Wie wählt man eine Umwälzpumpe aus? Was bedeuten 25/4, 25/6, 25/8?

Die Antwort auf die Frage, was 25/6 bedeutet, besteht aus zwei Teilen. Die Zahl links vom Schrägstrich ist der Nennanschlussdurchmesser der Pumpe und wird in DN angegeben. Die Zahl rechts davon ist die maximale Förderhöhe der Pumpe bei Volumenstrom null und wird in Meter Wassersäule angegeben. Eine 25/6 ist also eine Umwälzpumpe mit DN25-Anschluss, die höchstens 6 mWS fördern kann.

Die Entsprechung von DN25 in der Anlage ist folgende: Eintritt und Austritt des Pumpengehäuses haben nominal 25 mm Durchmesser, der rohrseitige Gewindeanschluss beträgt 1 Zoll und die Überwurfmutter an der Pumpe misst 1,5 Zoll. Diese drei Maße werden häufig verwechselt. Dass auf dem Karton einer Pumpe 25 steht, bedeutet nicht, dass Ihr Rohr 25 mm Außendurchmesser hat; es bedeutet, dass die Pumpe mit einer Verschraubung mit 1-Zoll-Gewinde angeschlossen wird.

Entscheidend ist, an welchem Punkt die zweite Zahl gemessen wird. Der Wert 6 im Katalog ist der Höchstdruck, der bei geschlossener Armatur abgelesen wird, also bei Volumenstrom null. Fördert die Pumpe in einer realen Anlage 1,5 m³/h Wasser, erzeugt sie auf derselben Kennlinie vielleicht 4,2 mWS. Um sagen zu können, dass eine Pumpe 25/6 für Ihre Anlage ausreicht, müssen Sie deshalb sowohl den Volumenstrom als auch den Druck bei diesem Volumenstrom kennen.

Die Hersteller schreiben dieselbe Information in unterschiedlichen Formen. In der Bezeichnung von Grundfos steht 25-60 für DN25 und 60 Dezimeter, also 6,0 mWS. In der Bezeichnung von Wilo beschreibt 25/1-6 den DN25-Anschluss und einen Förderhöhenbereich, der zwischen 1 und 6 mWS einstellbar ist. Die in der Türkei verbreitete Kurzform 25/6 ist die gemeinsame Umgangssprache dieser beiden Bezeichnungen.

Auch die Einheitenumrechnung sollte man im Kopf haben. 1 mWS entspricht etwa 0,098 bar und 9.810 Pa. Demnach bringt eine Umwälzpumpe, die 6 mWS fördert, etwa 0,59 bar oder 58,9 kPa Differenzdruck auf die Anlage. Da ein Teil der Kataloge die Förderhöhe in kPa angibt, muss man bei der Berechnung beide Einheiten sicher ineinander umrechnen können.

Schließlich gibt es Dinge, die die Zahlen im Code nicht verraten: Gehäusewerkstoff, Einbaulänge, Stromart, Regelungsart und maximale Fördermediumtemperatur sind im Code nicht enthalten. Sie stehen im weiteren Teil des Modellnamens oder im technischen Datenblatt. Für alle Komponenten des Heizkreises können Sie sich unsere Produktgruppe ansehen. (Details: Heizung)

Den drei Modellen gemeinsam ist der Anschlussdurchmesser: Alle haben ein DN25-Gehäuse und werden an dasselbe 1-Zoll-Rohr angeschlossen. Der Unterschied liegt in der maximalen Förderhöhe, die der Motor erzeugt, und damit in dem maximalen Volumenstrom, den die Pumpe fördern kann. Ein Wechsel zwischen einer 25/4 und einer 25/8 erfordert daher keine Änderung an der Verrohrung, aber man muss das Modell wählen, das zum Widerstand der Anlage passt.

Der folgende Vergleich stellt die typischen Anwendungsgrenzen der drei Gehäuse nebeneinander. Die Werte variieren je nach Baureihe; die hier genannten sind praxisübliche Richtbereiche für Heizkreise im Wohnungsbau.

• Umwälzpumpe 25/4 – DN25-Anschluss, maximale Förderhöhe 4 mWS, typischer maximaler Volumenstrom in der Größenordnung von 2,5-3 m³/h; kurze Kreise mit geringem Widerstand, ca. 40-70 m gesamte Rohrlänge, Einfamilienhaus mit 1-2 Geschossen, 10-18 kW Heizlast
• Umwälzpumpe 25/6 – DN25-Anschluss, maximale Förderhöhe 6 mWS, typischer maximaler Volumenstrom in der Größenordnung von 3-3,5 m³/h; im Wohnungsbau die gängigste Wahl, ca. 70-130 m gesamte Rohrlänge, Gebäude mit 2-4 Geschossen oder Maisonette-Wohnung, 18-32 kW Heizlast
• 25/8 – DN25-Anschluss, maximale Förderhöhe 8 mWS, typischer maximaler Volumenstrom in der Größenordnung von 3,5-4 m³/h; Kreise mit langen Strängen, vielen Heizkörpern oder vielen Thermostatventilen, ca. 130-200 m Rohrlänge, 30-45 kW Heizlast
• Anschluss und Montage – Bei allen drei Gehäusen hat die Verschraubung ein 1-Zoll-Gewinde und die Überwurfmutter 1,5 Zoll; die Einbaulänge ist wahlweise 130 mm oder 180 mm und muss auch bei diesen drei Modellen gesondert überprüft werden
• Energie – Eine drehzahlkonstante 25/4 nimmt typischerweise 40-60 W auf, eine 25/6 typischerweise 50-90 W und eine 25/8 typischerweise 90-140 W; bei vergleichbaren drehzahlgeregelten Modellen sinkt der Verbrauch im Teillastbetrieb auf den Bereich von 5-25 W
• Geräusch – Wer in derselben Anlage eine 25/8 statt einer 25/6 wählt, erhöht den Differenzdruck am Thermostatventil deutlich und steigert das Risiko von Ventilpfeifen

Das klare Urteil auf die Frage, welche Lösung zu wem passt, lautet: Liegt die berechnete erforderliche Förderhöhe unter 3 mWS, wird eine 25/4 gewählt, im Bereich 3-5 mWS eine 25/6 und im Bereich 5-7 mWS eine 25/8. In Grenzfällen ist es leiser und langlebiger, das nächstgrößere Gehäuse zu wählen und die Pumpe auf mittlerer Stufe zu betreiben, als das kleinere Gehäuse mit voller Drehzahl auszureizen.

