Druckschalter, Druckspeicher, Stromverbrauch und Formeln
Verfasst: Sa 24. Apr 2021, 08:59
Meine Messungen an meiner elektronisch geregelten Pumpe brachten mich auf die Idee, auch mal zu schauen, wie das mit dem Stromverbrauch dann bei Druckschaltern aussieht. Selbst messen konnte ich mangels anderer Pumpen nicht, aber dafür gibt es ja Simulationsprogramme der Pumpenhersteller.
Teil 1: Presscontrol
(Presscontrol in der Ausführung, welche die Pumpe bei Unterschreitung des Minimaldrucks einschaltet und bei Förderung = Null ausschaltet)
In dem Fall sind Druck und Pumpenleistung variabel und ergeben sich aus dem Pumpendiagramm. Hier mal an zwei Beispielen von Grundfos-Pumpen. (Ganz einfach deshalb, weil deren Online-Pumpenauslegungstool praktischerweise gleich so schön die Zahlenwerte liefert und eigene Eingaben von Verbrauch und Förderhöhe erlaubt. Gilt alles aber auch für andere Hersteller, egal ob Marke oder Noname. Und auch dass es im Beispiel Unterwasserpumpen sind, spielt keine Rolle - gilt auch bei oberirdischen Kreiselpumpen.)
Zunächst eine für einen kleinen Garten überdimensionierte Pumpe SP 3A-12, mit 3 m³/h Nennförderung und max. 75 m Förderhöhe. Man kann in die Kennlinie klicken und damit einen Arbeitspunkt vorgeben und unter "Einstellungen Betriebspunkt" auch die statische Förderhöhe (Tiefe Wasserspiegel) vorgeben, im Beispiel 5 Meter. Dann sieht man folgendes (die im Beispiel eingetragene Kennlinie ist die von meinem kleinen Gardena-Rechteck-Gartensprenger):
Beim Variieren der Förderung sieht man, wie sich der Druck entsprechend der Kennlinie verändert. Die automatisch erstellte Verbraucher-Kennlinie ist quadratisch, weil der benötigte Druck quadratisch vom Wasserdurchfluss abhängt (H ~ Q²). Wenn der Gartensprenger bei 2,5 bar 0,9 m³/h Wasser verbraucht, dann stellt sich an der Pumpe ein Druck von etwa 6,2 bar ein (67 m - 5 m). Er wirft dann 1,44 m³/h Wasser auf den Rasen, allerdings dürften die 6 bar den Sprenger auch ganz gut mechanisch beanspruchen. Die Pumpe läuft dann mit 776 Watt.
Wenn das Presscontrol beim Zudrehen des Wasserhahns ausschaltet, dann hat die Pumpe einen Druck von etwa 7 bar aufgebaut.
Beim Betrieb einer Pumpe mit einem Presscontrol (ohne Ausschaltung bei p_max) ist es also m.E. günstig, auf eine für den gedachten Anwendungsfall angemessene Pumpenauslegung zu achten, um nicht unnötig viel Druck zu erzeugen und Strom zu verbrauchen. Wenn man also mangels Gartenfläche nie mehr als einen Sprenger laufen lassen würde, dann ist eine Dreikubikmeterpumpe etwas zu groß. Übrigens würde ein nachgeschalteter Druckregler zwar den Druck am Wasserhahn regeln, aber nichts grundsätzlich am Stromverbrauch ändern.
Hier nochmal ein Beispiel, bei dem eine kleinere Pumpe ausgewählt wird, hier eine SP 1A-9, mit 1 m³/h Nennförderung und max. 53 m Förderhöhe.
Die Pumpen-Kennlinie mit dem selben Arbeitspunkt sieht dann so aus:
Wieder ist derselbe Sprenger eingetragen. Nun liefert die Pumpe am Ausgang einen Druck von 3 bar (35 m - 5 m) und fördert 1 m³/h. Die Pumpe arbeitet in ihrem Auslegungspunkt und verbraucht nur noch 431 Watt.
In den Werten des Online-Tools wird auch die spezifische Energie angezeigt. Hier sind die Unterschiede beider Pumpen geringer. Ursache ist zum einen, dass die größere Pumpenbaureihe SP 3A einen besseren Wirkungsgrad hat (max. 41%) als die kleinere SP 1A (max. 22,5%) und zum anderen, dass in der größeren elektrischen Leistung des ersten Beispiels auch eine größere Wasserförderung enthalten ist. Es ist als grundsätzlich schon richtig, Pumpen nicht größer als nötig zu dimensionieren. Aber im Einzelfall kommt es auch auf weitere Parameter an.
