Umwälzpumpe: Optimale Funktion nur bei Leistungsregelung

von Dr. rer. nat. Jens-Peter Meyer

Egal ob Sie mit einer Wärmepumpe, einem Gas- oder Öl-Brennwertkessel oder einem Pelletkessel heizen – das grundlegende Prinzip ist immer das gleiche: Der jeweilige Wärmeerzeuger produziert Wärme und überträgt sie auf das Heizungswasser. Die Umwälzpumpe sorgt dann dafür, dass das heiße Wasser zu den Heizkörpern oder den Flächenheizungen in den Wohnräumen gelangt. Diese wiederum geben die Wärme an die Raumluft ab. Dadurch erzeugen sie angenehme Temperaturen. Die Funktion einer Heizung ist also ohne Umwälzpumpe nicht möglich.

Umwälzpumpe Funktion: Mann hält Umwälzpumpe in Hand — © Julian Kuhnke & WILO SE

Inhaltsverzeichnis

Funktionsweise der Umwälzpumpe

Die Umwälzpumpe – auch bekannt als Heizungspumpe – erfüllt ihre Funktion, indem sie das Heizungswasser innerhalb des Heizkreislaufs in Bewegung versetzt. Das macht ein Laufrad im Inneren der Umwälzpumpe. Seine Drehbewegung erzeugt physikalisch gesehen eine Druckdifferenz. Denn vor dem Laufrad baut sich ein höherer Druck auf als hinter dem Laufrad.

Diese Druckdifferenz bringt letztlich das Heizungswasser zum Strömen. Damit das geschieht, muss diese Druckdifferenz ausreichen, um den Strömungswiderstand der Rohrleitungen überwinden zu können.

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Förderhöhe und Leistung der Umwälzpumpe sind wichtig für die Funktion

Für eine effiziente Heizung ist es wichtig, dass die Umwälzpumpe möglichst perfekt zur Anlage passt. Dafür muss sie zunächst einmal eine ausreichende Förderhöhe haben.

Was ist die Förderhöhe?

Als Förderhöhe bezeichnen Techniker den Druck, den eine Umwälzpumpe aufbauen kann.
Die Förderhöhe hat also nichts mit der Höhe des Gebäudes zu tun, sondern ist ein Maß für den Druck.

Die Pumpe muss genug Leistung haben. Nur so kann sie das benötigte Heizungswasser zu allen Heizkörpern des Hauses pumpen. Sie darf aber auch nicht überdimensioniert sein. Zu viel Förderhöhe und Leistung kosten nämlich unnötig Strom.

Pumpenkennlinie beschreibt Pumpenverhalten

Wie sich eine Umwälzpumpe verhält, stellen die Hersteller von Heizungspumpen in der sogenannten Pumpenkennlinie dar.

Pumpenkennlinie bei Umwälzpumpe Grafik — Die Pumpenkennlinie zeigt die Förderhöhe in Abhängigkeit des Durchflusses.

Dabei handelt es sich um ein Diagramm, das die Förderhöhe in Abhängigkeit des Durchflusses zeigt. Im Nullzustand – wenn die Umwälzpumpe gegen ein geschlossenes Ventil arbeitet – hat sie den höchsten Druck. Hier erreicht sie ihre maximale Förderhöhe. Je höher der Durchfluss wird, desto mehr fällt der Druck der Pumpe ab. Die Pumpenkennlinie ist also eine abfallende Kurve.

Anlagenkennlinie zeigt den Druckverlust des Rohrsystems

Wie findet der Experte nun heraus, ob eine Umwälzpumpe ihre Funktion in einer Heizungsanlage optimal erfüllen kann? Dazu trägt er in das Diagramm der Pumpenkennlinie noch die Anlagenkennlinie ein. Die Anlagenkennlinie (auch Rohrnetzkennlinie genannt) zeigt, wie sich der Strömungswiderstand der Rohrleitungen in einer Heizungsanlage auswirkt.

Anlagenkennlinie bei Umwälzpumpe Grafik — Tragen Sie noch die Anlagenkennlinie in ein Diagramm ein. Dann sehen Sie, ob eine Umwälzpumpe ihre Funktion optimal erfüllen kann.

Fließt kein Heizungswasser, gibt es keinen Strömungswiderstand und damit auch keinen Druckverlust. Je größer der Durchfluss wird, desto stärker wird aber der Druckverlust. Die Anlagenkennlinie ist also eine steigende Kurve. Genauer genommen ist sie eine Parabel: Der Druckverlust steigt nämlich mit dem Durchfluss quadratisch an.

Betriebspunkt ist dort, wo sich die Kurven schneiden

Dort, wo sich die fallende Pumpenkennlinie und die steigende Anlagenkennlinie kreuzen, befindet sich der Betriebspunkt der Heizungspumpe.

Betriebspunkt bei Umwälzpumpe Grafik — Der Betriebspunkt der Heizungspumpe befindet sich dort, wo sich die Pumpenkennlinie und die Anzeigenkennlinie kreuzen.

