Die Auswahl unter den Grundfos Druckerhöhungsanlagen lässt sich in einer einzigen Übersicht zusammenfassen: Liegt der gleichzeitige Volumenstrom (Spitzenvolumenstrom) unter 5 m³/h, kommen SCALA1 oder SCALA2 infrage, im Bereich 5-9 m³/h die CMBE, bei 9-20 m³/h und Förderhöhen über 80 mWS die CME oder CRE, im Bereich 10-40 m³/h die Hydro Multi-E, wenn eine unterbrechungsfreie Wasserversorgung gefordert ist, und bei Gebäuden mit mehr als 40 m³/h und gewünschter Automationsanbindung ist die Hydro MPC die richtige Stufe. Die Entscheidung fällt über Volumenstrom und Förderhöhe; die Baureihennamen innerhalb der Marke sind das Ergebnis dieser beiden Zahlen.
In diesem Ratgeber finden Sie:
Was Sie in diesem Ratgeber erwartet
- Die Stufenübersicht der Grundfos Druckerhöhungsanlagen: SCALA, CMBE, CME, CRE, Hydro Multi-E und Hydro MPC
- Die Katalog-Grenzen jeder Baureihe: Volumenstrom, Förderhöhe, Leistung, Pumpenzahl und Regelungsart
- Die Übergangsschwellen zwischen den Baureihen mit klaren Zahlen in m³/h und mWS
- Welcher Gebäudetyp welche Baureihe benötigt, mit klaren Urteilen dazu
- Berechnung des Spitzenvolumenstroms nach DIN 1988-300 und Schritt-für-Schritt-Berechnung der Förderhöhe
- Stufenweise Zuschaltung und Redundanzlogik bei Mehrpumpenanlagen
- Schritt-für-Schritt-Berechnung, wie viele kWh pro Jahr eine drehzahlvariable Anlage einspart
- Die 5 häufigsten Fehler und Checkliste vor dem Projekt
01Wie liest man die Grundfos Produktpalette der Druckerhöhungsanlagen?
Die Grundfos Produktpalette der Druckerhöhungsanlagen ist keine einzelne Produktfamilie, sondern ein Spektrum aus fünf sich überlappenden Leistungsstufen. Die Sprungstellen zwischen den Stufen sind keine Marketingentscheidung, sondern hydraulische Realität: Oberhalb eines bestimmten Volumenstroms genügt ein einstufiges selbstansaugendes Gehäuse nicht mehr, dann ist eine mehrstufige Hydraulik erforderlich; oberhalb einer bestimmten Nutzerzahl genügt eine einzelne Pumpe nicht mehr, dann ist eine Anlage mit Reservepumpe nötig.
Den Modellcode lesen zu können, ist der schnellste Weg, sich in der Produktpalette zurechtzufinden. In der Grundfos Kodierung steht die erste Zahl für die Nennvolumenstromgröße in m³/h, die zweite Zahl für die Stufenzahl oder die Förderhöhe. Im Code Grundfos SCALA2 3-45 ist 3 die Nennvolumenstromgröße und 45 die maximale Förderhöhe, also 45 mWS. Im Code CRE 10-6 ist 10 die Nennvolumenstromgröße und 6 die Stufenzahl.
Die Buchstaben am Ende des Codes verraten die Regelungsart. Steht am Ende ein E, besitzt das Gerät einen MGE-Motor mit integriertem Frequenzumrichter: CME, CRE, Hydro Multi-E und MPC-E gehören alle zu dieser Familie. Fehlt der Buchstabe, ist der Motor drehzahlkonstant, und die Regelung erfolgt extern. Das ist auch die grundlegendste Unterscheidung zwischen den Grundfos Baureihen; selbst wenn sich die hydraulischen Gehäuse ändern, lässt sich die Regelungsphilosophie unter diesen beiden Überschriften zusammenfassen.
Der dritte Schlüssel zum Lesen ist die Pumpenarchitektur. Die SCALA ist selbstansaugend mit einem einzigen Gehäuse, CMBE und CME sind horizontale mehrstufige Pumpen, die CRE ist eine vertikale mehrstufige Pumpe, und die Hydro-Baureihen sind Mehrpumpenanlagen, die an einen gemeinsamen Saug- und Druckverteiler angeschlossen sind. Diese vier Architekturen erzeugen denselben Volumenstrom für Gebäude, die einen unterschiedlichen Druck und eine unterschiedliche Versorgungssicherheit benötigen. Einen Überblick auf Ebene von Marken und Baureihen erhalten Sie in unseren Produktgruppen. (Details: Pumpensysteme)
02Wo enden SCALA1 und SCALA2? Die Einstiegsstufe der Produktpalette
Die Grundfos SCALA-Baureihe ist eine Familie selbstansaugender Druckerhöhungsanlagen für einzelne Wohneinheiten und kleine gewerbliche Anwendungen, bei der Pumpe, Motor und Regeleinheit in einem Gehäuse vereint sind. Die physikalische Grenze der Baureihe ist eindeutig: maximaler Volumenstrom ca. 5 m³/h, maximale Förderhöhe 55 mWS beim Modell SCALA1 5-55 und 45 mWS beim Modell Grundfos SCALA2 3-45, Nennleistung 0,55 kW, Selbstansaugvermögen 8 m.
Die SCALA1 arbeitet mit einem drehzahlkonstanten Motor und einem Druckschalter; der Druck pendelt in einem Fenster von etwa 2,0-3,5 bar. Die SCALA2 dagegen hält den Solldruck mit ihrem permanentmagneterregten Motor und dem im Gehäuse integrierten Frequenzumrichter im Bereich von ±0,2 bar konstant, erreicht einen Schallpegel von 47 dB(A) und lässt sich am Bedienfeld im Bereich von 1,5-5,5 bar einstellen. Die hydraulischen Kennlinien beider Modelle sind nahezu identisch; der Unterschied liegt im Verhalten. Den ausführlichen Vergleich dieser beiden haben wir in einem eigenen Ratgeber behandelt. (Details: Grundfos SCALA1 oder SCALA2? Welche sollten Sie kaufen? Detaillierter Vergleich)
Das eigentliche Thema dieses Beitrags ist, wo die SCALA endet. Es gibt drei Schwellen, die einen Wechsel der Baureihe erforderlich machen, und alle sind messbar. Erstens der Volumenstrom: Übersteigt der gleichzeitige Volumenstrom 5 m³/h, reicht die SCALA nicht aus. Zweitens die Förderhöhe: Übersteigt die erforderliche Förderhöhe 55 mWS, reicht die SCALA nicht aus. Drittens die Versorgungssicherheit: Bei einer Nutzung, in der ein Wasserausfall nicht akzeptabel ist, reicht die einpumpige SCALA nicht aus.
Die Antwort auf die Frage, was zu tun ist, wenn die SCALA2 nicht ausreicht, hängt davon ab, welche Schwelle überschritten wurde. Ist der Volumenstrom unzureichend, ist das Hinzufügen einer zweiten SCALA keine Lösung; diese Geräte sind nicht für den Mehrfachbetrieb konstruiert, enthalten keine Synchronisationsregelung und stören sich bei Parallelschaltung gegenseitig im Betriebspunkt. Der richtige Schritt ist der Wechsel zur CMBE-Baureihe mit mehrstufiger Hydraulik.
Reicht die Förderhöhe nicht aus, geht die Richtung ebenfalls nach oben, jedoch auf einer anderen Achse. Das SCALA-Gehäuse ist einstufig; die einzige Möglichkeit, die Förderhöhe zu steigern, ist eine höhere Stufenzahl. Genau das leisten die Baureihen CMBE und CRE. Denselben Volumenstrom von 5 m³/h statt bei 45 mWS bei 90 mWS bereitzustellen, gelingt durch eine Verdopplung der Stufenzahl.
