So funktionieren Umwälzpumpen

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Ratgeber Heizungen: So funktionieren Umwälzpumpen

Eine Heizung trägt maßgeblich zur Behaglichkeit innerhalb eines Raums bei. Nur mit der korrekten Installation ist es darin warm und gemütlich. Zur Anpassung der Temperatur genügt eine kurze Drehung des Reglers. Was bei dieser einfachen Handhabung oft vergessen wird, ist der tatsächliche Funktionsumfang eines Heizungssystems. Über den Heizkörper hinaus sind weitere Teile vorhanden. Es handelt sich dabei um Rohre, Thermostatventile, Regelgeräte und Heizkessel. Im Rahmen des vorliegenden Ratgebers soll das Bauteil im Zentrum stehen, dass zum Transport des erwärmten Wassers dient, die Umwälzpumpe.

Wie funktioniert eine Heizung?

Der für den Bewohner eines Hauses zuvorderst relevante Teil einer Heizung ist der Heizungskörper. Es handelt sich dabei um einen hohlen Metallkörper, der Wärme an den Raum abstrahlt. Es gibt verschiedene Formen wie Konvektoren, Heizleisten und Radiatoren. Das Funktionsprinzip ist bei allen Ausführungen dasselbe. Im Innern des Körpers befindet sich ein Medium, das erhitzt wird. Bei den meisten Heizungstypen handelt es sich dabei um Wasser. Es hat besonders gute Wärmeleitungseigenschaften. Bei elektrischen Heizkörpern verwendet man Öl. Das erhitzte Medium gibt die Wärme an das Metall des Heizkörpers weiter. Von diesem Metall aus wird es an die Umgebungsluft abgestrahlt.

Die Wärme verbreitet sich an unterschiedlichen Stellen des Heizkörpers mit unterschiedlicher Stärke. Am höchsten ist die Temperatur nahe dem Einlassventil. Auf dem Weg zum Auslaufventil nimmt sie sukzessive ab. Thermische Verluste in Form von Konvektion und Strahlung sind hierfür verantwortlich. Ist das Wasser über das Rücklaufventil zurückgeflossen, fließt es zum Heizkessel, erwärmt sich und wird dem Wärmekreislauf erneut zugeführt.

Ein Heizkörper kann nur dann korrekt funktionieren, wenn das Wasser gleichmäßig in ihm verteilt ist. Kalte Stellen auf der Oberfläche oder ein komplett kalter Heizkörper liegt meistens in Lufteinschlüssen begründet. Luft leitet Wärme weit schlechter als Wasser und blockiert so die Zirkulation. Die Wiederherstellung der korrekten Funktionsweise ist mit wenigen Handgriffen möglich. Man muss lediglich das Entlüftungsventil öffnen, um die überschüssige Luft entweichen zu lassen.

Welche Rolle spielt die Abstrahlfläche bei der Beheizung von Räumen?

Mit zunehmender Fläche nimmt das Ausmaß der an die Umwelt abgegebenen Wärme zu. Um Heizkörper dennoch nicht unverhältnismäßig groß konstruieren zu müssen, behelfen sich die Hersteller einer speziellen Lösung, der Rippenform. Durch diese Bauweise ist eine große Oberfläche bei möglichst kompakten Ausmaßen möglich. Die Wärmeabstrahlung kann durch eine wasserführende Oberfläche zusätzlich gesteigert werden. Über Abdeckungen der Heizung aus optischen Gründen sollte vor dem Kauf besonders gründlich nachgedacht werden. Sie beeinflussen die Heizleistung messbar.

Was versteht man unter einem Rohrsystem?

Ein Rohrsystem ist die spezifische Art und Weise, auf die Heizkörper, Rohre und Heizanlagen in einem Gebäude angeordnet sind. Man unterscheidet zwei Varianten, das Einrohr- und das Zweirohrsystem. Einrohrsysteme werden in der Regel nicht mehr verwendet. Nur noch ein verschwindend geringer Prozentsatz von Altbauten verfügt darüber. Dies hängt mit zahlreichen bauartbedingten Nachteilen zusammen. Alle Heizkörper sind in Reihe mit dem Heizgerät verbunden. Das erwärmte Wasser breitet sich über die Rohre von Heizkörper zu Heizkörper aus. Anschließend fließt es über den Rücklauf zurück zum Kessel. Ein Problem dieser Technik besteht darin, dass sich eine Störung an einem Heizkörper verstärkend auf die nachfolgenden Rohre und Heizkörper auswirken kann. Weiterhin nimmt die Wärmeleistung mit größerer Entfernung zur Quelle ab. Eine Konsequenz hieraus sind Heizkörper, deren Oberfläche sukzessive ansteigen muss, damit Räume noch beheizt werden können. Die Technik ist sehr anfällig für Verluste, die auf fehlerhafter Isolierung beruhen.

