Was ist die Grundfos MAGNA3? Unterschiede zwischen MAGNA1 und MAGNA3

Die Grundfos MAGNA3 ist eine elektronisch drehzahlgeregelte Nassläufer-Umwälzpumpe, die dafür ausgelegt ist, Wasser in geschlossenen Heizungs- und Kühlsystemen umzuwälzen. Nassläufer bedeutet, dass der Motorrotor im geförderten Medium läuft und von demselben Medium geschmiert und gekühlt wird. Bei dieser Bauweise gibt es keine Gleitringdichtung; damit entfallen auch Dichtungsleckagen und der regelmäßige Dichtungswechsel als Wartungsposition.

Auf der Motorseite kommen die permanentmagneterregte Synchrontechnologie und ein integrierter Frequenzumrichter zum Einsatz. Der Wirkungsgrad, der bei klassischen asynchronen Nassläuferpumpen durch den Rotorschlupf verloren geht, wird hier weitgehend zurückgewonnen. Das Ergebnis ist eine im Teillastbetrieb deutlich sinkende Leistungsaufnahme: Während eine drehzahlkonstante Pumpe im selben hydraulischen Punkt ihre volle Leistung aufnimmt, kann eine elektronisch geregelte Pumpe bei halber Last auf etwa ein Viertel der Leistungsaufnahme absinken.

Typische Einsatzbereiche sind: Heizkreise mit Heizkörpern und Fan-Coils, Verteiler von Fußbodenheizungen, Kaltwasserkreise, Primär- und Sekundärkreise in Heizsystemen, Quellenkreise von Geothermie- und Wärmepumpenanlagen sowie Trinkwarmwasser-Zirkulationsleitungen. In Wärmepumpenanwendungen ist die FLOWLIMIT-Funktion besonders nützlich, wenn der Volumenstrom auf der Quellenseite konstant gehalten werden muss. (Details: Wärmepumpen)

Die Betriebsgrenzen variieren je nach Baureihe und Gehäuse, der allgemeine Rahmen sieht jedoch so aus: Die Temperatur des Fördermediums liegt bei etwa minus 10 Grad Celsius bis plus 110 Grad Celsius, der Betriebsdruck bewegt sich je nach Gehäuse bei PN 6, PN 10 oder PN 16, die Versorgungsspannung beträgt 1x230 V, 50 Hz. Die Schutzart liegt bei IP44. Für exakte Werte ist das aktuelle technische Datenblatt des jeweiligen Modells maßgeblich.

Die MAGNA3 wird als Einzelpumpe und als Doppelpumpe gefertigt. Die Einzelpumpenausführung dient einem einzelnen hydraulischen Strang, die Doppelpumpenausführung trägt zwei Pumpenköpfe auf demselben Flansch und wird in Kreisen eingesetzt, die Redundanz erfordern. Auf der Anschlussseite gibt es kleine Gehäuse mit Gewindeverschraubung und große Gehäuse mit Flanschanschluss; das Produktprogramm deckt etwa DN 25 bis DN 100 ab.

Die Antwort auf die Frage, wie man den MAGNA3-Modellcode liest, besteht aus drei Teilen: Die erste Zahl gibt den Anschlussdurchmesser an, die zweite Zahl die maximale Förderhöhe in Dezimetern, die Buchstaben den Gehäusetyp. Der Code Grundfos MAGNA3 32-100 F beschreibt beispielsweise eine Pumpe mit DN 32, Flanschanschluss und einer maximalen Förderhöhe bei Nullförderstrom von etwa 10 mWS.

• Erste Zahl – Nennweite des Anschlusses in DN. Sie nimmt die Werte 25, 32, 40, 50, 65, 80 und 100 an
• Zweite Zahl – Maximale Förderhöhe in Dezimetern. Der Wert 40 bedeutet 4 mWS, der Wert 100 bedeutet 10 mWS, der Wert 180 bedeutet 18 mWS
• Buchstabe F – Flanschgehäuse. Fehlt der Buchstabe, handelt es sich um einen Gewindeanschluss
• Buchstabe D – Doppelpumpengehäuse. Modelle der Grundfos MAGNA3 mit dem Kürzel D tragen zwei Pumpenköpfe auf demselben Gehäuse
• Buchstabe N – Option mit Edelstahlgehäuse. Erforderlich in Kreisen mit sauerstoffhaltigem Frischwasser, etwa bei der Trinkwarmwasser-Zirkulation
• Abschließende Zahl – Bei Flanschgehäusen dient sie zur Unterscheidung von Baulänge und Nenndruck

Dieselbe Codelogik gilt auch bei der MAGNA1. Eine Grundfos MAGNA1 32-100 teilt sich hydraulisch dasselbe Gehäuse und eine ähnliche Kennlinie mit der MAGNA3 32-100. Der Unterschied zwischen den beiden Baureihen liegt nicht in der Hydraulik, sondern in Regelung und Kommunikation. Deshalb erfordert der Wechsel von der MAGNA1 zur MAGNA3 in einer Anlage keine Änderung an der Verrohrung; in vielen Fällen werden nur der Pumpenkopf und der elektrische Anschluss getauscht.

Für eine grobe Orientierung beim Volumenstrom lassen sich folgende Richtwerte heranziehen: Gehäuse mit DN 32 fördern etwa 8–12 m³/h, Gehäuse mit DN 50 etwa 25–35 m³/h, Gehäuse mit DN 80 und DN 100 bis zu etwa 55–75 m³/h. Diese Werte sind Endpunkte auf der Maximalkennlinie; der tatsächliche Betriebspunkt liegt immer im Schnittpunkt mit der Anlagenkennlinie. Für die Auswahl von Rohren und Armaturen finden Sie Informationen in unserer entsprechenden Produktgruppe. (Details: Installationstechnik)

Der Unterschied zwischen MAGNA1 und MAGNA3 lässt sich in einem Satz fassen: Die MAGNA1 ist eine Pumpe, die effizient arbeitet, wenn sie richtig eingestellt ist; die MAGNA3 ist eine Pumpe, die die richtige Einstellung selbst findet und berichtet, was sie tut. Beide werden mit einem Wert unterhalb der EEI-Grenze deklariert, beide verwenden einen permanentmagneterregten Motor, beide teilen sich dieselben hydraulischen Gehäuse. Der Unterschied liegt in der Regelintelligenz, der Messfähigkeit und der Kommunikation.

