Basisprincipes van de pomptechniek€¦ · INHOUD Basisprincipes van de pomptechniek 5 Geschiedenis...

Basisprincipes van de pomptechniek

Elementair pompenhandboek

2006

I N H O U D

Basisprincipes van de pomptechniek 5

Geschiedenis van de pomptechniek 7

Watervoorziening 7

Afvalwaterafvoer 8

Verwarmingstechniek 9

Pompsystemen 12

Open pompsysteem 12

Gesloten verwarmingssysteem 13

Water – ons transportmiddel 15

Soortelijke warmtecapaciteit 15

Volumetoename en -afname 16

Kookgedrag van water 17

Uitzetting van verwarmingswater en beveiliging tegen overdruk 18

Druk 19

Cavitatie 19

Ontwerp van centrifugaalpompen 21

Zelfaanzuigende en normaalzuigende pompen 21

Werking van centrifugaalpompen 22

Waaiers 22

Rendement 23

Opgenomen vermogen van centrifugaalpompen 24

Natloperpompen 25

Droogloperpompen 27

Hogedruk-centrifugaalpompen 29

Karakteristieken 31

Pompkarakteristiek 31

Installatiekarakteristiek 32

Werkingspunt 33

Pompselectie volgens warmtebehoefte 35

Weersschommelingen 35

Pomptoerentalschakeling 36

Traploze toerentalregeling 36

Regelingsmodi 37

I N H O U D

Ruw pompontwerp voor standaard verwarmingsinstallaties 41

Pompdebiet 41

Pompopvoerhoogte 41

Toepassingsvoorbeeld 42

Effecten van het ruwe pompontwerp 43

Pomp-planningssoftware 43

Alles over hydraulica 45

Instelling van elektronisch geregelde circulatiepompen 45

Koppelen van meerdere pompen 46

Slotbeschouwingen 50

Wist U dat...? 51

Geschiedenis van de pomptechniek 51

Water - onze manier van transport 52

Ontwerpparameters 53

Karakteristieken 54

Pompcapaciteit volgens de warmtebehoefte 55

Ruw pompontwerp 56

Koppelen van meerdere pompen 57

Wettelijke eenheden, uittreksel voor centrifugaalpompen 58

Informatiemateriaal 59

Impressum 63

5

Binnen de gebouwentechniek spelen pompen eenbelangrijke rol. Ze worden in verschillende toe-passingen gebruikt. Het meest bekend en ver-trouwd is de verwarmingscirculatiepomp. Dezepomp zal op de pagina's hierna een centrale plaatsin de toelichtingen innemen.

Bovendien worden er pompen voor watervoorzie-ning en afvalwater gebruikt:• in drukverhogingsinstallaties die worden

gebruikt als de waterdruk van het openbaredistributienet niet voldoende is voor de water-voorziening van een gebouw;

• drinkwater-circulatiepompen die ervoor zorgendat er op elk aftappunt altijd warm waterbeschikbaar is;

• vuilwateropvoerpompen die noodzakelijk zijn alser afvalwater onder het rioleringsniveau wordtverzameld;

• pompen in fonteinen of aquaria;• pompen voor brandblusdoeleinden;• pompen voor koudwater en koelwater;• installaties voor regenwaterrecuperatie voor

toiletspoeling, voor wasmachines, reinigings-werkzaamheden en irrigatie;

• en nog veel meer.

Hierbij dient in acht te worden genomen datverschillende media ook verschillende viscositeitenhebben (b.v. fecaliën- of water-glycol-mengsels).Afhankelijk van het land moeten bepaalde normenen richtlijnen nageleefd en speciale pompen entechnieken gekozen worden (b.v. explosiebeveiliging,drinkwaterverordening).

Principes van de pomptechniekAlle mensen hebben pompen nodig om te leven en voor het comfort. Pompen verplaatsen het pompmedium: koud en warm, schoon en belast. Ze doen dit milieuvriendelijk en uiterst efficiënt.

Deze brochure is bedoeld om iedereen die op ditmoment met een opleiding, een cursus ofomscholing bezig is, basiskennis op het gebiedvan pomptechniek te verschaffen. Met eenvoudige,verklarende zinnen, met tekeningen en met voor-beelden dient er een goede basis voor de praktijk teworden gegeven. Selectie en de doelmatige inzetvan pompen moet hierdoor een dagelijks terugke-rende vanzelfsprekendheid worden.

In het hoofdstuk Wist U dat...? kan door middelvan het beantwoorden van vragen met vastegoede en foute antwoorden, zelf worden gecon-troleerd in hoeverre de kennis is opgenomen.

Een geniale verdere ontwikkeling vond plaats inhet jaar 1724 van onze tijdrekening door JacobLeupold (1674-1727), die gebogen buizen in eenrad inbouwde. Door het draaien van het rad werdhet water naar de middenas van het radverplaatst. Het door een rivier stromende watervormt tegelijkertijd de aandrijving van dezeopvoerinstallatie. Bijzonder opvallend aan dezeconstructie is de vormgeving van de gebogenbuizen. Deze hebben een verbluffende gelijkenismet de vormgeving van de waaiers van onzehuidige centrifugaalpompen.

7

Geschiedenis van de pomptechniek

Watervoorziening

Als we aan een pomp en haar geschiedenis denken,dan is de eerste gedachte dat de mens al sindsonheuglijke tijden naar technische middelen heeftgezocht om vloeistoffen, in het bijzonder water,naar een hoger niveau te transporteren. Dat wasbedoeld zowel voor het irrigeren van velden alsvoor het vullen van grachten om versterkte stedenen burchten.

Het eenvoudigste schepgereedschap is de mense-lijke hand - en twee handen doen meer dan één!

Zo kwamen onze prehistorische voorouders al vlugtot het inzicht om aarden potten tot troggen tevormen. De eerste stap voor de uitvinding van dekruik was gezet. Vervolgens werden er meerderekruiken aan een ketting of aan een wiel gehangen.Mensen of dieren gebruikten hun kracht om dezeschepinstallatie in beweging te zetten en omwater op te voeren. Archeologische vondstenbewijzen dat dergelijke emmersystemen zowel inEgypte als in China rond 1000 v. Chr. hebbenbestaan. De volgende tekening toont een recon-structie van een Chinees scheprad. Het gaathierbij om een wiel met hierop geplaatste aardenpotten die op het hoogste punt het water uitgoten.

Weer is er een verbluffende gelijkenis met dewerking van onze huidige centrifugaalpompen. Delater nog te beschrijven pompkarakteristiekvertoont dezelfde relatie tussen opvoerhoogte endebiet. In verschillende historische bronnen isontdekt dat deze schroefpompen met een hoektussen 37° en 45° werkten. Ze leverden hierbijopvoerhoogten tussen 2 m en 6 m en een maxi-male capaciteit van ongeveer 10 m3/h.

Zie ook hoofdstuk “Waaiers”, pagina 22

Schroef

Aandrij-ving

Water wordt omhooggestuwd

Afbeelding van een Chinees scheprad.

