/4 °C
Thermoschutz
Verdampfer
Frostschutzfühler
12 °C
6 °C
Phasenfolgerelais
Stömungswächter
Absicherung der Kältemaschine im Kondensatorkreis
Der Absenkung der Kondensatortemperatur sind
betriebliche Grenzen gesetzt. Zur Funktion der
Kältemaschine, insbesondere der Expansionsventile, sind Mindestwerte erforderlich und beim
jeweiligen Hersteller aus der Dokumentation zu
entnehmen. Die Temperaturen im Kondensator
sind abhängig von der Verdichterleistung und
den Aus- und Entrittstemperaturen. Die Kühlwasseraustrittstemperatur ist von der Umwälzmenge und der Eintrittstemperatur abhängig. Im
Normalfall reicht zur Absicherung der Kältemaschine die Temperaturüberwachung am Ausgang
des Kondensators aus.
Unter Umständen sind weitere Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz der Rückkühlanlage erforderlich. So darf die Eintrittstemperatur in
Schluckbrunnen oder Fußbodenheizungen zur
Schadensvermeidung einen maximal zulässigen
Wert nicht überschreiten. Eventuell sind hierfür
Schnellschlussventile, die stromlos selbsttätig
schließen, erforderlich.
Kondensatorkreis mit Mindestabsicherung
Außerdem ist der Kondensatorkreis durch ein
Druckhaltesystem und ein Sicherheitsabblaseventil vor fehlerhaften statischen und dynamischen Drücken zu schützen. Damit die Durchflussmenge bei parallelem Betrieb von mehreren
Verdampfern mit eigenen Umwälzpumpen gewährleistet ist, ist eine Verrohrung nach Tichelmann oder mit hydraulischen Entkopplern empfehlenswert.
49
Absicherung von Umwälzpumpen
Durch Nichtbeachtung von Grenzbedingungen
können Umwälzpumpen durch falsche Drücke,
Fördermedien, Kräfte, Temperaturen, Schaltungen, Stromversorgungen, Schwingungen, Standorte und Steuer-/Regelarten beschädigt oder
zerstört werden.
Drücke des Fördermediums
Mittels zu geringem statischen Druck auf der
Saugseite der Umwälzpumpe können durch
Kavitation Gehäuse und Laufrad beschädigt und
zerstört werden. Sollten dazu durch Gasbildung
bzw. Luftansaugung noch Schwingungen in
der Saugleitung entstehen, wird auch der Sauganschluss mechanisch zerstört. Dies wird nicht
unmittelbar geschehen, sondern zeigt sich je
nach Bedingungen erst nach einiger Zeit. Bei
Nassläuferpumpen setzt die Lagerschmierung
aus und beim Trockenläufer fehlt der Kühlfilm
auf der Fläche der Gleitringdichtung. Durch eine
Überwachung des Zulaufdruckes mittels Mano/Vakuummeter ist dies vermeidbar.
Ein zu hoher statischer Druck kann das Gehäuse
sprengen oder Abdichtungen unwirksam werden
lassen. Zu hohe Anpressdrücke in Gleitringdichtungen können zu erhöhten Temperaturen und
einem vorzeitigen Verschleiß der Dichtung
führen. Mit einem Maximaldruckwächter kann
die Pumpe zur Sicherheit ausgeschaltet werden
oder ein Druckminderer wird vor der Pumpe
installiert.
Zu hohe Differenzdrücke zwischen Saug- und
Druckseite der Pumpe führen durch die Antriebsenergie zu einer Übererwärmung im Pumpenraum und damit zum vorzeitigen Verschleiß von
Lagern und Dichtungen. Ein wirtschaftlicher Betrieb ist nicht erreichbar, weil der Nutzwirkungsgrad in einer solchen Betriebssituation gering ist.
Durch Differenzdrucküberwachung, Pumpenfreilaufventile oder mit Überströmreglern ist
dies beherrschbar.
Der Differenzdruck zwischen Saug- und Druckseite der Pumpe welcher rechts außerhalb der
dokumentierten Herstellerkennlinie liegt, führt
zur Überlastung des Antriebes und unzulässigen
Kräften auf die Lagerung. Die Gleitfilme in den
mit Medium berührten rotierenden Teilen werden gestört. Mittels Differenzdrucküberwachung
oder Mengenbegrenzer an der Pumpe kann
dieser Zustand vermieden werden.
50
Ist z. B. eine Pumpe nach einem hydraulischen
Entkoppler als Zubringer für nachgeschaltete
Verbraucher eingebaut, muss sichergestellt werden, dass im Teillastfall der Restdifferenzdruck
dieser Pumpe nicht zu groß ist. Die Verbraucherpumpen werden dann angeschoben und laufen
in eine zu große Menge. Muss mit solch einer Betriebssituation gerechnet werden, ist ein Differenzdruckregler vor der Sekundärpumpe die
Lösung.
Fördermedium
Erfolgte die Planung der Anlage mit Wasser als
Wärmeträger und ist – aus welchen Gründen
auch immer – eine Sole eingefüllt worden,
stimmen die Förderdaten der Pumpe nicht mehr.
Alle Hersteller geben in ihren Katalogen die
Förderleistung für Wasser an. Pauschal wird eine
Dichte und Viskosität von 1 angenommen. Jede
Abweichung hiervon bedeutet eine andere
Förderleistung.
Abrasive Stoffe im Fördermedium führen zu vorzeitigem Ausfall der Pumpen, deshalb sollte aufbereitetes Wasser nach VDI 2035 oder VDTÜVzugelassene Medien eingefüllt werden. Details
bitte den Katalogen oder den Angeboten zu den
jeweiligen Typen entnehmen.
Wurde eine Anlage zum Beispiel mit Wasser abgedrückt, entleert und nach sechs Wochen mit
einer handelsüblichen Sole aufgefüllt, werden
die Inhibitoren der Sole den Rost in den Leitungen lösen und zu einem vorzeitigen Verschleiß
in den rotierenden Teilen der Pumpe führen. In
offenen Systemen ist das Fördermedium einer
kontinuierlich überwachten Behandlung zu
unterziehen und die geeignete Materialauswahl
zu ermitteln.
Kommen Wassergemische zur Anwendung, ist
die Füllung des Systems aus einem Vormischbehälter mit dem korrekten Mischungsverhältnis
vorzunehmen. Das nachträgliche Zugeben von
Beimischungen wird nicht an jeder Stelle zu einer
ausreichenden Konzentration führen und der
Energietransport ist nicht gleichmäßig. Außerdem besteht in der Regel erhöhte Korrosionsgefahr.
Kräfte
Schaltungen
Pumpen werden in Leitungssysteme eingebaut,
die durch Temperaturausdehnungen oder Vibration Kräfte hervorrufen, die durch das strömende
Medium direkt auf die Anschlussstutzen wirken.
Zur Sicherheit sind die Pumpen ohne Spannungen und Lasten auf die Anschlussstutzen in das
Leitungssystem zu integrieren. Die Festpunkte
für die Leitungen sind nach den bekannten
Regeln der Technik vorzusehen.
Motore für Stern-/Dreieckanlauf dürfen nicht
auf Dauer im Stern laufen. 230 Volt Antriebe
können keine 400 Volt verarbeiten. Auch zu
geringe Spannungen führen zu Schäden an
Elektromotoren. Der Netzanschluss ist passend
zum Antrieb (s. h. Kataloge) vorzunehmen.
Fluide im Strömungszustand üben, aufgrund
von Umlenkungen durch Bögen, Formstücke
und Armaturen dynamische Kräfte aus. Deshalb
sollten Pumpen besonders bei hohen Fließgeschwindigkeiten über Beruhigungsstrecken,
Diffusoren oder Gleichrichter auf der Saugund Druckseite eingebunden werden.
Alle Pumpen führen dem Fördermedium Energie
zu. Diese Bewegungsenergie wandelt sich
aufgrund des Energieerhaltungssatzes (es geht
nichts verloren) in Wärme um. Solange ein
Durchfluss vorhanden ist wird die Wärme aus
der Pumpe transportiert. Durch schließen von
Durchgangsventilen oder Beimischventilen
der Verbraucher ist der Abtransport der Wärme
verhindert. Wärmedämmungen und Isolierungen
nach Energieeinsparverordnung wirken wie eine
Thermoskanne und der Pumpenraum heizt sich
auf.
Temperaturen
Versagende Regeleinrichtungen lassen das Fördermedium von der Auslegung abweichen. Als
Folge ergeben sich bei zu hohen Fördermedientemperaturen Kavitationen oder zu große Volumenströme. Ist die Betriebstemperatur des
Fördermediums niedriger als geplant, sinkt der
Volumenstrom. In beiden Fällen kann der Antrieb
überlastet werden und der Motorschutz schaltet
die Pumpe zur Sicherheit aus. Da heute aus
Kostengründen die Anlagen ohne ständiges Wartungspersonal betrieben werden, ist eine Überwachung der Temperaturen mit Warnmeldeeinrichtung empfehlenswert.
Umgebungstemperaturen der Pumpen wirken
direkt auf den Antrieb und das Gehäuse. Die Gehäuse vertragen in der Regel Über- und Untertemperaturen, aber nur dann wenn dies nicht
schockartig passiert. Der Elektroantrieb kann
nicht unter 0°C oder über 40°C ohne besondere
Auslegung betrieben werden. Maschinenaufstellräume sind aus diesem Grunde gut zu belüften oder zu kühlen. Direkte Strahlungswärme auf
Elektromotore ist zu verhindern.
In der Praxis gerade im Kältebereich ist die
Druckhaltung nicht für Temperaturen von über
110°C ausgelegt, jedoch können diese in Pumpen
bei Nullmengenbetrieb überschritten werden.
Überströmeinrichtungen, die eine Abkühlung
des Mediums ermöglichen, bieten Abhilfe. Sinnvoller ist es, die Pumpe durch Überwachung der
Schließstellung aller Regelventile auszuschalten.
Durch einen Strömungssignalgeber ist ein Ausschalten möglich. Hierbei ist die Pumpe zwischendurch per Zwangsanlauf wieder zu starten,
um ein Öffnen der Regelventile zu erfassen.
Pumpenparallelbetrieb in einem Hydrauliksystem
funktioniert nur mit gleichen Pumpenleistungen,
es sei denn eine Differenzdrucküberwachung
prüft den Arbeitspunkt und gibt die kleinere
Pumpe erst dann frei, wenn ihre Druckleistung
erreicht ist.
Pumpenreihenbetrieb in einem Hydrauliksystem
funktioniert nur mit gleichen Pumpenleistungen,
es sei denn eine Mengenüberwachung prüft den
Arbeitspunkt und gibt die kleinere Pumpe erst
dann frei, wenn ihre Mengenleistung erreicht ist.
In einem geschlossenen System kann eine
Pumpe ihre volle Förderhöhe in Saugleistung
umsetzen. Deshalb sollte die Druckhalteanlage
immer auf der Saugseite der Pumpe sein, oder in
dem Förderkreis ist kein Regelorgan, welches den
Durchfluss begrenzt und damit den Zulaufdruck
absenkt. Ist dies aus Montagegründen nicht
möglich, ist der Auslegungsdruck der Druckhalteanlage um die maximale Förderhöhe bei Nullmenge der Pumpe zu erhöhen.
51
Stromversorgung
Stromversorgungen aus dem öffentlichen Versorgungsnetz unterliegen gewissen Grenzbedingungen, die bei der Auslegung von Antrieben
und Regeleinrichtungen berücksichtigt werden.
Durch zu lange oder dünne Leitungen erfolgt
eine Spannungsabsenkung, die zu Minderleistungen und Überhitzungen führen kann. Aufgrund von Induktionsvorgängen sind Steuerleitungen von Netzleitung getrennt zu verlegen.
Anlagen sind vor Überspannung (z. B. Blitz) zu
schützen und bei Unterspannung auszuschalten.
Lösungen bieten Überspannungsableiter und
Netzüberwachungsrelais mit allpoliger Trennung
der Stromversorgung.
Sind Eigenstromanlagen, Netzersatzbetrieb oder
Umrichterbetrieb geplant, sind folgende Bedingungen einzuhalten:
• Alle Wilo-Pumpen sind für die Europaspannung
230/400 V (±10 %) nach DIN IEC 60038 vorgesehen. Sie sind ab 1. 1. 1995 mit dem CE-Zeichen
gemäß EU-Maschinenrichtlinien gekennzeichnet. Bei Einsatz der Pumpen in Anlagen mit
Fördermedientemperaturen über 90 °C muss
eine entsprechend wärmebeständige Anschlussleitung verwendet werden.