Wird Versorgungssicherheit benötigt, ändert sich die Architektur der Produktpalette grundlegend. Der Wechsel von einer Einzelpumpe zu mehreren Pumpen bedeutet nicht, das Gerät zu vergrößern, sondern das System zu vervielfachen. An diesem Punkt kommen Hydro Multi-E und Hydro MPC ins Spiel. Dieser Wechsel, der im Wohnungsbau nur selten erforderlich ist, ist in Hotels, Krankenhäusern, Schulen und Gewerbegebäuden die Standardanwendung.
03Was ist die Grundfos CMBE, und wann wechselt man von der SCALA?
Die Grundfos CMBE ist eine kompakte Druckerhöhungsanlage mit Frequenzumrichter und Konstantdruckregelung, die aus einem horizontalen mehrstufigen CM-Pumpengehäuse und einem MGE-Motor mit integriertem Frequenzumrichter besteht. Die Einheit verlässt das Werk montagefertig, zusammen mit Drucksensor, Membrandruckbehälter mit kleinem Volumen und Schaltfeld. Der Unterschied zur SCALA besteht darin, dass sie nicht selbstansaugend ist und dank der mehrstufigen Hydraulik höhere Drücke erreichen kann.
Der von der Baureihe abgedeckte Bereich liegt bei etwa 1-9 m³/h Volumenstrom und 30-80 mWS Förderhöhe. Gängige Modelle sind die Größen CMBE 3 und CMBE 5; die 3 und die 5 im Code geben die Nennvolumenstromgröße in m³/h an. Der Leistungsbereich liegt typischerweise zwischen 0,5-1,5 kW, und die Modelle werden mit einphasiger Versorgung 230 V oder dreiphasiger Versorgung 400 V angeboten.
Die Regelungslogik der CMBE gehört zur selben Familie wie die der SCALA2: Der Sensor misst den Ausgangsdruck, der Frequenzumrichter vergleicht ihn mit dem Sollwert, und die Motordrehzahl wird korrigiert. Der Unterschied liegt in der Tiefe von Einstellung und Überwachung. An der CMBE lassen sich Parameter wie Solldruck, Mindestdrehzahl, Rampenzeiten und die Schwelle des Trockenlaufschutzes am Bedienfeld ändern; zudem kann das Gerät über Grundfos GO ausgelesen werden, und über ein externes Signal kann ein Sollwert aus der Ferne vorgegeben werden.
Die Wechselschwelle von der SCALA zur CMBE läuft in der Praxis auf zwei Zahlen hinaus. Übersteigt der gleichzeitige Volumenstrom 5 m³/h oder die erforderliche Förderhöhe 55 mWS, ist die CMBE die erste Baureihe, die zu prüfen ist. Der nach DIN 1988-300 berechnete Spitzenvolumenstrom von 7,1 m³/h einer Villa mit zwei Bädern fällt genau in diesen Bereich; die SCALA stößt an ihre Grenze, während die CMBE 5 komfortabel arbeitet.
Das Selbstansaugvermögen ist bei diesem Wechsel das kritischste, leicht übersehene Detail. Die Saugleitung der SCALA kann Wasser selbst bis zu 8 m ansaugen, auch wenn die Leitung mit Luft gefüllt ist. Die CMBE kann das nicht; Pumpengehäuse und Saugleitung müssen vor dem Start mit Wasser gefüllt sein. In einer Anlage, die einen Brunnen oder einen eingegrabenen Behälter speist, muss beim Wechsel von der SCALA zur CMBE die Saugseite neu konzipiert werden, der Behälter muss oberhalb der Pumpe angeordnet oder eine Vorlagepumpe ergänzt werden.
Innerhalb der Baureihe gibt es auch die Variante CMBE Twin mit zwei Pumpengehäusen. Zwei Pumpen arbeiten an einem gemeinsamen Verteiler, fällt eine aus, schaltet sich die andere zu, und die Laufzeiten werden automatisch ausgeglichen. Für Anwendungen, die im kleinen Maßstab Redundanz benötigen, deren Volumenstrom aber nicht ausreicht, um auf eine Hydro-Anlage zu wechseln, ist das der wirtschaftlichste Zwischenschritt der Produktpalette.
04Grundfos CME und CRE: vertikal oder horizontal, was passt wann?
Die Grundfos CME ist die Kombination aus einem horizontalen mehrstufigen Pumpengehäuse und einem MGE-Motor; sie gehört zur selben hydraulischen Familie wie die CMBE, wird jedoch ohne fertiges Einheitenpaket als Einzelpumpe in die Anlage eingebaut. Die Grundfos CRE ist dagegen die mit einem Motor mit Frequenzumrichter ausgestattete Ausführung der vertikalen mehrstufigen Pumpenfamilie, also des CR-Gehäuses, und deckt den größten Leistungsbereich der Produktpalette ab.
Der von der CRE-Baureihe abgedeckte Bereich liegt weit oberhalb des Maßstabs von Druckerhöhungsanlagen für Wohngebäude. Gängige Größen sind CRE 3, CRE 5, CRE 10, CRE 15 und CRE 20; die Zahl im Code gibt die Nennvolumenstromgröße in m³/h an. Durch Änderung der Stufenzahl lassen sich bei gleichem Volumenstrom sehr unterschiedliche Förderhöhen erzielen. In der Praxis werden mit dieser Baureihe 3-45 m³/h Volumenstrom und 30-200 mWS und darüber an Förderhöhe abgedeckt.
Die Wahl zwischen vertikaler und horizontaler Achse richtet sich nach drei Kriterien. Erstens der Platz: Das vertikale CR-Gehäuse beansprucht am Boden nur eine sehr kleine Fläche, das horizontale CM-Gehäuse passt dagegen in Räume mit niedriger Decke. Zweitens die Förderhöhe: Hohe Stufenzahlen lassen sich am einfachsten mit dem vertikalen Gehäuse erreichen. Drittens die Wartung: Beim vertikalen Gehäuse können Motor und Cartridge-Gleitringdichtung ausgebaut werden, ohne die Rohranschlüsse zu lösen; das ist in einem Gebäude im laufenden Betrieb ein großer Zeitgewinn.
Die Antwort auf die Frage Grundfos CMBE oder CRE ist weitgehend eine Frage der Förderhöhe. Liegt die erforderliche Förderhöhe unter 80 mWS und der Volumenstrom unter 9 m³/h, ist die als fertige Einheit gelieferte CMBE sowohl bei der Montage als auch bei der Inbetriebnahme schneller. Wird eine dieser beiden Grenzen überschritten, wechselt man auf die CRE-Seite; dort werden Pumpe, Sensor, Behälter und Regelung als getrennte Komponenten geplant.
Ein weiterer Vorteil der CRE sind die Werkstoffoptionen. Das CR-Gehäuse wird mit hydraulischen Teilen aus Edelstahl gefertigt, und in Anlagen mit aggressivem, enthärtetem oder stark chloridhaltigem Wasser kann die Werkstoffklasse höher gewählt werden. In Hotels an der Küste, in Speiseleitungen am Ausgang von Wasseraufbereitungsanlagen und in industriellen Waschanlagen ist diese Option ausschlaggebend. Lösungen für die Wasserqualität finden Sie in unserer Produktgruppe Wasseraufbereitung. (Details: Wasseraufbereitung)
Die Grenze eines mit einer einzelnen CRE gelösten Systems ist wiederum die Versorgungssicherheit. Wie groß sie auch gewählt wird: Eine einzelne Pumpe lässt das Gebäude ohne Wasser, wenn sie zur Wartung abgeschaltet wird oder ausfällt. Ist der Volumenstrom erreicht, den eine CRE fördern kann, lautet die Frage nicht mehr, wie man die Pumpe vergrößert, sondern wie man die Pumpenzahl erhöht.
05Grundfos Hydro Multi-E: Wann ist eine Mehrpumpenanlage erforderlich?