Afbeelding van de Archimedische schroef

Afbeelding buizenpompsysteem Jacob Leupold

Archimedes (287-212 v. Chr.), de wellicht grootstewiskundige en wetenschapper uit de oudheid,beschrijft rond 250 v. Chr. die naar hem genoemdeArchimedische schroef. Door het draaien van eenspiraal/wormschroef in een buis wordt wateromhoog getransporteerd. Er stroomde echteraltijd een bepaalde hoeveelheid water terug,omdat er nog geen goede afdichting bekend was.Zo ontstond een relatie tussen de hoek van deschroef en het debiet. Er kon worden gekozentussen een grotere hoeveelheid of een grotereopvoerhoogte. Hoe steiler de schroef werd gezet,des te hoger verpompte deze bij afnemendehoeveelheid.

Stromingsrichting

8

G E S C H I E D E N I S VA N D E P O M P T E C H N I E K

Afvalwaterafvoer

Voor de mens was de watervoorziening altijd aleen onderwerp dat van levensbelang was; over deafvalwaterafvoer werd pas later - bijna te laat -nagedacht.

Overal waar nederzettingen, dorpen en stedenontstonden, raakten weiden, straten en wegenvervuild door afval, uitwerpselen en afvalwater.

Stankoverlast, ziekten en epidemieën waren hetgevolg. Rivieren en meren vervuilden, grondwaterwerd ondrinkbaar.

De eerste riolen werden in 3000-2000 v. Chr.gebouwd. Onder het paleis van Minos in Knossos(Kreta) zijn gemetselde riolen en buizen uit terra-cotta gevonden, waarin regenwater, bad- enafvalwater werd opgevangen en afgevoerd. DeRomeinen bouwden in hun steden rioleringen open onder de straten - de grootste en bekendstedie deels nog goed bewaard is gebleven, is deCloaca Maxima in Rome. Van hieruit werd hetwater de Tiber in geleid (ook in het Duitse Keulenzijn vandaag de dag nog begaanbare resten vanonderaardse riolen uit de Romeinse tijd te vinden).

Aangezien er op het gebied van afvalwaterafvoereeuwenlang geen verdere vooruitgang werdgeboekt, kwam het afvalwater tot in de afgelopeneeuw ongezuiverd in beken, rivieren, meren,zeeën terecht. Met de industrialisering en desteeds sterker groeiende steden, werd een goedgeregelde afvalwaterafvoer absoluut noodzakelijk.

Het eerste Duitse centrale riolerings- en zuiverings-systeem ontstond pas in 1856 in Hamburg.In Duitsland bestonden tot in de jaren 90 nog veelfecaliënsystemen bij het huis uit beer- en slibputten.Pas na wettelijke regelingen en regionale voorschrif-ten moesten deze op het openbare rioolnetworden aangesloten.

Tegenwoordig is de afvoer van elk huis bijna altijdrechtstreeks op het openbare rioolnet aangesloten.Waar dit niet mogelijk is, worden opvoer- ofdrukafwateringssystemen gebruikt.

Het afvalwater uit industrie en huishoudens wordtdoor wijdvertakte rioleringen, detentiebekkens,zuiveringsinstallaties en filterbekkens geleid,waarbij dit biologisch of chemisch wordt gezuiverd.Vervolgens wordt het gezuiverde water weer in denatuurlijke waterkringloop gebracht.

Hierbij worden de meest verschillende pompen enpompsystemen gebruikt. Dit zijn bijvoorbeeld:• opvoerinstallaties• dompelpompen• schachtpompen (met en zonder snijsysteem)• ontwateringspompen• roerderpompen enz.

Afbeelding van een hypocaust-verwarming uit de Romeinse tijd

9


Verwarmingstechniek

Hypocaust-verwarmingen In Duitsland zijn de resten van zogenaamdehypocaust-verwarmingen uit de Romeinse tijdgevonden. Het gaat hierbij om een vroege vormvan vloerverwarming. De rookgassen van eenopen vuur werden door holle ruimten onder devloeren geleid en verwarmden deze. De afvoervond plaats via een muurverwarmingskanaal.

In latere eeuwen werden in het bijzonder in kastelenen burchten de schouwen van eveneens openhaarden niet exact verticaal door het gebouwaangelegd. De warme afvoergassen werden inbochten langs de woonvertrekken geleid - dit waseen eerste vorm van centrale verwarming. Ookwerd er een systeemscheiding door gemetseldestenen ruimten in de kelders uitgevonden. Door hetvuur werd de verse lucht verwarmd die vervolgensdirect de verblijfsruimten kon worden binnengeleid.

Stoomverwarming Met de verspreiding van de stoommachine in detweede helft van de 18e eeuw werd de stoomver-warming ontwikkeld. Het in de stoommachineniet geheel gecondenseerde stroom werd doorwarmtewisselaars kantoren en woonvertrekkenbinnengeleid. Er ontstond o.a. het idee om met derestenergie van een stoomverwarming een turbineaan te drijven.

Thermosiphonverwarming met ketel, expansievat en radiator

Buitenmuur

Muurverwarmingsstroming

BinnenmuurVloer

Vloerdragers

Verbrandings-kamerVerwarmingsruimte

Verzamelkanaalvoor assen.

Thermosiphonverwarming De volgende stap in de ontwikkeling was de zwaar-tekrachtverwarming. Uit ervaring bleek dat voorhet bereiken van een kamertemperatuur van 20°Chet water slechts tot ca. 90°C verwarmd hoefde teworden, dus tot net onder het kookpunt. In leidingenmet een zeer grote diameter steeg het hete water.Als het een deel van zijn warmte had afgegeven(was afgekoeld), stroomde het door de zwaarte-kracht van de aarde weer terug de ketel in.

S C H E M A VA N E E N T H E R M O S I P H O N V E R WA R M I N G

10

Het verschil in temperatuur en dus soortelijkgewicht zorgen voor de opgaande en neergaandebeweging van het water.

Ook de trage aanloop van een dergelijke thermo-siphoncirculatie leidde al aan het begin van devorige eeuw tot overwegingen om zogenaamdecirculatieversnellers in de leidingen van eenverwarming in te bouwen.

Elektromotoren waren in die tijd als aandrijving nietgeschikt, omdat deze met open sleepringankerswerkten. In een verwarmingssysteem met waterzou dit tot zeer ernstige ongevallen hebbenkunnen leiden.

Voorloop TV = 90 °C komt overeen met G = 9,46 N

Terugloop TR = 70 °C komt overeen met G = 9,58 N

9,46 N9,58 N

Schema van een thermosiphonverwarming

In een leidingbocht werd een pomprad in de vormvan een propeller ingebouwd. De aandrijving vondplaats via een afgedichte as die door de elektro-motor werd aangedreven.

Er werd toen echter nog niet gesproken over eenpomp voor deze circulatieversneller. Dit begrip vondpas later ingang. Want, zoals hierboven beschreven,denken we bij pompen aan water opvoeren.

Deze circulatieversnellers werden tot ongeveer1955 gebouwd en met behulp hiervan kon deverwarmingswatertemperatuur steeds lagerworden ingesteld.

Vandaag de dag bestaan er een groot aantalverwarmingssystemen, waarvan de modernstemet zeer lage watertemperaturen werken. Zonderhet hart van een verwarmingsinstallatie, duszonder de verwarmingscirculatiepomp, zou dezeverwarmingstechniek niet mogelijk zijn.

Eerste verwarmingscirculatiepompDe uitvinding van de eerste ingekapselde elektro-motor door de Zwabische ingenieur GottlobBauknecht, maakte het gebruik hiervan bij eencirculatieversneller mogelijk. Een vriend van hem,de Westfaalse ingenieur Wilhelm Opländer,ontwikkelde een dergelijke constructie waarvoorhij in 1929 het patent kreeg.