• Regelungsarten – MAGNA1: drei grundlegende Regelungsarten, nämlich Proportionaldruck, Konstantdruck und Konstantkennlinie; MAGNA3: zusätzlich zu diesen dreien AUTOADAPT, FLOWADAPT, FLOWLIMIT, Konstanttemperatur, Differenztemperatur, Maximal- und Minimalkennlinie
• Automatische Einstellung – MAGNA1: Der Installateur wählt die Regelkennlinie aus und legt sie von Hand fest; MAGNA3: AUTOADAPT lernt den Bedarf des Kreises und verschiebt den Sollwert selbstständig
• Volumenstrommessung – MAGNA1: nicht vorhanden, im Display wird kein Volumenstrom angezeigt; MAGNA3: integrierte Volumenstromschätzung, Anzeige im Display in m³/h
• Wärmemengenmessung – MAGNA1: nicht vorhanden; MAGNA3: Funktion eines Wärmemengenzählers im kWh-Bereich in Verbindung mit einem externen Temperatursensor
• Externer Sensoreingang – MAGNA1: nicht vorhanden; MAGNA3: über einen analogen Eingang mit 0–10 V oder 4–20 mA kann ein Differenzdruck-, Temperatur- oder Volumenstromsensor angeschlossen werden
• Kommunikation – MAGNA1: nicht vorhanden; MAGNA3: integriertes GENIbus, über CIM-Module Modbus RTU, BACnet, Ethernet-basierte Protokolle und Fernüberwachung
• Drahtloser Zugriff – MAGNA1: nicht vorhanden; MAGNA3: Einstellung, Überwachung und Berichte per Smartphone mit der Grundfos GO Remote App
• Display – MAGNA1: LED-Balkenanzeige und Modustaste; MAGNA3: farbiges Grafikdisplay, Menüstruktur und mehrsprachige Oberfläche
• Relais und digitale Eingänge – MAGNA1: nicht vorhanden; MAGNA3: zwei Signalrelais sowie digitale Eingänge für externes Start/Stopp und für das Erzwingen der Minimal-/Maximalkennlinie
• Mehrpumpenfunktion – MAGNA1 D: grundlegender Wechselbetrieb im Doppelpumpengehäuse; MAGNA3 D: Wechselbetrieb, Reservebetrieb und Kaskadenbetrieb mit automatischer Übernahme im Störungsfall
• Energiebericht – MAGNA1: nicht vorhanden; MAGNA3: kumulierter Energieverbrauch und Betriebsstunden werden im Display abgelesen

Dagegen braucht nicht jede Anlage diese Fähigkeiten. In einem Mehrfamilienhaus-Kreis mit einem Kessel, einer Zone, ohne Thermostatventile und mit einer Wartung pro Jahr werden von den elf Funktionen der MAGNA3 vielleicht zwei genutzt. Dort ist die MAGNA1 nicht nur ausreichend, sondern auch die sauberere ingenieurtechnische Entscheidung: Eine ungenutzte Funktion ist eine zusätzliche Komplexität, die im Betrieb erst erlernt werden muss.

Eine dritte Familie sorgt ebenfalls für Verwechslungen. Die Grundfos ALPHA2 ist eine kleine Umwälzpumpe im Wohnungsmaßstab mit Anschlüssen DN 15 und DN 25, ausgelegt für Kreise einzelner Wohnungen oder kleiner Einfamilienhäuser. Sie erfüllt dieselbe Aufgabe wie die MAGNA-Familie, liegt aber im Maßstab eine Stufe darunter. Eine ALPHA2 in einer Steigleitung eines Mehrfamilienhauses zu suchen ist ebenso eine falsche Dimensionierung wie eine MAGNA3 in einem Kombitherme-Kreis einer einzelnen Wohnung. (Details: Auswahl der Umwälzpumpe)

AUTOADAPT ist der werkseitige Standardmodus der MAGNA3 und ein Algorithmus, der den tatsächlichen Bedarf des Kreises beobachtet und die Regelkennlinie selbstständig verschiebt. Wird die Pumpe in Betrieb genommen, startet sie an einem Anfangspunkt auf der Proportionaldruckkennlinie, speichert dann die niedrigsten im System gemessenen Bedarfspunkte und zieht den Sollwert stufenweise nach unten.

Die Funktionsweise ist folgende: Wenn die Thermostatventile der Heizkörper schließen, steigt der Anlagenwiderstand, der Volumenstrom sinkt, und die Pumpe kann dieselbe Aufgabe mit weniger Förderhöhe erfüllen. AUTOADAPT beobachtet dieses Verhalten einige Tage lang und erstellt eine anlagenspezifische Regelkennlinie. Während der Heizperiode wird die Kennlinie neu angepasst, wenn sich die Außentemperatur ändert; der Nutzer muss nicht eingreifen.

Der Gewinn entsteht im Teillastbetrieb. In einer Heizperiode macht die Zeit, in der die Anlage unter Volllast läuft, etwa 5–10 % der Gesamtzeit aus; in der übrigen Zeit bewegt sich die Last im Bereich von 20–60 %. Da die Leistung einer Pumpe mit der dritten Potenz der Drehzahl skaliert, führt eine Drehzahlreduzierung um 20 % zu einer Leistungsreduzierung von etwa 50 %. AUTOADAPT verfolgt diese Kennlinie mit einer Genauigkeit, die sich von Hand nicht erreichen lässt.

Kreise, in denen AUTOADAPT richtig arbeitet, sind Kreise mit veränderlichem Widerstand: Heizkörpersysteme mit Thermostatventilen, Fan-Coil-Kreise mit Zweiwege-Regelventilen, Verteiler von Fußbodenheizungen mit Raumthermostaten. In diesen Kreisen verändert die Ventilbewegung den Anlagenwiderstand tatsächlich, und der Algorithmus hat etwas zu lernen. (Details: Vorteile der Fußbodenheizung)

Kreise, in denen AUTOADAPT die falsche Wahl ist, sind dagegen Kreise, die einen konstanten Volumenstrom benötigen. Im Kesselprimärkreis, im Quellenkreis der Wärmepumpe, auf der Primärseite des Plattenwärmeübertragers und in Kreisen mit Dreiwege-Mischventil darf der Volumenstrom eine bestimmte Untergrenze nicht unterschreiten. In diesen Kreisen ist die richtige Betriebsart die Konstantkennlinie oder ein durch FLOWLIMIT begrenzter Konstantdruckmodus; AUTOADAPT kann den Volumenstrom auf ein Niveau absenken, das unter dem liegt, was die Ausrüstung zulässt.

