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Umwälzpumpe optimieren
In einer Wärmepumpen-Anlage mit Erdwärmesonden (EWS) gibt es drei Flüssigkeits-Kreisläufe mit separaten Pumpen: den Wärmeverbraucher-Kreislauf, den Kältemittelkreislauf und den Sondenkreislauf (den Primärkreislauf).Der Wärmeverbraucher-Kreislauf (oder Heizkreislauf) verteilt die von der Wärmepumpe erzeugte Wärme zu den Wärmeverbrauchern, also zum Warmwassererwärmer und zu den Heizflächen oder Heizkörpern im Haus. Im Wärmeverbraucher-Kreislauf fliesst Heizwasser, das heisst reines, eventuell teilentsalztes Wasser, welches sich mit Rostpartikeln oder Schlamm anreichern kann. Für den Wärmeverbraucher-Kreislauf braucht es mindestens eine Umwälzpumpe, bei grösseren Anlagen auch mehrere (eine Hauptpumpe und eine pro Heizgruppe).
Der Kältemittelkreis ist der interne Kreislauf der Wärmepumpe und dient der Nutzbarmachung der Umgebungswärme, indem diese auf ein höheres Temperaturniveau gebracht wird. Im Kältemittelkreis zirkuliert ein Kältemittel (gleich wie in einem Kühlschrank), welches durch den Kompressor der Wärmepumpe umgewälzt wird.
Der Sonden- oder Primärkreislauf entzieht der Umgebung die Wärme, die dann an den Verdampfer der Wärmepumpe abgegeben wird. Dieser Kreislauf wird durch die Erdwärmesonden-Rohre gebildet. Es fliesst darin das sogenannte Sondenfluid, entweder eine Sole (Wasser mit beigemischtem Frostschutzmittel) oder reines Wasser. Dieses wird mit einer Umwälzpumpe (der Sondenpumpe) umgewälzt.
Zur weiteren Veranschaulichung finden sie hier ein Beispiel eines technischen Anlageschemas einer Erdwärmesonde.
Auf dieser Webseite wird primär die Optimierung der Sondenpumpe behandelt. Viele Angaben gelten aber für alle Umwälzpumpen in der Heizanlage, und auch für andere Heizquellen (Öl, Gas, etc.). Die Pumpe im Kältemittelkreis ist in der Wärmepumpe verbaut und muss nicht optimiert werden.
Umwälzpumpen halten die Zirkulation in einem Flüssigkeits-Kreislauf aufrecht und werden mit Strom angetrieben. Da sie lange Zeit laufen müssen, verbrauchen Umwälzpumpen oft sehr viel elektrische Energie.
Kleine Umwälzpumpen werden als Nassläufer-Pumpen hergestellt. Im Zuge der Anstrengungen zur Energieeinsparung werden diese Pumpen ähnlich wie z.B. Kühlschränke in Energieklassen eingeteilt. Seit 2013 sind in der Schweiz nur noch Pumpen der A-Klasse mit deutlich verbessertem Wirkungsgrad erlaubt. Bei Sondenpumpen ist üblicherweise keine automatische Regulierung des Volumenstroms erforderlich, dies kann sogar negativ sein. Die Pumpe sollte auf den optimalen Volumenstrom fest einstellbar sein, ausser bei Wärmepumpen mit Stufenregelung oder mit stufenloser Drehzahlregelung des Kompressors ("Invertertechnologie").
Für grössere Leistungen werden Inline-Pumpen eingesetzt. Diese werden wie die Nassläufer-Pumpen in der Rohrleitung montiert. Sie haben aber einen vom Pumpengehäuse getrennten Synchron-Motor, der luftgekühlt ist. Solche Pumpen haben generell einen besseren Wirkungsgrad als herkömmliche Nassläufer-Pumpen. Für die gegebenenfalls nötige Steuerung des Durchflusses werden meist separate Frequenzumrichter eingesetzt.
Sehr grosse Durchflüsse verlangen nach Sockelpumpen. Eine solche Pumpe wird samt dem externen Motor auf einem Betonsockel montiert, da sie zu schwer und zu gross für eine Montage in der Rohrleitung ist. Für EWS-Anlagen sind kaum je Pumpen in dieser Grösse erforderlich.
Gute Umwälzpumen verbrauchen so wenig Strom wie möglich. Für den Sondenkreis soll die Stromaufnahme der Umwälzpumpe 0.5 Watt pro Meter Sonde nicht überschreiten.
Im Betrieb funktionieren Umwälzpumpen in der Regel über viele Jahre zuverlässig und ohne Wartungsaufwand. Wichtig ist vor allem, dass die Pumpe nur dann läuft, wenn dem Erdreich auch tatsächlich Wärme entzogen bzw. zugeführt wird. Dies kann durch die Wärmepumpen-Steuerung geregelt werden.
Die oft beigemischten Frostschutzmittel im Sondenkreis (Sole) haben den Nachteil, dass sie die hydro- und thermodynamischen Eigenschaften des Fluids gegenüber reinem Wasser verschlechtern. Übliche Frostschutzmittel machen das Wasser zähflüssiger, was zu einem höheren Strombedarf in der Umwälzpumpe führt. Deswegen sollte stets reines Wasser oder ggf. eine Wasser/Ethanol-Mischung eingesetzt werden.