Hallo Zusammen,
ich habe mal aus Interesse letztes Jahr versucht die Durchflussmenge durch meine Poolverrohrung in Abhängigkeit von den Drehzahlen meiner Speck Eco Touch Pro II rechnerisch abzuschätzen bzw. zu ermitteln. Nachdem ich in den letzten Tagen meine Erkenntnisse per Email weitergeben habe, ist mir die Idee gekommen meine Vorgehensweise und Erfahrung auch mal hier im Forum für Interessierte zu teilen:
Um den Durchfluss bei einem bestimmten Lastpunkt der Pumpe zu berechnen braucht man nicht nur die Pumpenkennlinie (in der Betriebsanleitung der Pumpe), sondern auch die sogenannte Anlagenkennlinie. Das ist eine Kennlinie, die den Gegendruck gegen den die Pumpe arbeiten muss, um einen Volumenstrom durch ein Rohrleitungssystem zu drücken, in Abhängigkeit zum Durchfluss darstellt. Diese Kennlinie ist für jede Anlage, also Poolverrohrung spezifisch. Die rechnerische Ermittlung meiner Anlagenkennlinie ist sicherlich aufgrund der fehlenden Rechenprogramme nicht sonderlich genau, aber wie stark sich die Ungenauigkeit wirklich bemerkbar macht, kann ich nicht sagen. Plausibel sieht sie zumindest aus lachend Zähne zeigen. Aber im Frühjahr baue ich mir ohnehin aus Interesse noch einen Durchflussmesser ein und kann dann mittels unterschiedlicher Drehzahlen an meiner Pumpe mit der Unschärfe der Messgenauigkeit des Durchflussmessers die Anlagenkurve sicher deutlich genauer bestimmen. Und dann habe ich den ganz genauen Durchflusswert und kann meine Rechnerei verwerfen...
Rein rechnerisch bin ich jetzt zu der Erkenntnis gekommen, dass ich (noch immer vorausgesetzt ich habe richtig und annährend genau gerechnet) in meinem Fall von Rohrleitungskonfiguration und Einbauten (habe viel mit den strömungstechnisch ungünstigeren Winkeln statt mit Bögen verrohrt, zudem steht meine Pumpe oberhalb des Wasserspiegels) niemals mehr als knapp über 8m³/h Wasser durch die Leitung bekomme, egal, wie groß die Pumpe ist, die ich einbaue. Das liegt jetzt einfach an der fest verbauten Verrohrung und Einbaukomponenten.
Da es bei größeren Pools üblich ist mit 63-er Saug und 50-er Druckleitung zu verrohren, wird für die meisten mit ähnlicher Konfiguration (nur Wärmepumpe, keine Solarabsorber) wahrscheinlich ein in etwa gleiches Ergebnis rauskommen. Meine Leitungslängen sind zwar mit 10 Metern zwischen Technik und Pool plus Wärmepumpe zwar eher länger, aber die Flexleitungen sind nicht die Haupttäter für den Gesamtdruckverlust der Anlage. Hier ist mit Abstand das 6-Wege-Ventil zu nennen, was bei 8m³/h nahezu für 50% des Gesamtdruckverlustes verantwortlich ist (bei geringeren Volumenströmen allerdings entsprechend weniger Anteil).
Wie bin ich bei der Ermittlung meiner Anlagenkennlinie vorgegangen?
Ich habe zunächst alle Einbauteile (Anzahl der 45°- und 90°-Bögen, T-Stücke, 6 Wege-Ventil, Kugelhähne etc.) ermittelt, die Leitungslängen der geraden Stücke aufsummiert, die Länge der Flexleitung bestimmt und die Aufstellhöhe der Pumpe berücksichtigt (steht 0,3m über Wasserspiegel). Bei den T-Stücken habe ich vorausgesetzt, dass die Bypass-Kugelhähne immer voll geöffnet sind (also kein Drosselbetrieb und Volumenstrom über Wärmepumpe, sprich max. Leitungslänge). Dann habe ich für jedes Bauteil sowie für die geraden Rohrleitungslängen unter Nutzung des Online-Rechners von Druckverluste.de für mehrere diskrete Durchflussmengen die Druckverluste der Einzelkomponenten ermittelt und mit der jeweiligen Anzahl multipliziert oder habe, falls vorhanden, die Werte aus den Datenblättern entnommen (z.B. Kugelhähne und 6-Wege-Ventil). Das war schon ein wenig aufwendig, aber erforderlich, da mit steigendem Durchfluss bzw. Volumenstrom der Gegendruck bzw. der Druckverlust pro Einbauelement bzw. Meter Rohrleitungslänge steigt. Ich habe das für die diskreten Werte 1 bis 8m³/h sowie 7,5m³/h berechnet. Druckverlust in der Wärmepumpe selbst und ggf. im Sandfilterkessel habe ich vernachlässigt. Somit habe ich am Ende 9 Punkte ermittelt, die ich in die Pumpenkennlinie meiner geregelten Pumpe (siehe unten) übertragen habe. Und man hier kann schön sehen, wie die Kurve gegen einen Endwert von etwas über 8m³/h strebt.
Pumpenkennlinie Speck Eco Touch Pro II.jpg
Vielleicht noch ein paar Ausführungen zum Diagramm:
X-Achse:
Diese zeigt den Durchfluss in m³/h logarithmisch aufgetragen
y-Achse:
Diese zeigt den Druck in der Einheit „Meter Wassersäule (mWS)“, also der Gegendruck den die Pumpe „sieht“ und gegen die sie andrücken muss, um das Medium, also in unserem Fall Wasser, durch die Leitung zu schieben.