Eine häufig gestellte Frage lautet: Werden die Heizkörper wärmer, wenn ich statt einer 25/4 eine 25/8 einbaue? Nein. Die vom Heizkörper abgegebene Wärme hängt vom Produkt aus dem durchströmenden Volumenstrom und der Temperaturdifferenz zwischen Eintritt und Austritt ab. Steigt der Volumenstrom über den Auslegungswert, sinkt die Temperaturdifferenz, und die gesamte Wärmeübertragung bleibt nahezu gleich; dagegen steigen Verbrauch, Geräusch und Verschleiß.

Die Bezeichnung „Umwälzpumpe 32/8“ beschreibt eine Pumpe mit DN32-Anschluss, die maximal 8 mWS fördern kann. Beim DN32-Gehäuse hat der rohrseitige Anschluss ein 1,25-Zoll-Gewinde, die Überwurfmutter misst 2 Zoll. Auch wenn dieses Gehäuse dieselbe Förderhöhe wie DN25 hat, fördert es einen höheren Volumenstrom mit geringeren geschwindigkeitsbedingten Verlusten; der Unterschied ist nicht im Differenzdruck, sondern im Querschnitt zu suchen.

Der Grund für das größere Gehäuse ist die Geschwindigkeitsgrenze. In Heizungsanlagen wird die Strömungsgeschwindigkeit im Rohr für den Komfortbereich mit 0,5-1,0 m/s und als Obergrenze mit 1,2 m/s angesetzt. Wenn man durch eine DN25-Leitung 3,5 m³/h Wasser leitet, steigt die Geschwindigkeit über 2 m/s; an diesem Punkt nimmt der Reibungsverlust quadratisch zu, und das Strömungsgeräusch wird hörbar. DN32 halbiert die Geschwindigkeit bei demselben Volumenstrom ungefähr.

Die praktische Trennlinie ist der Volumenstrom. Bei Volumenströmen über 3,5 m³/h wird DN32 statt DN25 gewählt, bei Volumenströmen über 6 m³/h ein DN40-Gehäuse. Bezeichnungen wie 40/10 beschreiben Nassläuferpumpen mit DN40-Anschluss und 10 mWS Förderhöhe; sie werden typischerweise in Steigleitungen von Mehrfamilienhäusern, in Heizräumen über 60 kW, in Primärkreisen von Wärmepumpen und in Fan-Coil-Strängen eingesetzt.

Bei DN32- und DN40-Gehäusen steigt die Einbaulänge von 180 mm auf Werte wie 220 mm und 250 mm. Bei Flanschausführungen hängt das Maß vollständig von der Flanschnorm ab. Deshalb sind bei einem Wechsel auf ein großes Gehäuse Maßänderungen am Rohr unvermeidlich, und in der Regel werden zwei Reduzierverschraubungen oder Flanschadapter benötigt. Für Rohre und Verbindungselemente können Sie einen Blick auf unsere Produktgruppe werfen. (Details: Installationstechnik)

Ein Hinweis ist angebracht: Ein größeres Gehäuse allein löst kein Problem. Wer DN32 statt DN25 einbaut, obwohl der Volumenstrombedarf nicht gestiegen ist, verschiebt den Betriebspunkt der Pumpe an das linke Ende der Kennlinie, in den Bereich niedriger Volumenströme. In diesem Bereich sinkt der Wirkungsgrad von Nassläuferpumpen, und der Motor erwärmt sich stärker als nötig. Das Gehäuse wird nach dem berechneten Volumenstrom gewählt und nicht vorsorglich größer gewählt.

Die Einbaulänge ist der axiale Abstand von der Mitte der Eintrittsverschraubung bis zur Mitte der Austrittsverschraubung der Pumpe, und bei Umwälzpumpen haben sich zwei Standardwerte durchgesetzt: 130 mm und 180 mm. Wird dieses Maß falsch gewählt, passt die Pumpe nicht in die vorhandene Rohrstrecke, und an der Anlage sind Schneid- und Schweißarbeiten erforderlich. Weil sie im Code nicht erscheint, ist sie zugleich der am häufigsten übersehene Parameter.

Für die Messung ist kein Spezialwerkzeug nötig. Messen Sie, ohne die vorhandene Pumpe auszubauen, den Abstand zwischen den genauen Mitten der beiden Überwurfmuttern mit einem Maßband. Liegt das Ergebnis bei etwa 130 mm, ist das kurze Gehäuse eingebaut, liegt es bei etwa 180 mm, das lange. Zwischenwerte gibt es nicht; ergibt Ihre Messung 155 mm, wurde höchstwahrscheinlich nicht an den Enden der Verschraubungen, sondern an den Kanten der Muttern gemessen.

Auch die Einsatzbereiche der beiden Maße sind typisch. Gehäuse mit 130 mm sind so konstruiert, dass sie in Brennwert- und konventionelle Kombithermen und in enge Hydraulikblöcke passen. Gehäuse mit 180 mm sind dagegen bei Anwendungen im Heizraum und in Leitungen außerhalb des Geräts üblich, also am Verteilerabgang, im Speicherladekreis und in Mischergruppen von Fußbodenheizungen. Die letzten drei Ziffern in Modellnamen wie Grundfos ALPHA2 25-60 180 geben dieses Maß unmittelbar an.

Wenn man auf eine falsche Einbaulänge stößt, gibt es drei Wege. Der erste ist, eine Pumpe mit der richtigen Länge zu beschaffen; er ist der sauberste. Der zweite besteht darin, ein 130-mm-Gehäuse mit zwei 25-mm-Zwischenstücken in eine 180-mm-Lücke einzupassen; diese Lösung schafft zwei zusätzliche Dichtstellen. Der dritte ist, das Rohr zu kürzen und neu zu verlegen; er ist am aufwendigsten, aber am dauerhaftesten.

Bei der Überprüfung der Einbaulänge sind noch drei weitere Dinge zu kontrollieren: das Gewindemaß der Verschraubung, die Drehlage des Motorkopfs und die Höhe des in der Anlage für die Pumpe vorgesehenen Freiraums. Der Motorkopf drehzahlgeregelter Modelle kann wegen Display und Klemmenkasten 20-40 mm höher sein als bei der drehzahlkonstanten Entsprechung, und in engen Kombitherme-Verkleidungen lässt sich die Abdeckung unter Umständen nicht schließen.