Bei Betrieb der Wilo-Pumpen mit Steuergeräten
oder Modul-Zubehör sind die elektrischen
Betriebsbedingungen nach VDE 0160 einzuhalten. Bei Betrieb von Nass- und Trockenläuferpumpen mit nicht von Wilo gelieferten Frequenzumrichter-Fabrikaten, sind Ausgangsfilter zur
Geräuschreduzierung am Motor und zur Vermeidung von schädlichen Spannungsspitzen zu verwenden und folgende Grenzwerte einzuhalten:
• Nassläuferpumpen mit P2 und Trockenläufer< 1,1 kW Spannungsanstiegspumpen mit P2 _
geschwindigkeit du/dt < 500 V/µs, Spannungsspitzen û < 650 V.
• Bei Nassläufermotoren werden zur Geräuschreduzierung Sinusfilter (LC-Filter) anstatt du/dtFilter (RC-Filter) empfohlen.
• Trockenläuferpumpen mit P2 > 1,1 kW Spannungsanstiegsgeschwindigkeit du/dt < 500
V/µs, Spannungsspitzen û < 850 V.
Installationen mit großen Leitungslängen
(l > 10 m) zwischen Umformer und Motor können
zu Erhöhungen der du/dt- und û-Pegel führen
(Resonanzfall). Gleiches gilt für den Betrieb mit
mehr als 4 Aggregaten an einer Spannungsversorgung. Die Auslegung der Ausgangsfilter muss
durch den Hersteller des Frequenzumformers
bzw. Filterlieferanten erfolgen. Werden durch
den Frequenzumformer Verluste im Motor verursacht, so sind die Pumpen mit max. 95 % ihrer
Nenndrehzahl zu betreiben. Werden Nassläuferpumpen an einem Frequenzumrichter betrieben,
52
dürfen folgende Grenzwerte an den AnschlussKlemmen der Pumpen nicht unterschritten
werden: Umin = 150 V, fmin = 30 Hz
Die Wahl des richtigen Motorschutzes ist Mitentscheidend für die Lebensdauer und Betriebssicherheit einer Umwälzpumpe. Motorschutzschalter sind bei drehzahlumschaltbaren Pumpen
nicht mehr zu vertreten, da deren Motoren
unterschiedliche Nennströme in den verschiedenen Stufen aufweisen und somit jeweils unterschiedliche Absicherungen erfordern.
Alle Nassläufer-Umwälzpumpen sind entweder
• blockierstromfest,
• mit internem Schutz gegen unzulässig hohe
Wicklungstemperaturen,
• mit Motorvollschutz durch Wicklungsschutzkontakte (WSK) und separatem Auslösegerät,
• mit Motorvollschutz und integrierter Auslösemechanik (Baureihe siehe Katalogdaten).
• Kein weiterer bauseitiger Motorschutz ist erforderlich, außer wenn für blockierstromfeste
Motoren und Motoren mit internem Schutz
gegen unzulässig hohe Wicklungstemperaturen
vom EVU gefordert.
Standard-Trockenläufer-Pumpen sind durch
bauseitige Motorschutzschalter mit Nennstromeinstellung abzusichern. Motorvollschutz wird
jedoch nur erreicht, wenn ein Wicklungsschutzkontakt oder ein Kaltleiterfühler zusätzlich
überwacht wird.
Ist die Trockenläufer-Pumpe mit einer am
Motorgehäuse angebauten Regelung ausgestattet wird sie mit Motorvollschutz vom Hersteller
ausgerüstet.
Bei Frequenzumformerregelungen mit Drehstromanschluss ist die Schutzmaßnahme
Schutzerdung anzuwenden. FehlerstromSchutzeinrichtungen nach DIN VDE 0664 sind
nicht zulässig. Ausnahme: selektiv allstromsensitive Fl-Schutzschalter (empfohlener Nennfehlerstrom ∆ = 300 mA).
Maximale Vorsicherungen sind entsprechend der
bauseitigen Installation und der eingebauten
Geräte nach DIN/VDE vorzusehen. Aus den
Katalogen ist der maximal zulässige Kabel-/
Aderquerschnitt zu entnehmen. Bei der Kabelauswahl sind die Umgebungsbedingungen im
Betrieb zu beachten. Eventuell sind besondere
Bedingungen wie Druckwasserfestigkeit oder
Abschirmungen etc. erforderlich.
Schwingungen
Jede umlaufende Maschine und jedes strömende
Medium erzeugt Schwingungen. Alle WiloPumpen sind in schwingungsarmer Ausführung.
Durch die Anlage kann es z. B. zu Resonanzen
kommen und Schwingungen werden verstärkt.
Aus diesem Grunde bitte nachfolgende Ausführungen beachten.
Rohrleitungen und Pumpe sind spannungsfrei
zu montieren. Die Rohrleitungen sind so zu
befestigen, dass die Pumpe nicht das Gewicht
der Rohrleitung trägt. Inline-Pumpen sind für
den direkten horizontalen und vertikalen Einbau in eine Rohrleitung konzipiert. Ab einer
Motorleistung von 18,5 kW ist die Einbaulage mit
horizontaler Pumpenwelle nicht zulässig. Bei
vertikal montierter Pumpe muss die Rohrleitung
spannungsfrei sein und die Pumpe auf den
Pumpenfüßen abgestützt werden. Um Schwingungsverstärkung zu unterbinden, ist eine
Fundamentaufstellung zu empfehlen. Blockoder Normpumpen sind auf ausreichenden
Fundamenten bzw. Konsolen aufzustellen.
Die richtige Ausführung des Pumpen-EinzelFundamentes ist Mitentscheidend für den geräuscharmen Betrieb der Pumpen. Zur Erhöhung
der schwingfähigen Masse und Kompensation
unausgeglichener Massenkräfte ist die unvermittelbare und starre Verbindung von Pumpenaggregat und Fundamentblock empfehlenswert.
Zur schwingungsisolierten Aufstellung ist jedoch
gleichzeitig die Trennung des Fundamentblocks
selbst vom Baukörper durch eine elastische
Trenneinlage erforderlich.
Die Art und das Material der zu wählenden
Trenneinlage hängt von einer Reihe unterschiedlicher Faktoren (und Verantwortungsbereiche)
ab, u. a. von der Drehzahl, Aggregatmasse und
-schwerpunkt, der Baukonstruktion (Architekt)
und der Entwicklung sonstiger Einflüsse durch
Rohrleistung etc. (Planer/Montagefirma).
Im Bedarfsfall wird empfohlen, einen qualifizierten Gebäudeakustiker mit der Auslegung und Gestaltung – unter Berücksichtigung aller baulich
und akustisch relevanten Kriterien – zu beauftragen.
Die äußeren Abmessungen des Fundamentblocks sollen in Länge und Breite ca. 15 bis 20 cm
größer sein als die äußeren Abmessungen des
Pumpenaggregats. Es ist bei der Ausführung
des Grundsockels darauf zu achten, dass keine
Schallbrücken durch Putz, Fliesen oder Hilfskonstruktionen entstehen, welche die Dämmwirkung unwirksam machen oder stark reduzieren.
Vom Planer/von der Montagefirma ist darauf zu
achten, dass die Rohranschlüsse an die Pumpe
völlig spannungsfrei, ohne jegliche Massen oder
Schwingungseinflüsse auf das Pumpengehäuse,
ausgeführt werden.
Auf Saug- und Druckseite der Pumpe werden für
die Rohrleitungen vom Fundament getrennte
Festpunkte empfohlen.
Bitte beachten sie auch das
Kapitel „Pumpe als Geräuscherzeuger“.
53
Standorte
Standardpumpen müssen witterungsgeschützt
in einer trockenen, frost-/staubfreien, gut belüfteten und nichtexplosiven Umgebung installiert werden. Bei Außenaufstellung sind Sondermotore und Sonderkorrosionsschutz erforderlich.
Der Einbau von Standardpumpen mit nach unten
gerichtetem Motor und Klemmkasten ist nicht
zulässig. Freiraum (min. ca 1,2 m ohne Platzbedarf für Material auf zwei Seiten) zum Ausbau
von Motor, Laterne und Laufrad ist vorzusehen.
Bei Motornennleistung größer 4 kW wird eine
geeignete Flaschenzugaufnahme für Installations- und Wartungsarbeiten empfohlen. Werden
die Pumpen höher als 1,8m vom Boden installiert,
sind bauseitig Arbeitsbühnen einzuplanen, die
dauerhaft eingebaut oder in beweglicher Form
jederzeit aufstellbar sind.
Die Minimalabmessung für die Messstelle
Ad und As ist 2-mal Rohrdurchmesser, für
Us 5+Nq/53 und für Ud 2,5. Empfehlenswert ist
der Einbau von Manometern mit Prüfhahn.
Alle bei den Pumpen angegebenen Bemessungsleistungen und Betriebswerte der elektrischen
Antriebe gelten bei einer Bemessungsfrequenz
von 50 Hz, einer Bemessungsspannung von
230/400 V bis 3 kW bzw. 400/690 V ab 4 kW,
einer Kühlmitteltemperatur – KT – (Lufttemperatur) von max. 40 °C und einer Aufstellhöhe bis
1000 m über NN. In Fällen, die nicht mehr innerhalb dieser Parameter sind, muss die Bemessungsleistung herabgesetzt bzw. ein größerer
Motortyp oder eine höhere Wärmeklasse gewählt
werden.
Bohrloch- und Tauchmotorpumpen sind auf
Dauer entsprechend ihrer Spezifikation mit einer
minimalen und maximalen Wasserüberdeckung
auszustatten. Ausreichend Platz für das Absenken und das Ziehen der Pumpen und deren
Verrohrung ist stetig vorzuhalten. Bei Schachteinbauten müssen entsprechend der gültigen
Unfallverhütungsvorschriften Zwischenbühnen
für die Montage- und Wartungsarbeiten dauerhaft vorhanden sein.
Für Prüfzwecke der Pumpenleistung ist vor und
nach der Pumpe eine Ein- und Auslaufstrecke
beim Rohreinbau vorzusehen.
Ad
Ud
Mindestentfernungen der Messstellen für die
Druckprüfung einer Pumpe
D
D
As
Us
54
Steuer- / Regelart
Pumpen, die als Vordruckpumpen dienen, sind
erst dann Ein-/Auszuschalten wenn die Mengenabnahme durch die Sekundärpumpenkreise
bei der erforderlichen minimalen und maximalen
Wassermenge liegt. Bei Parallelbetrieb von
mehreren Vordruckpumpen ist eine selbsttätige
Ein-/Ausschaltung der einzelnen Pumpe innerhalb ihrer zulässigen Arbeitsbereiche erforderlich.
Umwälzpumpen in Sekundärkreisen sind erst
dann einzuschalten, wenn der Primärkreis die
notwendige Mindestmenge liefert. Sie sind
Auszuschalten, wenn die Vordruckpumpe so viel
Druck zur Verfügung stellt, dass sie in eine zu
große Menge laufen.
Erfolgt eine bauseitige, stufenlose Drehzahlregelung sind die minimale und maximale Drehzahl
so zu begrenzen, dass eine Überlastung unterbleibt und die Motoreigenkühlung gewährleistet
ist. Drossel- und Beipassregelungen im Pumpenkreis sind so vorzunehmen, dass die maximal
und minimal zulässigen Volumenströme stetig
gewährleistet sind. Eine Überwachung der
Medientemperatur mit einer selbsttätigen
Grenzwertabschaltung der Pumpe ist sinnvoll.
Parallelbetrieb von Pumpen und gleichzeitige,
stufenlose Regelung von einer, mehrerer oder
aller Pumpen, ist nur bei einer lastabhängigen
automatischen Ein-, Zu- und Abschaltung
innerhalb der zulässigen Grenzen von Menge und
Förderhöhe der einzelnen Aggregate möglich.
Damit Störungen und Schäden vermieden werden, ist der Vordruck bzw. die Druckhaltung zu
überwachen. Durch die ständig veränderten
Druckverläufe in geregelten Pumpenkreisen ist
immer eine andere Zuströmung möglich.
55
Beispiele für die Pumpenauswahl im Kondensatorkreis
Brunnensystem
Zur Ableitung der Wärme aus dem Kondensator
ist ein Brunnensystem gewählt worden. Die Sole
für den Saugbrunnen liegt ca. 10 m unter dem
Boden des Aufstellraumes für die Kältemaschine.