FLOWADAPT ist eine MAGNA3-spezifische Regelungsart, in der AUTOADAPT und die FLOWLIMIT-Funktion zusammenarbeiten. Während AUTOADAPT den Sollwert entsprechend dem Bedarf des Kreises verschiebt, legt FLOWLIMIT eine obere Volumenstromgrenze fest, die die Pumpe unter keinen Umständen überschreiten darf. Der Nutzer gibt im Display einen maximalen Volumenstromwert ein, zum Beispiel 14 m³/h, und die Pumpe geht nicht über diesen Wert hinaus.

Die praktische Bedeutung der Funktion ist folgende: Die Pumpe misst den Volumenstrom an ihrem eigenen Ausgang und begrenzt ihn zugleich. In der klassischen Lösung erfolgt diese Begrenzung durch das Androsseln eines Strangregulierventils am Pumpenaustritt. Das Strangregulierventil vernichtet überschüssige Förderhöhe, indem es sie in Wärme umwandelt; das bedeutet, die erzeugte Energie wird bewusst verschwendet. FLOWLIMIT erreicht dasselbe Ergebnis, indem es die Drehzahl der Pumpe senkt, die Energie also gar nicht erst erzeugt, statt sie zu verschwenden.

Sehen wir uns die Größenordnung der Einsparung an einem Beispiel an. Wenn das Strangregulierventil am Austritt einer Pumpe, die bei 14 m³/h eine Förderhöhe von 9 mWS erzeugt, 2,5 mWS aufnimmt, beträgt die verlorene hydraulische Leistung nach der Beziehung 14 mal 2,5 mal 2,725 geteilt durch 1000 etwa 0,095 kW. Bei einem angenommenen Wirkungsgrad von Motor und Frequenzumrichter von etwa 0,55 ergibt sich als elektrisches Äquivalent etwa 0,17 kW. Bei 5.000 Betriebsstunden pro Jahr ist das ein Verlust in der Größenordnung von 850 kWh/Jahr.

Dagegen ersetzt FLOWLIMIT den statischen Abgleich nicht vollständig, und man muss es in dem Wissen einsetzen, dass es ihn nicht ersetzt. Die Pumpe begrenzt nur den Gesamtvolumenstrom, der durch sie hindurchfließt; sie weiß nicht, wie sich dieser Volumenstrom auf Stränge und Wohnungen verteilt. In einem Gebäude mit mehreren Strängen muss die Volumenstromverteilung je Strang weiterhin mit Strangregulierventilen oder dynamischen Volumenstrombegrenzern hergestellt werden. FLOWLIMIT regelt die Obergrenze des Hauptkreises. (Details: Ventile & Armaturen)

Das Urteil lautet: In Kreisen mit einer Zone oder mit bereits hergestelltem hydraulischem Gleichgewicht macht FLOWADAPT das Hauptstrangregulierventil überflüssig und überträgt die Messaufgabe auf die Pumpe. In Kreisen mit mehreren Zonen, mehreren Strängen und kritischer Verteilung innerhalb der Wohnung sperrt FLOWADAPT dagegen den Hauptvolumenstrom, der Zonenabgleich erfolgt zusätzlich. In beiden Fällen besteht der Gewinn darin, dass verhindert wird, dass die Anlage mit zu hohem Volumenstrom arbeitet; ein zu hoher Volumenstrom ist sowohl für die Pumpenenergie als auch für die Rücklauftemperatur des Kessels schädlich.

Der zweite Nutzen von FLOWLIMIT liegt in der Inbetriebnahmephase. In einer neuen Anlage ist es üblich, dass der tatsächliche Volumenstrom 20–40 % höher ausfällt als berechnet; die Rohrwiderstände sind nicht so hoch wie in der Berechnung angesetzt. Die Eingabe des Grenzwerts verhindert vom ersten Tag an, dass die Anlage bei überhöhtem Volumenstrom läuft und Geräusche macht und dass die Rücklauftemperatur des Kessels steigt und den Wirkungsgrad des Brennwertkessels senkt. (Details: Heizung)

Proportionaldruck und Konstantdruck sind die beiden grundlegenden Regelungsarten, die sowohl in der MAGNA1 als auch in der MAGNA3 vorhanden sind, und die Wahl hängt von einer einzigen Frage ab: Wie viel des Anlagenwiderstands stammt aus der Rohrreibung und wie viel aus den Endgeräten? Ist der Rohranteil hoch, ist Proportionaldruck richtig, ist der Anteil der Endgeräte hoch, ist Konstantdruck richtig.

Im Proportionaldruckmodus senkt die Pumpe die Förderhöhe, wenn der Volumenstrom sinkt. In der typischen Anwendung wird der Sollwert als maximale Förderhöhe eingegeben, und die Pumpe folgt einer linearen Kennlinie, die bei Nullförderstrom auf etwa die Hälfte dieses Werts absinkt. Die Logik ist physikalisch: Da der Rohrreibungsverlust mit dem Quadrat des Volumenstroms variiert, sinkt der in den Rohren verlorene Druck bei halbiertem Volumenstrom auf ein Viertel, und die Pumpe muss nicht mehr so viel fördern.

Im Konstantdruckmodus dagegen hält die Pumpe unabhängig vom Volumenstrom einen konstanten Differenzdruck. Dieser Modus ist richtig in Kreisen, in denen der größte Teil des Widerstands im Endgerät liegt, also im Fan-Coil, im Wärmeübertrager oder im Verteiler. Sind die Rohrlängen kurz, gibt es bei sinkendem Volumenstrom in den Rohren keinen nennenswerten Druck, der eingespart werden könnte, und der Proportionaldruckmodus lässt das Endgerät unterversorgt.