Auch die Regel, dass die Wellenachse stets waagerecht liegen muss, gehört zur Montage. Wird eine Nassläufer-Umwälzpumpe mit senkrechter Welle montiert, kann das Lager des Rotors nicht geschmiert werden und trocknet in kurzer Zeit aus. Das Rohr kann senkrecht verlaufen, der Motorkopf muss aber unter allen Umständen zur Seite zeigen. Für die Auswahl von Armaturen und Verbindungselementen können Sie sich unsere Produktgruppe ansehen. (Details: Ventile & Armaturen)

Die Volumenstromberechnung einer Umwälzpumpe erfolgt mit einer einzigen Gleichung: Q gleich Heizlast geteilt durch 1,163 mal Temperaturdifferenz. Dabei ist Q der Volumenstrom in m³/h, die Heizlast die Auslegungsleistung der Anlage in kW, 1,163 die spezifische Wärmekapazität von Wasser in Wh/kg K und die Temperaturdifferenz der Unterschied zwischen Vorlauf- und Rücklaufwasser, also Delta T in K.

Wer weiß, woher die Zahl 1,163 stammt, kann sich die Berechnung leichter merken. Die spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt 4,186 kJ/kg K. Teilt man diesen Wert durch 3,6, um ihn auf die Stundeneinheit umzurechnen, ergibt sich 1,163 Wh/kg K. Die Gleichung ist im Grunde nichts anderes als der Energieerhaltungssatz: Die in einem Kreis transportierte Wärme ist gleich dem Produkt aus der umlaufenden Wassermasse und der Temperaturdifferenz.

Rechnen wir ein Schritt-für-Schritt-Beispiel. Die Wärmeverlustberechnung eines Wohngebäudes ergibt 24 kW, die Anlage ist für das Regime 75/60 ausgelegt, also 75 Grad Celsius im Vorlauf und 60 Grad Celsius im Rücklauf. Schritt 1, die Temperaturdifferenz bestimmen: 75 minus 60 gleich 15 K. Schritt 2, den Nenner berechnen: 1,163 mal 15 gleich 17,445.

Schritt 3, die Division: 24 geteilt durch 17,445 gleich 1,3757. Schritt 4, das Ergebnis runden: Der erforderliche Volumenstrom beträgt etwa 1,38 m³/h. Das bedeutet zugleich 1.376 Liter pro Stunde oder 0,38 Liter pro Sekunde. Der Wert auf der horizontalen Achse der Kennlinie, auf der die Pumpe ausgewählt wird, steht damit fest, und alle weiteren Arbeitsschritte werden an diesem Punkt durchgeführt.

Die Wahl der Temperaturdifferenz verändert das Ergebnis unmittelbar. Wird für dieselbe Last von 24 kW ein Delta T von 20 K angesetzt, ergibt sich Q gleich 24 geteilt durch 23,26 gleich 1,03 m³/h. Bei einem Delta T von 10 K ist Q gleich 24 geteilt durch 11,63 gleich 2,06 m³/h. Wer die Temperaturdifferenz halbiert, verdoppelt also den erforderlichen Volumenstrom, und das vergrößert alles, vom Rohrdurchmesser bis zum Pumpengehäuse.

Die praxisüblichen Annahmen für Delta T je nach Anlagentyp sind: beim klassischen Hochtemperatur-Heizkörperkreis 15-20 K, beim Niedertemperatur-Heizkörperkreis mit Brennwertkessel 15 K, bei der Fußbodenheizung 5-7 K, bei Fan-Coil-Kreisen 5-10 K, im Primärkreis einer Wärmepumpe 5 K. Bei Brennwertkesseln ist es zudem für die Brennwertnutzung erforderlich, das Rücklaufwasser unter 55 Grad Celsius zu halten.

Zwei Hinweise sichern die Genauigkeit der Berechnung. Erstens: Verwenden Sie als Heizlast nicht die Kesselleistung, sondern den berechneten Wärmeverlust des Gebäudes; die Kombitherme kann 35 kW haben, während das Gebäude nur 18 kW verliert. Zweitens: Addieren Sie die Leistung für die Trinkwassererwärmung nicht zum Heizungsvolumenstrom; der Speicherladekreis ist Sache einer eigenen Pumpe und einer eigenen Berechnung. (Details: Wie viele Liter Warmwasserspeicher sollte ich kaufen? Berechnung für 2, 4, 6, 10 und 20 Personen)

Die Förderhöhe einer Umwälzpumpe wird in einem geschlossenen Kreislauf nicht benötigt, um das Wasser anzuheben, sondern um Widerstände zu überwinden. Da die im Vorlaufstrang gewonnene Höhe im Rücklaufstrang in einem geschlossenen Heizkreis wieder abgegeben wird, geht die Gebäudehöhe nicht in die Berechnung ein. Die erforderliche Förderhöhe ist die Summe von drei Positionen: Rohrreibungsverlust, Verluste von Armaturen und Formteilen sowie Verlust von Kessel und Wärmeübertrager.

Schritt 1 besteht darin, den ungünstigsten Kreis zu bestimmen. Messen Sie die gesamte Länge der Leitung, die vom Kessel zum am weitesten entfernten Heizkörper und zurück führt. In einem dreigeschossigen Wohngebäude liegt dieser Wert typischerweise zwischen 70-110 m. Nehmen wir in unserem Beispiel die Summe aus Vor- und Rücklauf mit 90 m an.

Schritt 2 besteht darin, den spezifischen Reibungswiderstand zu wählen. In Heizungsanlagen liegt der wirtschaftliche Dimensionierungsbereich bei 100-150 Pa/m; darüber hinauszugehen vergrößert die Pumpe, darunter zu bleiben vergrößert das Rohr. Nehmen wir 120 Pa/m. Die Rechnung: 90 mal 120 gleich 10.800 Pa.

Schritt 3 besteht darin, die örtlichen Verluste zu addieren. Für Bögen, T-Stücke, Reduzierungen und Heizkörperanschlüsse wird ein Zuschlag von 25-35 Prozent des Verlusts der geraden Rohrstrecke angesetzt. Mit 30 Prozent: 10.800 mal 1,3 gleich 14.040 Pa.