Die Grundfos Hydro Multi-E ist eine fertige Druckerhöhungsanlage, bei der zwei oder drei CME- oder CRE-Pumpen an einem gemeinsamen Saug- und Druckverteiler zusammengefasst sind und jede Pumpe ihren eigenen Frequenzumrichter trägt. Die Anlage wird im Werk montiert und geprüft und trifft als ein Stück vor Ort ein; die Inbetriebnahme besteht lediglich aus den Verteileranschlüssen und der Einstellung des Solldrucks.
Die Funktionslogik der Anlage ist die stufenweise Zuschaltung. Bei geringem Bedarf läuft eine einzelne Pumpe mit Teildrehzahl. Mit steigendem Volumenstrom erhöht diese Pumpe ihre Drehzahl, nähert sie sich ihrer Grenze, schaltet sich die zweite Pumpe zu, und beide Pumpen teilen sich die Drehzahl. Sinkt der Bedarf, läuft die Reihenfolge umgekehrt. Die Laufzeiten der Pumpen werden automatisch ausgeglichen; so wird keine Pumpe merklich stärker beansprucht als die andere.
Der typische Einsatzbereich der Baureihe liegt bei 10-40 m³/h Volumenstrom und 40-120 mWS Förderhöhe; der genaue Wert ergibt sich aus der gewählten Pumpengröße und der Pumpenzahl. Bei einer zweipumpigen Hydro Multi-E fördert jede Pumpe etwa die Hälfte des Spitzenvolumenstroms, bei einer dreipumpigen ein Drittel. Wird Redundanz gewünscht, wird eine Pumpe zusätzlich gewählt; eine dreipumpige Anlage liefert den Spitzenvolumenstrom, den zwei Pumpen decken, zusammen mit einer Reserve.
Die ingenieurtechnische Antwort auf die Frage, wie viele Pumpen eine Mehrpumpen-Druckerhöhungsanlage haben sollte, lautet: in wie viele gleiche Teile der Spitzenvolumenstrom zu teilen ist. Die Regel lautet: Der Wirkungsgradbestwert einer einzelnen Pumpe sollte dem mittleren Tagesvolumenstrom entsprechen. Beträgt der mittlere Volumenstrom in einem Gebäude etwa ein Drittel des Spitzenvolumenstroms, arbeitet in einer dreipumpigen Anlage eine einzelne Pumpe den größten Teil des Tages unter Volllast und mit höchstem Wirkungsgrad; in einer zweipumpigen Anlage arbeitet sie dagegen dauerhaft bei halber Last, und der Wirkungsgrad sinkt.
Die Auswahl einer Druckerhöhungsanlage für ein Mehrfamilienhaus endet meistens genau in diesem Bereich. In einem Mehrfamilienhaus mit zwölf bis dreißig Wohnungen liegt der berechnete Spitzenvolumenstrom in der Regel bei 15-25 m³/h und die erforderliche Förderhöhe je nach Geschosszahl im Bereich 50-90 mWS. Diese Werte liegen genau in der Mitte der Hydro Multi-E, und eine einpumpige Lösung wird wegen des Ausfallrisikos nicht empfohlen.
Die Grenze der Hydro Multi-E ist die Regelungstiefe. Die Anlage übernimmt Stufung und Druckregelung selbst; für Anlagen, die Ressourcenmanagement, eine erweiterte Alarmhierarchie, ein Programm mit mehreren Sollwerten und eine tiefe Integration in die Gebäudeautomation verlangen, ist jedoch der Wechsel auf die nächsthöhere Stufe erforderlich.
06Grundfos Hydro MPC: die oberste Stufe der Produktpalette und BMS-Integration
Die Grundfos Hydro MPC ist eine vollautomatische Druckerhöhungsanlage, bei der zwei bis sechs CR- oder CRE-Pumpen an einem gemeinsamen Verteiler zusammengefasst sind und von der Regeleinheit CU 352 gesteuert werden. Sie ist die oberste Stufe der Produktpalette, und mit einer einzigen Anlage lassen sich Volumenströme im Bereich 20-200 m³/h und Förderhöhen im Bereich 40-160 mWS abdecken. Die genauen Werte hängen von der gewählten Pumpengröße und -zahl ab.
Die wichtigste Unterscheidung der Baureihe sind die Variantenbuchstaben, und diese Buchstaben bestimmen unmittelbar Kosten und Wirkungsgrad. Bei der Variante MPC-E hat jede Pumpe ihren eigenen Frequenzumrichter. Bei der Variante MPC-F treibt ein einzelner externer Frequenzumrichter nacheinander eine der Pumpen an, die übrigen laufen mit konstanter Drehzahl. Bei der Variante MPC-S gibt es keinen Frequenzumrichter; die Pumpen werden vollständig nach der Ein-Aus-Logik in Stufen zu- und abgeschaltet.
Die Antwort auf die Frage, wozu die Hydro MPC dient, beschränkt sich nicht darauf, Druck zu erzeugen. Die Regeleinheit CU 352 gleicht neben der stufenweisen Zuschaltung die Laufzeiten der Pumpen aus, wendet nach einstellbaren Zeitprogrammen unterschiedliche Solldrücke an, bietet Trockenlaufschutz und Schutz vor zu niedrigem Saugdruck, nimmt im Störungsfall die Pumpe außer Betrieb und schaltet die Reserve zu und zeichnet alle diese Daten auf.
Die Integration in die Gebäudeautomation ist das Unterscheidungsmerkmal dieser Baureihe. Die CU 352 wird mit zusätzlichen Kommunikationsmodulen über Modbus RTU, BACnet und ähnliche Protokolle an das Gebäudemanagementsystem angebunden. Dadurch werden Druck, Volumenstrom, Leistungsaufnahme und Alarmzustände zentral überwacht; der Solldruck lässt sich aus der Ferne ändern. Das Thema des ganzheitlichen Managements der mechanischen Anlagen in Gewerbegebäuden haben wir in einem eigenen Ratgeber behandelt. (Details: Mechanische Systeme in Gewerbegebäuden)
Die zweite Stärke der MPC ist die intelligente Kaskadenregelung. Das System berechnet, welche Pumpenkombination den geforderten Volumenstrom mit der geringsten Leistung liefert, und wählt diese Kombination. Außerdem gibt es einen Proportionaldruckmodus, der den Rohrreibungsverlust ausgleicht: Steigt der Bedarf, wird der Solldruck um einen gewissen Betrag angehoben, sodass der Druck an der entfernten Armatur konstant bleibt, während bei geringem Volumenstrom kein unnötig hoher Druck erzeugt wird.
Die Hydro MPC darf nicht mit Brandschutzsystemen verwechselt werden. Feuerlöschpumpenanlagen unterliegen einem eigenen Normenkomplex, einer eigenen Zertifizierung und einer eigenen Regelungslogik; eine Druckerhöhungsanlage für Klarwasser kann diese Aufgabe nicht übernehmen. Der Wunsch, beide Systeme in einer Anlage zu vereinen, kommt vor Ort häufig auf, und die richtige Antwort lautet immer Nein. Die Auswahlkriterien auf der Brandschutzseite können Sie gesondert nachlesen. (Details: Wie wählt man eine Feuerlöschpumpenanlage aus?)
07Übergangsschwellen zwischen den Baureihen: klare Grenzen für Volumenstrom und Förderhöhe
Die kürzeste Antwort auf die Frage, welche Grundfos Druckerhöhungsanlage ich wählen sollte, ist die folgende Schwellentabelle. Die Werte sind das Ergebnis einer einzigen Berechnung: Liegen der gleichzeitige Volumenstrom und die erforderliche Förderhöhe vor, ergibt sich die Baureihe von selbst. Liegt man sehr nah an einer Grenze, ist der Griff zur nächsthöheren Baureihe immer richtiger, als eine niedrigere Baureihe auszureizen.