• Proportionaldruck geeignet – Heizkreise von Mehrfamilienhäusern und Blöcken mit langen Strängen, Systeme, in denen der Rohrwiderstand mehr als 50 % des Gesamtwiderstands beträgt, Heizkörperanlagen mit Thermostatventilen
• Proportionaldruck geeignet – Systeme mit vertikaler Verteilung in mehrgeschossigen Gebäuden, horizontale Leitungen mit einer Verteilungsstrecke von über 100 Metern
• Konstantdruck geeignet – Kreise mit kurzen Rohren und vielen Fan-Coils, Verteilerkreise von Fußbodenheizungen, Sekundärseiten von Plattenwärmeübertragern
• Konstantdruck geeignet – Trinkwarmwasser-Zirkulationsleitungen, Kreise, in denen der Rohrwiderstand unter 25 % des Gesamtwiderstands bleibt
• Sollwert – Beim Proportionaldruck wird die berechnete Volllast-Förderhöhe eingegeben; beim Konstantdruck werden der Verlust des Endgeräts im kritischen Kreis plus der Ventilverlust eingegeben
• Anzeichen einer falschen Wahl – Wurde Proportionaldruck falsch gewählt, werden entfernte Heizkörper im Teillastbetrieb kalt; wurde Konstantdruck falsch gewählt, kommt es im Teillastbetrieb zu Ventilgeräuschen und unnötigem Energieverbrauch

Unter den MAGNA3-Regelungsarten zielen drei Modi, die es nur bei der MAGNA3 gibt, statt auf den Druck auf die Temperatur. Im Konstanttemperaturmodus stellt die Pumpe den Volumenstrom so ein, dass die gemessene Temperatur konstant bleibt. Im Differenztemperaturmodus zielt sie auf die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf. Im Konstantkennlinienmodus dagegen wird die Pumpe auf eine bestimmte Drehzahl festgelegt und verwendet keinerlei Rückkopplung.

Die typische Anwendung des Konstanttemperaturmodus ist die Trinkwarmwasser-Zirkulationsleitung. Das Ziel ist, dass die Temperatur am Strangrücklauf nicht unter 55 Grad Celsius fällt; das ist ein sowohl für den Komfort als auch für die Hygiene maßgeblicher Schwellenwert. Die Pumpe misst die Rücklauftemperatur, erhöht den Volumenstrom, wenn die Temperatur sinkt, und drosselt ihn, wenn das Ziel erreicht ist. Das Ergebnis ist im Vergleich zu einer Zirkulation mit konstantem Volumenstrom eine deutliche Verringerung von Energie- und Wärmeverlusten.

Der Differenztemperaturmodus wird eingesetzt, um den Wirkungsgrad der Wärmequelle zu erhalten. Bei Brennwertkesseln ist eine Rücklaufwassertemperatur unter 55 Grad Celsius Voraussetzung für die Kondensation; findet Kondensation statt, steigt der Kesselwirkungsgrad typischerweise um 6–11 %. Der Differenztemperaturmodus versucht, die Differenz zwischen Vor- und Rücklauf zum Beispiel bei 20 K zu halten, drosselt dabei den Volumenstrom bewusst und zieht die Rücklauftemperatur nach unten.

Derselbe Modus wird auch in Kühlkreisen verwendet. Bei Kältemaschinen führt das Low-Delta-T-Syndrom, also das Absinken der Differenz zwischen Vor- und Rücklauf weit unter den Auslegungswert, dazu, dass die Maschine im Teillastbetrieb ineffizient arbeitet und zu viel Pumpenenergie verbraucht wird. Der Differenztemperaturmodus zielt direkt auf dieses Syndrom. (Details: Was ist HVAC?)

Der Konstantkennlinienmodus ist dagegen der einfachste und sicherste Modus: Die Pumpe bleibt bei der eingegebenen Drehzahl konstant und verändert ihre Kennlinie nicht, was auch immer im System geschieht. Er wird im Kesselprimärkreis, im Quellenkreis der Wärmepumpe und in Anlagenkreisen bevorzugt, in denen der Volumenstrom unbedingt konstant bleiben muss. In diesem Modus ist die Pumpe weiterhin elektronisch geregelt; der Gewinn gegenüber einer drehzahlkonstanten Pumpe entsteht dadurch, dass die Drehzahl genau auf den Bedarf eingestellt werden kann.

Die meisten Szenarien der Modi Konstanttemperatur und Differenztemperatur erfordern einen externen Temperatursensor. Im Gehäuse der MAGNA3 befindet sich ein interner Sensor, der die Temperatur des Fördermediums misst, für die Temperatur in der Rücklaufleitung oder an einem entfernten Punkt muss jedoch ein zweiter Sensor an den analogen Eingang angeschlossen werden. Das ist eine der Aufgaben, die mit der MAGNA1 nicht möglich sind, und die konkreteste funktionale Grenze zwischen den beiden Baureihen. (Details: Wie viele Liter Warmwasserspeicher sollte ich kaufen? Berechnung für 2, 4, 6, 10 und 20 Personen)

Die Wärmemengenmessung der MAGNA3 ist eine Funktion, die aus dem von der Pumpe selbst gemessenen Volumenstrom und der Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur die vom Kreis transportierte Wärmeleistung und die kumulierte Energie berechnet. Im Display werden die momentanen kW und die gesamten kWh angezeigt. Die Messung dient der Information; sie ersetzt nicht die gesetzlich vorgeschriebenen Wärmezähler, die der Abrechnung zugrunde gelegt werden.

Die Grundlage der Berechnung ist eine thermodynamische Standardbeziehung. Für Wasser wird die Wärmeleistung mit der Formel Volumenstrom mal Temperaturdifferenz mal 1,163 ermittelt. Der Volumenstrom wird in m³/h, die Temperaturdifferenz in Kelvin eingegeben, das Ergebnis ergibt sich in kW. Beispiel: Die bei einem Volumenstrom von 12 m³/h und einer Temperaturdifferenz von 15 K transportierte Leistung beträgt 12 mal 15 mal 1,163 gleich 209,3 kW.