Schritt 4 besteht darin, die Geräteverluste zu addieren. Der Wärmeübertragerverlust einer Brennwert-Kombitherme beträgt beim Auslegungsvolumenstrom etwa 8.000-20.000 Pa, Absperrklappe und Rückschlagventil zusammen etwa 3.000 Pa, und der für die Ventilautorität des Thermostatventils bei der Auslegung vorgesehene Anteil etwa 5.000-10.000 Pa. Nehmen wir in unserem Beispiel 8.000 für den Wärmeübertrager, 3.000 für die Ventile und 5.000 Pa für das Thermostatventil.

Schritt 5, Addition und Einheitenumrechnung: 14.040 plus 8.000 plus 3.000 plus 5.000 gleich 30.040 Pa. Da 1 mWS 9.810 Pa entspricht: 30.040 geteilt durch 9.810 gleich 3,06 mWS. Der tatsächliche Bedarf dieser Anlage beträgt also bei 1,38 m³/h Volumenstrom etwa 3,1 mWS Förderhöhe.

Diese beiden Zahlen, also 1,38 m³/h und 3,1 mWS, liefern alles, was für die Auswahl nötig ist. Als Sicherheitszuschlag ist es sinnvoll, 10 Prozent auf die Förderhöhe aufzuschlagen; 50 Prozent aufzuschlagen ist es nicht. Ergänzende Berechnungen wie hydraulischer Abgleich und Ausdehnungsvolumen finden Sie in unserem entsprechenden Ratgeber. (Details: Berechnung des Ausdehnungsgefäßes)

Der Betriebspunkt einer Umwälzpumpe ist der einzige Punkt, in dem sich die Anlagenkennlinie und die Kennlinie der Pumpe schneiden. Die Pumpe wählt diesen Betriebspunkt nicht selbst; ihn bestimmt die Physik. Die Aufgabe des Ingenieurs ist es, das Modell und die Stufe festzulegen, bei denen dieser Schnittpunkt in den effizienten Bereich der Pumpe fällt.

Die Anlagenkennlinie ist eine quadratische Kennlinie: Im geschlossenen Kreislauf steigt der Widerstand mit dem Quadrat des Volumenstroms. Wenn in unserem Beispiel bei 1,38 m³/h 3,1 mWS erforderlich sind, schnellt der erforderliche Druck in derselben Anlage bei 2,0 m³/h auf etwa 3,1 mal 2,0 geteilt durch 1,38 zum Quadrat gleich 6,5 mWS. Dieses quadratische Verhalten erklärt, warum eine geringe Erhöhung des Volumenstroms den Druck so stark ansteigen lässt.

Kommen wir zur Auswahl. Die Kennlinie einer Pumpe 25/4 liefert bei etwa 1,38 m³/h rund 2,8-3,2 mWS; da unser Bedarf 3,1 mWS beträgt, liegt das Modell genau an der Grenze und reicht nicht mehr aus, sobald die Anlage verschmutzt oder ein Ventil gedrosselt wird. Eine Pumpe 25/6 liefert bei demselben Volumenstrom bei voller Drehzahl etwa 4,8-5,2 mWS; sie lässt eine Reserve über dem Bedarf und kann durch Betrieb auf mittlerer Stufe genau auf den erforderlichen Punkt eingestellt werden.

Für diese Anlage ist das Urteil klar: Es wird eine 25/6 gewählt und, wenn die Pumpe dreistufig ist, auf mittlerer Stufe, wenn sie drehzahlgeregelt ist, in der Betriebsart mit Proportionaldruck mit einem Sollwert von etwa 3,1 mWS in Betrieb genommen. Bei einem Modell wie der Wilo Yonos PICO 25/1-6 erfolgt diese Einstellung direkt über den Knopf am Gehäuse, und auf dem Display wird die momentane Leistungsaufnahme in W abgelesen.

Auch die Wahl der Regelungsart verschiebt den Betriebspunkt. In der Betriebsart mit konstantem Differenzdruck versucht die Pumpe, auch bei wechselndem Volumenstrom denselben Druck zu halten, und belastet die Anlage, wenn die Thermostatventile schließen. In der Betriebsart mit Proportionaldruck dagegen senkt die Pumpe den Druck mit sinkendem Volumenstrom linear ab; bei Heizkörperkreisen mit Thermostatventilen ist dies die richtige Betriebsart, und sie senkt den Verbrauch deutlich.

Die Überprüfung nach der Inbetriebnahme erfolgt mit einer einzigen Messung. Messen Sie mit einem Anlegethermometer am Vorlauf- und Rücklaufrohr des Kessels. Liegt die unter Auslegungsbedingungen abgelesene Temperaturdifferenz nahe am berechneten Delta T, ist der Volumenstrom korrekt. Liegt die Differenz deutlich unter dem Auslegungswert, ist der Volumenstrom zu hoch, und die Pumpe muss um eine Stufe heruntergestellt werden; liegt sie deutlich darüber, reicht der Volumenstrom nicht aus.

Überdimensionierung ist der teuerste stille Fehler bei der Auswahl einer Umwälzpumpe. Eine Pumpe, die größer als nötig gewählt wurde, fällt nicht aus, löst keinen Alarm aus, und der Nutzer beschwert sich nicht; dafür verbraucht sie in jeder Heizperiode zusätzlichen Strom, erzeugt Geräusche in der Anlage und senkt den Wirkungsgrad des Kessels. Die Kosten sind mit Zahlen zu belegen.

Schauen wir uns zunächst die Energieseite an. Eine drehzahlkonstante Pumpe 25/6 nimmt auf voller Stufe etwa 70 W auf. Geht man davon aus, dass sie während der Heizperiode 5.000 Stunden im Jahr läuft, ergibt sich ein Verbrauch von 70 mal 5.000 geteilt durch 1.000 gleich 350 kWh/Jahr. Ein drehzahlgeregeltes Modell läuft in derselben Anlage in der Betriebsart mit Proportionaldruck mit einem Saisonmittel von etwa 12-15 W; der Verbrauch sinkt auf den Bereich von 60-75 kWh/Jahr. Der Unterschied beträgt etwa 275-290 kWh pro Jahr.

