Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie

  • 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

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    Pooltester: Höfer Chemie (Scuba II)

  • AW: Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie


    Ich bin dann wirklich gespannt was die Praxis bringt.


    Mehrwegeventile sind wirklich "Durchflussfresser" bzw. "Drucksteigerer" - jedenfalls die mit 1,5". Bei 2" schaut es schon anders aus. Ich hatte da mal Werte gefunden und zusammengefasst Druckanstieg durch Mehrwegeventil


    Hier mal eine Kennlinie - die 40 er sind 1,5" und 50 er 2" https://www.speck-pumps.com/me…_r40_r41_r40t_r50_r51.pdf



    lächelnlächelnlächeln

    Liebe Grüße und viel Erfolg Andy
    FORENLEITUNG POOLPOWERSHOP-FORUM

  • AW: Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie


    Hallo Andy,


    danke für die Ergänzung beide Daumen hoch. Und ja, ich bin auch schon sehr gespannt lachend Zähne zeigen.


    Habe nachstehend zur Info auch noch die Druckverluste von den Astral 6-Wegeventile 1 1/2" beigefügt. Da sind dann auch die Druckverluste von handelsüblichen Kugelhähnen und Rückschlagklappen abgebildet. In den Diagrammen der KHs und RSHs ist die Angabe nicht m³/h sondern l/min... Für alle drei Grafiken ist die Umrechnung von bar in mWs => 1 bar = 10,1971mWs.



    Druckverluste Armaturen.jpg





    Liebe Grüße,


    Wolfgang

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  • AW: Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie


    Das ist ja super !


    Die Arbeit zeigt deutlich, das mit einer regelbaren Pumpe deutliche Einsparungen möglich sind - aber nur wenn man den Durchfluss misst (oder berechnen kann). Der Schritt von 2400 nach 2830 Umdrehungen steigert zwar den Stromverbrauch, bringt aber quasi nix am Durchfluss. Mit einer regelbaren Pumpe und einem Durchflussmesser kann man sich also an den Punkt mit dem höchsten Wirkungsgrad rantasten.
    Leider fehlt noch der Stromverbrauch. Im Prospekt steht 30 bis 750 watt.
    Wenn die Pumpe bei 1000 umdrehungen wirklich 30 Watt verbaucht und 3000 liter fördert hätte man nur 10% des Stromverbrauchs pro umgewälzter Wassermenge wie bei voller Leistung. Daraus würde folgern man müsste die Filterpumpe auf jeden Fall 24h durchlaufen lassen und die Leistung dabei so gering einstellen wie nötig damit die Filrtration reicht. Die Einsparung währe enorm.

  • AW: Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie


    Ob 3m3 pro Stunde reichen, um eine ausreichende Wasserbewegung zu erzeugen und Totzonen zu vermeiden???


    Liebe Grüße


    GerhildSonnenschein. ...

  • AW: Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie


    Hi Kermit,

    ich nehme an Du hast die gleiche Pumpe, wie ich… die von Dir genannten Leistungswerte kommen mir nämlich bekannt vor. Die Leistung P2 von 30W bis 750W ist, zumindest bei mir, die Ausgangsleistung an der Welle. Da geht leider noch „a bisserl was" an Wärmeverluste an die Umwelt weg… Die elektrische Leistung P1 beträgt (zumindest bei meiner Pumpe) 80W bis 1,05kW. Ich habe an meinem Pooltechnik-Stromkreis einen (wenn auch ungeeichten) „Stromzähler“, der mir die 80W bei 1000min-1 in etwa bestätigt hat.

    Für mich war das Ergebnis auch erstaunlich, dass der Grenzwert des maximalen Durchflusses bei meiner Anlagenkonfiguration so schnell erreicht ist. Ob und wie stark sich meine rechnerisch ermittelte Kurve gegebenenfalls „öffnet“ (also nicht so steil nach oben gegen den Grenzwert 8,5m³/h abhaut), wird sich, wie schon geschrieben, im Frühjahr zeigen, wenn ich meinen Durchflussmesser installiert habe.

    Sollte des Ergebnis ähnlich ausfallen, könnte man meine „Abschätzungsrechnung“ sicherlich auch auf andere Anlagenkonfigurationen übertragen. Ich bin wirklich gespannt! Fakt für alle frequenzgeregelten Pumpen ist und bleibt aber, dass sie im unteren Drehzahlbereich am effizientesten Arbeiten.

    Gerhild: nein, das denke ich auch nicht. Poolwasser will bewegt werden. Ich habe daher letzte Poolsaison meine Pumpe 2x pro Tag mit ca. 7cbm/h (2000U/min) laufen, zum Zeitpunkt, wenn die Wärmepumpe arbeitet. Zudem noch alle 2 Stunden für ca. 5 Minuten mit 2000U/min. Ansonsten 11 Stunden mit 1000U/min. Ich hatte mit dem ca. 3,5-fachen des Poolvolumens Umwälzung pro Tag beste Wasserqualität.



    Viele Grüße,


    Wolfgang

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  • AW: Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie


    Hallo Gerhild
    Das ist eine sehr gute Frage,oder Einwand.lächeln
    Ups ,das hat sich jetzt mit Wolfgangs Antwort überschnitten.

    Gruß Gunar
    Dolphin Maestro 30
    Betonpool mit Folie 3,6x6,23x1,5 oval
    21,5m² Solarrip
    Speck Topp II/8
    Filter Triton II 485mm
    Chlorgenerator Zodiac LM2-40 durch Einbindung
    in ProCon.IP

    PH, Redox, Chlorelektrode

  • AW: Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie


    Ich vermute auf die chemische Beschaffenheit des Wassers, also die Verteilung von Chlor usw., wird es keinen großen Einfluss haben ob man 4 Stunden mit 6m3 oder 8 Stunden mit 3m3 filtert.