Die Volumenstromseite ist keine separate Durchflussmessung, sondern eine Schätzung. Die MAGNA3 berechnet den Volumenstrom, indem sie Motorstrom, Drehzahl und Förderhöhe mit ihrem eigenen hydraulischen Modell verknüpft. Die Genauigkeit dieses Verfahrens liegt unter der externer magnetisch-induktiver oder Ultraschall-Durchflussmesser; nach Herstellerangaben und Vergleichen vor Ort ist im mittleren Bereich des Betriebsbereichs mit einer Abweichung in der Größenordnung von 5–10 % zu rechnen. An den Rändern, also bei sehr niedrigen Volumenströmen, wächst die Abweichung.

Wofür reicht diese Genauigkeit aus, wofür nicht? Aufgaben, für die sie ausreicht: bei der Inbetriebnahme zu überprüfen, ob der tatsächliche Volumenstrom nahe am Auslegungsvolumenstrom liegt, die FLOWLIMIT-Grenze auf einen sinnvollen Wert einzustellen, das saisonale Lastprofil zu sehen, zu vergleichen, wie stark ein Kreis im Verhältnis zu einem anderen belastet ist. Aufgaben, für die sie nicht ausreicht: Wärmekosten wohnungsweise abzurechnen, Leistungstests im Rahmen der Gewährleistung nachzuweisen, bei Abnahmeprüfungen offizielle Werte zu liefern.

Den größten praktischen Nutzen hat die Wärmemengenmessung darin, dass sie zeigt, wo die Anlage zu viel Energie verbraucht. Wenn Sie den kWh-Verbrauch zweier Heizzonen im selben Gebäude nebeneinanderlegen und sehen, dass die eine doppelt so viel verbraucht wie die andere, weist das direkt auf ein Abgleichproblem hin. Ohne diese Information wären für dieselbe Feststellung der Einbau eines separaten Zählers und eine Infrastruktur zur Datenerfassung erforderlich. (Details: Energieeffizienz in mechanischen Anlagen)

Grundfos GO Remote ist die drahtlose Schnittstelle, mit der Einstellungen, Messwerte und Alarmprotokolle der MAGNA3 über ein Smartphone oder Tablet gelesen und geändert werden können. Die Verbindung wird je nach Baureihe und Hardwarestand über eine infrarot- oder funkbasierte mobile Schnittstelle hergestellt, in neueren Ausführungen über eine direkte drahtlose Verbindung. Diese Funktion gibt es bei der MAGNA1 nicht.

Was sie vor Ort bringt, ist Zugriff. Um das Display einer Pumpe in einer abgehängten Decke, in einem engen Schacht oder in drei Metern Höhe über dem Boden abzulesen, muss man keine Leiter aufstellen. Einstellungsänderungen, Auswahl der Regelungsart, Eingabe des Sollwerts, Auslesen des Alarmprotokolls sowie das Speichern der vorhandenen Einstellungen als Datei und deren Kopieren auf eine andere Pumpe erfolgen über dieselbe Oberfläche. In einer Anlage mit mehreren Pumpen verkürzt diese letzte Funktion die Inbetriebnahmezeit deutlich.

Auf der BUS-Seite unterstützt die MAGNA3 intern das GENIbus-Protokoll. Um sich zur Gebäudeautomation hin zu öffnen, wird ein CIM-Kommunikationsmodul in den Steuerkasten der Pumpe gesteckt. Verbreitete Optionen sind CIM 200 für Modbus RTU und CIM 500 für Ethernet-basierte Protokolle; auch für BACnet MS/TP, LON und Profibus gibt es eigene Module. Die Auswahl des Moduls richtet sich nach der Automationsinfrastruktur der Anlage.

• Lesbare Daten – Momentaner Volumenstrom, Förderhöhe, Leistungsaufnahme, Temperatur des Fördermediums, kumulierte Energie, Betriebsstunden, Alarm- und Warncodes
• Schreibbare Befehle – Fernstart und Fernstopp, Wechsel der Regelungsart, Verschiebung des Sollwerts, Erzwingen der Minimal- und Maximalkennlinie
• Alarmintegration – Meldung von Trockenlauf-, Überspannungs-, Unterspannungs-, Motorstörungs- und Blockierungsalarmen über die Automation
• Zeitprogramm – Zentrale Auslösung von Nachtbetrieb, Wochenendbetrieb oder Umschaltung auf Sommerstellung durch die Automation
• Doppelpumpenmanagement – Überwachung des Wechselintervalls und der Zuschaltlogik der Reservepumpe über die Automation
• Fernüberwachung – Zentrale Überwachung mehrerer Anlagen über die Fernverwaltungsinfrastruktur von Grundfos

Der Betriebswert dieser Fähigkeiten steht in direktem Verhältnis zur Größe der Anlage. In einem Kreis mit einer einzelnen Pumpe ist der Beitrag der Kommunikation begrenzt. In einem Bürogebäude mit achtzehn Pumpen dagegen verringert die Möglichkeit, auf einem einzigen Bildschirm zu sehen, wie viele Pumpen laufen, welche einen Alarm meldet und welcher Kreis wie viel Energie verbraucht, die Zahl der Einsätze des Wartungsteams vor Ort unmittelbar. (Details: Mechanische Systeme in Gewerbegebäuden)

Der externe Sensoreingang der MAGNA3 ist ein analoger Eingang, mit dem sich die Messung von einem Punkt außerhalb des Pumpengehäuses in den Regelalgorithmus einbeziehen lässt. Der Eingang akzeptiert typischerweise ein Signal von 0–10 V oder 4–20 mA und kann mit einem Differenzdruck-, Temperatur-, Volumenstrom- oder anderen Prozessgrößensensor verwendet werden. Bei der MAGNA1 gibt es einen solchen Eingang nicht.

Der wertvollste Einsatz ist die Differenzdruckregelung am entfernten Punkt. Die Pumpe kennt den Druck an ihrem eigenen Ausgang, aber nicht den Druck am kritischsten Punkt der Anlage, also am entferntesten und höchstgelegenen Endgerät. Wenn Sie den Differenzdrucksensor an diesem kritischen Punkt platzieren und an den analogen Eingang anschließen, beginnt die Pumpe den Wert zu regeln, auf den es tatsächlich ankommt. Dieser Aufbau ermöglicht es in Systemen mit langer Verteilung, den Sollwert in der Regel um 1–2 mWS nach unten zu ziehen.