Zweirohrsysteme stellen den Nachfolger der Technik dar. Ihr Vorteil besteht darin, dass alle Heizkörper einzeln an Vor- und Rücklauf angeschlossen sind. An allen Stellen ist die Vorlauftemperatur gleich.

Welche Aufgabe haben Regelgeräte und Ventile?

Ein wichtiger Aspekt eines Heizungssystems ist eine gleichmäßige Wärmeverteilung in alle Räume. Damit dies gelingt, ist ein Verfahren namens hydraulischer Abgleich notwendig. Dank dieses Verfahrens wird jeder Heizkörper genau mit der Menge an Wärme versorgt, die zur Beheizung des Raums notwendig ist.

Notwendig ist dies, da der erste Heizkörper im Heizsystem zuerst vom Warmwasser durchströmt wird. Da der Widerstand dabei geringer ist als bei nachfolgenden Heizkörpern kann es zur Überhitzung des Rücklaufs kommen. Diese wiederum führt zur Deaktivierung der Wärmezufuhr. Gäbe es keine Thermostatventile, würden weiter vom Heizkessel entfernte Heizkörper nicht mehr korrekt oder gar nicht mehr mit Wärme versorgt werden.

Regelgeräte haben eine ähnliche Funktion. Sie ermöglichen eine Anpassung des Heizungssystems an die Außentemperaturen. Die elektrischen Geräte sind auf Tages- und Wochenzeiten programmierbar. Sie passen die Temperatur von Vor- und Rücklauf entsprechend an.

Aufgabe und Funktionsweise einer Umwälzpumpe

Die Aufgabe von Umwälzpumpen besteht darin, das Medium der Wärmeübertragung zu den Heizkörpern zu transportieren und aus dem Rücklauf wieder aufzuheizen. In der Regel handelt es sich bei dem Übertragungsmedium um Wasser. Umwälzpumpen befinden sich bei modernen Heizungssystemen nahe am Kessel, üblicherweise im Rücklauf.

Die Pumpe übernimmt dabei im Wesentlichen die Aufgabe, dem Wasser die notwendige Energie zur Überwindung der Widerstände im Wasserkreis zur Verfügung zu stellen. Im Gegensatz zur bis in die 80er Jahre verwendeten Schwerkraftpumpe bietet die Umwälzpumpe den Vorteil, dass sie mit zusätzlichen Steuereinrichtungen bedarfsgerechter genutzt werden kann. Ein weiterer positiver Aspekt ist der Umstand, dass mit dünneren Rohren verzweigtere Heizungssysteme ermöglicht werden können.

Welche Pumpenleistung wird für den Betrieb einer Heizanlage benötigt?

Die Höhe der Pumpenleistung ist immer als Kompromiss zu verstehen. Sie darf nicht zu niedrig, aber auch nicht zu hoch sein. Wäre die Leistungsfähigkeit der Pumpe zu gering, könnte sie nicht genug Wasser zur Erwärmung umwälzen. Sie muss in der Lage sein, den Gegendruck in den Rohren zu überwinden. Er entsteht durch Strömungsverluste in den Rohren. Ventile wie Thermostate erhöhen den Gegendruck zusätzlich. Wird zu wenig Wasser durch die Rohrleitung gepumpt, ist es notwendig, die Vorlauftemperatur zu erhöhen. In der Regel ist dies unerwünscht, da es mit zusätzlichen Energiekosten verbunden ist.

Auf der anderen Seite darf die Leistung der Pumpe auch nicht zu hoch sein. Dies ist damit zu erklären, dass in diesem Fall sehr viel elektrische Energie verbraucht würde. Negative Nebeneffekte wären steigende Kosten und ein störendes Strömungsgeräusch, das besonders an Ventilen stark zu hören ist. Ein weiteres Problem wäre eine Erhöhung der Rücklauftemperatur, die wiederum die Effizienz der Pumpe schmälert. Sie erkennen eine zu hohe Pumpenleistung daran, dass die Rücklauftemperatur nur geringfügig kälter als die Vorlauftemperatur ist. Man spricht in diesem Zusammenhang von einer geringen Temperaturspreizung.