Aufgrund des geodätischen Höhenunterschiedes
wird eine Tauchmotorpumpanlage gewählt. Es
ergibt sich eine Rohrleitungslänge zwischen
Tauchpumpe und Anschlussstutzen der Kältemaschine von 30 m. Die Ausgangsseite des Kondensators liegt 2 m unter dem höchsten Punkt
der Rohrleitung zum Schluckbrunnen und hat
eine gesamte Rohrlänge von 45 m. Die Wärmeleistung beträgt 200 kW und soll mit einer Temperaturdifferenz von 6 K in das Brunnensystem
abgeführt werden. Die Umwälzmenge wird
folgend ermittelt:
Formel für den Druckaufwand/die Förderhöhe H
HGes = Hgeo + HA
HA = HVL + HVA
Berechnung
HGes = Hgeo + HVL + HVA
HVL = R · I
HVA = Z
ρ · w2
HVL = 100 · 75
Z = Σζ ·
Formel für Volumenstrom V̇PU
V· PU =
Q· N
HVL = 7.500 Pa
Pa
2
999,6 · 12
m3/h
Z = 114,13 ·
Pa
2
1,16 · ∆␽
Z = 57.127 Pa
Berechnung
V· PU =
Ergebnis
200
m3/h
1,16 · 6
V· PU = 28,74 m3/h
HGes = 120.000 Pa + 7.500 Pa + 57.127 Pa
HGes = 184.627 Pa
Die Solldruckhöhe ergibt sich aus den Rohrleitungserfordernissen. Der gesamte Höhenunterschied beträgt 12 m. Als Rohrleitungsmaterial
wird eine PVC-Ausführung in Nennweite 100
gewählt. Der R-Wert beträgt 100 Pa/m bei einer
Durchflussgeschwindigkeit von ca. 1 m/s. Aufgrund der installierten Armaturen, Bögen und
des Kondensatorwiderstands ergibt die Addition
von
8 Bögen, Saugventil und 2 Absperrklappen einen
ζ-Wert von 114,13.
Abkürzung
1,16
∆␽
[K]
QN
HA
Hgeo
HGes
HVL
HVA
R
L
ζ
ρ
w2
Z
Σ
Beschreibung
spez. Wärmekapazität [Wh/kgK]
Auslegungs-Temperatur-Differenz
10-20 K für Standardanlagen
Wärmebedarf [kW]
Druckverlust der Anlage in Pa
Geodätischer Druckhöhenunterschied in Pa (1 m WS ˜ 10.000 Pa)
Gesamtdruckverlust in Pa
Druckverlust Rohrleitung in Pa
Druckverlust Armaturen in Pa
Rohrreibungswiderstand in Pa/m
Rohrlänge
Widerstandswerte in Pa
Dichte des Mediums in kg/m3
Fließgeschwindigkeit in m/s2
Druckverlustformstücke in Pa
Summe der Verluste
57
B E I S P I E L E F Ü R D I E P U M P E N A U S W A H L I M K O N D E N S AT O R K R E I S
Es ist eine Tauchmotorpumpe mit einer Förderleistung von Q = 28,74 m3/h und H = 18,5 m
auszuwählen.
Förderhöhe H [m]
Die ausgewählte Pumpe ist die Wilo-Sub TWU 62403 mit Kühlmantel.
40
Betriebsdatenvorgabe
Förderstrom
Förderhöhe
Fördergut
Fluidtemperatur
Dichte
Kinematische Viskosität
Dampfdruck
35
30
25
20
3
1
15
10
28,74 m3/h
18,5 m
Wasser
10 °C
0,9996 kg/dm3
1,31 mm2/s
0,1 bar
5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
58
Hydraulische Daten (Betriebspunkt)
Förderstrom
31,3 m3/h
Förderhöhe
20,3 m
Der Kondensatorkreis wird über einen offenen
Kühlturm gekühlt. Bei gleicher Leistung von
200 kW und einer Temperaturdifferenz von 5 K
ergibt sich folgender Volumenstrom:
HGes = Hgeo + HA
HA = HVL + HVA
V· PU =
Q· N
Berechnung
m3/h
1,16 · ∆␽
V· PU =
200
m3/h
1,16 · 5
V· PU = 34,48 m3/h
HVL = R · I
HVA = Z
ρ · w2
HVL = 400 · 88
Z = Σζ ·
HVL = 35,200 Pa
Pa
2
999,6 · 1,92
Zur Druckverlustberechnung ist eine Rohrlänge
von 88 m gegeben, mit 14 Bögen, 4 Absperrventilen und einem Höhenunterschied von 2,2 m
zwischen Minimalwasserspiegel und Düsenstock.
Es wird eine PVC Verrohrung gewählt mit NW 80.
Daraus resultiert ein Widerstandsbeiwert
ζ = 59,7. Das Ergebnis ist:
Z = 59,7 ·
Pa
2
Z = 107.230 Pa
Ergebnis
HGes = 22.000 Pa + 35.200 Pa + 107.230 Pa
HGes = 164.430 Pa
Es ist eine Blockpumpe mit einer Förderleistung
von Q = 34,48 m3/h und H = 16,5 m auszuwählen.
Abkürzung
1,16
∆␽
[K]
QN
HA
Hgeo
HGes
HVL
HVA
R
L
ζ
ρ
w2
Z
Σ
Beschreibung
Wärmebedarf [kW]
Rohrlänge
Summe der Verluste
59
Die ausgewählte Pumpe ist die Wilo-CronoBlocBL 40/130-3/2 mit Rotgusslaufrad.
Förderhöhe H [m]
Eine Kavitation ist auszuschließen, da der Wasserspiegel im Kühlturm ca. 12 m über dem Pumpenzulauf liegt. Das Medium muss jedoch ständig abgesalzt und wegen der Korrosions- und
Legionellen-Problematik behandelt werden.
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
4
2
0
ø 126
1
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68
NPSH [m]
10
8
ø 126
4
2
0
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68
60
Wirkungsgrad [%]
80
Wellenleistung P2 [kW]
4
3
60
40
20
0
Förderstrom
Förderhöhe
Fördergut
Fluidtemperatur
Dichte
Dampfdruck
34,48 m3/h
16,5 m
Wasser
32 °C
0,9951 kg/dm3
0,7605 mm2/s
0,1 bar
Förderstrom
37,3 m3/h
Förderhöhe
19 m
Wellenleistung P2
2,51 kW
Drehzahl
2000 1/min
NPSH
3,43 m
Laufraddurchmesser
125 mm
ø 126
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68
ø 126
2
1
0
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68
Geschlossenes Kühlturmsystem
Aufgrund der Winterfestigkeit wird die Leistung
von 200 kW über einen geschlossenen Kühlturm
rückgekühlt. Antifrogen L mit einer Konzentration von 40 % zu Wasser 60 % ist zum Frostschutz eingefüllt.
Berechnung
V· PU =
Q· N
m3/h
HGes = (Hgeo + HA) · fp
HA = HVL + HVA
HGes = (Hgeo + HVL + HVA) · fp
1,04 · ∆␽
HVL = R · I
HVA = Z
Berechnung
V· PU =
ρ · w2
HVL = 400 · 88
200
m3/h
1,04 · 5
Z = Σζ ·
HVL = 35.200 Pa
Pa
2
1.034 · 1,92
V· PU = 38,46 m3/h
Z = 59,7 ·
Pa
2
Zur Druckverlustberechnung ist eine Rohrlänge
von 88 m gegeben, mit 14 Bögen und 4 Absperrventilen. Es wird eine PVC Verrohrung gewählt
mit NW 80. Daraus resultiert ein Widerstandsbeiwert ζ = 59,7. Das Ergebnis ist:
Z = 111.422 Pa
Ergebnis
HGes = (0 + 35.200 Pa + 111.422 Pa) · 1,36
HGes = 199.406 Pa
Eine Blockpumpe mit einer Förderleistung von
Q = 38,46 m3/h und H = 19,9 m wird gewählt.
61
Die ausgewählte Pumpe ist die Wilo-CronoBlocBL 40/140-4/2.
Förderhöhe H [m]
Eine Kavitation ist auszuschließen, da ein geschlossener Kreislauf vorliegt. Das Membranausdehnungsgefäß ist für eine Volumenausdehnung
von 2 bis 5 % zu bestimmen.
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
ø 138
1
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68
NPSH [m]
10
8
6
4
2
0
ø 138
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68
Förderstrom
Förderhöhe
Fördergut
Fluidtemperatur
Dichte
Dampfdruck
38,46 m3/h
19,9 m
Antifrogen L(40 %)
27 °C
1,039 kg/dm3
5,963 mm2/s
0,1 bar
Förderstrom
41,3 m3/h
Förderhöhe
23,1 m
Wellenleistung P2
2,57 kW
Drehzahl
2000 1/min
NPSH
3,67 m
Laufraddurchmesser
138 mm
Wirkungsgrad [%]
100
80
60
40
20
0
ø 138
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68
62
5
4
3
2
1
0
ø 138
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68
Wärmerückgewinnung über eine Gebäudebeheizung und Warmwasserbereitung
Im Falle der Wärmerückgewinnung kann die
Förderleistung mit einer größeren Temperaturspreizung bestimmt werden. Sinnvoll ist eine
Differenz von 20 K. Bei gleicher Leistung von
200 kW und einer Temperaturdifferenz von 20 K
ergibt sich folgender Volumenstrom:
HGes = Hgeo + HA
HA = HVL + HVA
Berechnung
V· PU =
Q· N
m3/h
1,16 · ∆␽
HVL = R · I
Berechnung
HVA = Z
ρ · w2
HVL = 160 · 36
Z = Σζ ·
V· PU =
200
m3/h
HVL = 5.760 Pa
Pa
2
977,7 · 0,982
1,16 · 20
Z = 74,9 ·
V· PU = 8,62 m3/h
Pa
2
Z = 35.165 Pa
Es wird eine Stahlverrohrung gewählt mit einer
Rohrlänge von 36m in NW 50, mit 8 Bögen und 4
Flachschiebern. Daraus resultiert ein Widerstandsbeiwert ζ = 74,9. Das Ergebnis lautet:
Ergebnis
HGes = 0 + 5.760 Pa + 35.165 Pa
HGes = 40.925 Pa
Zur Minimierung der Wartungskosten wird eine
Nassläuferpumpe mit einer Förderleistung von
Q = 8,62 m3/h und H = 4,09 m gewählt.
Abkürzung
1,16
∆␽
[K]
QN
HA
Hgeo
HGes
HVL
HVA
R
L
ζ
ρ
w2
Z
Σ
Beschreibung
Wärmebedarf [kW]
Rohrlänge
Summe der Verluste
63
Die ausgewählte Pumpe ist die Wilo-TOP-S 50/4
3-PN 6/10.
Förderhöhe H [m]
Eine Kavitation ist auszuschließen, da ein geschlossener Kreislauf vorliegt. Zur Absicherung
sollte der Kondensatorkreis ein eigenes Sicherheitsventil besitzen und mit einem eigenen
Membranausdehnungsgefäß für eine Volumenausdehnung von 2 bis 5 % ausgestattet sein.
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1
max
1,0
min
Förderstrom
Förderhöhe
Fördergut
Fluidtemperatur
Dichte
Dampfdruck
8,62 m3/h
4,09 m
Wasser
70 °C
0,9777 kg/dm3
0,4084 mm2/s
0,3121 bar
2
0,5
0
5
10
15
20
25
30
Achtung!
Die Pumpe muss ständig bei Betrieb der Kältemaschine die erforderliche Wassermenge
umwälzen. Dies ist durch eine hydraulische
Weiche, Wärmeübertrager, Überströmventile
oder Beipässe sicherzustellen.
Förderstrom
8,88 m3/h
Förderhöhe
4,3 m
Leistungsaufnahme P1
0,295 kW
Drehzahl
2600 1/min
Notwendige Rückkühlwerke sind mit einer
eigenen Pumpe wie vor beschrieben auszulegen.
Bei Zugabe von Frostschutzmitteln ist eine
Systemtrennung durch Wärmeübertrager zu
empfehlen.