Die digitalen Eingänge dienen dagegen kontaktartigen Signalen. Typische Szenarien sind: die Pumpe über einen Kontakt aus der Gebäudeautomation anzuhalten, sie im Nachtbetrieb auf die Minimalkennlinie zu zwingen, sie bei der Spülung auf die Maximalkennlinie zu setzen, die Pumpe mit dem Betriebssignal des Kessels zu synchronisieren. Diese Eingänge übersteuern die Regelungsart vorübergehend, und wenn das Signal wegfällt, kehrt die Pumpe in ihren vorherigen Modus zurück.

Die Relaisausgänge sind der Kanal, über den die MAGNA3 Informationen nach außen gibt. Es gibt zwei Signalrelais, und jedes kann einem eigenen Ereignis zugeordnet werden: Störung, Warnung, in Betrieb oder betriebsbereit. Üblich ist es, ein Relais der Störung und das andere dem Betriebszustand zuzuordnen. So kann der Pumpenstatus auch in einer Anlage ohne BUS-Infrastruktur über einen einfachen Kontakt zum Schaltschrank oder zur Automation übertragen werden.

Bei der Verkabelung gibt es zwei Regeln. Erstens: Führen Sie Sensor- und Signalleitungen nicht zusammen mit dem Motorversorgungskabel nebeneinander im selben Kabelkanal; das vom Frequenzumrichter erzeugte hochfrequente Rauschen stört das analoge Signal und führt dazu, dass die Pumpe sinnlosen Sollwerten folgt. Zweitens: Verwenden Sie abgeschirmte Kabel und erden Sie die Abschirmung nur an einem Ende. Informationen zur elektrischen Infrastruktur und zur Ventilregelung finden Sie in unserem entsprechenden Ratgeber. (Details: Motorventil-Ratgeber)

Eine Doppelumwälzpumpe ist eine Bauform, die auf einem einzigen Gussgehäuse zwei unabhängige Pumpenköpfe trägt und die Strömung mit einer innenliegenden Umschaltklappe zum laufenden Pumpenkopf leitet. Modelle der Grundfos MAGNA3 D und der MAGNA1 D werden in dieser Bauart gefertigt. Das Ziel ist, dass die Anlage in kritischen Kreisen auch dann ohne Unterbrechung weiterläuft, wenn ein Pumpenkopf ausfällt.

Die MAGNA3 D bietet drei verschiedene Betriebslogiken. Im Wechselbetrieb gehen die beiden Pumpenköpfe abwechselnd in Betrieb und tauschen in einem bestimmten Intervall, typischerweise alle 24 Stunden, die Aufgabe. Im Reservebetrieb läuft ein Pumpenkopf dauerhaft, der andere schaltet sich nur im Störungsfall zu. Im Kaskadenbetrieb dagegen schaltet sich der zweite Pumpenkopf zu, wenn der Bedarf die Kapazität eines einzelnen Pumpenkopfes übersteigt, und beide laufen gemeinsam.

Bei der Wahl des Doppelpumpengehäuses gibt es einen Berechnungspunkt, der oft übersehen wird. Wenn beide Pumpenköpfe gemeinsam arbeiten, ist der Gesamtvolumenstrom nicht das Doppelte des Volumenstroms eines einzelnen Pumpenkopfes. Da die Anlagenkennlinie mit dem Quadrat des Volumenstroms ansteigt, liegt der Gewinn im Parallelbetrieb typischerweise im Bereich von 30–60 %. Deshalb sollte das Doppelpumpengehäuse nicht gewählt werden, um die Kapazität zu verdoppeln, sondern wegen Redundanz und Teillasteffizienz. (Details: Berechnung des Ausdehnungsgefäßes)

Der EEI-Wert einer Umwälzpumpe ist ein dimensionsloser Energieeffizienzindex, der anzeigt, wie viel weniger Energie die Pumpe im Vergleich zu einer Referenzpumpe verbraucht. Die Berechnungsmethode ist in der Norm EN 16297 festgelegt, der gesetzliche Grenzwert ist durch die Verordnung ErP 641/2009 bestimmt. Je kleiner der Wert, desto höher die Effizienz. Der geltende Grenzwert für eigenständige Umwälzpumpen beträgt 0,23; bei den Baureihen MAGNA3 und MAGNA1 liegt der deklarierte Wert unter 0,20.

Rechnen wir die Einsparung an einem konkreten Beispiel. Die zu ersetzende Pumpe ist eine dreistufige drehzahlkonstante Nassläuferpumpe; ihre Typenschildleistung beträgt 550 W, sie läuft 5.000 Stunden pro Jahr. Der Jahresverbrauch beträgt 0,550 mal 5.000 gleich 2.750 kWh/Jahr. Eine drehzahlkonstante Pumpe nimmt unabhängig von der Last immer dieselbe Leistung auf; selbst wenn die Anlage mit 30 % Last läuft, werden 550 W verbraucht.

Wird in denselben Kreis eine im AUTOADAPT-Modus arbeitende MAGNA3 eingesetzt, sinkt die mittlere Leistungsaufnahme nach Messungen vor Ort und Herstellerangaben typischerweise auf den Bereich von 30–45 % der alten Pumpe. Nehmen wir im Mittel 200 W an: Der Jahresverbrauch beträgt dann 0,200 mal 5.000 gleich 1.000 kWh/Jahr. Der Unterschied beträgt 1.750 kWh/Jahr, d. h. eine Reduzierung von etwa 64 %. Das ist für einen Heizkreis mit hohem Teillastanteil eine realistische Größenordnung.

Machen wir dieselbe Rechnung für die MAGNA1. Die mittlere Leistungsaufnahme einer MAGNA1, die mit der richtigen Regelungsart und dem richtigen Sollwert arbeitet, sinkt typischerweise auf den Bereich von 230–260 W; der Jahresverbrauch beträgt etwa 1.200 kWh/Jahr. Der Unterschied zwischen MAGNA3 und MAGNA1 liegt in diesem Beispiel in der Größenordnung von 200 kWh/Jahr, d. h. ein zusätzlicher Gewinn von etwa einem Sechstel des Verbrauchs der MAGNA1.