- SCALA1 und SCALA2 — Volumenstrom: bis 5 m³/h; Förderhöhe: 45-55 mWS; Pumpenzahl: 1; Regelung: SCALA1 Druckschalter, SCALA2 interner Frequenzumrichter; Ansaugung: selbstansaugend, 8 m; Wechselschwelle: wenn der Volumenstrom 5 m³/h oder die Förderhöhe 55 mWS überschritten wird
- CMBE und CMBE Twin — Volumenstrom: 1-9 m³/h; Förderhöhe: 30-80 mWS; Pumpenzahl: 1 oder 2; Regelung: integrierter MGE-Frequenzumrichter, Konstantdruck; Ansaugung: nicht selbstansaugend, gefüllte Saugleitung zwingend; Wechselschwelle: wenn der Volumenstrom 9 m³/h oder die Förderhöhe 80 mWS überschritten wird
- CME und CRE — Volumenstrom: 3-45 m³/h; Förderhöhe: von 30 mWS bis über 200 mWS; Pumpenzahl: 1; Regelung: integrierter MGE-Frequenzumrichter, Konstantdruck oder Proportionaldruck mit Sensor; Ansaugung: gefüllte Saugleitung; Wechselschwelle: wenn eine unterbrechungsfreie Wasserversorgung gefordert ist oder der Wirkungsgradbestwert einer einzelnen Pumpe überschritten wird
- Hydro Multi-E — Volumenstrom: 10-40 m³/h; Förderhöhe: 40-120 mWS; Pumpenzahl: 2 oder 3; Regelung: eigener Frequenzumrichter je Pumpe, stufenweise Zuschaltung, Laufzeitausgleich; Wechselschwelle: wenn 40 m³/h überschritten werden oder BMS-Integration und erweitertes Ressourcenmanagement gewünscht sind
- Hydro MPC — Volumenstrom: 20-200 m³/h; Förderhöhe: 40-160 mWS; Pumpenzahl: 2-6; Regelung: Regeleinheit CU 352, MPC-E mit vollständig Frequenzumrichter, MPC-F mit einem Frequenzumrichter, MPC-S drehzahlkonstant; Wechselschwelle: Programmgrenze, darüber Sonderplanung
Bei diesen Schwellen ist zu beachten, dass sich die Bereiche bewusst überlappen. Ein Volumenstrom von 8 m³/h kann sowohl mit der CMBE als auch mit der CRE gedeckt werden; 35 m³/h liegen sowohl im Bereich der Hydro Multi-E als auch der Hydro MPC. Im Überlappungsbereich entscheidet nicht der Volumenstrom, sondern der Bedarf an Versorgungssicherheit und Regelung.
Der zweite Punkt ist, dass die maximalen Katalogwerte kein Betriebspunkt sind. Die Förderhöhe von 45 mWS einer Pumpe ist der Wert bei geschlossenem Ventil, also bei einem Volumenstrom von null. Dieselbe Pumpe liefert bei 3 m³/h Volumenstrom 25-30 mWS. Bei der Baureihenwahl ist nicht die größte Zahl in der Katalogüberschrift zu vergleichen, sondern die tatsächliche Förderhöhe beim berechneten Volumenstrom.
Der dritte Punkt ist der Druck auf der Saugseite. In Anlagen, in denen der Netzdruck direkt in die Pumpe gelangt, wird dieser Druck von der erforderlichen Förderhöhe abgezogen. Liegt im Netz ein Versorgungsdruck von 15 mWS an und beträgt die berechnete Anforderung 70 mWS, so sind von der Pumpe 55 mWS gefordert. Bei Ansaugung aus einem Behälter gibt es einen solchen Gewinn nicht; die gesamte Höhe wird von der Pumpe gefordert.
08Welche Serie braucht welches Gebäude? Das klare Urteil
Der Gebäudetyp ist die Abkürzung zur Berechnung von Volumenstrom und Förderhöhe. Die folgenden Zuordnungen lassen sich nutzen, um festzulegen, über welchen Bereich gesprochen wird, bevor gemessen wird; die endgültige Auswahl muss dennoch durch Berechnung bestätigt werden. Jede Zeile enthält ein klares Urteil.
- Eingeschossiges freistehendes Haus, 1-2 Zapfstellen gleichzeitig, Gartenbewässerung — SCALA1 3-45; die drehzahlkonstante Bauweise genügt für diese Nutzung, und sie ist die Lösung mit den wenigsten elektronischen Ausfallstellen
- Zwei- bis dreigeschossige Villa, ein Bad, Duschkomfort hat Vorrang — Grundfos SCALA2 3-45; dass der Solldruck im Bereich von ±0,2 bar konstant bleibt, ist allein schon Begründung genug
- Drei- bis viergeschossige Villa, zwei Bäder, gleichzeitig 7 m³/h — Grundfos CMBE 5; die SCALA-Baureihe stößt bei diesem Volumenstrom an ihre Grenze, die CMBE arbeitet komfortabel
- Kleines Hotel oder Pension, 10-15 Zimmer, Ausfall nicht akzeptabel — CMBE Twin oder zweipumpige Hydro Multi-E; Redundanz ist zwingend
- Acht- bis zehngeschossiges Mehrfamilienhaus, 20-30 Wohnungen, 20 m³/h und 90 mWS — dreipumpige Hydro Multi-E; zwei Betriebspumpen und eine Reservepumpe sind der Standard für dieses Gebäude
- Bürogebäude mit vielen Geschossen, im Tagesverlauf stark schwankender Volumenstrom — Hydro MPC-E; stufenweise Zuschaltung und Proportionaldruckmodus sind bei veränderlichem Lastprofil die effizienteste Lösung
- Auswahl einer Druckerhöhungsanlage für ein Hotel, über 100 Zimmer, BMS-Überwachung zwingend — Hydro MPC-E mit vier bis sechs Pumpen; Alarmmanagement und Fernüberwachung sind bei dieser Größenordnung Pflicht
- Unterbrechungsfrei zu betreibende Anlage wie Krankenhaus, Labor, Rechenzentrum — Hydro MPC-E, vollredundant, mit doppelter Einspeisung und automatischer Zuschaltung der Reserve
- Industrielles Waschen, Speisung am Ausgang von Wasseraufbereitungsanlagen, aggressives Wasser — Lösung auf CRE-Basis; Edelstahl-Werkstoffklasse und hohe Förderhöhe sind hier ausschlaggebend
- Netz mit Unterbrechungen, Behälter im Keller, kleines Gebäude mit geringem Höhenunterschied — SCALA1 5-55; Selbstansaugvermögen und Einfachheit entsprechen diesem Szenario genau
Die in dieser Liste am häufigsten vorkommende Fehlzuordnung ist die Lösung von Mehrfamilienhäusern mit einer einpumpigen CRE. Weil die Berechnung aufgeht, erscheint sie technisch möglich; wird die Pumpe jedoch zur Wartung abgeschaltet oder muss die Wellendichtung gewechselt werden, bleibt das ganze Gebäude ohne Wasser. Bei einem Gebäude mit dreißig Wohnungen ist das kein akzeptables Betriebsszenario.
Der zweite häufige Fehler ist die Empfehlung einer Mehrpumpenanlage für eine kleine Villa. Redundanz ist immer gut, doch bei einem Gebäude mit einem Spitzenvolumenstrom von 7 m³/h führt eine dreipumpige Anlage dazu, dass die Pumpen ständig an der Mindestdrehzahlgrenze arbeiten, und zu unnötigen Schaltspielen. Der richtige Maßstab ist der, bei dem der tatsächliche Volumenstrom auf dem Wirkungsgradbestwert liegt. Für einen breiteren Vergleich auf Ebene von Marken und Segmenten finden Sie Informationen in unserem Ratgeber zu Marken von Druckerhöhungsanlagen. (Details: Welche sind die besten Marken für Druckerhöhungsanlagen? Grundfos, Wilo, DAB, Lowara, Etna und Sumak im Vergleich)
09Berechnung des Spitzenvolumenstroms: Schritt für Schritt
Der Volumenstrom einer Druckerhöhungsanlage wird nicht nach dem Gesamtvolumenstrom aller Armaturen der Anlage gewählt, sondern nach der Gleichzeitigkeitsannahme. Beim Ansatz nach DIN 1988-300 wird jeder Armatur ein Belastungswert (LU) zugeordnet, und aus dem Summenbelastungswert ergibt sich der Spitzenvolumenstrom. Die Beziehung lautet: Q = 0,682 × (ΣLU) hoch 0,45 minus 0,14. Das Ergebnis ist in Liter/Sekunde angegeben; durch Multiplikation mit 3,6 wird es in m³/h umgerechnet.