64
Erdkollektoranlage
Zur Sicherheit gegen Einfrieren wird die Anlage
mit einer Glykolmischung (40% Antifrogen N +
60% Wasser) befüllt. Die Umwälzmenge wird wie
folgt ermittelt:
HGes = (Hgeo + HA) · fp
HA = HVL + HVA
V· PU =
Q· N
Berechnung
m3/h
0,97 · ∆␽
Berechnung
V· PU =
HVL = R · I
200
m3/h
0,97 · 6
HVA = Z + Kollektorwiderstand
ρ · w2
HVL = 50 · 75
Z = Σζ ·
HVL = 3.750 Pa
Pa
2
V· PU = 34,29 m3/h
1.070 · 0,82
Z = 109,63 ·
Pa
2
Die Solldruckhöhe ergibt sich aus den Rohrleitungserfordernissen. Als Rohrleitungsmaterial
wird eine PVC-Ausführung in Nennweite 125
gewählt. Der R-Wert beträgt 50 Pa/m bei einer
Durchflussgeschwindigkeit von ca. 0,8 m/s.
Aufgrund der installierten Armaturen, Bögen und
des Kondensatorwiderstands ergibt die Addition
von
8 Bögen und 2 Absperrklappen einen ζ –Wert von
109,63. Für den Kollektor sind noch 20 kPa einzurechnen und die Rohrlänge ist mit 75 m zu berücksichtigen.
Z = 37.537 Pa
Ergebnis
HGes = (0 + 3.750 Pa + 57.537 Pa) · 1.47
HGes = 90.092 Pa
Es ist eine Pumpe mit einer Förderleistung von
Q = 34,29 m3/h und H = 9,0 m auszuwählen.
Abkürzung
1,16
∆␽
[K]
QN
HA
Hgeo
HGes
HVL
HVA
R
L
ζ
ρ
w2
Z
Σ
Beschreibung
Wärmebedarf [kW]
Rohrlänge
Summe der Verluste
65
Die ausgewählte Pumpe ist die Wilo-CronoLineIL 65/170-1,5/4.
Förderhöhe H [m]
12
11
10
9
8
7
6
Ø 173
5
4
3
2
1
0
34,29 m3/h
9m
Antifrogen N(40 %)
10 °C
1,073 kg/dm3
4,507 mm2/s
0,1 bar
1
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Förderstrom Q
66
Förderstrom
Förderhöhe
Fördergut
Fluidtemperatur
Dichte
Dampfdruck
[m3/h]
Förderstrom
34,7 m3/h
Förderhöhe
9,22 m
Wellenleistung P2
1,31 kW
Drehzahl
1450 1/min
NPSH
2,39 m
Laufraddurchmesser
173 mm
Erdspießanlage
Gegen Einfrieren wird die Anlage mit einer Glykolmischung (40 % Tyfocor L und 60 % Wasser)
befüllt. Die Umwälzmenge wird wie folgt ermittelt:
V· PU =
Q· N
m3/h
1,01 · ∆␽
Berechnung
V· PU =
200
m3/h
Die ausgewählte Pumpe ist die Wilo-CronoBlocBL 80/150-1,5/4.
Förderhöhe H [m]
Der geschlossenen Kreislauf einer Erdspießanlage wird mit einem Druckverlust von 3,1 m angegeben, es ist noch der Druckaufwand für den
Kondensator von 2 m zu addieren. Die Pumpe
muss eine Förderhöhe von mindestens 5,1 m
leisten.
7
6,5
6
5,5
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Ø 144
1
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
1,01 · 4
V· PU = 49,32 m3/h
Abkürzung
0,97
∆␽
[K]
QN
Beschreibung
Wärmebedarf [kW]
Förderstrom
Förderhöhe
Fördergut
Fluidtemperatur
Dichte
Dampfdruck
49,32 m3/h
5,1 m
Tyfocor L(40 %)
10 °C
1,045 kg/dm3
6,604 mm2/s
0,1 bar
Förderstrom
52,6 m3/h
Förderhöhe
5,78 m
Wellenleistung P2
1,41 kW
Drehzahl
1450 1/min
NPSH
2,54 m
Laufraddurchmesser
144 mm
67
Beispiele für die Pumpenauswahl im Kaltwasserkreis
Mengenregelung mit Durchgangsventilen
Mengenregelung mit Durchgangsventilen und
Pumpenleistungsanpassung
Aus einer Rohrnetzberechnung wird der Druckverlust des Systems von 4,65 m als maximale
Pumpenförderhöhe übernommen. Auf Grund des
Hauptdruckverlustes von 3 m im einzelnen Verbraucherkreis ist eine Pumpe mit konstanter
Druckregelung auszuwählen.
6 °C
37 kW
M
Förderhöhe H [m]
65 kW
M
M
125 kW
M
12 °C
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
10 m
max
8m
6m
4m
2m
5
min
10
15
20
25
30
35
40
45
Der Förderstrom wird wie folgt ermittelt:
Leistungsaufnahme P1 [kW]
0,9
0,8
max
0,7
10 m
0,6
8m
0,5
6m
0,4
4m
0,3
V· PU =
Q· N
0,2
m3/h
0
1,16 · ∆␽
2m
min
20
25
0,1
5
10
15
30
35
40
45
Abkürzung
1,16
∆␽
[K]
QN
Beschreibung
Wärmebedarf [kW]
Berechnung
V· PU =
32,61 m3/h
4,65 m
Wasser
6 °C
0,9999 kg/dm3
1,474 mm2/s
0,1 bar
227
m3/h
1,16 · 6
V· PU = 32,61 m3/h
68
Förderstrom
Förderhöhe
Fördergut
Fluidtemperatur
Dichte
Dampfdruck
Förderstrom
32,6 m3/h
Förderhöhe
4,65 m
0,699 kW
B E I S P I E L E F Ü R D I E P U M P E N A U S W A H L I M K A LT WA S S E R K R E I S
Wilo-Stratos 65/1-12 PN 6/10 ist die Wahl. Diese
Pumpe ist wartungsarm und arbeitet mit geringem Energieaufwand. Zum Schutz vor Korrosion
durch Kondenswasser wird die Pumpe mit einer
Wilo-ClimaForm ausgestattet.
Durch eine Überwachung der Öffnungsstellung
der Regelventile ist die Pumpe bei geschlossenen
Ventilen zum Schutz vor Trockenlauf auszuschalten. Ist dies nicht möglich, z.B. weil die
Entfernungen der Verteilleitung zu lang sind, ist
an den Enden der Verteilleitung eine Überströmung von 10 % dauerhaft sicherzustellen (s. h.
Kurzstrecke in der Prinzipskizze). Achtung:
Pumpe hierfür eventuell größer auslegen!
Eine Kavitation ist auszuschließen, da ein
geschlossener Kreislauf vorliegt. Zur Absicherung sollte der Verdampferkreis ein eigenes
Sicherheitsventil besitzen und mit einem eigenen Membranausdehnungsgefäß für eine Volumenausdehnung von 5 bis 7 % ausgestattet sein.
69
Mengenregelung mit Verteilventil
55 kW
M
18 °C
Förderhöhe H [m]
Da eine große Rohrstrecke bis zu den Verbrauchern zu überwinden ist, kann eine ∆p-v geregelte Pumpe ausgewählt werden. Von der Förderhöhe von 8,2 m der Pumpe werden nur 4 m im
Verbraucherkreis benötigt.
Mengenregelung mit Verteilventilen und
45 kW
M
M
125 kW
M
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
12 m
max
10 m
8m
6m
min
4m
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Zur Temperaturhaltung an der Regelstrecke der
Verbraucher wird eine Mengenregelung mit
Verteilventilen gewählt. Die Pumpe benötigt im
kleinsten Lastfall einen Förderstrom von 10 % im
Auslegungspunkt, welcher über Drosselventile
oder Mengenbegrenzer in der Beimischleitung
abgesichert wird.
23 °C
1,8
1,6
max
1,4
1,2
1
12 m
10 m
0,8
0,6
0,4
8m
6m
4m
min
0,2
0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Der Förderstrom wird wie folgt ermittelt:
V· PU =
Q· N
m3/h
1,16 · ∆␽
Abkürzung
1,16
∆␽
[K]
QN
Beschreibung
Wärmebedarf [kW]
Förderstrom
Förderhöhe
Fördergut
Fluidtemperatur
Dichte
Dampfdruck
38,79 m3/h
8,2 m
Wasser
18 °C
0,9966 kg/dm3
1,053 mm2/s
0,1 bar
Förderstrom
38,8 m3/h
Förderhöhe
8,2 m
1,34 kW
Berechnung
V· PU =
227
m3/h
1,16 · 5
V· PU = 38,79 m3/h
70
Nur die Wilo-Stratos 80/1-12 ist unter Berücksichtigung von geringen Wartungs- und Betriebskosten eine gute Wahl. Die einzustellende
Sollwertlinie im Regelzustand verläuft zwischen
8,6 m (max. Drehzahl) und 4,3 m (min. Regeldrehzahl). Dies gewährleistet bei richtig eingestellter Beipassstrecke, dass nur maximal 10 %
vom Auslegungsvolumen zur Temperaturhaltung
im Verteilkreis strömt.
sollte der Verdampferkreis ein eigenes Sicherheitsventil besitzen und mit einem eigenen
71
Beimischschaltung zur Temperaturregelung
Beimischschaltung mit Dreiwegeventilen und
M
M
250 kW
M
18 °C
Aus der Rohrnetzberechnung wird der Pumpenförderdruck von 16,5 m entnommen. Aus Frostschutzsicherheit wird die Anlage mit einer Tyfocor-Wassermischung (40 % zu 60 %) betrieben.
Zur Stabilisierung der Ventilautorität an den
Verbraucherreglern wird ein konstanter Differenzdruck an der Pumpe gefordert. Anstelle
eines Überströmventils oder eines Differenzdruckreglers ohne Hilfsenergie kommt nur eine
geregelte Pumpe für einen energetisch günstigen Betrieb in Betracht.
M
M
450 kW
M
Förderhöhe H [m]
75 kW
36
32
32 m
28
24 m
24
20
16 m
16
22 °C
12
8m
8
1
4
0
40
80
120
160
200
240
280
320
NPSH [m]
Für eine optimale Leistungsanpassung wurde
eine Beimischschaltung direkt am Verbraucher
ausgewählt. Eine Temperaturhaltung ist für die
Verbraucherkreise nicht erforderlich. Der benötigte Volumenstrom wird wie folgt ermittelt:
12
10
8
6
4
2
0
40
80
120
160
200
240
280
320
V· PU =
Q· N
m3/h
1,03 · ∆␽
Abkürzung
1,03
∆␽
[K]
QN
Beschreibung
Wärmebedarf [kW]
Berechnung
V· PU =
775
m3/h
1,03 · 4
28
24
20
16
12
8
4
0
40
80
120
160
200
240
280
320
Förderstrom
Förderhöhe
Fördergut
Fluidtemperatur
Dichte
Dampfdruck
188,1 m3/h
16,5 m
Tyfocor (40 %)
18 °C
1,061 kg/dm3
4,14 mm2/s
1 bar
V· PU = 188,11 m3/h
Förderstrom
188 m3/h
Förderhöhe
16,5 m
13,1 kW
NPSH
6,58 m
Laufraddurchmesser
0 mm
Mindestvolumenstrom
20 m3/h bei ∆p=16,5 m
72
Die ausgewählte Wilo-CronoLine-IL-E 100/8-33
BF R1 benötigt einen Mindestumlauf von 20 m3/h,
der durch Überströmstrecken abzusichern ist.
Sind die Öffnungsstellungen der Verbraucherregler über 90 % auf Beimischung gestellt,
müssen die Überströmventile zum Schutz der
Pumpe elektromotorisch öffnen.
73
Beispiele für die Pumpenauswahl im Verdampferkreis
Verdampferkreislauf mit konstantem Volumenstrom
Der Kreislauf einer Verbraucheranlage wird mit
einem Druckverlust von 13,1 m angegeben. Es ist
noch der Druckaufwand für den Verdampfer von
5 m zu addieren. Die Pumpe muss eine Förderhöhe von mindestens 18,1 m leisten.
Die ausgewählte Pumpe ist die Wilo-CronoLineIL 50/260-3/4.