Eerste verwarmingscirculatiepompKrümmerpumpe, bouwjaar 1929, HP type DN 67/0,25 kW

11


Middeleeuwen, tot ca. 1519 n. Chr.

Dubbele-leiding-verwarming

Romeinse Rijk, tot ca. 465 n. Chr.

Industriële revolutie, 19e eeuw

Moderne tijd, 20e eeuw

Plafond-/muur-stralingsverwarming

In het begin was er het vuur

Romeinse hypocaust-verwarming

Verwarming metkachels

Thermosiphon-waterverwarming

Circulatieversneller vanWilhelm Opländer, 1929

Enkele-leiding-verwarming

Schouwverwarming

Heteluchtverwarmingin landhuizen

Stoomverwarming

Vloerverwarming

Ontwikkeling van het verwarmingssysteem

Tichelmann-systeemWarmwater-circulatieverwarming

12

Pompsystemen

Toevoer

Inlaat buffertank

Buffertank op hoger niveauStijgleidingGeodetische opvoerhoogte

PompVlotterkraan

Vlotterkraan

Pompsysteem voor hettransporteren van water naareen hoger niveau

Open waterpompsysteem

Open waterpompsysteem De schematische weergave links laat zien welkeconstructie-elementen er bij een transportsysteembehoren, dat een vloeistof uit een laaggelegentoevoerreservoir naar een hogergelegen reservoirmoet verpompen. De pomp transporteert het wateruit het onderste reservoir naar de gewenste hoogte.

Hierbij is het niet voldoende om het debiet van depomp aan de geodetische opvoerhoogte aan tepassen. Want op het laatste aftappunt, b.v. eendouche op de bovenste verdieping in een hotel,moet de druk nog sterk genoeg zijn. Ook met dewrijvingsverliezen die in de stijgleiding ontstaan,moet rekening worden gehouden.

Pompopvoerhoogte = geodetische opvoerhoogte +druk + leidingverliezen

Voor noodzakelijke onderhoudswerkzaamhedenmoeten de afzonderlijke leidingsegmenten doormiddel van kranen afgesloten kunnen worden. Dit geldt in het bijzonder voor pompen, omdat eranders voor een reparatie of een vervanging vande pomp grote hoeveelheden water uit de stijglei-dingen moeten worden afgetapt.

Voorts moeten er in het lagergelegen toevoerreser-voir en in het hooggelegen reservoir vlotterkleppenof andere regelelementen worden voorzien, omeen eventuele overloop te voorkomen.

Bovendien kan in de stijgleiding op een passendeplaats een drukschakelaar worden ingebouwd, diede pomp uitschakelt als alle aftappunten zijngesloten en er geen water meer wordt afgetapt.

Zie ook hoofdstuk “Pompselectie volgenswarmtebehoefte”, pagina 35

13

P O M P S Y S T E M E N

Gesloten verwarmingssysteem

Circulatiesysteem aan de handvan een voorbeeld van eenverwarmingsinstallatie

Toevoer

Pomp Retour

Luchtafscheider

Warmteverbruiker

Regelkraan

Membraanexpansievat

Gesloten verwarmingssysteem

In de afbeelding rechts worden schematisch defunctionele verschillen getoond tussen een verwar-mingsinstallatie en een watertransportsysteem.

Terwijl het bij een waterpompsysteem om eenopen systeem met vrije uitloop (b.v. aftappunt inde vorm van een kraan) gaat, is een verwarmings-installatie een gesloten systeem.

Nog eenvoudiger is dit principe te begrijpen, alswe ons voorstellen dat het verwarmingswater inde leidingen alleen gewoon in beweging wordtgehouden, ofwel circuleert.

Het verwarmingssysteem kan in de volgendeelementen worden onderverdeeld:• warmtebron• warmtetransport- en verdelingssysteem• membraanexpansievat voor het vasthouden en

regelen van de druk• warmteverbruikers• regelsysteem • veiligheidsklep

Met warmtebronnen worden hier verwarmingsketelse.d. op gas, olie of vaste brandstof bedoeld.Hiertoebehoren ook elektrische nachtstroomkachels metcentrale waterverwarming, wijkverwarmingsstationsen warmtepompen.

Het warmtetransport- en verdelingssysteemomvat alle leidingen, verdeel- en verzamelstationsen natuurlijk de circulatiepomp. De pompcapaciteithoeft in een verwarmingsinstallatie slechts zodanigte worden ontworpen dat alle weerstanden van deinstallatie worden overwonnen. Met de hoogtevan het gebouw wordt geen rekening genomen,want het water dat door de pomp de toevoerleidingin wordt geperst, duwt het water in de retourleidingterug naar de ketel.

Het membraanexpansievat is verantwoordelijk voorhet compenseren van het veranderende watervo-lume in de verwarmingsinstallatie, afhankelijk vande bedrijfstemperaturen, waarbij tegelijkertijd dedruk stabiel moet worden gehouden.

Warmteverbruikers zijn de verwarmingsvlakken inde te verwarmen ruimten (radiatoren, convectoren,paneelverwarming enz.). Warmte-energie stroomtvan punten met een hogere temperatuur naarpunten met een lagere temperatuur en wel hoegroter het temperatuurverschil is, des te sneller.Deze overdracht vindt plaats door drie verschil-lende natuurkundige processen:• warmtegeleiding• convectie, d.w.z. opstijgende lucht• warmtestraling.

Zonder een goede regeling wordt vandaag de daggeen enkel technisch probleem meer opgelost. Zo ishet vanzelfsprekend dat er zich in elke verwarmings-installatie regelsystemen bevinden. Het eenvoudigstte begrijpen zijn wat dit betreft de thermostaat-ventielen om de kamertemperatuur constant tekunnen houden. Maar ook in de verwarmingsketels,in mengers en natuurlijk in pompen bevinden zichintussen hoogontwikkelde mechanische, elektrischeen elektronische regelaars.

Zie ook hoofdstuk “Ruw pompontwerp voorstandaard verwarmings-installaties”, pagina 41

Om te onthouden:Met de hoogte van het gebouwwordt geen rekening gehouden,want het water dat door depomp de voorloopleiding inwordt geperst, duwt het waterin de retourleiding terug naarde ketel.

15

Water - ons transportmiddelIn centrale verwarmingssystemen wordt water gebruikt om de warmtevan de warmtebron naar de verbruiker te transporteren

De belangrijkste kenmerken van water zijn:• warmtecapaciteit• vergroting van volume zowel bij verwarming als

bij afkoeling• vermindering van dichtheid bij volumetoename

en -afname• kookgedrag onder uitwendige druk• druk door zwaartekracht

Deze natuurkundige eigenschappen wordenhieronder beschreven.

Een belangrijke eigenschap van elk warmtedra-germedium is zijn vermogen om warmte vast tehouden. Wordt dit gerelateerd aan de massa enhet temperatuurverschil van de stof, dan spreektmen van de soortelijke warmtecapaciteit.

Het symbool hiervoor is c, de eenheid kJ/ (kg • K)

De soortelijke warmtecapaciteit is de hoeveelheidwarmte die nodig is om 1 kg van de stof (b.v. water)1°C te verwarmen. Omgekeerd geeft de stof bijafkoeling dezelfde energie weer af.