Die Belastungswerte werden für Wohnungsarmaturen wie folgt angesetzt: Spülkasten 1 LU, Waschbecken 1 LU, Dusche 2 LU, Küchenspüle 2 LU, Waschmaschine 2 LU, Geschirrspüler 2 LU. Eine Standardwohnung ergibt mit diesen Positionen 10 LU. Bei Bädern mit Badewanne und bei zweiten Bädern steigt dieser Wert auf 14-16 LU.
Beispiel 1 — Mehrfamilienhaus mit zwölf Wohnungen. Schritt 1: Setzt man jede Wohnung mit 10 LU an, ergibt sich ΣLU = 12 × 10 = 120 LU. Schritt 2: 120 hoch 0,45 wird berechnet und ergibt ca. 8,62. Schritt 3: Q = 0,682 × 8,62 − 0,14 = 5,88 − 0,14 = 5,74 l/s. Schritt 4: Umgerechnet in m³/h ergibt sich 5,74 × 3,6 = 20,7 m³/h.
Dieses Ergebnis bestimmt unmittelbar die Baureihe. 20,7 m³/h liegen weit oberhalb des Bereichs von SCALA und CMBE; mit einer einzelnen CRE ließe sich das decken, aber ohne Redundanz. Die richtige Lösung ist eine dreipumpige Hydro Multi-E mit je etwa 10 m³/h pro Pumpe: Zwei Pumpen decken den Spitzenvolumenstrom, die dritte steht als Reserve bereit.
Beispiel 2 — Wohnblock mit sechzig Wohnungen. Schritt 1: ΣLU = 60 × 10 = 600 LU. Schritt 2: 600 hoch 0,45 ergibt ca. 17,79. Schritt 3: Q = 0,682 × 17,79 − 0,14 = 12,13 − 0,14 = 11,99 l/s. Schritt 4: 11,99 × 3,6 = 43,2 m³/h. Dieser Wert liegt am Beginn des Bereichs der Hydro MPC und wird mit einer vierpumpigen Anlage gedeckt.
Der kritischste Aspekt der Berechnung ist, dass die Formel nicht linear ist. Eine Verfünffachung der Wohnungszahl führt nicht zu einer Verfünffachung des Spitzenvolumenstroms; der Wert von 20,7 m³/h bei 120 LU steigt bei 600 LU nur auf 43,2 m³/h. Das ist die grundlegende Mathematik, die bei großen Gebäuden die Kosten der Pumpenanlage je Wohnung senkt, und sie erklärt, warum Projekte, die proportional zur Wohnungszahl auslegen, viel zu groß ausfallen.
10Förderhöhenberechnung: Beispiel eines achtgeschossigen Gebäudes
Die Antwort auf die Frage, wie viele Geschosse eine Grundfos Druckerhöhungsanlage schafft, ist keine feste Zahl; sie ergibt sich durch Berechnung. Die erforderliche Förderhöhe ist die Summe aus drei Anteilen: statische Höhe, Rohrreibungsverlust und der an der Armatur geforderte Restdruck. Die Formel lautet: H erforderlich = H statisch + H Reibung + H Armatur. Bei direkter Speisung aus dem Netz wird der Saugdruck von dieser Summe abgezogen.
Schritt 1 — statische Höhe. Setzt man bei einem achtgeschossigen Gebäude eine Geschosshöhe von 3 m an, ergeben sich 8 × 3 = 24 m. Dazu kommen 2,5 m für die Höhe des Kellergeschosses, in dem die Pumpe steht, und 2,1 m für die Höhe des Brausekopfs im obersten Geschoss über dem Boden. Die gesamte statische Höhe beträgt 24 + 2,5 + 2,1 = 28,6 mWS.
Schritt 2 — Reibungsverlust. Beträgt die gesamte vertikale und horizontale Rohrlänge vom Keller bis zur am weitesten entfernten Armatur 70 m und setzt man einen spezifischen Verlust von 0,15 mWS/m an, ergeben sich 70 × 0,15 = 10,5 mWS. Für die äquivalente Länge von Bögen, T-Stücken, Armaturen und Zählern werden auf diesen Wert 30 Prozent aufgeschlagen: 10,5 × 1,3 = 13,7 mWS.
Schritt 3 — Restdruck an der Armatur. Für eine Standard-Brausearmatur werden 1,5 bar, für einen Regenbrausekopf 2,0 bar empfohlen. 2,0 bar entsprechen 20,4 mWS. Für eine komfortable Dusche im obersten Geschoss wird dieser Wert zugrunde gelegt.
Schritt 4 — Summe. H erforderlich = 28,6 + 13,7 + 20,4 = 62,7 mWS. Wird dieses Gebäude aus einem Behälter versorgt, beträgt der von der Pumpe geforderte Wert 62,7 mWS. Speist das Netz die Pumpe direkt und beträgt der Eingangsdruck 15 mWS, sinkt die Anforderung auf 47,7 mWS. Die Differenz von 15 mWS ist groß genug, um sogar die Baureihenwahl zu verändern.
Die Auswertung lautet: Die Werte 62,7 mWS und 20,7 m³/h liegen außerhalb des Bereichs von SCALA und CMBE. Dieses Gebäude wird mit einer dreipumpigen Hydro Multi-E auf CRE-Basis in der Anordnung zwei Betriebspumpen und eine Reserve gelöst. Bei hohen Gebäuden ist zusätzlich eine Druckzonierung erforderlich; in den unteren Geschossen ist ein Druck von 62 mWS für die Armaturen zu hoch, und an den Geschosseingängen werden Druckminderer eingebaut. (Details: Verwendung von Druckminderern)
Die Zonierung wird bei Gebäuden mit mehr als fünfzehn Geschossen zwingend. Beim Ansatz nach TS EN 806-3 darf der Druck vor der Armatur eine bestimmte Obergrenze nicht überschreiten; in der Praxis verkürzt ein statischer Druck über 5 bar die Lebensdauer der Dichtungen und erhöht das Risiko von Wasserschlag. In solchen Gebäuden werden statt einer einzelnen Anlage getrennte Druckstufen für die untere und die obere Zone eingerichtet.
11Einzelpumpe oder Mehrpumpenanlage? Die Entscheidung zur Redundanz
Die Wahl zwischen einer Einzelpumpe und einer Mehrpumpenanlage ist keine Frage der Volumenstromberechnung, sondern des Betriebsrisikos. In einem einpumpigen System bedeutet der Stillstand der Pumpe, dass das gesamte Gebäude ohne Wasser ist. In einer Mehrpumpen-Druckerhöhungsanlage bedeutet der Ausfall einer Pumpe dagegen, dass die Kapazität um einen bestimmten Anteil sinkt; das Wasser fließt weiter.
Für die Entscheidung werden drei Fragen gestellt. Erstens: Wie viele Stunden Wasserausfall sind akzeptabel? Im Wohnbereich sind einige Stunden tolerierbar, im Hotel nicht, im Krankenhaus gar nicht. Zweitens: Wie schnell sind Ersatzteile und Service erreichbar? Drittens: Gibt es im System einen Zwischenbehälter? In einem Gebäude mit Dachbehälter macht sich der Stillstand einer einzelnen Pumpe erst um die Entleerungszeit des Behälters verzögert bemerkbar.