Das Prinzip hinter der Druckeinheit „Meter Wassersäule“ ist so zu verstehen:
Wenn ein senkrecht nach oben gerichtetes, mit Wasser gefülltes 1 Meter langes Rohr auf den Druckstutzen der Pumpe gesetzt wird, übt die Wassersäule einen (Über-)Druck von 1mWs aus (ca. 0,098 bar) auf den Druckstutzen der Pumpe aus. Der Druck wird mit größer werdender Länge (Höhe) des Rohres (oder der „Wassersäule“) immer stärker. 2 mWS ist praktisch dann der Druck, den 2 Meter Wassersäule auf die „Standfläche“ ausübt (0,196bar).
Gegen diesen von der Wassersäule verursachten Druck muss die Pumpe erstmal „ankämpfen“, bevor überhaupt Volumen befördert werden kann. Im Beispiel vom Pool wird dieser Gegendruck natürlich nicht von einer echten nach oben gerichteten Wassersäule erzeugt, sondern von dem Gegendruck der aus dem gesamten Rohrleitungsanlage auf die Pumpe einwirkt.
Die Pumpenkennlinien (gelbe Linien, jeweils für verschiedene Drehzahlen bzw. Leistungsstufen der Pumpe) zeigt im Prinzip, wieviel Volumenstrom die Pumpe mit steigender Wassersäule fördern kann. Daher fangen die Kennlinien der Pumpen bei einer Maximalhöhe an (wobei da der Durchfluss erst 0 ist) und fallen mit sinkendem mWS, also Gegendruck, ab, d.h. der Gegendruck sinkt und der Durchsatz steigt folglich an. Das ist dann eine nach unten geöffnete Parabel, die recht flach anfängt und mit fallendem Gegendruck stark absinkt. Bei nicht drehzahlgeregelten Pumpen gibt es pro Pumpe nur eine Kurve. Im vorliegenden Fall von geregelter Pumpe werden die Kennlinien für mehrere Lastpunkte gezeigt. Grundsätzlich kann man aber eine geregelte Pumpe auch auf alle Drehzahlen/ Lastpunkte dazwischen „fahren“.
Beispiel aus der Grafik oben:
Bei der Leistung von 2830min-1 (Voll-Last meiner Pumpe) würde bei etwas über 15m Wassersäule nichts mehr aus dem (gedachten) senkrechten 15 Meter-Rohr oben rauskommen, da die Wassersäule von 15 Metern so stark „gegendrückt“, dass die Pumpe oben nichts mehr rausfördern kann (ähnlicher Effekt wäre, wenn die Rohrleitungsanlage so viel Gegendruck erzeugen würde). Bei 14m Wassersäule wären es dann aber schon knapp 9m³/h, die raussprudeln würden und bei 10m Wassersäule schon eine Fontäne mit 17,5m³/h…
Bei der Anlagenkennlinie ist es umgekehrt. Dort steigt der Widerstand (Gegendruck oder mWS) mit größer werdendem Durchfluss. Hier hat die Geometrie der Rohrleitung einen Einfluss. Im Fall Pool: Einbauteile, wie Bögen, Ventile, Leitungslängen, Auslassdüsen, Ansaughöhe etc.. Daher ist die Anlagenkennlinie eine nach oben geöffnete Parabel. Kein Durchfluss, kein Gegendruck durch die Geschwindigkeit der Flüssigkeit (beides null). Je höher dann aber der Durchfluss, je stärker wird der Druckverlust (steigt exponentiell).
Wenn man nun die Anlagenkennlinie (rote Punkte unten in der Grafik stellen meine ermittelten Kennlinienwerte dar) in die Kennlinie der Pumpe überträgt, kann man nun an den Schnittpunkten ablesen, wieviel Volumenstrom bei welchem Druckverlust durch die Leitung geht (senkrecht noch unten = Volumenstrom-Wert; waagerecht nach links gleich zugehöriger Druckverlust in den Leitungen). Zum Beispiel schafft meine Pumpe (vorausgesetzt meine Anlagenkennlinie ist korrekt) bei 1000min-1 Pumpenbetrieb etwa 3m³/h Volumenstrom, wobei in diesem Betriebspunkt das Leitungssystem knapp unter 2m Wassersäule Gegendruck aufbaut. Bei 2000min-1 sind es bereits knapp unter 7m³/h, bei 6,7mWs Gegendruck. Bei noch weiter steigender Pumpenleistung werden nicht mehr wesentlich größere Durchflussmengen durchgesetzt, da der Gegendruck exponentiell mit dem Durchfluss steigt. Ich ziehe daraus die Erkenntnis in meinem Fall der geregelten Pumpe, diese nur im unteren Drehzahlbereich bis max. 2000min-1 zu betreiben, da der Gewinn an Volumenstrom nur noch gering ist, der Stromverbrauch dafür aber um das Vielfache (ich glaube es ist in der 3. Potenz mit der Drehzahl) ansteigt.
Eine ungeregelte Pumpe hätte übrigens auch nur einen Schnittpunkt und das ist dann der Durchfluss, den diese spezielle Pumpe in der angeschlossenen Anlage leistet.
So, mal sehen, wie sich die tatsächliche Anlagenkurve bei mir verhält. Zu Beginn der nächsten Poolsaison weiß ich mehr und lasse es Euch wissen Schräg zwinkern.
Abschließend noch: Ich erhebe keinen wissenschaftlichen Anspruch auf diesen Artikel, ich hoffe aber, dass es ein einigermaßen hilft, was es mit den Pumpen- und Anlagenkennlinien so auf sich hat.
Viele Grüße,
Wolfgang
Ich würde mir das mit der Speck Eco Touch Pro II Pumpe nochmals überlegen. Klar, ist natürlich eine größere Investition, aber Rumlöten würde ich allein schon aus Gewährleistungsgründen eher nicht.