Schauen wir uns nun das Geräusch an. In einem Kreis, in dem statt der erforderlichen 3,1 mWS 6 mWS anliegen, steigt der Differenzdruck an den Thermostatventilen der Heizkörper über 30 kPa. Dieser Schwellenwert ist bekanntermaßen die Grenze, ab der der Ventilkegel in der Strömung zu flattern beginnt und Pfeifgeräusche erzeugt. Das Ergebnis ist in der nächtlichen Stille ein feines Geräusch am Heizkörper, dessen Quelle sich nicht finden lässt.

Schauen wir uns nun die Hydraulik an. Ein zu hoher Volumenstrom erhöht die Rücklauftemperatur des Kessels. Steigt bei einem Brennwertkessel das Rücklaufwasser über 55 Grad Celsius, kondensiert der Wasserdampf im Abgas nicht, und das Gerät kann die latente Wärme nicht zurückgewinnen. Das bedeutet allein schon einen Verlust von einigen Prozentpunkten beim saisonalen Wirkungsgrad und ist ein höherer Preis als der zusätzliche Strom, den die Pumpe verbraucht.

Schauen wir uns nun die Mechanik an. Eine hohe Strömungsgeschwindigkeit beschleunigt die Erosionskorrosion an der Rohrinnenfläche und führt, insbesondere bei Kupferinstallationen über 1,5 m/s, zu Wandschwächung an den Innenflächen von Bögen. Außerdem erreichen die Lager und der Rotor der Pumpe ihre erwartete Lebensdauer früher, weil sie ständig unter hoher Last laufen. Zu Wartungsintervallen und Lebensdauererwartung finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: Pumpenwartung)

Die Kosten einer Unterdimensionierung sind dagegen sichtbarer und werden deshalb seltener verursacht: Entfernte Heizkörper werden nicht warm, zwischen den Strängen entsteht ein Ungleichgewicht, und der Kessel taktet häufig bei hoher Temperatur. Der richtige Ansatz ist, beide Extreme zu vermeiden; ein Zuschlag von 10 Prozent auf den berechneten Punkt genügt. Weitere Informationen finden Sie in unserem Ratgeber, in dem wir unseren Ansatz zur Energieeffizienz ausführlich behandelt haben. (Details: Energieeffizienz in mechanischen Anlagen)

Eine drehzahlgeregelte Umwälzpumpe ist eine Pumpe mit Permanentmagnet-Synchronmotor, die den Differenzdruck in der Leitung misst und die Motordrehzahl entsprechend anpasst. Eine drehzahlkonstante Pumpe dagegen läuft mit einer einzigen Drehzahl, die manuell zwischen zwei oder drei Stufen gewählt wird. Der Unterschied zwischen beiden ist selbst im Wohnungsbau messbar.

• Energieverbrauch – Drehzahlkonstante 25/6 typischerweise 50-90 W, in der Heizperiode etwa 350 kWh/Jahr; die drehzahlgeregelte Entsprechung im Teillastbetrieb im Bereich von 5-25 W, in der Heizperiode 60-90 kWh/Jahr
• Effizienzindex – Bei drehzahlkonstanten Asynchronmodellen bleibt der EEI über 0,4; bei modernen drehzahlgeregelten Modellen liegt der EEI unter 0,20, bei den besten Baureihen in der Größenordnung von 0,15
• Einhaltung der Vorschriften – Im Rahmen von ErP 641/2009 unterliegen eigenständige Umwälzpumpen ohne Wellendichtung ab 2013 dem Grenzwert EEI 0,27 und ab 2015 dem Grenzwert EEI 0,23; die EEI-Messung erfolgt nach der Norm EN 16297
• Regelverhalten – Drehzahlkonstant: Wenn die Thermostatventile schließen, steigt der Druck, und das Ventilgeräusch nimmt zu; drehzahlgeregelt: In der Betriebsart mit Proportionaldruck sinkt der Druck mit sinkendem Volumenstrom, es entsteht kein Geräusch
• Inbetriebnahme – Drehzahlkonstant: Eine von drei Stufen wird gewählt, eine Zwischeneinstellung gibt es nicht; drehzahlgeregelt: Die Zielförderhöhe wird in Schritten von 0,1 mWS eingestellt, und die momentane Leistung wird am Display abgelesen
• Verhalten gegen Blockieren – Drehzahlkonstant: Nach langem Stillstand kann der Rotor durch Kalk festsitzen und muss am Wellenende von Hand gedreht werden; drehzahlgeregelt: Die meisten Modelle haben eine automatische Entblockierung und eine Funktion für kurzes periodisches Drehen
• Größe und Montage – Drehzahlkonstant: Der Motorkopf ist kleiner und passt leicht in enge Verkleidungen; drehzahlgeregelt: Wegen Display und Klemmenkasten kann er 20-40 mm höher sein
• Eignungsurteil – Drehzahlkonstant: kleine Kreise mit nur einem Strang, ohne Thermostatventile und mit dauerhaft konstantem Volumenstrom; drehzahlgeregelt: jede Anlage mit Thermostatventilen, mehreren Strängen und veränderlichem Volumenstrom

Das Urteil lautet: In jeder Anlage mit Thermostatventilen sollte eine drehzahlgeregelte Pumpe gewählt werden. In diesen Anlagen schwankt der Volumenstrom im Tagesverlauf zwischen 100 Prozent und 20 Prozent, und eine drehzahlkonstante Pumpe gleicht diese Schwankung nur aus, indem sie die Ventile belastet. Zu Anwendungen mit Thermostat- und Motorventilen finden Sie Informationen in unserem Ratgeber. (Details: Motorventil-Ratgeber)

Auch die Amortisationszeit des Austauschs ist eine berechenbare Größe. Bei einem Austausch, der 280 kWh pro Jahr einspart, bestehen die Kostenpositionen aus dem Pumpenpreis, zwei Verschraubungsdichtungen und der Montagearbeit. Muss das Anlagenwasser abgelassen und wieder aufgefüllt werden, kommt eine Position für Wasser und chemische Zusätze hinzu. Bei der Entscheidung sollte auch die Restlebensdauer der Pumpe berücksichtigt werden; eine 12 Jahre alte drehzahlkonstante Pumpe ist ohnehin fällig.