Voor water geldt tussen 0 °C en 100 °C als gemiddeldesoortelijke warmtecapaciteit:

c = 4.19 kJ/(kg • K) of c = 1.16 Wh/(kg • K)

De toe- of afgevoerde hoeveelheid warmte Q,gemeten in J of kJ, is het product van de massa m,emeten in kg, de soortelijke warmtecapaciteit c,en het temperatuurverschil �� gemeten in K.

Dit is het verschil tussen de toeloop- en retour-temperatuur in een verwarmingssysteem. De formule luidt:

Q = m • c • ∆�m= V • �

V = watervolume in m3

� = dichtheid kg/m3

De massa m is het watervolume V, gemetenin m3, vermenigvuldigd met de dichtheid � vanhet water, gemeten in kg/m3. Zodoende kan deformule ook zo worden geschreven:

Q = V • � • c (�V - �R)

De dichtheid van het water verandert weliswaarmet de watertemperatuur. Om de energie tekunnen bestuderen wordt echter vereenvoudigdmet � = 1 kg/dm3 tussen 4 °C en 90 °C gerekend.

De natuurkundige begrippen energie, arbeid enhoeveelheid warmte zijn gelijk.

Voor het omrekenen van Joule in andere toegelateneenheden geldt:

1J = 1 Nm = 1 Ws or 1 MJ = 0.278 kWh

Om te onthouden: De soortelijke warmtecapaciteitis de hoeveelheid warmte dienodig is om 1 kg van de stof(b.v. water) 1 °C te verwarmen.Omgekeerd geeft de stof bijafkoeling dezelfde energieweer af.

Soortelijke warmtecapaciteit

� = Theta� = Rho

WAT E R - O N S T R A N S P O R T M I D D E L

16

Alle stoffen op aarde zetten bij verwarming uiten krimpen bij afkoeling. De enige stof die hieropeen uitzondering is, is water. Deze bijzondereeigenschap heet anomalie van water.

Water heeft bij +4 °C de grootste dichtheid en wel:1 dm3 = 1 l = 1 kg.

0 6 8 10 122 4 14 16 18 20

1,0016

1,0012

1,0008

1,0004

1,0000T [C°]

Volu

me

of 1

g w

ater

[ml]

Volumeverandering van waterbij verwarmen/afkoelen Hoogste dichtheid bij 4°C: �max = 1000 kg/m3

Bij verwarming of afkoelingvan water, wordt de dichtheidlager, meer specifiek verhoogthet volume en vermindert de massa.

Verandering in watervolume

Volumetoename en -afname

Ook als water beneden een temperatuur van +4 °Cwordt afgekoeld, zet het uit. Aan deze anomalievan water hebben wij te danken dat rivieren enmeren in de winter vanaf het oppervlak dichtvriezen.IJsschotsen drijven daarom op het water enalleen zo kan de lentezon ervoor zorgen dat hetijs weer smelt. Dit zou niet kunnen, als het ijs –als het soortelijk gewicht zou toenemen – naarde bodem zou zinken.

Dit uitzettingsgedrag bevat echter ook gevaren.Zo springen automotoren en waterleidingenkapot als deze bevriezen. Om dit te voorkomenwordt er antivriesmiddel aan het water toegevoegd.In verwarmingssystemen is dit bijvoorbeeld glycol,waarvan de concentratie door de fabrikant wordtopgegeven.

Wordt water van deze temperatuur ofwel afgekoeldofwel verwarmd, dan neemt het volume toe, d.w.z.dat de dichtheid minder wordt en het soortelijkgewicht wordt minder.

Dit kan goed worden bestudeerd bij een reservoirmet een gemeten overloop.

In het reservoir is exact 1.000 cm_ water bij eentemperatuur van +4 °C. Wordt het water verwarmd,dan stroomt een gedeelte door de overloop hetmeetglas in. Als het water tot 90 °C wordt verwarmd,dan bevindt zich exact 35,95 cm3 in het meetglas,wat overeenkomt met 34,7 g.

10 cm

4°C 90°C

10 c

m

1000 cm3 = 1 l 1000 cm3 = 1 l

Watervolume van 1000 cm3

bevat 1000 g bij 4 °C1000 cm3 water bij90°C = 965.3 g

Overloophoeveelheid 35.95 cm3 = 34.7 g

17


Kookgedrag van water

Wordt water boven 90 °C verwarmd, dan kooktdit in een open reservoir bij 100 °C. Wordt tijdenshet koken de watertemperatuur gemeten, danblijft deze constant 100 °C, totdat het laatsterestje is verdampt. De voortdurende warmtetoevoerwordt dus volledig gebruikt voor de verdampingvan het water, dus voor verandering van de aggre-gatietoestand. Deze energie wordt ook met latente(verborgen) warmte aangeduid. Wordt de verwar-ming voortgezet, dan stijgt de temperatuur weer.

Voorwaarde voor het beschreven proces is dat ereen normale luchtdruk (NN) van 1,013 hPa heerst,dieop de waterspiegel rust. Bij elke andere luchtdrukkomt het kookpunt verder van 100 °C af te liggen.

Een herhaling van de beschreven test op 3000 mhoogte toont aan dat water daar reeds bij 90 °Ckookt. Oorzaak van dit gedrag is de met de toene-mende hoogte dalende luchtdruk.

Hoe geringer de luchtdruk op het wateroppervlakis, des te lager ligt de kooktemperatuur. Omgekeerdwordt een stijging van de kooktemperatuurbereikt door een stijging van de druk die op dewaterspiegel rust. Dit principe wordt bijvoorbeeldbij snelkookpannen toegepast.

De grafiek hiernaast laat zien hoe de kooktempe-ratuur van water afhankelijk van de druk verandert.

Verwarmingssystemen werken bewust metoverdruk. Zo worden er in kritieke toestanden geendampbellen gevormd. Hierdoor wordt ook voorko-men dat van buitenaf lucht het watersysteem kanbinnendringen.

1,013

T [C

°]

0 3 4 5 62 [1000 hPa]Druk

150

50

0

100

100

WarmtecapaciteitT

[C°]

Verandering van aggregatietoestand bij toenemende temperatuur

Kookpunt van water afhankelijk van de druk

Vast

Vast envloeibaar Vloeibaar

Vloeibaaren gas-vormig

Overgangswarmte (latente warmte)

Gas-vormig


18

Toevoer

Retour

Ontluchter

Warmteverdrager

Regelaar

Expansievat

Pomp

90°C

34.7 G

Wij hebben er tot nu toe bij onze overwegingengeen rekening mee gehouden dat de verwarmings-circulatiepomp de systeemdruk nog verder verhoogt.

Het samenspel van de maximale watertemperatuur,de pompkeuze, de grootte van het benodigdemembraanexpansievat en het inschakelpunt vande veiligheidsklep moet zeer nauwkeurig wordenbekeken. Een willekeurige keuze van de installatie-onderdelen – wellicht uitsluitend vanuit het oogpuntvan de aanschafkosten – is onaanvaardbaar.

Bij aflevering is het vat met stikstof gevuld. Devoordruk van het membraanexpansievat moetaan de verwarmingsinstallatie worden aangepast.Het uitzettende water uit het verwarmingssysteemkomt in het vat terecht en drukt het gaskussendoor een membraan samen. Gassen kunnen wordengecomprimeerd, vloeistoffen daarentegen niet.