Diese Zahl macht die energetische Seite der Entscheidung zwischen den beiden Baureihen deutlich. Der Wechsel von einer drehzahlkonstanten Pumpe zu einer elektronisch geregelten Pumpe ist ein großer Sprung; der Wechsel von der MAGNA1 zur MAGNA3 ist energetisch dagegen eine Verbesserung zweiter Ordnung. Die eigentliche Begründung für die MAGNA3 ist nicht Energie, sondern die Fähigkeiten zu Messung, Kommunikation und automatischer Anpassung. Einem Investor, der nach der Energieseite entscheidet, diesen Unterschied offen zu sagen, ist ehrliches Ingenieurhandwerk.

Die Antwort auf die Frage MAGNA1 oder MAGNA3 ergibt sich aus drei Eigenschaften der Anlage: Veränderlichkeit der hydraulischen Last, Automationsanforderung und Messbedarf auf der Betreiberseite. Sind mindestens zwei der drei ausgeprägt, ist die MAGNA3 die richtige Wahl, sind alle drei schwach, die MAGNA1. Im Folgenden finden Sie klare Urteile nach Anlagentyp.

• MAGNA1 genügt – Heizkreise von Mehrfamilienhäusern mit 20–60 Wohnungen, einer Kesselgruppe und einer Zone. Das Lastprofil ist vorhersehbar, es gibt keine Gebäudeautomation, die Einstellung wird einmal vorgenommen und dann belassen
• MAGNA1 genügt – Sekundärkreise, die einen Verteiler der Fußbodenheizung speisen und im Konstantdruckmodus arbeiten. Der Rohrwiderstand ist niedrig, der Widerstand der Endgeräte dominiert, es besteht kein Messbedarf
• MAGNA1 genügt – Einzelne Fan-Coil-Leitungen kleiner Gewerbeflächen, Läden und Büroetagen mit einer Zone
• MAGNA1 genügt – Kesselprimärkreise mit konstantem Volumenstrom. Der Konstantkennlinienmodus reicht aus; die Lernfähigkeit der MAGNA3 wird hier ohnehin nicht genutzt
• MAGNA3 ist erforderlich – Jeder Kreis, der über Modbus oder BACnet an die Gebäudeautomation angebunden werden soll. Bei der MAGNA1 ist das physikalisch nicht möglich
• MAGNA3 ist erforderlich – Gewerbegebäude, Hotels, Krankenhäuser und Einkaufszentren, in denen eine zonenweise Überwachung von Wärmeenergie oder Volumenstrom gewünscht ist
• MAGNA3 ist erforderlich – Große Heizkreise mit Thermostatventilen, deren Last im Tagesverlauf in einem breiten Band schwankt und die einen hohen Teillastanteil haben. Der AUTOADAPT-Gewinn stellt sich hier ein
• MAGNA3 ist erforderlich – Systeme mit langer Verteilung, die mit einem Differenzdrucksensor am entfernten Punkt geregelt werden sollen. Den externen Sensoreingang gibt es nur bei der MAGNA3
• MAGNA3 ist erforderlich – Kreise, in denen die Rücklauftemperatur des Brennwertkessels oder die Temperatur der Trinkwarmwasser-Zirkulation die Regelgröße ist
• MAGNA3 ist erforderlich – Kritische Anlagen, in denen echte Redundanz und automatische Übernahme gewünscht sind; die Mehrpumpenlogik der MAGNA3 D ist ausgereifter als die der MAGNA1 D
• MAGNA3 ist erforderlich – Projekte, in denen der Volumenstrom statt mit einem Strangregulierventil mit FLOWLIMIT begrenzt werden soll und bei der Inbetriebnahme eine messtechnische Überprüfung gewünscht ist
• Beide sind überdimensioniert – Kombitherme-Kreis einer einzelnen Wohnung, Heizung eines kleinen Einfamilienhauses. Hier ist die richtige Größenordnung eine Umwälzpumpe der Wohnungsklasse wie die Grundfos ALPHA2

Wenn man das Urteil auf einen Satz reduzieren muss: Wenn die Pumpe nur Wasser umwälzen soll, MAGNA1; wenn die Pumpe zugleich Messgerät und Automationsknoten sein soll, MAGNA3. Diese Unterscheidung spiegelt nicht den Preisunterschied der beiden Baureihen wider, sondern den Unterschied im Betriebsmodell. Ein System, das Sie nicht messen, können Sie nicht steuern; aber wenn Sie die gemessenen Daten nicht nutzen werden, hat auch das Messen keinen Gegenwert.

Auch eine Mischlösung ist legitim und in großen Anlagen die häufigste Ausführung. In den Hauptverteilkreisen und kritischen Strängen kommt die MAGNA3 zum Einsatz, in den einfachen Kreisen der Unterzonen mit konstantem Widerstand die MAGNA1. So bezieht die Automation Daten von den wichtigen Punkten, und in den Unterkreisen werden keine unnötigen Funktionen mitgeführt. Da dieser Aufbau innerhalb derselben Marke und derselben Gehäusefamilie bleibt, vereinfacht er auch die Verwaltung von Ersatzteilen und Wartung. (Details: unsere Markenseite)

Es lohnt sich auch, das Pendant auf Wettbewerbsseite zu kennen. Die Wilo Stratos MAXO ist eine Umwälzpumpe, die in derselben Klasse wie die MAGNA3 positioniert ist, mit Sensoreingang, Kommunikation und automatischem Anpassungsalgorithmus. Bei der Wahl zwischen den beiden Marken sind in der Regel die vorhandene Automationsinfrastruktur, die in der Anlage verbreitete Marke und die Erreichbarkeit des Services ausschlaggebend; beide Produkte liegen beim EEI in derselben Klasse.

Die Auswahl der MAGNA3 beginnt mit der Berechnung zweier Werte: Auslegungsvolumenstrom und Anlagenförderhöhe. Der Volumenstrom wird aus der Heizlast abgeleitet, die Förderhöhe aus dem Gesamtdruckverlust des kritischsten Kreises ermittelt. Der dritte Schritt besteht darin, diese beiden Werte auf der Pumpenkennlinie zum Schnitt zu bringen und das passende Gehäuse zu bestimmen.

Schritt 1 ist die Volumenstromberechnung. Die Beziehung lautet: Volumenstrom gleich Wärmeleistung geteilt durch (Temperaturdifferenz mal 1,163). Nehmen wir als Beispiel einen Bürokomplex mit 350 kW Heizlast und einer Auslegungsspreizung (Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur) von 20 K. Die Rechnung: 350 geteilt durch (20 mal 1,163) gleich 350 geteilt durch 23,26 gleich 15,05 m³/h. Der Auslegungsvolumenstrom beträgt etwa 15 m³/h.