Die Auswahl der Umwälzpumpe einer Kombitherme unterscheidet sich in drei Punkten von der Auswahl einer externen Leitungspumpe: Die Einbaulänge beträgt fast immer 130 mm, das Gehäuse ist standardmäßig auf den Hydraulikblock der Kombitherme abgestimmt, und die Pumpe wird meist von der Platine der Kombitherme selbst angesteuert. Diese drei Einschränkungen verengen die Wahlfreiheit, beseitigen die Berechnung aber nicht.

Die Leistung der Pumpe in der Kombitherme ist so gewählt, dass sie den Widerstand des Wärmeübertragers des Geräts überwindet und der Anlage einen bestimmten Restdruck übrig lässt. Bei einer typischen Brennwert-Kombitherme liegt dieser Restdruck beim Auslegungsvolumenstrom in der Größenordnung von etwa 2,0-2,5 mWS. Steht im Katalog der Kombitherme also 6 mWS, bedeutet das nicht, dass Ihrer Anlage 6 mWS zur Verfügung stehen; maßgeblich ist der Wert, der nach Abzug des Wärmeübertragerverlusts übrig bleibt.

Reicht dieser Restdruck nicht aus, treten zwei Szenarien auf. Das erste ist, dass entfernte Heizkörper kalt bleiben. Das zweite ist, dass die Kombitherme häufig über den Übertemperaturschutz abschaltet und wieder anläuft; weil der Volumenstrom nicht ausreicht, erwärmt sich das durch den Wärmeübertrager strömende Wasser stärker als nötig. Beide Symptome sind ein Problem des Anlagenwiderstands und nicht der Pumpe und müssen zuerst rechnerisch überprüft werden.

Die Lösung besteht nicht darin, die interne Pumpe der Kombitherme auszubauen. Die richtige Lösung ist, nach der Kombitherme eine hydraulische Weiche zu setzen und den Sekundärkreis mit einer separaten externen Pumpe zu versorgen. So versorgt die interne Pumpe der Kombitherme nur den Wärmeübertrager, während den Widerstand der Anlage eine richtig gewählte externe Pumpe wie eine 25/6 oder 25/8 überwindet. Diese Anordnung gewährleistet zugleich die Mindestvolumenstrom-Bedingung der Kombitherme.

Wenn die interne Pumpe ausfällt, überprüfen Sie bei der Wahl einer Reservepumpe drei Maße: die Einbaulänge von 130 mm, das Verschraubungsmaß und die Art des Kabelanschlusses. Moderne Kombithermen steuern die Pumpe mit einem PWM-Signal an; wird in diese Geräte eine klassische dreistufige Pumpe eingebaut, läuft sie entweder dauerhaft mit voller Drehzahl oder gar nicht. Es muss unbedingt überprüft werden, dass die Reservepumpe PWM-kompatibel ist.

Eine weitere häufig gestellte Frage zur Kombitherme betrifft die Position der Pumpe relativ zur Kombitherme. Die Umwälzpumpe wird hinter dem Anschlusspunkt des geschlossenen Ausdehnungsgefäßes montiert, also so, dass ihre Saugseite auf der Seite des Gefäßes liegt. Bei umgekehrtem Einbau sinkt der Druck auf der Saugseite der Pumpe, und am höchsten Punkt des Kreises setzen Kavitation und Luftansammlung ein. (Details: Was ist Pumpenkavitation und wie lässt sie sich vermeiden?)

Bei der Fußbodenheizung ändern sich zwei Parameter und verschieben die Auswahl völlig: Die Temperaturdifferenz sinkt, die Rohrlänge steigt. Während Delta T beim Heizkörper 15-20 K beträgt, werden bei der Fußbodenheizung 5-7 K angesetzt. Für dieselbe Heizlast erhöht dies den erforderlichen Volumenstrom auf etwa das Dreifache. Dafür steigt auch der Widerstand, weil jeder Kreis aus 80-120 m dünnem Rohr besteht.

Sehen wir uns ein Beispiel an. Bei einer Fußbodenheizlast von 12 kW, berechnet mit Delta T 7 K: 1,163 mal 7 gleich 8,141; 12 geteilt durch 8,141 gleich 1,47 m³/h. Wären dieselben 12 kW mit Heizkörpern und Delta T 15 K berechnet worden, ergäbe sich 12 geteilt durch 17,445 gleich 0,69 m³/h. Die Fußbodenheizung verlangt also für dieselbe Leistung etwa den doppelten Volumenstrom.

Auch auf der Widerstandsseite kommen zusätzliche Positionen hinzu. In einem 100 m langen Kreis mit 16x2 mm beträgt der Verlust beim Auslegungsvolumenstrom etwa 15-25 kPa, der Verteilerbalken und Sets mit Durchflussmessern fügen etwa 10-20 kPa hinzu, und das Dreiwegeventil in der Mischergruppe weitere etwa 5-15 kPa. Diese Beträge kommen zur Rohrreibung hinzu und heben den Gesamtbedarf in den Bereich von 4-6 mWS.

Deshalb ist in Mischergruppen von Fußbodenheizungen das 25/6-Gehäuse die gängigste Wahl; bei großen Wohnungen und Fußbodenflächen über 200 Quadratmeter kann eine 25/8 oder 32/8 erforderlich sein. Die Einbaulänge beträgt bei dieser Anwendung 180 mm, weil die Pumpe auf der Mischergruppe im Verteilerschrank sitzt. Zu Fußbodenheizungssystemen können Sie sich unsere Produktgruppe ansehen. (Details: Fußbodenheizung)

In gemischten Systemen, also in Wohngebäuden mit Heizkörpern und Fußbodenheizung, ist es nicht richtig, zwei Kreise mit einer einzigen Pumpe zu versorgen. Das Temperaturregime und der Widerstand der beiden Kreise sind unterschiedlich; eine gemeinsame Pumpe versorgt stets den einen Kreis zu stark und den anderen zu schwach. Die richtige Anordnung ist, jedem Kreis eine eigene Pumpe zu geben und die beiden über eine hydraulische Weiche zu entkoppeln.

Die Durchflussmesser am Verteiler sind das einfachste Mittel zur Überprüfung nach der Auswahl. Stellen Sie den Durchflussmesser jedes Kreises auf den berechneten Wert in Litern pro Minute ein und erhöhen Sie dann die Pumpe, beginnend mit der niedrigsten Stufe. Hören Sie auf, sobald der am weitesten entfernte Kreis seinen Zielvolumenstrom erreicht; eine Stufe höher zu gehen steigert nur den Verbrauch.