Compensatie van het zich wijzigende watervolumein de verwarmingsinstallatie:

Afbeelding van een verwarmingsinstallatie met geïntegreerde veiligheidsklep

Verwarmingssystemen werken met voorlooptem-peraturen tot 90 °C. Het water wordt normaalgesproken bij een watertemperatuur van 15 °Cbijgevuld en zet dan tijdens het verwarmen uit. Bij deze volumetoename mag er geen overdrukof wegstroming van het pompmedium ontstaan.

DET voordruk 1.0/1.5 bar

KFEKV

(1) DET conditie bij installatie

Stik-stof

Waterreserve DET inlaatdruk + 0.5 bar

KFEKV

(2) Systeem gevuld / koud

Stik-stof

(3) Systeem op maximale temperatuur

Watervolume = waterreserve + expansie

KFEKV

Uitzetting van water en beveiliging tegen overdruk

1000 cm3 = 1 l

Als in de zomer de verwarming wordt uitgeschakeld,neemt het water weer zijn vroegere volume aan.Er moet dus een voldoende gedimensioneerdexpansievat voor het uitzettende water beschikbaarzijn. Bij oudere verwarmingsinstallaties werdenopen expansievaten ingebouwd. Deze bevindenzich steeds op het hoogstgelegen punt van hetverwarmingssysteem. Bij een stijgende verwar-mingstemperatuur, dus bij uitzetting van hetwater, stijgt de waterspiegel in dit vat. Deze daaltweer zodra de verwarmingstemperatuur daalt.

Bij verwarmingsinstallaties van tegenwoordigworden membraanexpansievaten gebruikt.

Bij een verhoogde systeemdruk moet gegarandeerdzijn dat er geen ontoelaatbare drukbelasting vanbuisleidingen en andere installatieonderdelen kanontstaan. Het is daarom voorschrift om eenverwarmingsinstallatie met een veiligheidsklepuit te rusten.

Deze veiligheidsklep moet bij overdruk opengaanen het uitzettende water dat niet door hetmembraanexpansievat kan worden opgenomenaflaten. In een zorgvuldig geplande en onderhou-den installatie zou deze bedrijfstoestand echternooit mogen optreden.

Om te onthouden: De veiligheidsklep moet bijoverdruk opengaan en hetuitzettende water aflaten.

19


Druk

Definitie van drukDruk is de gemeten statische druk van gasvormige envloeibare stoffen in persreservoirs of buisleidingenten opzichte van de atmosfeer (Pa, mbar, bar).

Rustdruk Statische druk als er geen medium stroomt.Rustdruk = vulhoogte boven het desbetreffendemeetpunt + voordruk in het membraanexpansievat.

Stromingsdruk Dynamische druk als er een medium stroomt. Stromingsdruk = dynamische druk - drukverlies.

PompdrukDruk die aan de perszijde van de centrifugaalpompbij bedrijf wordt opgewekt. Deze waarde kanafhankelijk van de installatie van de verschildrukafwijken.

Verschildruk Opgewekte druk door de centrifugaalpomp voorhet overwinnen van de som van alle weerstandenin een installatie. Gemeten tussen aanzuig- enperszijde van de centrifugaalpomp. Door deafname van de pompdruk op grond van de verliezendoor de leidingen, de armaturen van de ketel ende verbruikers, heerst er op elk punt in de instal-latie een andere bedrijfsdruk.

Cavitatie

Met cavitatie wordt de implosie van de gevormdedampbellen (holle ruimten) ten gevolge van plaatse-lijke onderdrukvorming onder de verdampingsdrukvan de te transporteren vloeistof bij de waaierinlaatbedoeld. Dit leidt tot een verminderde capaciteit(opvoerhoogte), onrustige loopeigenschappen,een verminderd rendement, geluiden en materiaal-defecten (in de pomp).

Door de uitzetting en implosie van kleine lucht-bellen in gebieden met een hogere druk (b.v.nabij de waaieruitlaat), worden drukslagenveroorzaakt die het hydraulisch systeem kunnenbeschadigen. De eerste tekenen hiervoor zijngeluiden of schade bij de waaierinlaat.

Een belangrijke waarde voor een centrifugaalpompis de NPSH-waarde (Net Positive Suction Head).Deze geeft de minimale druk bij de pomptoeloopaan die deze pompconstructie nodig heeft omcavitatievrij te kunnen werken, d.w.z. de extra drukdie nodig is om te voorkomen dat de vloeistof ver-dampt en om deze in vloeibare toestand te houden.

De NPSH-waarde wordt aan pompzijde doorwaaiervorm, pomptoerental en aan omgevings-zijde door mediumtemperatuur, waterafdekkingen atmosferische druk beïnvloed.

Cavitatie voorkomenOm cavitatie te voorkomen moet de pompvloeistofmet een bepaalde toeloophoogte naar de centri-fugaalpomp worden geleid. De grootte van dezeminimale toeloophoogte is afhankelijk vantemperatuur en druk van de pompvloeistof.

Andere mogelijkheden om cavitatie te voorkomen:• statische druk verhogen• mediumtemperatuur verlagen (dampdruk PD

verlagen)• pomp met een geringe NPSH-waarde (minimale

toeloophoogte)

Bedrijfsoverdruk

Bedrijfsonderdruk

Stromingsdruk (dynamische druk)

Stromingsdruk (dynamische druk)

Rustdruk (statische druk)Luchtdruk 1013 hPa

(normaal)

In verwarmingsinstallaties In de atmosfeer

Erosie, geluiden,barsten

Positieve verschildruk

Cavitatie, geluiden,persen

Absoluutnulpunt

Negatieve verschildruk

(+) Overdruk

(-) Onderdruk(aanzuigdruk)

Systeemdruk, drukopbouw

Bedrijfsdruk Druk die bij bedrijf van een installatie of afzon-derlijke deelsegmenten heerst of kan ontstaan.

Toelaatbare bedrijfsdruk Uit veiligheidsoverwegingen vastgelegde maximalewaarde van de bedrijfsdruk.

21

Ontwerp van centrifugaalpompenIn de branche van sanitair, verwarming en airconditioning worden op de meestuiteenlopende gebieden centrifugaalpompen gebruikt. Deze verschillen vanelkaar in de wijze van constructie en in de wijze van energieomzetting.

Zelfaanzuigende en normaalzuigende pompen

Een zelfaanzuigende pomp is tot op zekerehoogte in staat om de zuigleiding te ontluchten,d.w.z. lucht te evacueren. Bij inbedrijfstelling moetde pomp eventueel meerdere malen wordengevuld. De max. zuighoogte bedraagt theoretisch10,33 m en is afhankelijk van de luchtdruk (101 hPa = normaal).

Technisch gezien is echter slechts max. 7-8 mzuighoogte Hs bereikbaar. Deze waarde omvatniet alleen het hoogteverschil van het diepstmogelijke wateroppervlak tot aan de aanzuigope-ning van de pomp, maar ook de weerstandsverlie-zen in aansluitleidingen, pomp en armaturen.

Bij het selecteren van de pomp moet erop geletworden dat de aanzuighoogte Hs in de berekeningvan de opvoerhoogte negatief moet wordeningerekend.

De zuigleiding dient minimaal met de nominaledoorlaat van de pompaansluiting, indien mogelijkeen waarde groter, te worden aangelegd en dezedient zo kort mogelijk gehouden te worden.

Bij een lange zuigleiding ontstaan er verhoogdewrijvingsweerstanden waardoor de zuighoogte Hszeer nadelig wordt beïnvloed.