Verteilschaltung im Verdampferkreislauf vor
den Verbrauchern
M
M
M
Förderhöhe H [m]
30
25
20
15
Ø 255
10
Die Umwälzmenge wird wie folgt ermittelt:
1
5
V· PU =
Q· N
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
m3/h
1,16 · ∆␽
Abkürzung
1,16
∆␽
[K]
QN
Beschreibung
Wärmebedarf [kW]
Förderstrom
Förderhöhe
Fördergut
Fluidtemperatur
Dichte
Dampfdruck
28,74 m3/h
18,1 m
Wasser
16 °C
0,9989 kg/dm3
1,11 mm2/s
0,1 bar
Berechnung
V· PU =
200
m3/h
1,16 · 6
V· PU = 28,74 m3/h
74
Förderstrom
29 m3/h
Förderhöhe
18,4 m
Wellenleistung P2
2,66 kW
Drehzahl
1450 1/min
NPSH
2,56 m
Laufraddurchmesser
255 mm
B E I S P I E L E F Ü R D I E P U M P E N A U S WA H L I M V E R DA M P F E R K R E I S
Der Kreislauf einer Verdampferanlage inklusive
hydraulischem Entkoppler wird mit einem Druckverlust von 5,85 m angegeben. Die Pumpe muss
eine Förderhöhe von mindestens 5,85 m leisten.
V· PU =
Q· N
m3/h
1,16 · ∆␽
Beschreibung
Wärmebedarf [kW]
Berechnung
V· PU =
223
m3/h
1,16 · 4
V· PU = 48,1 m3/h
Zur Minimierung der Betriebs- und Wartungskosten wird eine Nassläuferpumpe Wilo-Stratos
80/1-12 gewählt. Vorteilhaft ist, dass dieser
Pumpenkreislauf nicht mit einem Regulierventil
zur konkreten Betriebspunkteinstellung ausgestattet werden muss. Eingestellt wird am Sollwerteinsteller der Pumpe.
Förderhöhe H [m]
Abkürzung
1,16
∆␽
[K]
QN
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
12 m
max
10 m
8m
6m
4m
min
2m
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Förderstrom
Förderhöhe
Fördergut
Fluidtemperatur
Dichte
Dampfdruck
48,1 m3/h
5,85 m
Wasser
16 °C
0,9989 kg/dm3
1,11 mm2/s
0,1 bar
Förderstrom
48,1 m3/h
Förderhöhe
5,85 m
1,37 kW
75
Verdampferkreislauf mit Eisspeicher
Zur Sicherstellung des Funktionsablaufes wird
ein Antifrogen L-Wassergemisch (40 % zu 60 %)
als Fördermedium gewählt. Der Volumenstrom
wird wie folgt ermittelt:
Schritt 1:
(15,41)0,50
B
= 2,80 ·
3,49
(32,68)0,25 · (9)0,125
Q· N
V· PU =
Schritt 2:
m3/h
CQ 艐 CH 艐 (2,71)-0,165 · (log 3,49)
1,02 · ∆␽
3,15
艐 0,98
Schritt 3:
Abkürzung
1,02
∆␽
[K]
QN
Beschreibung
Wärmebedarf [kW]
32,68
= 33,48 m3/h
QW =
0,976
9
HW =
Berechnung
= 9,22 m
0,98
100
V· PU =
m3/h
1,02 · 3
V· PU = 32,68 m3/h
Die Systemdruckverluste werden aus der Berechnungsvorlage mit 9 m übernommen. Die vorläufigen Pumpendaten sind mit folgenden Schritten
zu ermitteln.
Eisspeicherbetrieb mit 100 kW und einer Medientemperatur von -4° C
Ventil 2
M
Ventil 3
M
M
Ventil 4
Eisspeicher 1 Eisspeicher 2
M
M
Ventil 5
Ventil 1
Eisspeicherpumpe
Verdampferpumpe
76
Schritt 4:
Schritt 5:
Cη
Wilo-Stratos 80/1-12 im Eisspeicherbetrieb
mit 100 kW
= 3,49-(0,0547 · 3,49
0,69)
= 0,85
Förderhöhe H [m]
ηvis = 0,85 · 0,66 = 0,56
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
12 m
max
Schritt 6:
10 m
33,48 · 9,22 · 1,053
8m
Pvis =
6m
4m
min
2m
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
1,8
1,6
1
0,8
0,6
0,4
Die gewählte Wilo-Stratos 80/1-12 ist an der
Grenze ihres Leistungsvermögens ausgelegt.
Eine Betriebstemperaturverminderung unter
-4°C ist nicht möglich. Besser ist eine Betriebsweise mit -3°C bei sonst gleichen Ausgangsdaten.
max
1,4
1,2
= 1,58 kW
367 · 0,56
12 m
10 m
8m
6m
4m
2m
min
0,2
0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Förderstrom
Förderhöhe
Fördergut
Fluidtemperatur
Dichte
Dampfdruck
33,48 m3/h
9,22 m
Wasser
20 °C
0,9982 kg/dm3
1,001 mm2/s
0,1 bar
Förderstrom
33,5 m3/h
Förderhöhe
9,22 m
1,34 kW
Dampfdruck
0,1 bar
Motordaten
Nennleistung P2
1,3 kW
1,57 kW
Nenndrehzahl
3300 1/min
Nennspannung
11,34 kW~230 V, 50 Hz
Max. Stromaufnahme
6,8 A
Schutzart
IP 44
Zulässige Spannungstoleranz +/- 10
77
Verdampferkreislauf mit variablem Volumenstrom
Der Kreislauf einer Verdampferanlage inklusive
hydraulischem Entkoppler wird mit einem Druckverlust von 5,85 m angegeben. Die Pumpe muss
eine Förderhöhe von mindestens 5,85 m leisten.
Aufgrund der stufigen Leistungsanpassung des
Verdampfers kann seine Durchflussleistung
zwischen 30 % und 100 % verändert werden.
Hydraulischer Entkoppler im Verdampferkreislauf mit Temperaturregelung
für die Umwälzpumpe
Förderhöhe H [m]
Hydraulischer Entkoppler im Verdampferkreislauf mit Temperaturregelung für die Umwälzpumpe
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
12 m
max
10 m
8m
6m
4m
min
2m
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Förderstrom
Förderhöhe
Fördergut
Fluidtemperatur
Dichte
Dampfdruck
43,1 m3/h
5,85 m
Wasser
16 °C
0,9989 kg/dm3
1,11 mm2/s
0,1 bar
V· PU =
Q· N
Förderstrom
48,1 m3/h
Förderhöhe
5,85 m
1,37 kW
m3/h
1,16 · ∆␽
Abkürzung
1,16
∆␽
[K]
QN
Beschreibung
Wärmebedarf [kW]
Berechnung
V· PU =
200
m3/h
1,16 · 4
V· PU = 43,1 m3/h
78
Zur Minimierung der Betriebs- und Wartungskosten wird eine Nassläuferpumpe Wilo-Stratos
80/1-12 mit einem LON-Modul gewählt. Vorteilhaft ist, dass dieser Pumpenkreislauf nicht mit
einem Regulierventil zur konkreten Betriebspunkteinstellung ausgestattet werden muss.
Eingestellt wird durch den Maschinenregler, der
Pumpe wird passend zur Kälteleistung und
Medientemperatur der benötigte Sollwert vorgegeben. Es ist auch ein Stellerbetrieb der Pumpe
möglich. Durch konkrete Drehzahlvorgabe ist
zwischen 20 m3/h und 48,1 m3/h jeder gewünschte Förderstrom einstellbar.
Verteilschaltung und variabler Volumenstrom
im Verdampferkreislauf
Verteilschaltung und variabler Volumenstrom im Verdampferkreislauf
Im gemeinsamen Kreislauf von Verdampfer und
Verbrauchern kann die Fördermenge variabel den
Erfordernissen angepasst werden. Der Verdampfer darf zwischen 17,5 m3/h und 43,1 m3/h betrieben werden. Die Widerstände in der Verteilleitung bis zum ersten Abgang eines Steigestranges betragen einschließlich Verdampfer 9,0 m.
Für den Anschluss der Steigestränge einschließlich Verbraucher sind 3,0 m bei voller Leistung
notwendig.
M
M
Aufgrund der abnehmenden Druckerfordernis im
Erzeugerteil ist eine Förderhöhe von 4,48 m bei
einem Fördervolumen von 17,3 m3/h erforderlich.
M
Ausgewählt wurde eine Wilo-VeroLine-IP-E
80/115-2,2/2. Durch eine bauseitige Regelung
kann der Pumpe an die Betriebserfordernis
angepasster Sollwert vorgegeben werden. Alternativ dazu kann der Steigestrang – mit der
größten Druckerfordernis im Erzeugerteil und
seiner Zubringerleitung – mit einem Differenzdruckgeber ausgestattet werden. Die Regelkurve
ist im nebenstehenden Bild „rot“ gekennzeichnet.
Förderhöhe H [m]
18
16
14
12 m
12
10
8m
8
6
4m
4
2
0
10
20
30
Die geforderte Mindestmenge von 17,5 m3/h
wird durch die Voreinstellung der Verteil- und
Beipassmengen gewährleistet.
40
50
60
70
80
90
Förderstrom
Förderhöhe
Fördergut
Fluidtemperatur
Dichte
Dampfdruck
43,1 m3/h
12 m
Wasser
16 °C
0,9989 kg/dm3
1,11 mm2/s
0,1 bar
Förderstrom
43,1 m3/h
Förderhöhe
12 m
Wellenleistung P2
kW
Drehzahl
2880 1/min
NPSH
1,99 m
Laufraddurchmesser
115 mm
79
Mengenregelung im Verdampferkreislauf
Verdampfer, die eine Verteilpumpe und Mischkreispumpen in ihrem hydraulischen System
besitzen, können unterschiedliche Durchflüsse
bekommen. Damit eine gute Regelfähigkeit des
Kreises erhalten bleibt, wird bei gewissen Voraussetzungen konstanter Volumenstrom benötigt. Mittels einer Messblende und eines Druckmessumformers kann die Pumpe innerhalb ihres
Kennfeldes den Durchfluss konstant halten.
Bei einer Leistungsabnahme von 350 kW Kälteleistung wird ein Volumenstrom von 50 m3/h benötigt. Sind alle Sekundärkreise geschlossen,
fließt dieses Volumen über den Kurzschlusskreis.
Wenn alle Sekundärkreise Wasser aus dem Primärkreis ziehen, entsteht ein zusätzlicher Differenzdruck von 3 m. Dies bedeutet, dass die Primärkreispumpe nicht mehr einen Differenzdruck
von 5,8 m aufbauen muss, sondern nur noch von
2,8 m.
Förderhöhe H [m]
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
12 m
max
10 m
8m
6m
4m
min
2m
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Förderstrom
Förderhöhe
Fördergut
Fluidtemperatur
Dichte
Dampfdruck
50 m3/h
5,8 m
Wasser
6 °C
0,9989 kg/dm3
1,474 mm2/s
0,1 bar
Verdampferkreislauf mit Messblende
Sekundärkreis
M
16 °C
Förderstrom
50 m3/h
Förderhöhe
5,8 m
1,45 kW
18 °C
∆p
M
M
M
M
M
M
6°C
Verdampfer
Primärkreis
12 °C
Die ausgewählt Wilo-Stratos 100/1-12 hält
(innerhalb der Regeldifferenz des PID-Reglers) in
Verbindung mit einem Wilo-CRn-System den
Volumenstrom konstant. Über die Messblende
wird der Differenzdruck konstant gehalten;
automatisch stellt sich ein gleichbleibender
Volumenstrom ein. Das Ventil im Beipass ist so
einzustellen, dass bei voller Drehzahl nur 50 m3/h
über dieses fließen. Im Regelbereich der Abnahme in den Sekundärkreisen wird eine Druckabsenkung im Vorlauf und eine Druckanhebung
im Rücklauf entstehen. Hierdurch wird der
Durchfluss über das Beipassventil auf Null gehen.
80
81
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
bei der Auswahl von Armaturen
Zu einer Kaltwasseranlage gehören stets verschiedene Bauteile, die – jedes für sich, besonders im Systemverbund – zielgerichtet auf die
Erfüllung der gestellten Klimatisierungs- oder
Kühlungsaufgaben hin geplant und dimensioniert werden müssen. Der Ingenieur muss frühzeitig auch ökonomische Rahmenbedingungen
berücksichtigen: Einerseits die Investitionskosten, andererseits auch die späteren Betriebskosten und Maßnahmen, die diese minimieren.
Dabei spielen die jeweiligen Wirkungsgrade der
Komponenten und des Gesamtsystems eine entscheidende Rolle: Denn je nach dem Lastzustand
(Volllast/Teillast) der Anlage ergeben sich voneinander abweichende Wirkungsgrade, die sich
negativ auf den Energiebedarf und die Betriebskosten auswirken.