Nebenbei: Man sieht an den Werten für 3 und 6 bar auch: verdoppelter Druck erhöht den Förderstrom nur um Wurzel 2.
Teil 1: Presscontrol
(Presscontrol in der Ausführung, welche die Pumpe bei Unterschreitung des Minimaldrucks einschaltet und bei Förderung = Null ausschaltet)
In dem Fall sind Druck und Pumpenleistung variabel und ergeben sich aus dem Pumpendiagramm. Hier mal an zwei Beispielen von Grundfos-Pumpen. (Ganz einfach deshalb, weil deren Online-Pumpenauslegungstool praktischerweise gleich so schön die Zahlenwerte liefert und eigene Eingaben von Verbrauch und Förderhöhe erlaubt. Gilt alles aber auch für andere Hersteller, egal ob Marke oder Noname. Und auch dass es im Beispiel Unterwasserpumpen sind, spielt keine Rolle - gilt auch bei oberirdischen Kreiselpumpen.)
Zunächst eine für einen kleinen Garten überdimensionierte Pumpe SP 3A-12, mit 3 m³/h Nennförderung und max. 75 m Förderhöhe. Man kann in die Kennlinie klicken und damit einen Arbeitspunkt vorgeben und unter "Einstellungen Betriebspunkt" auch die statische Förderhöhe (Tiefe Wasserspiegel) vorgeben, im Beispiel 5 Meter. Dann sieht man folgendes (die im Beispiel eingetragene Kennlinie ist die von meinem kleinen Gardena-Rechteck-Gartensprenger):
Beim Variieren der Förderung sieht man, wie sich der Druck entsprechend der Kennlinie verändert. Die automatisch erstellte Verbraucher-Kennlinie ist quadratisch, weil der benötigte Druck quadratisch vom Wasserdurchfluss abhängt (H ~ Q²). Wenn der Gartensprenger bei 2,5 bar 0,9 m³/h Wasser verbraucht, dann stellt sich an der Pumpe ein Druck von etwa 6,2 bar ein (67 m - 5 m). Er wirft dann 1,44 m³/h Wasser auf den Rasen, allerdings dürften die 6 bar den Sprenger auch ganz gut mechanisch beanspruchen. Die Pumpe läuft dann mit 776 Watt.
Wenn das Presscontrol beim Zudrehen des Wasserhahns ausschaltet, dann hat die Pumpe einen Druck von etwa 7 bar aufgebaut.
Beim Betrieb einer Pumpe mit einem Presscontrol (ohne Ausschaltung bei p_max) ist es also m.E. günstig, auf eine für den gedachten Anwendungsfall angemessene Pumpenauslegung zu achten, um nicht unnötig viel Druck zu erzeugen und Strom zu verbrauchen. Wenn man also mangels Gartenfläche nie mehr als einen Sprenger laufen lassen würde, dann ist eine Dreikubikmeterpumpe etwas zu groß. Übrigens würde ein nachgeschalteter Druckregler zwar den Druck am Wasserhahn regeln, aber nichts grundsätzlich am Stromverbrauch ändern.
Hier nochmal ein Beispiel, bei dem eine kleinere Pumpe ausgewählt wird, hier eine SP 1A-9, mit 1 m³/h Nennförderung und max. 53 m Förderhöhe.
Die Pumpen-Kennlinie mit dem selben Arbeitspunkt sieht dann so aus:
Wieder ist derselbe Sprenger eingetragen. Nun liefert die Pumpe am Ausgang einen Druck von 3 bar (35 m - 5 m) und fördert 1 m³/h. Die Pumpe arbeitet in ihrem Auslegungspunkt und verbraucht nur noch 431 Watt.
In den Werten des Online-Tools wird auch die spezifische Energie angezeigt. Hier sind die Unterschiede beider Pumpen geringer. Ursache ist zum einen, dass die größere Pumpenbaureihe SP 3A einen besseren Wirkungsgrad hat (max. 41%) als die kleinere SP 1A (max. 22,5%) und zum anderen, dass in der größeren elektrischen Leistung des ersten Beispiels auch eine größere Wasserförderung enthalten ist. Es ist als grundsätzlich schon richtig, Pumpen nicht größer als nötig zu dimensionieren. Aber im Einzelfall kommt es auch auf weitere Parameter an.
Nebenbei: Man sieht an den Werten für 3 und 6 bar auch: verdoppelter Druck erhöht den Förderstrom nur um Wurzel 2.