De zuigleiding moet constant stijgend naar depomp toe worden aangelegd en bij gebruik vanslangmateriaal als zuigleiding moet de voorkeurworden gegeven aan spiraalzuigslangen (dicht-heid, sterkte). Lekkages moeten absoluut wordenvermeden, omdat de pomp anders beschadigdkan raken en er bedrijfsstoringen kunnen optre-den.

Bij zuigbedrijf is een voetventiel ter voorkomingvan leegloop van de pomp en de zuigleiding aan tebevelen. Een voetventiel met zuigkorf beschermtbovendien de pomp en de hierachter gekoppeldesystemen tegen grove verontreinigingen (blade-ren, hout, stenen, ongedierte enz.). Kan er geenvoetventiel worden gebruikt, dan moet bij zuig-bedrijf een terugslagklep/-ventiel voor de pomp(pompaanzuigopening) worden geïnstalleerd.

hs

Voetklep

Terugslagklep

Zuighoogte van de pomp hs

Plaatsing van de zuigleiding

Zuigbedrijf

Installatie met voetventiel of terugslagklep

Goed Niet goed

Een normaal aanzuigende pomp is niet in staat omlucht uit de zuigleiding te evacueren.

Bij normaal aanzuigende pompen moeten depomp en de zuigleiding altijd compleet gevuldzijn.Als er lucht door lekken, b.v. bij de stopbus vaneen afsluiter of door een niet-sluitend voetventielin de zuigleiding, in de pomp terechtkomt, moe-ten de pomp en de zuigleiding weer opnieuwworden gevuld.

Minimaal waterpeil

Werking van centrifugaalpompen

Pompen zijn noodzakelijk om vloeistoffen tetransporteren en de hierbij ontstane stromings-weerstanden in het buizensysteem te overwinnen.Bij pompinstallaties met verschillende vloeistof-niveaus komt hier nog het overwinnen van degeodetische hoogteverschillen bij.

Centrifugaalpompen zijn afgaande op de wijzevan constructie en de wijze van energieomzetting,hydraulische stromingsmachines. Hoewel er eengroot aantal constructiewijzen zijn, hebben allecentrifugaalpompen gemeen dat de vloeistofaxiaal bij een waaier binnentreedt.

Een elektromotor drijft de pompas aan, waarop dewaaier zit. Het door de aanzuigopening en dezuighals axiaal in de waaier binnentredende waterwordt door de waaierschoepen in een radialebeweging omgeleid. De centrifugaalkrachten opde vloeistofdeeltjes zorgen bij de doorstromingvan de schoepen zowel voor een verhoging van dedruk alsook van de snelheid.

Na het uittreden uit de waaier wordt de vloeistofin het slakkenhuis verzameld. Hierbij wordt doorde constructie van het huis de stromingssnelheidweer iets verminderd. Door de energieomzettingwordt de druk verder verhoogd.

Een pomp bestaat uit de volgende hoofdonderdelen:• pomphuis• motor• waaier

O N T W E R P VA N C E N T R I F U G A A L P O M P E N

22

Waaiervormen

Axiale waaierSemi-axiale waaierRadiale waaier Radiale 3D waaier

Doorsnede van een natloperpomp

Het pompmedium treedtaxiaal de waaier binnen enwordt radiaal verdergeleid.

Waaiers

Er wordt een verschil gemaakt tussen open engesloten waaiers en tussen de waaiervormen.

De waaier van tegenwoordig is bij de meeste pompeneen 3D-constructie die de voordelen van een axiaalrad en een radiaal rad met elkaar combineert.

Pomphuis

3D-waaier

23


Pomprendement

Het rendement van elke machine is de verhoudingvan het afgegeven vermogen ten opzichte vanhet opgenomen vermogen. Deze verhoudingwordt met de Griekse letter � (eta) aangeduid.

Omdat er geen aandrijving zonder verlies bestaat,is � daarom altijd kleiner dan 1 (100%). Bij eenverwarmingscirculatiepomp bestaat het totalerendement uit het motorrendement �M (elektrischen mechanisch) en het hydraulische rendement �P.De vermenigvuldiging van deze beide waardenresulteert in het totale rendement �tot.

�tot = �M • �P

Deze rendementen kunnen bij de verschillendepomptypen en pompgrootten ver uiteen liggen.Voor natloperpompen liggen de rendementen�tot tussen 5% en 54% (hoogrendement-pomp),voor droogloperpompen ligt de htot tussen 30%en 80%.

Ook binnen de karakteristiek van de pompverandert rendement op elk punt van haar curvetussen nul en een maximale waarde.

Als de pomp tegen een gesloten ventiel werkt,wordt er weliswaar een hoge pompdruk bereikt,maar omdat er geen water stroomt, is het effectvan de pomp nul. Hetzelfde geldt bij een openbuis. Ondanks een grote hoeveelheid waterwordt er geen druk opgebouwd en wordt er dusgeen rendement bereikt.

Een pomp werkt nooit op een enkel gedefinieerdpunt. Daarom moet er bij het ontwerp op wordengelet dat het bedrijfspunt van de verwarmings-pomp zich voor het grootste gedeelte van deverwarmingsperiode in het middelste derde deelvan de pompkarakteristiek bevindt. Dan werkt depomp in het gebied met het beste rendement.

Het pomprendement wordt met behulp van devolgende formule bepaald:

Pompkarakteristiek en rendement

Pompen met motorvermogen P2 �tottot 100 W ca. 5 % – ca. 25 %

100 tot 500 W ca. 20 % – ca. 40 %

500 tot 2500 W ca. 30 % – ca. 50 %

Pompen met motorvermogen P2 �tottot 1.5 kW ca. 30 % – ca. 65 %

1.5 tot 7.5 kW ca. 35 % – ca. 75 %

7.5 tot 45.0 kW ca. 40 % – ca. 80 %

Rendementen bij standaard-natloperpompen(richtwaarden)

Rendementen bij droogloperpompen (richtwaarden)

Debiet Q [m3/h]

H

�

Opv

oerh

oogt

e H

[m]

�P = pomprendementQ [m3/h] = debietH [m] = opvoerhoogteP2 [kW] = vermogen bij de pompas367 = omrekeningsconstante � [kg/m3] = dichtheid van het pompmedium

Het rendement (of het vermogen) van een pompis afhankelijk van de constructie hiervan.

De volgende tabellen geven een overzicht van derendementen afhankelijk van het gekozen motorver-mogen en de pompconstructie (nat-/droogloper).

Q • H • ��p = ------------

367 • P2

Het beste totale rendement van deverwarmingscirculatiepomp ligt in de middelstekarakteristiekenschaar. In de catalogi van defabrikanten zijn deze optimale werkpunten bijelke pomp speciaal gemarkeerd.

Het verloop van de vermogenskarakteristiek toontde volgende verbanden: bij een gering debiet heeftde motor het geringste opgenomen vermogen. Ditneemt toe met toenemende debiet. Hierbij veranderthet benodigde vermogen in een duidelijker sterkereverhouding dan het debiet.

De invloed van het motortoerentalWordt bij voor het overige gelijkblijvende installatie-voorwaarden het toerental van de pomp veranderd,dan verandert het opgenomen vermogen Ppraktisch proportioneel met de derde macht vanhet toerental n.