Welche Möglichkeiten gibt es hier zur Optimierung, wie kann man solche Probleme – in der
Planung und im Betrieb – in den Griff bekommen
und beherrschen? Betrachten wir dazu den
Kreislauf zwischen dem Wasserkühlsatz und den
Verbraucherstellen. Der Transport des Kühlwassers vom Wasserkühlsatz zu „Nutzern“ wie RLTGeräten, Fancoils, Umluftkühlern etc. wird durch
Umwälzpumpen erzeugt.
Dabei ist eine nutzenorientierte Verteilung des
Kaltwassers über die Dimensionierung der Rohrleitungen (Querschnitte) und der Regulierventile
vorzunehmen. Grundsätzlich ergibt sich bei der
Auslegung ein minimaler und ein maximaler
Dimensionierungswert, der abhängig ist von den
Investitions- und Betriebskosten. Geringe Investitionskosten bedeuten in der Regel geringe
Querschnitte bei Rohrleitungen und Armaturen
mit relativ kleinen Pumpenanschlussstutzen.
Diese Lösung bewirkt jedoch hohe Druckverluste
im Wassernetz, und daraus resultieren hohe Betriebskosten. Umgekehrt bedeuten aber höhere
Investitionskosten nicht automatisch geringere
Betriebskosten!
Primärkreis
(Erzeugerteil)
Sekundärkreis
(Verbraucherteil)
Kältemaschine
M
M
6°C
12 °C
n=konst.
Bezogen auf die spezifischen Anforderungen der
vorgegebenen Musteranlage wird aufgezeigt,
dass in der Praxis oft einige Bauteile in das hydraulische Netz eingeplant werden, die nicht
zwingend erforderlich sind.
Das geschieht oft aus Unkenntnis und falsch
verstandenem Sicherheitsdenken. Außerdem
werden dadurch oft erhebliche und „vermeidbare“ Betriebskosten erzeugt. Im Vordergrund
steht die Aufgabe, alle Bauteile im Hinblick auf
ihr Verhalten in normaler Betriebssituation und
den damit verbundenen Kosten zu betrachten.
Dies ist um so wichtiger, da sämtliche Kosten
Deutschland zu einem Hoch-Preisstandort
machen. Das Beispiel ist auf jeden Produktions-,
Verwaltungs-, oder Wohnbereich übertragbar.
Die physikalischen und wirtschaftlichen Voraussetzungen sind identisch. Es wird eine Basis für
die Planung von Kühlwasserverteilsystemen
präsentiert, die in Zukunft funktionssichere und
wirtschaftliche Anlagen gewährleistet.
83
W I R T S C H A F T L I C H K E I T S B E T R A C H T U N G B E I D E R A U S W A H L V O N A R M AT U R E N
Armatur
Nennweite
kV-Wert
Absperrklappe
Dreiwegeventil
Rückflussverhinderer
50
50
50
80
40
45
M
Aus ökonomischen Gründen wurde eine Trennung zwischen Maschinenkühlung und der
Raumluftkühlung gewählt. Für den Maschinenteil
sind 20200,00 kg/h Wasser-Glykol-Gemisch von
der Umwälzpumpe zu bewegen. Die Temperatur
wird durch ein Beimischventil geregelt und den
Lasten angepasst. Aufgrund der Fördermenge ist
eine Pumpe mit einem Anschlussstutzen von DN
50 ausreichend. Die Rohrleitung ist in DN 100
gewählt. Um die Erstellungskosten gering zu
halten, könnten die aus Wartungsgründen erforderlichen Absperreinrichtungen vor und nach der
Pumpe in DN 50 sein. Ein kV-Wert von 40 für das
Regelventil ist für eine Ventilautorität von ca.
70 % für eine sehr gute Regelung anzunehmen.
Dies erfordert eine Pumpe mit einem Förderdruck von 91 kPa. Bei einem Betrieb von ca.
3800 Stunden pro Jahr und einem Strompreis von
€ 0,15 sind das € 604,00 Jahresbetriebskosten.
Alternativ ist der Einbau von Absperrarmaturen
DN 100 möglich, mit einem Regelventil, dessen
kV-Wert 50 beträgt und eine Ventilautorität von
ca. 44 % besitzt. Wird ein dichtschließendes
Ventil gewählt, kann auf eine Absperrarmatur
verzichtet werden. Der erforderliche Förderdruck
der Pumpe beträgt nur noch 71 kPa. Die Jahresbetriebskosten betragen nur noch € 457,00.
Diese Alternative über 12 Jahre gerechnet
bedeutet, dass € 1764,00 bei gleichbleibenden
Energiekosten eingespart werden. Für ca.
€ 300,00 mehr an Investitionskosten, die innerhalb von weniger als 2 Jahren über die Antriebskosten zurückfließen, entsteht danach pro Jahr
ein Gewinn von € 147,00.
Unter den gleichen Aspekten sind auch die
anderen Hydraulikkreise zu betrachten. In der
Regel können größere kV-Werte für Regelventile
und Absperrarmaturen bei guter Regelgüte
gewählt werden, mit dem großen Vorteil der
Betriebskostensenkung und Amortisation innerhalb von weniger 2 Jahren.
Armatur
Nennweite
kV-Wert
Absperrklappe
Dreiwegeventil
Rückflussverhinderer
100
100
–
800
50
–
M
84
Der Rüchflussverhinderer wird eingebaut, damit
keine Fehlzirkulation entsteht. Bei dichtschließenden Regelventilen kann auf ihn verzichtet
werden. Damit durch Schwerkraftwirkung keine
unerwünschte Zirkulation innerhalb eines Rohres
entsteht, ist auf eine sinnvolle Rohrdimensionierung zu achten.
100 %
Einsparpotenzial der
Pumpenleistung
0%
+10
+35
Pumpenleistung [kW]
Handelsübliche Rückschlagklappen müssen mit
einem Differenzdruck von mehr als 10 kPa betrieben werden. Geringere Differenzdrücke bedeuten, dass die Klappen in einem nicht stabilen
Betriebspunkt arbeiten, wodurch Geräusche und
instabile Betriebszustände entstehen. In Zweirohranlagen mit variablen Volumenströmen ist
für einen stabilen Betrieb der kleinste Durchfluss
zu ermitteln. Für diesen Durchfluss ist ein Klappenwiderstand von mehr als 10 kPa einzuplanen.
Für den Volllastzustand sind dann Differenzdrücke von über 50 kPa nur für die Rückschlagklappe
der Umwälzpumpe zu überwinden. Es entstehen
zusätzliche Betriebskosten, die in Abhängigkeit
vom Wirkungsgrad der Pumpe bei einer Förderleistung von
1 bis 70 m3/h ca. € 130,00 bis 3643,00 pro Jahr
betragen können. In diesem Beispiel ist für die
Kühlwasserseite der Raumluftanlage zur Absperrung der beiden Netzpumpen eine Absperrklappe
oder ein Kugelhahn mit Stellantrieb zu empfehlen, die bei nicht erforderlichem Betrieb den
Strang automatisch schließen. Daraus ergeben
sich ca. € 656,00 geringere Betriebskosten pro
Jahr.
Betriebsstunden Σ[h/y]
W I R T S C H A F T L I C H K E I T S B E T R A C H T U N G B E I D E R A U S W A H L V O N A R M AT U R E N
------Pumpenleistung bei ungeregelten Pumpen und Umlenkschaltung
---erforderliche Pumpenleistung
bei geregelten Pumpen und bei
der Verwendung von Drosselschaltung
*bezogen auf Standort Essen
(NRW)
Außenlufttemperatur* [°C]
85
Anhang
Normen
DIN EN 1151-1
Norm, 2006-11
Pumpen – Kreiselpumpen – Umwälzpumpen mit
elektrischer Leistungsaufnahme bis 200 W für
Heizungsanlagen und Brauchwassererwärmungsanlagen für den Hausgebrauch – Teil 1:
Nichtautomatische Umwälzpumpen, Anforderungen, Prüfung, Kennzeichnung; Deutsche
Fassung EN 1151-1:2006
DIN EN 1151-2
Norm, 2006-11
Pumpen – Kreiselpumpen – Umwälzpumpen mit
elektrischer Leistungsaufnahme bis 200 W für
Heizungsanlagen und Brauchwassererwärmungsanlagen für den Hausgebrauch – Teil 2:
Geräuschprüfvorschrift (vibro-akustisch) zur
Messung von Körperschall und Flüssigkeitsschall;
Deutsche Fassung EN 1151-2:2006
DIN EN 13831
Norm-Entwurf, 2007-02
Ausdehnungsgefäße mit eingebauter
Membrane für den Einbau in Wassersystemen;
Deutsche Fassung prEN 13831:2007
ISO/TR17766
Fachbericht
Kreiselpumpen für viskose Flüssigkeiten –
Korrekturen der Leistungsmerkmale
DIN EN 809
Pumpen und Pumpenaggregate für Flüssigkeiten
– Allgemeine sicherheitstechnische Anforderungen; Deutsche Fassung EN 809:1998
EN ISO 5198
DIN ISO 9905 Berichtigung 1
Norm, 2006-11
Kreiselpumpen – Technische Anforderungen –
Klasse I (ISO 9905:1994), Berichtigungen zu
DIN ISO 9905:1997-03; Deutsche Fassung EN ISO
9905:1997/AC:2006
DIN ISO 10816-7
Norm-Entwurf, 2007-03
Mechanische Schwingungen – Bewertung der
Schwingungen von Maschinen durch Messungen
an nicht-rotierenden Teilen – Teil 7: Kreiselpumpen für die Anwendung in der Industrie
(einschließlich Messung der Wellenschwingungen); ISO/DIS 10816-7:2006
Regeln für die Messung des hydraulischen
Betriebsverhaltens – Präzisionsklasse
(ISO 5198:1987); Deutsche Fassung EN 5198:1998
EN ISO 9906
Kreiselpumpen. Hydraulische Abnahmeprüfung
– Klassen 1 und 2; (ISO 9906:1999); Deutsche
Fassung EN ISO 9906:1999
Flüssigkeitspumpen
Allgemeine Begriffe für Pumpen und Pumpenanlagen, Definitionen, Größen, Formelzeichen und
Einheiten; Deutsche Fassung EN 12723:2000
DIN 24901: Graphische Symbole für technische
Zeichnungen – Flüssigkeitspumpen
DIN V 4701-10 Beiblatt 1
Vornorm, 2007-02
Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen – Teil 10: Heizung,
Trinkwassererwärmung, Lüftung; Beiblatt 1:
Anlagenbeispiele
DIN V 4701-10/A1
Vornorm, 2006-12
DINEN 22858: Kreiselpumpen mit axialem Eintritt
DINEN 12262: Kreiselpumpen – Technische
Unterlagen – Begriffe, Lieferumfang, Ausführung; Deutsche Fassung EN 12262:1998
DIN 24250: Kreiselpumpen Benennung und
Benummerung von Einzelteilen – Sammlung
DIN-Haustechnik
Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen – Teil 10: Heizung,
Trinkwassererwärmung, Lüftung
86
ANHANG