Die Wahl der Redundanz wird meist mit der Regel N plus 1 ausgedrückt. Sind zur Deckung des Spitzenvolumenstroms N Pumpen erforderlich, wird der Anlage eine weitere Pumpe hinzugefügt. In einer dreipumpigen Anlage decken zwei Pumpen den Spitzenvolumenstrom von 20 m³/h, die dritte wartet. Bei kritischen Anlagen findet sich auch die Ausführung N plus 2; sie wird bevorzugt, damit eine zweite Pumpe zur Wartung genommen werden kann, während eine ausgefallen ist.
Der zweite Nutzen einer Mehrpumpenanlage liegt beim Wirkungsgrad. Eine einzelne große Pumpe arbeitet bei geringem Volumenstrom am linken Ende ihrer Kennlinie, und ihr Wirkungsgrad sinkt. Denselben Volumenstrom mit einer von drei kleinen Pumpen zu decken, hält diese Pumpe nahe am Wirkungsgradbestwert. In Gebäuden, in denen der Volumenstrom im Tagesverlauf stark schwankt, ist dieser Unterschied in der jährlichen Energierechnung messbar.
Der dritte Nutzen ist die Verteilung der Schaltspiele. Die Regeleinheit wechselt bei jedem Zuschalten die Reihenfolge und gleicht die Betriebsstunden der Pumpen aus. So verteilt sich der Verschleiß von Wellendichtung und Wälzlager gleichmäßig auf die Pumpen; die Wartungsintervalle werden vorhersehbar, und ein deutlich früherer Ausfall einer einzelnen Pumpe wird verhindert. Unseren Ansatz zur Wartungsplanung haben wir in einem eigenen Ratgeber zusammengestellt. (Details: Pumpenwartung)
Der Preis einer Mehrpumpenanlage sind dagegen Platzbedarf, Anfangsinvestition und Komplexität. Eine Anlage mit Verteiler beansprucht deutlich mehr Fläche als eine Einzelpumpe; die Größe des Pumpenraums muss in der Planungsphase entsprechend festgelegt werden. Außerdem werden für jede Pumpe eine eigene Absperrarmatur, ein Rückschlagventil und ein Kompensator benötigt. Für die Auswahl der Armaturen innerhalb der Anlage finden Sie Informationen in unserer Produktgruppe Ventile und Armaturen. (Details: Ventile & Armaturen)
12Wie viele kWh pro Jahr spart die stufenweise Zuschaltung?
Der Energiegewinn einer drehzahlvariabel und stufenweise arbeitenden Anlage hat zwei Quellen. Erstens: Ein drehzahlkonstantes System treibt den Druck bis zur oberen Grenze eines Schaltfensters hoch, während ein drehzahlvariables System den Solldruck nicht überschreitet. Zweitens: Der Betriebspunkt wird nahe am Wirkungsgradbestwert der Pumpe gehalten. Rechnen wir das an einem konkreten Gebäude durch.
System: eine dreipumpige Anlage, Spitzenvolumenstrom 30 m³/h, erforderliche Förderhöhe 60 mWS. Der mittlere Tagesvolumenstrom beträgt dreißig Prozent des Spitzenvolumenstroms, also 9 m³/h. Jährliche Betriebsdauer 4.000 Stunden. Formel für die hydraulische Leistung: P hydraulisch in kW = Q × H geteilt durch 367; dabei ist Q in m³/h und H in mWS angegeben.
Berechnung für die drehzahlkonstante Auslegung. Da das Schaltfenster zwischen 60-75 mWS arbeitet, wird als mittlere Förderhöhe 70 mWS angesetzt. Schritt 1: P hydraulisch = 9 × 70 / 367 = 1,72 kW. Schritt 2: Setzt man den Pumpenwirkungsgrad bei geringem Volumenstrom mit etwa 0,58 an, ergibt sich eine Wellenleistung von 1,72 / 0,58 = 2,96 kW. Schritt 3: Mit einem Motorwirkungsgrad von 0,85 ergibt sich eine elektrische Leistung von 2,96 / 0,85 = 3,48 kW. Schritt 4: Jahresverbrauch 3,48 × 4.000 = 13.920 kWh/Jahr.
Dieselbe Berechnung für die drehzahlvariable Auslegung. Der Druck wird konstant bei 60 mWS gehalten. Schritt 1: P hydraulisch = 9 × 60 / 367 = 1,47 kW. Schritt 2: Da der Betriebspunkt nahe am Wirkungsgradbestwert liegt, wird ein Wirkungsgrad von 0,60 angesetzt; Wellenleistung 1,47 / 0,60 = 2,45 kW. Schritt 3: Mit dem kombinierten Wirkungsgrad von Motor und Frequenzumrichter von 0,84 ergibt sich eine elektrische Leistung von 2,45 / 0,84 = 2,92 kW. Schritt 4: Jahresverbrauch 2,92 × 4.000 = 11.680 kWh/Jahr.
Die Differenz beträgt 13.920 minus 11.680 = 2.240 kWh/Jahr, also eine Einsparung von rund 16 Prozent. Das liegt weit über dem Unterschied in der Größenordnung von 80-100 kWh, der bei einer einzelnen Druckerhöhungsanlage für ein Wohngebäude zu beobachten ist, und begründet technisch die Wahl der variablen Drehzahl bei Mehrpumpenanlagen. In Anlagen wie Hotels und Krankenhäusern, in denen die Betriebsdauer auf 6.000 Stunden steigt, erhöht sich die Differenz auf 3.300 kWh/Jahr.
Auf der Energieseite ist der zweite Posten der Anlaufstrom. Ein drehzahlkonstanter Motor zieht bei jedem Zuschalten das 4-6-Fache des Nennstroms. Eine dreipumpige Anlage mit 40 Anläufen pro Tag bedeutet etwa 43.800 Anläufe im Jahr. Bei der Auslegung mit Frequenzumrichter wird der Motor über eine Rampe beschleunigt, der Anlaufstrom übersteigt den Nennwert nicht; das entlastet sowohl die Transformatorlast als auch die Querschnittsberechnung.
Bei der Effizienz darf auch die regulatorische Seite nicht übersehen werden. Die Verordnung 547/2012/EU legt für Wasserpumpen über den Mindesteffizienzindex MEI eine Untergrenze fest; bei Umwälzpumpen auf der Heizungsseite wird der in EN 16297 definierte EEI-Wert zugrunde gelegt. Unseren Ansatz zur Energie im Gesamtsystem haben wir in einem eigenen Beitrag zusammengestellt. (Details: Energieeffizienz in mechanischen Anlagen)
13Regelung und Automation: Welche Baureihe bietet welche Tiefe?
Der unscheinbarste, aber ausschlaggebendste Unterschied zwischen den Grundfos Baureihen der Druckerhöhungsanlagen ist die Regelungstiefe. Zwei Systeme, die denselben Volumenstrom und denselben Druck erzeugen, zeigen bei den Regelungsfähigkeiten ein völlig unterschiedliches Betriebsverhalten. Die folgende Aufstellung zeigt, wie die Regelung mit dem Aufstieg in der Produktpalette tiefer wird.