Wie kommt es zu erhöhtem Energiebedarf bei Wärmepumpen?

Die Faktoren, die hierfür ursächlich sind, lassen sich häufig ohne großen Aufwand vermeiden. Eine Ursache für einen erhöhten Energieverbrauch ist eine zu hohe Drehzahleinstellung der Umwälzpumpe. Um Energie einzusparen, genügt es häufig bereits, sie eine Stufe herunterzustellen. Es sei darauf hingewiesen, dass eine zu niedrige Stufe ebenfalls ineffizient ist.

Eine weitere Fehlerursache besteht in technischen Mängeln. Häufig betrifft dies ältere Modelle, die mit einer ineffizienten Technik ausgestattet worden sind. Umwälzpumpen moderner Bauweise haben einen Elektromotor, der bei geringerem Verbrauch eine höhere Leistung ermöglicht. Neuere Kreiselpumpen zeichnen sich zudem durch bessere Hydraulik aus.

Zu hohe Kosten können auch entstehen, wenn die Pumpe ihre Drehzahl nicht automatisch reguliert. Relevant ist dies beispielsweise bei starker Sonneneinstrahlung. Die Raumtemperatur steigt an und die Ventile des Thermostats schließen den Heizkörper. Läuft die Umwälzpumpe unter diesen Bedingungen mit der gleichen Drehzahl weiter, entsteht ein unverhältnismäßig hoher Druck. Der Strombedarf steigt unter diesen Voraussetzungen stark an. Moderne Umwälzpumpen verfügen über eine Differenzdruckregelung. Im genannten Beispiel würde die Drehzahl automatisch herunterreguliert, um den idealen Druck zu halten. Manche Pumpen heben den Differenzdruck an, wenn eine höhere Wassermenge durchfließt. Dadurch wird wesentlich weniger Strom verbraucht.

Bedenken Sie, dass sich der Kauf einer effizienteren modernen Umwälzpumpe in jedem Fall lohnt. Wie lang Ihr altes Modell noch funktioniert hätte, ist unerheblich. Die Mehrkosten für die Anschaffung sind durch die sinkenden Energiekosten schnell ausgeglichen. Eine ineffiziente Umwälzpumpe kann bis zu 25% des Energiebedarfs eines Haushalts ausmachen. Um zusätzliche Kosten zu sparen, schalten Sie die Pumpe ab, wenn sie nicht benötigt wird. Dies ist im Sommer oder in der Nacht der Fall. Schalten Sie die Pumpe nach längerem Nichtgebrauch ab und an kurz ein. Es kann sonst passieren, dass sie nach einiger Zeit festsitzt.

Weitere Einsparungsmöglichkeiten

Wie über Rohre, so können auch über Pumpen erhebliche Wärmemengen verloren gehen. Es empfiehlt sich, die wasserführenden Teile mit einer Dämmung auszustatten. Man nutzt hierfür Isolierungen aus Weichgummi, Steinwolle, Aluminium oder Glasfaser. Sie tragen erheblich zur Kosteneinsparung bei. Über lange Rohrleitungen durch ungeheizte Räume wie den Keller geht sonst viel Wärme verloren.

Auch dezentrale Umwälzpumpen könnten eine Überlegung wert sein. Man verwendet sie anstelle einer großen zentralen Pumpe. Sie werden als kleine Pumpen separat an jedem Heizkörper angebracht. Besonders effiziente Ausführungen nehmen nicht einmal 1 W auf. Sie sind nicht größer als Thermostatventile und übernehmen zusätzlich deren Funktion.

Die Kosteneinsparung ergibt sich, da nur der Teil des Wassers umgewälzt werden muss, der tatsächlich für den Betrieb des Heizkörpers notwendig ist. Bei einem geringeren Verbrauch von elektrischer Antriebsenergie arbeiten dezentrale Pumpen nicht weniger effektiv als zentrale. Bei allen Vorteilen haben sie auch Schwächen. Die Anschaffungskosten der kleineren Ausführungen übersteigen die der traditionellen deutlich. Der Verkabelungsaufwand ist ebenfalls wesentlich höher. Ein letzter Nachteil manifestiert sich in Form einer höheren Wartungsintensität. Die Fehlersuche bei Funktionsbeeinträchtigungen gestaltet sich komplizierter.

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