Handbücher
2007, DIN-Taschenbuch 35
Schallschutz – Anforderungen, Nachweise,
Berechnungsverfahren und bauakustische Prüfungen
Lüftungstechnische Anlagen VOB/STLB-Bau VOB Teil B: DIN 1961, VOB Teil C: ATV DIN 18299,
ATV DIN 18379
Kältetechnik 2 – Kältegeräte, Fahrzeugkühlung
Kältetechnik 3 – Bauteile, Betriebs- und Hilfsstoffe
VDI-Handbuch Raumlufttechnik
VDI-Handbuch Wärme-/Heiztechnik
Rohre, Rohrleitungsteile und Rohrverbindungen
aus Reaktionsharzformstoffen
Kältetechnik 1 – Sicherheit und Umweltschutz –
Kälteanlagen
VDMA Einheitsblatt
24186-3 2002-09
Leistungsprogramm für die Wartung von technischen Anlagen und Ausrüstungen in Gebäuden Teil 3: Kältetechnische Geräte und Anlagen zu
Kühl- und Heizzwecken
24186-5 2002-09
Leistungsprogramm für die Wartung von technischen Anlagen und Ausrüstungen in Gebäuden –
Teil 5: Elektrotechnische Geräte und Anlagen
1988-10
CAD-Normteildatei; Vorgaben für Geometrie und
Merkmale; Zeichnungszeichen, Flüssigkeitspumpen, Kompressoren, Ventilatoren, Vakuumpumpen
24222 1998-05 Flüssigkeitspumpen – Heizungspumpen – Datenpunkte für Feldbussysteme
24252 1991-04
Kreiselpumpen mit Schleißwänden PN 10
(Waschwasserpumpen) mit Lagerträger;
Bezeichnung, Nennleistung, Hauptmaße
24253 1971-02
Kreiselpumpen mit Gehäusepanzer (Panzerpumpen); einströmig, einstufig, mit axialem Eintritt;
Leistungen, Hauptmaße
24261-1 1976-01
Pumpen; Benennung nach Wirkungsweise und
konstruktiven Merkmalen; Kreiselpumpen
24277 2003-07
Flüssigkeitspumpen – Installation – Spannungsarmer Rohrleitungsanschluss
24278 2002-07
Ersatz für Ausgabe 2000-04
Kreiselpumpen – EDV-Baugrößenauswahlprogramm – Pflichtenheft (mit dazugehöriger elektronischer Fassung der Tabelle B.1 „Felddefinitionen“ aus Anhang B und einem Editor zur Vereinfachung der Handhabung)
24279 1993-04
Kreiselpumpen; Technische Anforderungen;
Magnetkupplungs- und Spaltrohrmotorpumpen
24280 1980-11
Verdrängerpumpen; Begriffe, Zeichen, Einheiten
24284 1973-10
Prüfung von Verdrängerpumpen; Allgemeine
Prüfregeln
24292 1991-08
Flüssigkeitspumpen; Betriebsanleitungen für
Pumpen und Pumpenaggregate; Gliederung,
Checkliste, Textbaustein Sicherheit
24901-5 1988-10
Graphische Symbole für technische Zeichnungen; Flüssigkeitspumpen; Darstellung in Fließbildern
24261-3 1975-07
Pumpen; Benennung nach Wirkungsweise und
konstruktiven Merkmalen; Rotierende Verdrängerpumpen
87
ANHANG
Tabellen und Richtwerte
Verlustbeiwert
R
ζ für R = 0
ζ für R = d
ζ für R = 2 d
ζ für R 5 d
15°
Oberfläche
glatt
rauh
0,07
0,10
0,03
–
0,03
–
0,03
–
30°
Oberfläche
glatt rauh
0,14 0,20
0,0–
0,06 –
0,06 –
45°
Oberfläche
glatt rauh
0,25 0,35
0,14 0,34
0,09 0,19
0,08 0,16
60°
Oberfläche
glatt rauh
0,50 0,70
0,19 0,46
0,12 0,26
0,10 0,20
90°
Oberfläche
glatt rauh
1,15 1,30
0,21 0,51
0,14 0,30
0,10 0,20
Anzahl der
Rundnähte
ζ
–
–
–
–
2
0,15
3
0,20
3
0,25
d
Krümmer gebogen
Kniestücke geschweißt
Qa/Q =
Qd
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
0,2
ζa = - 0,4
ζd = - 0,17
0,4
0,08
0,30
0,6
0,47
0,41
0,8
0,72
0,51
1
0,91
–
Q
ζa = 0,88
ζd = -0,88
0,89
-0,05
0,95
0,07
1,10
0,21
1,28
–
Q
ζa = -0,38
ζd = 0,17
0
0,19
0,22
0,09
0,37
-0,17
0,37
–
Qd
ζa = 0,68
ζd = -0,06
0,50
-0,04
0,38
0,07
0,35
0,20
0,48
–
Q
Qa
Qd
Qa
Qd
Q
45°
Qa
45°
Qa
Der ζ-Wert des einfachen 90°-Krümmers ist
beim Zusammenbau zu Mehrfachkrümmern der
nachfolgenden Art nicht zu verdoppeln, sondern
nur mit dem jeweils angegebenen Faktor zu
multiplizieren, um den Verlust des Mehrfachkrümmers zu erhalten.
1,4
88
1,6
1,8
ANHANG
45°
Einlaufkante
scharf
gebrochen
ζ=
ζ=
Form
d/D
1
2 für = 8°
= 15°
= 20°
3
4 für 20Γ 40Γ
0,53
0,25
3
0,55
ζ=
ζ=
ζ=
ζ=
ζ=
ζ=
0,20
0,05
0,5
0,56
0,07
0,15
0,23
4,80
0,21
für ∆ =75° 60° 45°
ζ = 0,6 0,7 0,8
0,6
0,41
0,05
0,11
0,17
2.01
0,10
0,7
0,26
0,03
0,07
0,11
0,88
0,05
0,8
0,13
0,02
0,03
0,05
0,34
0,02
0,9
0,04
0,01
0,01
0,02
0,11
0,01
Erweiterungen
d
D
Form 1
d
D
Form 2
Verengungen
D
d
Form 3
D
d
Form 4
89
ANHANG
Verlustwert ζ bei DN
Armatur [DN]
Flachschieber
Hähne [dE = DN]
Klappen
Geradsitzventil
Schrägsitzventil
Freiflussventil
Rückschlagkappen
Fußventil
Eckventil
Lyrabogen-Glattrohr
Lyrabogen-Faltenrohr
Lyrabogen-Wellrohr
Wellrohrausgleicher
mit Leitrohr
10 15 20 25 32 40 50 65 80
0,65 0,6 0,55 0,5 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3
0,15
1,5 0,65 0,4
6,0
2,6
1,6
3,0
1,9 9,6 4,3 4,9 3,6 5,2 5,8 4,2 4,4
3,1 3,1 3,1 3,1 3,4 3,8 4,1 4,4 4,7
0,8
1,6
4,0
0,3
100 125 150 200 250 300 350 400
0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
0,3 0,5 0,6 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3
4,5 4,5 3,3 7,1 6,2 6,3 6,3 6,6
5,0 5,3 5,7 6,0 6,2 6,3 6,3 6,6
Definition der Viskosität
Fläche
Schichtdicke
=
=
90
Kraft
Geschwindigkeitsdifferenz
Kraft
F
=
Fläche
A
冤mN 冥
2
.
= Geschwindigkeitsdifferenz = dv 冤 s-1冥
Schichtdicke
dy
ANHANG
Rohrreibungsverluste
300
200
150
100
4,0
70
3,5
50
40
30
DN
80
m/
s
2
1,5
0,1
1
0,1
3,0
m/
2,8
s
2,6 m/
2,4 m s
/
s
2,2 m/s
2,0 m/s
1,8 m/s
m/
1,6
s
m/
s
1,4
m/
s
m/
s
m/
0,9
s
m/
s
0,8
m/
s
0,7
m/
s
0,6
m/
s
0,5
m/
s
DN
65
3
DN
50
0,2
1,0
DN
40
5
4
1,2
m/
s
DN
25
0,3
DN
20
7
m/
s
DN
32
DN
15
DN
10
10
0,4
D
12 N
5
DN
15
0
15
D
10 N
0
20
m/
s
m/
s
D
20 N
DN 0
25
D 0
30 N
0
D
3 N
DN50
40
0
Rohrreibungs-Widerstand R [mm/m]
PVC-Rohr
m/
s
0,2
0,3
0,5
1
2
3
5
10
20
30
50
100
200
400 600
Durchflussmenge Q [m3/h]
300
/8
200
3
5,0
/2
150
3,0
1
m/
s
2,0
5
4
0,4
3
00
7
DN
2
10
DN
15
0
1,0
m/
0,9
s
m
0,8
/s
m/
0,7
s
m/
s
0,6
m/
s
0,5
m/
s
15
DN
12
5
20
s
DN
8
DN
65
m/
m/
s
0
1,5
DN
50
1 1/
30
DN
40
4
50
40
DN
10
0
1
70
m/
s
4,0
/4
100
m/
s
3
Rohrreibungs-Widerstand R [mm/m]
Stahl-Rohr
m/
s
0,2
2
0, 1
5m
1,5
0,3
m/
s
m/
s
/s
1
0,1
0,2
0,3
0,5
1
2
3
5
10
20
30
50
100
200
400 600
Durchflussmenge Q [m3/h]
91
ANHANG
Äthylenglykol mit 40% Beimischung
Antifrogen N
Medientemperatur
Dichte
kinematische
Viskosität
[°C]
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
ρ [kg/m3]
1080
1079
1078
1077
1076
1074
1072
1070
1068
1066
1064
1062
1059
1057
1054
1051
1048
1045
1042
1039
1036
1032
1029
1025
1022
1018
ν [mm2/s]
26,73
18,59
13,63
10,38
8,14
6,52
5,33
4,42
3,72
3,16
2,72
2,36
2,07
1,82
1,62
1,45
1,31
1,19
1,09
1,00
0,93
0,86
0,80
0,76
0,71
0,68
92
Tyfocor
spezifische
Wärmekapazität
cP [kJ/kg·K]
3,43
3,44
3,45
3,46
3,47
3,48
3,49
3,5
3,51
3,53
3,54
3,55
3,56
3,57
3,59
3,6
3,61
3,63
3,64
3,66
3,67
3,68
3,7
3,71
3,73
3,74
relativer
Druckverlust
fP
2,313
2,147
1,999
1,868
1,751
1,646
1,553
1,470
1,396
1,330
1,271
1,219
1,172
1,129
1,091
1,057
1,026
0,998
0,972
0,949
0,927
0,907
0,887
0,869
0,851
0,834
Dichte
kinematische spezifische
Viskosität
Wärmekapazität
ρ [kg/m3] ν [mm2/s]
cP [kJ/kg·K]
1099
21,9
3,29
1077
17,1
3,33
1075
13,4
3,36
1073
10,6
3,40
1071
8,49
3,43
1068
6,85
3,46
1066
5,57
3,49
1064
4,58
3,52
1061
3,81
3,55
1059
3,19
3,57
1056
2,70
3,60
1054
2,31
3,62
1051
1,99
3,64
1049
1,73
3,66
1046
1,52
3,68
1043
1,34
3,70
1040
1,20
3,72
1037
1,08
3,73
1034
0,99
3,75
1031
0,91
3,76
1028
0,85
3,77
1025
0,79
3,78
1022
0,75
3,79
1019
0,72
3,79
1016
0,69
3,80
1013
0,67
3,80
relativer
Druckverlust
fP
2,012
1,913
1,799
1,689
1,588
1,500
1,438
1,375
1,313
1,263
1,225
1,175
1,138
1,100
1,075
1,050
1,025
0,998
0,975
0.950
0,925
0,963
0,888
0,875
0,850
0,838
ANHANG
Äthylenglykol mit 50% Beimischung
Antifrogen N
Medientemperatur
Dichte
kinematische
Viskosität
[°C]
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
ρ [kg/m3]
1101
1100
1099
1097
1095
1093
1091
1089
1087
1085
1082
1079
1077
1074
1071
1068
1065
1062
1059
1056
1052
1049
1046
1042
1038
1035
1031
ν [mm2/s]
71,54
43,62
29,13
20,66
15,32
11,73
9,23
7,42
6,07
5,05
4,25
3,62
3,12
2,71
2,38
2,10
1,88
1,68
1,52
1,38
1,27
1,17
1,08
1,00
0,94
0,88
0,83
Tyfocor
spezifische
Wärmekapazität
cP [kJ/kg·K]
3,17
3,18
3,20
3,21
3,23
3,24
3,26
3,27
3,29
3,31
3,32
3,34
3,36
3,37
3,39
3,41
3,42
3,44
3,46
3,47
3,49
3,51
3,53
3,54
3,56
3,58
3,60
relativer
Druckverlust
fP
2,886
2,654
2,45
2,27
2,110
1,969
1,844
1,733
1,634
1,547
1,469
1,399
1,338
1,282
1,233
1,188
1,149
1,112
1,080
1,050
1,023
0,997
0,973
0,951
0,930
0,910
0,890
Dichte
Viskosität
Wärmekapazität
cP [kJ/kg·K]
1099
54,20
2,95
1096
37,00
2,99
1094
26,20
3,03
1091
19,20
3,07
1088
14,40
3,11
1086
11,20
3,14
1083
8,84
3,18
1081
7,13
3,21
1078
5,85
3,25
1075
4,88
3,28
1072
4,11
3,31
1070
3,51
3,34
1067
3,02
3,37
1064
2,63
3,40
1061
2,30
3,42
1058
2,03
3,45
1055
1,81
3,47
1052
1,62
3,50
1048
1,45
3,52
1045
1,32
3,54
1042
1,20
3,56
1038
1,10
3,58
1035
1,01
3,59
1031
0,93
3,61
1027
0,87
3,62
1024
0,81
3,63
1020
0,76
3,65
relativer
Druckverlust
fP
2,463
2,250
2,063
1,938
1,802
1,738
1,601
1,550
1,463
1,412
1,350
1,300
1,250
1,213
1,175
1,150
1,100
1,750
1,500
1,020
1,000