- SCALA1 — Regelung: Druckschalter und Membranbehälter mit 0,5 l; einstellbarer Solldruck: nein; Überwachung: nein; Kommunikation: nein; Schutz: Trockenlaufschutz vorhanden
- SCALA2 3-45 — Regelung: interner Frequenzumrichter und Drucksensor; einstellbarer Solldruck: 1,5-5,5 bar, Schrittweite 0,1 bar; Überwachung: Frontbedienfeld; Kommunikation: nein; Schutz: Trockenlauf, Überlast, Übertemperatur
- CMBE — Regelung: integrierter MGE-Frequenzumrichter, Konstantdruck; einstellbare Parameter: Solldruck, Mindestdrehzahl, Rampenzeit, Schutzschwellen; Überwachung: Bedienfeld und Grundfos GO; Kommunikation: Eingang für externen Sollwert und Feldbus über Modul
- CME und CRE — Regelung: MGE-Frequenzumrichter, Konstantdruck oder Proportionaldruck; einstellbare Parameter: mehrere Sollwerte, Fernregelung über Analogeingang; Überwachung: Bedienfeld, Grundfos GO, Relaisausgänge; Kommunikation: Feldbus über optionales Modul
- Hydro Multi-E — Regelung: Frequenzumrichter je Pumpe, stufenweise Zuschaltung; einstellbare Parameter: Solldruck, Stufenschwellen, Laufzeitausgleich; Überwachung: Anlagenbedienfeld; Kommunikation: Gebäudeautomation über Modul
- Hydro MPC — Regelung: Regeleinheit CU 352, intelligente Kaskade; einstellbare Parameter: zeitprogrammgesteuerte Mehrfach-Sollwerte, Proportionaldruck-Kennlinie, Alarmhierarchie, Zuschaltung der Reserve; Überwachung: grafisches Farbdisplay und Datenaufzeichnung; Kommunikation: Modbus, BACnet und ähnliche Protokolle
14Ausdehnungsgefäß, Saugbedingungen und Kavitation
Da eine drehzahlvariable Druckerhöhungsanlage den Druck über die Drehzahl abdeckt, benötigt sie keinen großvolumigen Druckbehälter. Dennoch befindet sich in den Anlagen ein kleiner Membran-Druckbehälter mit 8-24 Litern. Die Aufgabe dieses Behälters ist nicht, Druck zu speichern, sondern bei sehr kleinen Volumenstromanforderungen ein ständiges Ein- und Ausschalten der Pumpe zu verhindern und die Druckwelle beim Stillstand zu dämpfen.
Der Vordruck des Behälters ist eine kritische Einstellung. Die Regel lautet: Der Luftvordruck des Behälters wird auf etwa 90 Prozent des Solldrucks eingestellt. Beträgt der Sollwert 6 bar, sollte der Vordruck bei ca. 5,4 bar liegen. Ein falscher Vordruck hat zwei Folgen: Ist er zu hoch, arbeitet der Behälter gar nicht; ist er zu niedrig, wird die Membran bei jedem Zyklus vollständig zusammengedrückt und reißt vorzeitig. Die Einzelheiten der Volumenberechnung haben wir in einem eigenen Ratgeber behandelt. (Details: Berechnung des Ausdehnungsgefäßes)
Die Saugseite ist bei Mehrpumpenanlagen empfindlicher als bei einpumpigen Systemen. Der gemeinsame Saugverteiler speist alle Pumpen aus derselben Leitung; ist der Verteilerdurchmesser zu klein oder die Leitung vom Behälter zum Verteiler zu eng gewählt, sinkt bei gleichzeitigem Lauf aller drei Pumpen der Saugdruck, und es setzt Kavitation ein. Der Verteilerdurchmesser muss nach dem Gesamtvolumenstrom aller Pumpen dimensioniert werden.
Kavitation ist die Bildung von Dampfblasen, wenn der Druck am Laufradeintritt unter den Dampfdruck des Wassers fällt, und deren Implosion im Hochdruckbereich. Anzeichen sind ein metallisches Geräusch wie von Kies, Wirkungsgradverlust und Auswaschungen an der Laufradoberfläche. Bei mehrstufigen Pumpen beginnt der Schaden an der ersten Stufe und erfasst, wenn er unbemerkt bleibt, die gesamte Stufengruppe. Den Beitrag, in dem wir das Thema ausführlich behandeln, können Sie nachlesen. (Details: Was ist Pumpenkavitation und wie lässt sie sich vermeiden?)
Die zahlenmäßige Entsprechung der Saugbedingung ist die NPSH-Reserve. Der von der Anlage angebotene NPSH-Wert muss mindestens 0,5-1,0 m über dem von der Pumpe geforderten NPSH-Wert liegen. Bei Warmwasseranwendungen wird diese Reserve vergrößert, weil mit steigender Temperatur der Dampfdruck des Wassers steigt und die vorhandene Reserve schwindet. Die Saugbedingung bei Wasser mit 60 Grad ist in derselben Anlage deutlich schwieriger als bei Wasser mit 20 Grad.
Praktische Maßnahmen lassen sich aufzählen: den Behälter oberhalb der Pumpe anordnen, die Saugleitung so kurz und gerade wie möglich führen, die Saugleitung nicht kleiner als den Pumpeneintrittsdurchmesser wählen, keine U-förmigen Hochpunkte (umgekehrtes U) ausbilden, in denen sich Luftsäcke bilden, und auf der Saugseite keine Armatur zur Drosselung verwenden. Werden diese fünf Regeln angewendet, entfällt der größte Teil der saugseitig bedingten Störungen. Für Anschlusselemente finden Sie Informationen in unserer Produktgruppe Installationstechnik. (Details: Installationstechnik)
15Kostenpositionen: Wofür zahlen Sie?
Der Preisunterschied zwischen den Grundfos Druckerhöhungsanlagen stammt nicht aus einer einzelnen Position. Mit dem Aufstieg in der Produktpalette kommen sowohl auf der Ausrüstungs- als auch auf der Betriebsseite neue Positionen hinzu. Bei der Entscheidung diese Positionen einzeln zu betrachten, ist der einzige Weg, die Total Cost of Ownership richtig abzuschätzen.
Die Positionen auf der Seite der Anfangsinvestition sind folgende: Pumpengehäuse und Stufenzahl, Motorleistung und Vorhandensein eines Frequenzumrichters, Leistungsniveau der Regeleinheit, Verteiler und Grundrahmen der Anlage, Absperrarmatur und Rückschlagventil für jede Pumpe, Drucksensor und Behälter, Schaltschrank und Querschnitt der Zuleitung, Schwingungsdämmelemente und flexible Kompensatoren.
Die Positionen auf der Montageseite werden gesondert berechnet: Vorbereitung des Pumpenraums und Fundamentsockel, Rohranschlüsse und Schweißarbeiten, Elektroinstallation und Erdung, Inbetriebnahme und Parametrierung sowie, falls eine Integration in die Gebäudeautomation erfolgt, Kommunikationskarte und Softwarekonfiguration. Im Maßstab der Hydro MPC erfordert diese letzte Position einen Arbeitsaufwand, der nicht unterschätzt werden sollte.
Die Positionen auf der Betriebsseite sind dagegen: jährlicher Stromverbrauch, Arbeitsaufwand für die regelmäßige Wartung, Wechsel von Gleitringdichtungen und Dichtungen, Wartung von Lüfter und Filter des Frequenzumrichters, Sensorkalibrierung, Ersatzteile und Arbeitsausfall im Störungsfall. In einer Anlage, die unterbrechungsfrei laufen muss, kann die letzte Position größer sein als alle anderen zusammen.
Ein häufiger Fehler beim Gesamtkostenvergleich ist, nur die Anfangsinvestition zu vergleichen. Eine drehzahlkonstante MPC-S-Anlage wird mit geringeren Ausrüstungskosten errichtet als eine MPC-E-Anlage mit Frequenzumrichter; bei 4.000 Stunden Jahresbetrieb verbraucht sie jedoch 2.240 kWh/Jahr mehr und bringt die Pumpen in deutlich mehr Schaltspiele. Im Zehnjahreszeitraum kehrt sich das Bild um.
16Die 5 häufigsten Fehler
Die folgenden fünf Fehler sind die Probleme, die bei der Baureihenwahl innerhalb der Grundfos Produktpalette vor Ort am häufigsten auftreten und nachträglich am teuersten zu beheben sind. Alle lassen sich in der Planungsphase mit einer Prüfung von wenigen Minuten vermeiden.