Die Zirkulationspumpe für Trinkwarmwasser ist eine Pumpe, die in der Warmwasserleitung die Wartezeit beim Öffnen der Zapfstelle beseitigt und mit Klarwasser in Kontakt kommt. Der wichtigste Unterschied zu Heizkreispumpen ist der Gehäusewerkstoff: Gusseisengehäuse, die im geschlossenen Heizkreis verwendet werden, korrodieren in einer Trinkwasserleitung, die ständig mit Sauerstoff in Kontakt ist, schnell.

Bei dieser Anwendung muss das Gehäuse aus Bronze oder Edelstahl sein. Die Baureihe Grundfos COMFORT und die Baureihe Wilo Star-Z sind typische, für diesen Zweck hergestellte Beispiele, und ihre Gehäuse sind für Trinkwasser geeignet. Eine aus dem Heizkreis ausgebaute Pumpe 25/6 in eine Trinkwasserleitung einzubauen, führt innerhalb weniger Jahre zu Rost und Ablagerungen.

Auch die Berechnung erfolgt anders. Hier geht es nicht darum, Wärme zu transportieren, sondern die Leitung warm zu halten. Der Volumenstrom wird so klein gewählt, dass er den Wärmeverlust in der Zirkulationsleitung deckt; bei einer typischen Wohnungsleitung genügen 0,15-0,40 m³/h. Die Förderhöhe überwindet lediglich den Reibungswiderstand der Zirkulationsschleife und bleibt in der Regel im Bereich von 1,0-2,5 mWS.

Die Steuerung der Laufzeit ist bei diesen Pumpen der wichtigste Einsparposten. Modelle mit Zeitschaltuhr laufen nur in den Nutzungsfenstern am Morgen und am Abend; Modelle mit Thermostat schalten sich zu, wenn die Rücklaufwassertemperatur unter den eingestellten Schwellenwert fällt. Eine Pumpe mit 8 W, die 8 statt 24 Stunden am Tag läuft, verbraucht pro Jahr etwa 23 kWh statt 70 kWh.

Ein Hinweis zur Gesundheit ist ebenfalls nötig: In der Zirkulationsleitung wird angestrebt, dass die Rücklaufwassertemperatur nicht unter 50 Grad Celsius fällt. Dieser Schwellenwert ist der in der Installationspraxis anerkannte Wert, um die Biofilmbildung in der Leitung zu begrenzen. Bei der Einstellung der Zeitschaltuhr ist darauf zu achten, dass diese Bedingung nicht verletzt wird. Für Ausrüstung von Wasserleitungen können Sie sich unsere Produktgruppe ansehen. (Details: Wasseraufbereitung)

Die Wahl der Baureihe ist die zweite Entscheidung nach dem Gehäusecode und hängt weitgehend von den Regelungsmöglichkeiten und den Einbaubeschränkungen ab. Der folgende Vergleich ordnet die gängigen Baureihen nach Verwendungszweck. Die letzten drei Ziffern in den Modellcodes geben die Einbaulänge an, die beiden mittleren Gruppen den DN-Durchmesser und die maximale Förderhöhe.

• Grundfos ALPHA2 25-60 180 – DN25, maximal 6 mWS, 180 mm Einbaulänge; drehzahlgeregelt, EEI-Wert in der Größenordnung von 0,15, Leistungsaufnahme im Teillastbetrieb bis hinunter auf 5 W; die gängigste Wahl für Heizkörperkreise mit Thermostatventilen im Wohnungsbau und für Mischergruppen von Fußbodenheizungen
• Grundfos UPS2 25-40/60/80 180 – Bietet in einem Gehäuse Betriebsoptionen entsprechend 4, 6 und 8 mWS; geeignet für Anwendungen, bei denen der Servicebestand auf ein einziges Modell reduziert werden soll, sowie für den Eins-zu-eins-Austausch vorhandener drehzahlkonstanter Pumpen
• Grundfos MAGNA3 25-60 180 – DN25, maximal 6 mWS; mit Wärmemengenerfassung, Kommunikationsmodul und automatischen Anpassungsfunktionen für Gewerbegebäude und zentrale Anlagen gedacht, für den Wohnungsbau umfangreicher als nötig
• Wilo Yonos PICO 25/1-6 – DN25, Einstellbereich 1-6 mWS; drehzahlgeregeltes Basismodell mit schlichtem Display und den Betriebsarten Proportionaldruck und Konstantdruck; geeignet für Sanierungen, bei denen im Wohnungsbau ein ausgewogenes Preis-Leistungs-Verhältnis gesucht wird
• Wilo Stratos PICO – Baureihe des oberen Segments mit Display und dynamischer Anpassungsfunktion im Wohnungsbau; dank der Anzeige von momentaner Leistung und kumuliertem Verbrauch kann die Überprüfung bei der Inbetriebnahme am Display erfolgen
• Lowara Ecocirc – Hocheffiziente Nassläufer-Baureihe für Wohnungsbau und leichte gewerbliche Anwendungen; es gibt Varianten für Heizung, Kühlung und Trinkwasser, der Gehäusewerkstoff wird je nach Anwendung gewählt
• Standart Pompa – Heizungs- und Umwälzlösungen aus türkischer Fertigung; eine Alternative, die in Betracht zu ziehen ist, wenn Ersatzteilverfügbarkeit und Service vor Ort Vorrang haben

Das Urteil auf die Frage, welche Lösung zu wem passt, lautet: Beim Einfamilienhaus und bei der Wohnungssanierung genügt ein drehzahlgeregeltes Modell der Klasse Wilo Yonos PICO 25/1-6 oder Grundfos ALPHA2 25-60 180. Bei Villen und Anlagen mit vielen Strängen erleichtert ein Modell mit Display der Klasse Wilo Stratos PICO die Inbetriebnahme. Bei zentralen Anlagen und Gewerbegebäuden werden Grundfos MAGNA3 25-60 180 und größere Gehäuse mit Kommunikationsmodul bevorzugt. Alle von uns geführten Marken finden Sie auf unserer Seite „Marken“. (Details: unsere Markenseite)

Bei der Wahl der Baureihe ist es irreführend, nur die Maximalwerte des Katalogs anzusehen. Lesen Sie beim Vergleich drei Punkte beim selben Volumenstrom ab: die Förderhöhe bei diesem Volumenstrom, die Leistungsaufnahme in diesem Punkt und den Wirkungsgrad in diesem Punkt. Auch wenn die Maximalwerte zweier Pumpen gleich sind, kann ihre Leistung im Punkt 1,4 m³/h mit 20 W gegenüber 45 W deutlich auseinanderliegen.