Met deze kennis kan de pomp zinvol wordengeregeld en kan de verwarmingsenergiebehoefteworden aangepast. Wordt het toerental verdubbeld,dan neemt het debiet in dezelfde verhouding toe.De opvoerhoogte neemt toe tot het viervoudige.De noodzakelijke aandrijfenergie bedraagt danongeveer het achtvoudige. Wordt het toerentalverminderd, dan worden het debiet, de opvoer-hoogte in het buizenstelsel en het benodigdevermogen in dezelfde, zoals hierboven beschreven,verhoudingen gereduceerd.

Van de constructie afhankelijke vaste toerentallenEen kenmerkend verschil tussen centrifugaal-pompen is de opvoerhoogte, afhankelijk van degebruikte motor en het vooraf vastgelegde vastetoerental. Hierbij wordt bij een snel lopendepomp met een toerental van n > 1500 min-1 vaneen snelloper en bij een langzaam lopende pompmet een toerental van n < 1500 min-1 van eentraagloper gesproken.

De motorconstructie van de traagloper is ietsgeavanceerder en daarom kan de prijs van dezepompen iets hoger uitvallen. Maar daar waar deverwarmingscirculatieomstandigheden hetgebruik van een langzaam lopende pomp mogelijkof zelfs noodzakelijk maken, leidt de snellere pomptot een onnodig hoog stroomverbruik. De voor eentoerentalreducering noodzakelijke hogere aan-schafkosten leiden tot aanzienlijke besparingenbij de aandrijfenergie. De meerkosten zijn dus snelterugverdiend.

Bij een geregelde toerentalreducering conformde afname van de verwarmingsbehoefte levertde traploze regeling van de pompelektronica eenduidelijke besparing op.

Een elektromotor drijft, zoals beschreven, depompas aan, waarop de waaier zit. De in de pompopgewekte drukverhoging en het door de pompverpompte debiet zijn het hydraulische resultaatvan de elektrische aandrijfenergie. De door demotor benodigde energie wordt met opgenomenvermogen P1 van de pomp aangeduid.

Vermogenskarakteristieken van de pompenDe vermogenskarakteristieken van centrifugaal-pompen worden in een grafiek weergegeven: opde verticale as, de ordinaat, wordt het opgenomenvermogen P1 van de pomp in watt [W] genoteerd.Op de horizontale as, de abscis, wordt – net alsbij de nog te behandelen pompkarakteristiek –het debiet van de pomp in kubieke meter per uur[m3/h] genoteerd. De schaalindeling wordthierbij in dezelfde schaal gekozen. Deze beidekarakteristieken worden in catalogi vaak onderelkaar weergegeven zodat het verband goedzichtbaar is.


24

0 1 2 3 4 5 6

0 1 2 3 4 5 6

Q150

125

100

75

50

25

0

6

5

4

3

2

1

0

Wilo-TOP-S 25/5Wilo-TOP-S 30/51~230 V - Rp1/Rp11/4

0 0,5 1 1,5

0 5 10 15 20 [lgpm]

[l/s]

min. (3 )

(2 )

min.

max.

0 1 2 3

0 0,5 1 1,5 2

v

[m/s]Rp1

Rp11/4

max. (1 )

[m3/h]

[m3/h]

P 1[W]

H[m

]

Verband tussen pompkarakteris-tiek en vermogenskarakteristiek

Opgenomen vermogen van centrifugaalpompen

Zie ook hoofdstuk “Karakteristieken”, pagina 31

Zie ook hoofdstuk “Traploze toerentalregeling”,pagina 36

Karakteristiek Wilo-TOP-S

25


Natloperpompen

Door het inbouwen van een natloperpomp, naarkeuze in de voorloop of terugloop, wordt hetwater snel en intensief verplaatst. Hierbij kunnenbuisleidingen met kleine buisdiameters wordengebruikt. De kosten voor de verwarmingsinstallatieworden hierdoor minder. In de leidingen van hetverwarmingssysteem bevindt zich zodoendeaanzienlijk minder water. De verwarming kansneller op temperatuurschommelingen reagerenen kan beter worden geregeld.

KenmerkenDe waaier van een centrifugaalpomp wordtgekenmerkt door een radiale versnelling van hetwater. De as die de waaier aandrijft, is gemaaktvan roestvrij staal; de lagers van deze as zijngemaakt van gesinterde kool of van keramischmateriaal. De rotor van de motor die op de as zit,loopt in het pompmedium. Het water smeert delagers en koelt de motor.

Voor de afscherming naar de stroomgeleidendestator van de motor zorgt een gespleten bus.Deze is van niet-magnetiseerbaar roestvrij staal ofkoolstofvezel vervaardigd en heeft een wanddiktevan 0,1 tot 0,3 mm.

Voor bijzondere doeleinden (b.v. watertransport-systemen) worden pompmotoren met een vasttoerental gebruikt.

Als de natloperpomp bijvoorbeeld in een verwar-mingskringloop wordt ingezet, dus om de radiatorenmet warmte-energie te voorzien, moet deze zichaanpassen aan de veranderlijke warmtebehoeftevan het huis. Afhankelijk van de buitentemperatuuren de externe warmte is een verschillende hoeveel-heid toegevoegde warmte nodig. De vóór deradiatoren ingebouwde thermostaatventielenbepalen de te verpompen hoeveelheid.

Pompverwarmingssysteem

Voordelen: kleinere buisleiding-diameters, minder waterinhoud,snel reactievermogen optemperatuurschommelingen,geringe installatiekosten.

Eerste volledig elektronischenatloperpomp met geïntegreerde,traploze toerentalregeling.

Toevoer

Pomp Retour

Luchtafscheider

Warmteverbruiker

Regelkraan

Membraanexpansievat

Motoren van natloperpompen worden daarom inmeerdere toerentaltrappen geschakeld. Dezetoerentalomschakeling kan met schakelaars ofstekkers handmatig worden uitgevoerd. Automa-tisering is door aanvullende externe schakel- enregelsystemen mogelijk, die afhankelijk van tijd,drukverschil of temperatuur werken.

Sinds 1988 bestaan er constructies met geïntegreerdeelektronica die het toerental traploos regelen.

De elektrische aansluiting van natloperpompenwordt afhankelijk van de grootte en de benodigdepompcapaciteit uitgevoerd met wisselstroom1~230 V of met draaistroom 3~400 V.

Kenmerkend voor natloperpompen zijn een stillewerking en bovendien het ontbreken van eenasafdichting.

De huidige generatie van natloperpompen isvolgens het modulaire principe opgebouwd. Allemodules worden afhankelijk van de pompgrootteen de noodzakelijke pompcapaciteit variabelsamengesteld. Hierdoor kan de pomp doorbepaalde onderdelen te vervangen indien nodigeenvoudiger worden hersteld.

Een belangrijk kenmerk van deze constructie is deeigenschap om automatisch te ontluchten bij deinbedrijfstelling.

Pomphuis

Spleetbus3D-waaier

RotorWikkeling

InbouwstandenNatloperpompen worden tot een nominaleaansluitdoorlaat van R 1 1/4 als pompen metschroefdraadverbinding geleverd. Grotere pompenworden met flensaansluitingen gemaakt. Dezepompen kunnen zonder montagesteun horizontaalof verticaal in de leiding worden ingebouwd.

Zoals reeds gezegd, worden de lagers van decirculatiepomp door het pompmediumgesmeerd. Bovendien dient het medium om demotor te koelen. Daarom moet de circulatie doorde gespleten bus continu gegarandeerd zijn.