- Fehler 1 — Zu geringen Volumenstrom durch den Wechsel auf eine höhere Regelungsstufe lösen zu wollen: Die SCALA2 verwendet dieselbe Hydraulik wie die SCALA1 und liefert nicht mehr Wasser. Ebenso trägt die MPC-E dieselben Pumpen wie die MPC-S. Ein Wechsel der Regelungsart verbessert Druckstabilität und Energiebedarf; die Kapazität erhöht er nicht. Ein Kapazitätsproblem lässt sich nur mit einer größeren oder mit mehr Pumpen lösen.
- Fehler 2 — Die Auswahl nach der maximalen Förderhöhe im Katalog treffen: Überschriftswerte wie 45 mWS oder 120 mWS sind Werte bei geschlossenem Ventil und Volumenstrom null. Die Auswahl muss nach dem tatsächlichen Kennlinienpunkt beim berechneten Volumenstrom erfolgen; andernfalls bricht der Druck des Systems bei Spitzennutzung ein, und in den oberen Geschossen wird das Wasser schwach.
- Fehler 3 — CMBE oder CRE für selbstansaugend halten: Diese Baureihen setzen voraus, dass Saugleitung und Gehäuse gefüllt sind. Wird die Saugseite beim Wechsel von der SCALA nicht neu konzipiert, fördert das Gerät bei der ersten Inbetriebnahme kein Wasser, und die trocken laufende Gleitringdichtung wird innerhalb von Sekunden beschädigt.
- Fehler 4 — Eine Mehrpumpenanlage nicht nach dem Spitzenvolumenstrom, sondern nach dem Gesamtvolumenstrom der Armaturen dimensionieren: Eine ohne Gleichzeitigkeitsannahme gewählte Anlage fällt weit größer aus als nötig, die Pumpen arbeiten ständig an der Mindestdrehzahlgrenze, die Zahl der Schaltspiele steigt, und der Wirkungsgrad sinkt. Die Berechnung nach DIN 1988-300 darf nicht übersprungen werden.
- Fehler 5 — Den gemeinsamen Saugverteiler nur für eine einzelne Pumpe auslegen: Arbeiten drei Pumpen gleichzeitig, senkt ein zu enger Verteiler den Saugdruck, und es setzt Kavitation ein. Der Verteilerdurchmesser muss stets nach dem gesamten Spitzenvolumenstrom dimensioniert werden, und auch die Leitung vom Behälter zum Verteiler muss nach demselben Kriterium behandelt werden.
17Checkliste vor dem Projekt
Bevor Sie zur Baureihenwahl übergehen, sollten Ihnen die Antworten auf alle folgenden Punkte vorliegen. Ein fehlender Punkt erhöht unmittelbar die Wahrscheinlichkeit, dass die Auswahl vor Ort nicht trägt, und die Korrektur bedeutet meist einen Pumpenwechsel.
- Wurde die Summe der Belastungswerte ΣLU ermittelt und der Spitzenvolumenstrom berechnet? (m³/h)
- Wurde der vertikale Abstand zwischen der höchsten Armatur und der Pumpenwellenhöhe gemessen? (mWS)
- Wurden die gesamte Rohrlänge und der geschätzte Reibungsverlust berechnet? Wurden für zusätzliche Verluste 30 Prozent Zuschlag angesetzt?
- Wurde der an der Armatur geforderte Restdruck festgelegt? (bar)
- Erfolgt die Speisung aus dem Netz oder aus einem Behälter? Falls aus dem Netz: Ist der garantierte Mindesteingangsdruck bekannt?
- Liegt die Behälterhöhe oberhalb der Pumpe? Falls nicht: Wurden Saughöhe und NPSH-Reserve geprüft?
- Wie viele Stunden Wasserausfall sind akzeptabel? Wird die Redundanz N plus 1 oder N plus 2 sein?
- Ist das Verhältnis von mittlerem Tagesvolumenstrom zu Spitzenvolumenstrom bekannt? Wurde die Pumpenzahl danach festgelegt?
- Erfordert die Gebäudehöhe eine Druckzonierung? Wurden für die unteren Geschosse Druckminderer geplant?
- Wird eine Integration in die Gebäudeautomation gewünscht? Falls ja: Wurden Protokoll und Kommunikationsmodul festgelegt?
- Eignen sich Grundfläche, Raumhöhe und Türbreite des Pumpenraums für den Durchgang der Anlage?
- Ist die elektrische Versorgung hinsichtlich Phasenzahl, Querschnitt und Fehlerstromschutz ausreichend?
- Ist die Wasserqualität bekannt? Beeinflussen Chlorid- und Härtewerte die Werkstoffklasse?
- Wurden Schwingungsdämmung, flexible Kompensatoren und akustische Maßnahmen im Budget berücksichtigt?
- Sind die Erreichbarkeitszeiten von Service und Ersatzteilen akzeptabel?
Ist diese Liste ausgefüllt, ergibt sich die Baureihenwahl nahezu von selbst. Liegen die Zahlen für Volumenstrom und Förderhöhe vor, bleibt nur noch, die Stufe nach dem Bedarf an Versorgungssicherheit und Automation zu bestimmen. Die Zahlen vor Ort zu messen, statt sie zu schätzen, ist entscheidend dafür, dass die Auswahl vor Ort trägt; ein Höhenfehler von einem Meter verschiebt den Betriebspunkt bei einem achtgeschossigen Gebäude in einen anderen Bereich der Kennlinie. Weitere Antworten finden Sie auf unserer Seite ‚Häufig gestellte Fragen‘. (Details: häufig gestellte Fragen)
18Häufig gestellte Fragen
Welches ist unter den Grundfos Druckerhöhungsanlagen das am häufigsten eingesetzte Modell?
Soll ich die Grundfos CMBE oder die CRE wählen?
Was tun, wenn die SCALA2 nicht ausreicht?
Wie viele Pumpen sollte eine Mehrpumpen-Druckerhöhungsanlage haben?
Wie viele Geschosse schafft eine Grundfos Druckerhöhungsanlage?
Wozu dient die Hydro MPC, und wie unterscheidet sie sich von der Hydro Multi-E?
Wie wählt man eine Druckerhöhungsanlage für ein Mehrfamilienhaus aus?
Worauf ist bei der Auswahl einer Druckerhöhungsanlage für ein Hotel zu achten?
Was kostet der Unterschied zwischen der drehzahlkonstanten MPC-S und der MPC-E mit Frequenzumrichter?
Benötigt die Druckerhöhungsanlage zusätzlich ein Ausdehnungsgefäß?
Die Wahl unter den Grundfos Druckerhöhungsanlagen läuft letztlich auf zwei Zahlen und eine Betriebsentscheidung hinaus: gleichzeitiger Volumenstrom, erforderliche Förderhöhe und die Zulässigkeit eines Wasserausfalls. Liegen diese drei Eingangsgrößen vor, ist die richtige Baureihe in wenigen Minuten geklärt. Grundfos ist eine der Marken, die Pomeka Mekanik im Programm führt; unser Ingenieurteam wählt Baureihe und Modell nach Ihren Projektdaten aus und dimensioniert das System einschließlich Verteiler und Saugseite als Ganzes. Sie können sich unsere Produktgruppe Druckerhöhung ansehen (Details: Pumpensysteme), die von uns geführten Marken einsehen (Details: unsere Markenseite) und mit Ihren Projektinformationen mit uns Kontakt aufnehmen (Details: unsere Kontaktseite).
Unterstützung zu diesem Thema
Bei Auswahl, Projektierung und Lieferung steht Ihnen das Ingenieurteam von Pomeka Mekanik zur Seite. Teilen Sie uns Volumenstrom, Förderhöhe und Nutzungsprofil Ihrer Anlage mit; gemeinsam bestimmen wir das passende Modell.