    Bei größeren Dreckbochen, also Fliegen und Blättern usw, könnte es eher was ausmachen wie groß die Fließgeschwindigkeit ist.


    Was einmal zu Boden gesunken ist wird eh nicht mehr wieder aufgewirbelt.



    Die ganze Dynamic dürfte dermaßen komplex sein, das man das wohl nur in der Praxis testen kann.



    Ich hab übrigens noch gar keine Pumpe. Der Bagger kommt erst nächste Woche !
    Wird vermutlich die Aqua Vario Plus. Aufgrund dieses Threads habe ich gerade einen Ultraschall Durchflussmesser bestellt :)

  • AW: Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie


    Hi Kermit,


    na, dann kannst Du ja Deine Anlagenkurve bestens und relativ genau mit verschiedenen Drehzahlen bestimmen! Ich baue mir „nur“ einen Schwebekörper-Durchflussmesser ein, welches ich recht günstig besorgt habe (ca. 60 Euro). Angeblich ist die Messtoleranz auch recht niedrig. Ist eben nur vom Ablesen etwas ungenauer und man kann kein Signal für den Controller abgreifen...


    Was kostet Dein US-Messgerät?


    Viel Erfolg bei den Arbeiten...!!



    Schöne Grüße,


    Wolfgang

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  • AW: Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie


    Ist ein TUF-2000M, gibts ab 120€

  • AW: Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie


    Quote from kermit;507984

    Ich vermute auf die chemische Beschaffenheit des Wassers, also die Verteilung von Chlor usw., wird es keinen großen Einfluss haben ob man 4 Stunden mit 6m3 oder 8 Stunden mit 3m3 filtert.


    Doch, das hat es schon. Bei 3m3 pro Stunde ist die Durchströmung des Beckens meist zu schlecht und Totstellen entstehen. Dort wird das Wasser nicht bewegt und daher auch nicht genug mit Chlor versorgt. So entstehen an diesen Stellen gerne grüne Algenflecken.


    Auch mit einer starken Pumpe nur wenige Stunden zu filtern ist nicht besonders vorteilhaft. Zu lange steht das Wasser in Rohrleitungen und Filter, das Chlor ist schnell verbraucht und wird nicht nachgeliefert und Mikrorganismen haben genug Zeit, sich ordentlich zu vermehren.


    Wolfgang stellt die Pumpenleistung mehrmals am Tag hinauf, sodass das ganze Becken wieder ordentlich durchmischt wird. Die restliche Zeit bewegt er das Wasser langsam, sodass es lange bewegt wird und Rohrleitungen und Filter immer mit frischem, chlorhaltigem Wasser versorgt werden.


    Liebe Grüße


    GerhildSonnenschein. ...

  • AW: Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie


    Quote from kermit;507984

    Wird vermutlich die Aqua Vario Plus. Aufgrund dieses Threads habe ich gerade einen Ultraschall Durchflussmesser bestellt

    Die Aqua Vario Plus kannst aber nicht extern ansteuern/umstellen, das hast gesehen?

  • AW: Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie


    Ja, hab ich gesehen.
    Die Steuerung ist aber offensichtlich die selbe wie an der Badu Eco Touch (vergleicht mal die Anleitungen). Ich bin mir sicher man kann eine externe Steuerung an der Pumpe anfrikeln. Im worst case in dem man ein Kabel an die Taster auf der Platine anlötet.

  • AW: Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie


    ...das is ne Folientastatur - wirst Dir u.U. schwer tun irgendwas "an zu löten"...zumindest so, dass danach die original Knöpfe noch gehen.
    Ansonsten ist die Pumpe ne umgelabelte EcoTouch (erste Version) von Speck - schon richtig - Aber die hatte eben keine externe Ansteuerung (war nicht vorgesehen)

  • AW: Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie


    Die Frage ist auch ob diese dann nur auf einen Tastimpuls anspricht oder auch mit einem Dauersignal am Tastfeld umgehen kann. Der EcoTouch II ist das ja egal.

  • AW: Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie


    Hmmm... Nachdenklich 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.


    Also, ich habe mein Lehrgeld bezahlt und hätte einige „werd ich schon nicht brauchen“ Entscheidungen bereut und nachträglich „bereinigt“ (ungeregelte vs. geregelte Pumpe; Bayrol Salt Relax vs. Procon IP).


    Ich verstehe aber auch, dass man irgendwo auch mal Invest-Grenzen setzen muss...


    LG,


    Wolfgang

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  • AW: Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie


    Blöd ist das die Eco Touch II eigentlich zu kräftig für die meisten privaten Pools ist. Ich hatte diese aus Mangel an Alternativen auch genommen und einen größeren Sandfilter verwendet.
    Jetzt gibt's ja recht neu auch die etwas schwächere BADU Alpha Eco Soft die ext. angesteuert werden kann. Leider liegt die preislich > 800€.
    Von den Eckdaten ist die ja top

  • AW: Berechnung Durchfluss mit Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie


    Hi Kermit,


    Reden wir von derselben Pumpe? Also ich habe ja die Speck Eco Touch Pro II (Kennlinie im Beitrag #1) und bin sehr zufrieden mit der Leistung bzw. dem Leistungsbereich. Habe nur 17,5cbm Wasserinhalt und betreibe sie gerade daher in den unteren 2/3 des Drehzahlbereiches, welcher ja sehr besonders verbrauchsarm ist.


    Speck hat sie auch im Sortiment für Privatbäder... Naja, am Ende musst Du aber entscheiden.



    VG,


    Wolfgang

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