0,975
0,963
0,938
0,913
0,888
0,875
93
ANHANG
Propylenglykol mit 40% Beimischung
Antifrogen L
Medientemperatur
Dichte
kinematische
Viskosität
[°C]
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
ρ [kg/m3]
1056
1055
1053
1051
1049
1047
1044
1042
1039
1036
1033
1030
1027
1024
1020
1017
1013
1010
1006
1002
998
994
991
987
983
ν [mm2/s]
44,42
31,09
22,25
16,34
12,32
9,53
7,53
6,06
4,94
4,08
3,39
2,86
2,43
2,10
1,84
1,63
1,45
1,31
1,17
1,05
0,95
0,85
0,77
0,72
0,68
94
Tyfocor L
spezifische
Wärmekapazität
cP [kJ/kg·K]
3,62
3,64
3,65
3,66
3,68
3,69
3,70
3,71
3,73
3,74
3,75
3,77
3,78
3,79
3,81
3,82
3,84
3,85
3,87
3,88
3,89
3,91
3,92
3,94
3,95
relativer
Druckverlust
fP
2,660
2,385
2,163
1,983
1,837
1,716
1,615
1,529
1,454
1,386
1,324
1,266
1,211
1,159
1,109
1,061
1,017
0,977
0,941
0,910
0,885
0,865
0,849
0,838
0,829
Dichte
Viskosität
Wärmekapazität
cP [kJ/kg·K]
1059
44,7
3,53
1057
30,4
3,55
1055
21,4
3,57
1052
15,4
3,59
1050
11,4
3,61
1048
8,62
3,63
1045
6,69
3,64
1042
5,30
3,66
1040
4,28
3,68
1037
3,53
3,70
1037
2,96
3,72
1031
2,52
3,74
1028
2,18
3,76
1025
1,90
3,78
1022
1,69
3,79
1019
1,51
3,81
1015
1,36
3,83
1012
1,24
3,85
1008
1,14
3,87
1005
1,04
3,89
1001
0,96
3,91
997
0,89
3,92
994
0,82
3,94
990
0,72
3,96
986
0,70
3,98
relativer
Druckverlust
fP
2,405
2,233
2,033
2,170
1,805
1,717
1,600
1,467
1,350
1,300
1,233
1,183
1,150
1,100
1,067
1,033
1,017
0,983
0,950
0,933
0,917
0,900
0,883
0,867
0,833
ANHANG
Propylenglykol mit 50% Beimischung
Antifrogen L
Medientemperatur
Dichte
kinematische
Viskosität
[°C]
-30
-25
-25
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
ρ [kg/m3]
1072
1070
1070
1067
1065
1062
1060
1057
1054
1051
1048
1045
1042
1038
1035
1031
1027
1024
1020
1016
1012
1008
1004
1000
996
992
988
ν [mm2/s]
202,20
128,58
128,58
54,94
37,78
26,94
19,89
15,13
11,80
9,37
7,55
6,13
5,01
4,12
3,43
2,88
2,45
2,12
1,84
1,62
1,42
1,25
1,10
0,98
0,87
0,80
0,75
Tyfocor L
spezifische
Wärmekapazität
cP [kJ/kg·K]
3,37
3,39
3,39
3,43
3,44
3,46
3,48
3,50
3,52
3,53
3,55
3,57
3,59
3,60
3,62
3,64
3,66
3,67
3,69
3,71
3,73
3,75
3,76
3,78
3,80
3,82
3,85
relativer
Druckverlust
fP
3,958
3,473
3,473
2,748
2,480
2,261
2,081
1,932
1,807
1,70
1,608
1,526
1,451
1,383
1,319
1,258
1,201
1,147
1,098
1,052
1,011
0,975
0,944
0,919
0,90
0,884
0,872
Dichte
Viskosität
Wärmekapazität
cP [kJ/kg·K]
1076
241
3,27
1074
128
3,29
1071
80,2
3,31
1068
52,3
3,33
1066
35,2
3,35
1063
24,5
3,37
1060
17,6
3,39
1057
13,0
3,41
1054
9,83
3,43
1051
7,64
3,46
1048
6,08
3,48
1045
4,94
3,50
1042
4,10
3,52
1038
3,46
3,54
1035
2,96
3,56
1032
2,58
3,58
1028
2,27
3,60
1025
2,02
3,62
1021
1,81
3,64
1018
1,64
3,66
1014
1,49
3,69
1010
1,36
3,71
1006
1,24
3,73
1003
1,14
3,75
999
1,04
3,77
995
0,94
3,79
991
0,85
3,81
relativer
Druckverlust
fP
3,800
3,200
2,800
2,533
2,317
2,100
1,933
1,800
1,700
1,600
1,500
1,417
1,350
1,283
1,233
1,183
1,150
1,117
1,067
1,033
1,017
0,983
0,967
0,950
0,917
0,900
0,883
95
ANHANG
Dampfdruck und Dichte von Wasser bei unterschiedlichen Temperaturen
Diese Tabelle zeigt den Dampfdruck p [bar] und
die Dichte [kg/m3] von Wasser bei unterschiedlichen Temperaturen t [°C]. Außerdem zeigt die
Tabelle die absoluten Temperaturen T [K].
t [°C] T [K]
p [bar]
[kg/m3]
t [°C]
T [K]
p [bar]
[kg/m3]
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
273,15
274,15
275,15
276,15
277,15
278,15
279,15
280,15
281,15
282,15
283,15
0,00611
0,00657
0,00706
0,00758
0,00813
0,00872
0,00935
0,01001
0,01072
0,01147
0,01227
999,8
999,9
999,9
999,9
1000,0
1000,0
1000,0
999,9
999,9
999,8
999,7
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
334,15
335,15
336,15
337,15
338,15
339,15
340,15
341,15
342,15
343,15
0,2086
0,2184
0,2286
0,2391
0,2501
0,2615
02733
0,2856
0,2984
0,03116
982,6
982,1
981,6
981,1
980,5
979,9
979,3
978,8
978,2
977,7
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
284,15
285,15
286,15
287,15
288,15
289,15
290,15
291,15
292,15
293,15
0,01312
0,01401
0,01497
0,01597
0,01704
0,01817
0,01936
0,02062
0,02196
0,02397
999,7
999,6
999,4
999,3
999,2
999,0
998,8
998,7
999,5
998,3
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
344,15
345,15
346,15
347,15
348,15
349,15
350,15
351,15
352,15
353,15
0,03253
0,03396
0,03542
0,03696
0,03855
0,04019
0,04189
0,04365
0,04547
0,04736
977,7
976,5
976,0
975,3
974,8
974,1
973,5
972,9
972,3
971,6
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
294,15
295,15
296,15
297,15
298,15
299,15
300,15
301,15
302,15
303,15
0,02485
0,02642
0,02808
0,02982
0,03166
0,03360
0,03564
0,03778
0,04004
0,04241
998,1
997,8
997,6
997,4
997,1
996,8
996,6
996,3
996,0
995,7
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
354,15
355,15
356,15
357,15
358,15
359,15
360,15
361,15
362,15
363,15
0,4931
0,5133
0,5342
0,5557
0,5780
0,6011
0,6249
0,6495
0,6749
0,7011
971,0
970,4
969,7
969,1
968,4
967,8
967,1
966,5
965,8
965,2
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
304,15
305,15
306,15
307,15
308,15
309,15
310,15
311,15
312,15
313,15
0,04491
0,04753
0,05029
0,05318
0,05622
0,05940
0,06274
0,06624
0,06991
0,07375
995,4
995,1
994,7
994,4
994,0
993,7
993,3
993,0
992,7
992,3
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
364,15
365,15
366,15
367,15
368,15
369,15
370,15
371,15
372,15
373,15
0,7281
0,7561
0,7849
0,8146
0,8453
0,8769
0,9094
0,9430
0,9776
1,0133
964,4
963,8
963,0
962,4
961,6
961,0
960,2
359,6
958,6
958,1
96
t [°C]
T [K]
p [bar]
[kg/m3]
138
140
145
150
411,15
413,15
418,15
423,15
3,414
3,614
4,155
4,760
927,6
925,8
921,4
916,8
155
160
165
170
175
428,15
433,15
438,15
443,15
448,15
5,433
6,181
7,008
7,920
8,924
912,1
907,3
902,4
897,3
892,1
180
185
190
195
200
453,15
458,15
463,15
468,15
473,15
10,027
11,233
12,551
13,987
15,50
886,9
881,5
876,0
876,4
864,7
205
210
215
220
225
478,15
483,15
488,15
493,15
498,15
17,243
19,077
21,060
23,198
25,501
858,8
852,8
846,7
840,3
833,9
230
235
240
245
250
255
503,15
508,15
513,15
518,15
523,15
528,15
27,976
30,632
33,478
36,523
39,776
43,746
827,3
820,5
813,6
806,5
799,2
791,6
260
265
270
275
280
533,15
538,15
543,15
548,15
553,15
46,943
50,877
55,058
59,496
64,202
783,9
775,9
767,8
759,3
750,5
285
290
295
300
305
310
558,15
563,15
568,15
573,15
578,15
583,15
69,186
74,461
80,037
85,927
92,144
98,700
741,5
732,1
722,3
712,2
701,7
690,6
315
588,15
105,61
679,1
ANHANG
t [°C] T [K]
p [bar]
[kg/m3]
t [°C]
T [K]
p [bar]
[kg/m3]
t [°C]
T [K]
p [bar]
[kg/m3]
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
314,15
315,15
316,15
317,15
318,15
319,15
320,15
321,15
322,15
323,15
0,07777
0,09198
0,08639
0,09100
0,09582
0,10086
0,10612
0,11162
0,11736
0,12335
991,9
991,5
991,1
990,7
990,2
989,8
989,4
988,9
988,4
988,0
102
104
106
108
110
375,15
377,15
379,15
381,15
383,15
1,0878
1,1668
1,2507
1,3390
1,4327
956,7
955,2
953,7
952,2
950,7
320
325
330
340
593,15
598,15
603,15
613,15
112,89
120,56
128,63
146,05
666,9
646,1
640,4
610,2
112
114
116
118
120
385,15
387,15
389,15
391,15
393,15
1,5316
1,6362
1,7465
1,8628
1,9854
949,1
947,6
946,0
944,5
942,9
350
360
623,15
633,15
165,35
186,75
574,3
527,5
370
474,15
643,15
647,30
210,54
221,2
451,8
315,4
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
324,15
325,15
326,15
327,15
328,15
329,15
330,15
331,15
332,15
333,15
0,12961
0,13613
0,14293
0,15002
0,15741
0,16511
0,17313
0,18147
0,19016
0,19920
987,6
987,1
986,6
986,2
985,7
985,2
984,6
984,2
983,7
983,2
122
124
126
128
130
395,15
397,15
399,15
401,15
403,15
2,1145
2,2504
2,3933
2,5435
2,7013
941,2
939,6
937,9
936,2
934,6
132
134
136
405,15
407,15
409,15
2,8670
3,041
3,223
932,8
931,1
929,4
Weiterführende Literatur
Taschenbuch für Heizung- + Klimatechnik
(Recknagel/Sprenger/Schramek), OldenbourgIndustrieverlag, Essen 2006
Kreiselpumpen (Gülich), Springer-Verlag, Heidelberg 2004
Taschenbuch der Kältetechnik (Pohlmann/Iket,
Hrsg.), C.F. Müller-Verlag, Heidelberg 2005
Der Kälteanlagenbauer (Breidenbach),
C.F. Müller-Verlag, Heidelberg 2003
97
Seminare
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98
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Wilo-Brain Tipps und Tricks
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Lieferprogramm – 50 Hz – 2007
Gesamtübersicht
Pumpen und Systeme für Gebäudetechnik, Industrie und
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Planungshandbuch Kälte-, Klima- und Kühltechnik 02/2007
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Planungshandbuch Kälte-, Klima- und Kühltechnik 02/2007
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Stand Februar 2007
* 14 Cent pro Minute aus
dem deutschen Festnetz
der T-Com

Kälte-, Klima- und Kühltechnik

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