Bei der Planung einer Heizungsanlage ermittelt der Heizungsexperte den Durchfluss, der nötig ist, um alle Heizkörper ausreichend versorgen zu können. Er muss also die Umwälzpumpe wählen, deren Pumpenkennlinie einen Betriebspunkt bei optimalem Durchfluss ergibt.

Das ist oft sehr kompliziert: Denn die Anlagenkennlinie ändert sich, wenn nicht alle Heizkörper voll aufgedreht sind. In diesem Fall sinkt nämlich der benötigte Durchfluss. Nun schlagen aber die Druckverluste stärker zu Buche und die Anlagenkennlinie wird steiler. Der Betriebspunkt rutscht bei Teillast zu einer eigentlich unnötig hohen Förderhöhe. Das hat stärkere Strömungsgeräusche an den Thermostatventilen zur Folge und verbraucht unnötig viel Pumpenstrom.

Änderung Anlagenkennlinie bei Teillast bei Umwälzpumpe Grafik — Sind nicht alle Heizkörper voll aufgedreht, wird es komplizierter und die Anlagenkennlinie verändert sich.

Geregelte Pumpen passen ihre Kennlinie an

Selbst eine perfekt ausgelegte Umwälzpumpe befindet sich also zu fast keinem Zeitpunkt im optimalen Betriebspunkt. Der Grund: So gut wie nie sind alle Heizkörper des Hauses aufgedreht. Das gilt für alle Umwälzpumpen, die nicht in der Lage sind, ihre Pumpenkennlinie zu ändern – also sämtliche Pumpen, die immer die gleiche Leistung haben. Solche Umwälzpumpen heißen auch ungeregelte Pumpen.

Besser sind geregelte Umwälzpumpen. Diese passen ihre Leistung an den benötigten Durchfluss an. Und das bedeutet letztlich, dass diese Umwälzpumpen ihre Funktion an dem Durchfluss orientieren können, den das Haus gerade braucht.

Wirkungsgrad einer Pumpe nicht immer gleich hoch

Diese Anpassung ist noch aus einem anderen Grund von Vorteil: Der Wirkungsgrad einer Umwälzpumpe ist nicht an jedem Betriebspunkt gleich hoch. Er hat das Maximum im mittleren Bereich der Pumpenkennlinie.

Pumpenkennlinie und Wirkungsgrad bei Umwälzpumpe Grafik — Der Wirkungsgrad einer Umwälzpumpe hat sein Maximum im mittleren Bereich der Pumpenkennlinie. Dort befindet sich auch der optimale Betriebspunkt.

Das ist der Bereich, in dem sich auch der optimale Betriebspunkt befindet. Der Wirkungsgrad einer Umwälzpumpe ist wichtig für die Funktion. Denn er gibt an, wie viel die Pumpe von der Energie des elektrischen Stroms, den sie bezieht, in Bewegungsenergie des Heizungswassers umwandeln kann. Das sind bei älteren ungeregelten Umwälzpumpen selbst im optimalen Betriebspunkt nur 20 bis 30%. Modern geregelte Hocheffizienzpumpen kommen dagegen auf einen Wirkungsgrad von bis zu 50%.

Moderne Hocheffizienzpumpen haben klare Vorteile

Hocheffizienzpumpen sparen bis zu 80% des Stromverbrauchs einer alten ungeregelten Pumpe ein – dank des hohen Wirkungsgrads und eines effizienten Motors. Hinzu kommt, dass sie ihre Leistung anpassen können und daher im Teillastbetrieb optimal arbeiten. Einige Modelle sind sogar selbstlernend: Sie stellen sich im Laufe der Zeit immer besser auf die realen Gegebenheiten Ihrer Heizungsanlage ein.

Ungeregelte Umwälzpumpen erfüllen zwar ihre Funktion, sie verschwenden aber elektrischen Strom. Ihr Teillastverhalten ist besonders schlecht und sie neigen dabei zu störenden Geräuschen. Schlimmstenfalls erreichen diese Heizungspumpen auch nicht den Mindestdurchfluss, der zu ihrer Kühlung notwendig ist. Dann drohen ein Motorschaden und damit der Ausfall der ganzen Heizung.

Austausch der Pumpe ist keine komplizierte Sache

Die gute Nachricht: In den meisten Fällen ist der Austausch einer alten ungeregelten Heizungspumpe gegen eine moderne Hocheffizienzpumpe für den Heizungsinstallateur keine komplizierte Sache. Die neue Pumpe amortisiert sich dank der hohen Stromersparnis außerdem oft bereits nach wenigen Jahren.

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Dr. rer. nat. Jens-Peter Meyer

Dr. Jens-Peter Meyer schreibt freiberuflich seit dem Jahr 2000 über Heizungsthemen. Sein journalistischer Schwerpunkt liegt auf erneuerbaren Energien in der Wärmetechnik – speziell in Solarwärmesysteme, Wärmepumpen und Holzheizungen.

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