Hinter der Beschwerde „Umwälzpumpe macht Geräusche“ stehen drei verschiedene physikalische Vorgänge, und ihre Lösungen unterscheiden sich völlig voneinander: Luft im Kreis, zu hoher Differenzdruck und mechanische Reibung. Der Charakter des Geräuschs zeigt unmittelbar, welcher Vorgang vorliegt; deshalb beginnt die Diagnose mit dem Ohr.

Das erste Geräusch ist Gluckern und Plätschern. Die Ursache ist im Kreis verbliebene Luft, und es ist typischerweise in den ersten Tagen nach dem Befüllen der Anlage zu hören. Die Lösung besteht darin, den automatischen Entlüfter am höchsten Punkt zu prüfen, die Heizkörper nacheinander über das Entlüftungsventil zu entlüften und die Entlüftungsschraube am Pumpengehäuse kurz zu lösen.

Das zweite Geräusch ist ein feines, anhaltendes Pfeifen und kommt in der Regel nicht von der Pumpe, sondern vom Heizkörperventil. Die Ursache ist ein zu hoher Differenzdruck: Die Pumpe bringt mehr Druck auf, als die Anlage benötigt, und der Ventilkegel des Thermostatventils flattert in der Strömung. Die Lösung besteht darin, die Pumpe um eine Stufe herunterzustellen oder auf die Betriebsart mit Proportionaldruck umzustellen. Ziel ist es, den Differenzdruck am Ventil unter 30 kPa zu halten.

Das dritte Geräusch ist metallisches Brummen und Schwingung. Die Ursache ist ein ausgetrocknetes Rotorlager, Kalkablagerung oder eine starre Verbindung der Pumpe mit dem Rohr. Bei Nassläuferpumpen wird das Lager vom geförderten Wasser selbst geschmiert; sinkt der Wasserstand im Kreis oder entsteht ein Lufteinschluss, trocknet das Lager aus. Die Lösung besteht zunächst darin, den Kreis vollständig zu befüllen und danach, falls erforderlich, den Rotor auszubauen und zu reinigen.

Auch die Körperschallübertragung darf nicht vernachlässigt werden. Eine Rohrleitung, die direkt an der Wand festgeklemmt ist, überträgt das Gehäusegeräusch der Pumpe in der Größenordnung von 40-45 dB(A) auf das Bauwerk und führt dazu, dass es im Nachbarraum lauter wahrgenommen wird, als es ist. Rohrschellen mit Gummieinlage und zwei am Pumpeneintritt eingebaute schwingungsdämpfende Anschlüsse senken das wahrgenommene Geräusch spürbar.

Lässt sich das Geräusch nicht beseitigen, überprüfen Sie die Strömungsgeschwindigkeit. In einer DN25-Leitung überschreitet die Geschwindigkeit bei Volumenströmen über 3 m³/h 1,7 m/s, und das Strömungsgeräusch im Rohr ist unvermeidlich. In diesem Fall ist nicht die Pumpeneinstellung die Lösung, sondern eine Überarbeitung von Gehäuse und Rohrdurchmesser. Weitere Fragen zur Anlage insgesamt beantwortet unsere Seite „Häufig gestellte Fragen“. (Details: häufig gestellte Fragen)

Die folgenden acht Schritte decken den gesamten Prozess von der Berechnung bis zur Inbetriebnahme der Reihe nach ab. Werden die Schritte ohne Auslassung angewendet, ergeben sich sowohl der Gehäusecode als auch die Stufeneinstellung auf Anhieb richtig.

• Schritt 1 – Heizlast bestimmen: Tragen Sie nicht die Kesselleistung, sondern den berechneten Wärmeverlust des Gebäudes in kW ein
• Schritt 2 – Temperaturdifferenz wählen: beim Heizkörper 15-20 K, bei der Fußbodenheizung 5-7 K, beim Fan-Coil 5-10 K
• Schritt 3 – Volumenstrom berechnen: Q gleich Heizlast geteilt durch 1,163 mal Delta T; notieren Sie das Ergebnis in m³/h
• Schritt 4 – Messen Sie die gesamte Rohrlänge von Vor- und Rücklauf des ungünstigsten Kreises und multiplizieren Sie sie mit dem spezifischen Widerstand von 100-150 Pa/m
• Schritt 5 – Addieren Sie für die örtlichen Verluste einen Zuschlag von 25-35 Prozent und summieren Sie anschließend die Anteile von Kessel-Wärmeübertrager, Ventilen und Thermostatventil in Pa
• Schritt 6 – Ermitteln Sie die erforderliche Förderhöhe in mWS, indem Sie den Gesamtverlust durch 9.810 teilen, und addieren Sie 10 Prozent Sicherheitszuschlag
• Schritt 7 – Wählen Sie den Gehäusecode, indem Sie das Paar aus Volumenstrom und Förderhöhe in die Kennlinie einzeichnen: unter 3 mWS 25/4, zwischen 3-5 mWS 25/6, zwischen 5-7 mWS 25/8, bei Volumenströmen über 3,5 m³/h ein DN32-Gehäuse
• Schritt 8 – Messen Sie die Einbaulänge zwischen den Mitten der Verschraubungen und bestätigen Sie sie mit 130 mm oder 180 mm, stellen Sie die Pumpe in der Betriebsart mit Proportionaldruck auf den berechneten Wert ein und überprüfen Sie das Ergebnis, indem Sie die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf messen

Das Ergebnis dieser acht Schritte sind drei Angaben: Gehäusecode, Einbaulänge und Sollwert. Ohne dass alle drei zusammen notiert sind, sollte keine Bestellung aufgegeben werden. Sie können sich unsere Produktgruppe Pumpen und Druckerhöhung ansehen. (Details: Pumpensysteme)