Die Wahl der Temperaturdifferenz ist die einflussreichste Variable dieser Berechnung. Wird für dieselbe Last von 350 kW eine Differenz von 10 K gewählt, steigt der Volumenstrom auf 30,1 m³/h, also auf das Doppelte. Verdoppelt sich der Volumenstrom, steigt der Rohrreibungsverlust auf etwa das Vierfache und die Pumpenleistung auf grob das Achtfache. In Anlagen mit Brennwertkessel bringt ein hohes Delta T doppelten Gewinn, sowohl bei der Pumpenenergie als auch beim Kesselwirkungsgrad.

Schritt 2 ist die Förderhöhenberechnung. Im kritischsten Kreis, also entlang des von der Pumpe am weitesten entfernten und widerstandsreichsten Strangs, werden alle Verluste summiert. In unserem Beispiel sei die gesamte äquivalente Rohrlänge des kritischen Kreises 480 m und der Auslegungsreibungsverlust 150 Pa/m. Rohrverlust: 480 mal 150 gleich 72.000 Pa, d. h. 72 kPa, d. h. ca. 7,3 mWS.

Die Verluste der Ausrüstung werden gesondert hinzugerechnet. Verliert im kritischen Kreis der Kessel oder Wärmeübertrager 25 kPa, das Regelventil 20 kPa, das Strangregulierventil 10 kPa, der Filter 8 kPa und das Endgerät 12 kPa, ergibt das insgesamt 75 kPa, d. h. ca. 7,6 mWS. Gesamtförderhöhe der Anlage: 7,3 plus 7,6 gleich 14,9 mWS.

An dieser Stelle ist ein wichtiger Hinweis nötig: Im geschlossenen Kreislauf wird die statische Höhe nicht zur Pumpe hinzugerechnet. Auch wenn das Gebäude 12 Geschosse hoch ist, wird in einem geschlossenen Kreis die Höhe, die das Wasser im Vorlaufstrang verliert, im Rücklaufstrang zurückgewonnen. Die Pumpe überwindet nur die Reibungsverluste. Die statische Höhe betrifft nicht die Pumpenauswahl, sondern den Vordruck des Ausdehnungsgefäßes und den Fülldruck der Anlage.

Schritt 3 ist die Auswahl des Gehäuses. Der Betriebspunkt mit 15 m³/h und 14,9 mWS fällt in den oberen Bereich des MAGNA3-Programms; infrage kommt ein Gehäuse mit Anschluss DN 40 oder DN 50, dessen zweite Zahl zwischen 150 und 180 liegt. Die endgültige Entscheidung fällt, indem anhand der tatsächlichen Q-H-Kennlinie des gewählten Modells überprüft wird, dass der Betriebspunkt in der Mitte des Wirkungsgradbereichs liegt; ohne die Katalogkennlinie einen Modellcode zu nennen, ist nicht richtig.

Die einzige unveränderliche Regel bei der Montage von MAGNA3 und MAGNA1 ist, dass die Motorwelle waagerecht liegen muss. Bei Nassläuferpumpen dreht sich der Rotor auf einem Flüssigkeitslager; wird die Welle senkrecht gestellt, wird die Lagerbelastung gestört, Luft sammelt sich im Rotorraum, und der Lagerverschleiß beschleunigt sich. Die Rohrleitung kann senkrecht oder waagerecht verlaufen, der Motorkopf muss aber immer so gedreht werden, dass die Welle waagerecht bleibt.

• Strömungsrichtung – Die Pfeilrichtung auf dem Gehäuse muss mit der Strömungsrichtung in der Rohrleitung übereinstimmen; ein verkehrter Einbau führt nicht dazu, dass die Pumpe gar nicht fördert, sondern dazu, dass sie mit sehr geringem Wirkungsgrad arbeitet
• Absperrarmaturen – Vor und hinter der Pumpe sollte je eine Absperrarmatur eingebaut werden; andernfalls muss bei jeder Wartung der gesamte Kreis entleert werden
• Filter – Auf der Saugseite sollte ein Schmutzfänger eingebaut werden, in Altanlagen zusätzlich ein Magnetitabscheider; die häufigste Ausfallursache des Nassläufers ist Magnetitstaub, der in den Rotorraum gelangt
• Gerade Rohrstrecke – Am Pumpeneintritt sollte mindestens eine fünffache, am Austritt mindestens eine zweifache Durchmesserlänge gerades Rohr bleiben; ein Einbau unmittelbar nach einem Bogen stört die Strömung und verursacht Geräusche
• Dämmung – In Heizkreisen sollte eine Dämmschale auf das Gehäuse aufgesetzt werden, der Motor und das Elektronikfach dürfen auf keinen Fall gedämmt werden; die Elektronik muss ihre eigene Wärme abgeben können
• Kühlkreis – In Kaltwasserkreisen muss die Kondensatdämmung gesondert gelöst werden; die Standard-Heizungsdämmschale erfüllt keine Dampfsperrenfunktion
• Elektrik – Das Versorgungskabel sollte über eine eigene Sicherung geführt werden, der Erdungsanschluss muss hergestellt werden, und der Fehlerstromschutz sollte in einem für Frequenzumrichter geeigneten Typ gewählt werden
• Entlüftung – Vor der ersten Inbetriebnahme muss der Kreis gefüllt und das eigene Entlüftungsverfahren der Pumpe durchgeführt werden; ein Start ohne Entlüftung der Luft im Nassläufer verschleißt das Lager innerhalb von Sekunden

Bei der regelmäßigen Wartung ist eine Nassläuferpumpe ein wartungsarmes, aber nicht wartungsfreies Produkt. Einmal im Jahr sollten die Filterreinigung, die Dichtheitsprüfung an den Gehäuseverbindungen, die Prüfung des festen Sitzes der elektrischen Klemmen und das Auslesen des Alarmprotokolls im Display durchgeführt werden. In Kreisen, die lange stillstehen, wird die Pumpe einmal im Monat kurz in Betrieb genommen, um ein Festsetzen des Rotors zu verhindern. (Details: Pumpenwartung)