Verder moet de pomp als altijd horizontaalgeplaatst zijn (natloperpompen, verwarming).Inbouw met verticaal staande of hangende asresulteert in onstabiel bedrijf, waardoor de pompsneller uitvalt.

Zie de inbouwen bedieningshandleidingen voorde details betreffende de inbouwstanden.

De beschreven natloperpompen vertonen doorhun constructie goede loopeigenschappen. Ze zijn relatief goedkoop te vervaardigen.


26

Zonder beperking toegestaan voor pompen met1-, 3- of 4-toerentaltrappen

Zonder beperking toegestaan voor pompen mettraploze regeling

Niet toegestane inbouwstanden

Inbouwstanden voor natloperpompen(verkort)

27


Droogloperpompen

KenmerkenVoor het verpompen van grote volumestromenworden droogloperpompen gebruikt. Ook voorhet verpompen van koelwater en agressievemedia zijn droogloperpompen beter geschikt. Integenstelling tot natloperpompen komt hetpompmedium niet met de motor in contact;vandaar de naam droogloperpomp.

Een ander verschil met de natloperpomp is deafdichting van het watergeleidende pomphuis/asnaar de atmosfeer toe. Deze wordt uitgevoerd dooreen stopbuspakking of door een glijringafdichting.

De motoren van standaard-droogloperpompenzijn normale draaistroommotoren met een vastbasistoerental. De regeling hiervan vindt standaardplaats via een externe elektronische toerentalveran-dering. Tegenwoordig bestaan er droogloperpompenmet geïntegreerde elektronische toerentalregelingen,die door de technische ontwikkeling voor steedsgrotere motorvermogens beschikbaar zijn.

Het totale rendement van droogloperpompen isaanzienlijk beter dan dat van natloperpompen.

Bij de droogloperpompen wordt hoofdzakelijkverschil gemaakt tussen drie verschillendeconstructieve uitvoeringen:

Inline-pompenAls aanzuigopening en persopening op één asliggen en dezelfde nominale doorlaat hebben,worden deze pompen inline-pompen genoemd.Inline-pompen hebben een luchtgekoelde envastgeflenste standaardmotor.

In de gebouwtechniek heeft deze constructiewijzevoor grotere capaciteiten ingang gevonden. Dezepompen kunnen direct in de buisleiding wordeningebouwd. Ofwel wordt de buisleiding doorconsoles opgevangen ofwel wordt de pomp opeen fundament of een eigen console gemonteerd.

BlokpompenBlokpompen zijn eentraps lagedruk-centrifu-gaalpompen in blokconstructie met luchtge-koelde standaardmotor. Het slakkenhuis heefteen axiale aanzuigopening en een radiaalgeplaatste persopening. De pompen zijn stan-daard met hoek- of motorpoten uitgerust.

Zie ook hoofdstuk “Asafdichting”, pagina 28

NormpompenBij deze centrifugaalpompen met axiale inlaatzijn de pomp, de koppeling en de motor op eengezamenlijke basisplaat gemonteerd en dusalleen geschikt voor opbouw op een fundament.

Afhankelijk van het pompmedium en de bedrijfs-omstandigheden worden deze met een glijringaf-dichting of met een stopbus uitgerust. Hierbijbepaalt de verticaal staande persopening denominale doorlaat van de pomp. De horizontaleaanzuigopening is normaal gesproken één nominale-doorlaatwaarde groter.

Opbouw van een droogloperpomp

Glijringafdichting

Dopmoer

Pomphuis

Lantaarnstuk

Waaier

Normmotor

Ventilatorbeschermkap

Glijringafdichtingen In de basisconstructie bestaan glijringafdichtingenuit twee ringen met zeer fijn gepolijste afdich-tingsvlakken. Deze worden door een veersamengedrukt en lopen in bedrijf tegen elkaar.Glijringafdichtingen zijn dynamische afdichtingen enworden gebruikt voor het afdichten van roterendeassen bij middelgrote tot hogere drukken.

Het afdichtingsgedeelte van de glijringafdichtingbestaat uit twee vlakgeslepen, slijtagearmevlakken (b.v. ringen van siliciumcarbide of kool)die door axiale krachten worden samengedrukt.De glijring (dynamisch) roteert met de as, terwijl deklemring (statisch) stationair in het huis is geplaatst.

Tussen de glijvlakken wordt een dunne waterfilmgevormd die dient om te smeren en te koelen.

In bedrijf kunnen verschillende soorten wrijving vande glijvlakken ten opzichte van elkaar wordengevormd: gemengde wrijving, grenssmeerfilmwrij-ving, droge wrijving, waarbij de zogenaamde drogewrijving (geen smeerfilm) ertoe leidt dat deglijvlakken direct kapotgaan. De standtijden(bedrijfsduur) zijn afhankelijk van de bedrijfsom-standigheden, zoals samenstelling en temperatuurvan het pompmedium.

StopbussenMateriaal voor stopbussen zijn bijvoorbeeldhoogwaardige synthetische garens zoals Kevlar®of Twaron®, PTFE, garens van geëxpandeerdgrafiet, synthetische mineraalvezelgarens envlechtwerk van natuurlijke vezels zoals hennep,katoen of ramee. Het stopbusmateriaal is lever-baar per meter of als persgietringen, in drogeuitvoering of voorzien van op het gebruiksdoelafgestemde impregneringen. Bij metergoedwordt er eerst een ring gesneden en gevormd.Vervolgens wordt de stopbusring om de pompasgemonteerd en met behulp van het drukstukaangedrukt.

AsafdichtingZoals reeds gezegd kan de asafdichting naar deatmosfeer toe door middel van een glijringaf-dichting of een stopbuspakking (in het bijzonderbij normpompen naar keuze) worden uitgevoerd.Hieronder worden deze beide afdichtingsmoge-lijkheden nader verklaard.


28

Glijringafdichting in een droogloperpomp

Om te onthouden:Glijringafdichtingen zijnslijtageonderdelen. Droogloopis niet toegestaan en leidtertoe dat de afdichtingsvlakkenkapotgaan.

Klemring(hoofdafdichting)

Glijring(hoofdafdichting)

Rubberbalg(nevenafdichting)

Veer

29


Hogedruk-centrifugaalpompen

Typische constructiekenmerken van deze pom-pen zijn de geschakelde opbouw met waaiers entrapsgewijze kamers.

Het debiet van een pomp is o.a. afhankelijk vande grootte van de waaiers. Voor de opvoerhoogtevan hogedruk-centrifugaalpompen zorgenmeerdere, achter elkaar geplaatste waaiers/lei-wielen. Hier wordt de bewegingsenergie deels inde waaier en deels in het hierachter geplaatsteleiwiel in druk omgezet.

Door de meerdere trappen kunnen de hogedruk-centrifugaalpompen drukniveaus bereiken, diebij het gebruik van ééntraps lagedruk-centrifu-gaalpompen onhaalbaar zijn.

Zeer grote typen kunnen zelfs 20 trappen heb-ben. Daarmee kunnen opvoerhoogten tot 250 mworden bereikt.De beschreven hogedruk-centrifugaalpompenbehoren bijna uitsluitend tot de familie van dedroogloperpompen. In de afgelopen tijd is menerin geslaagd om deze ook met natlopermotorenuit te rusten.

Doorsnedetekening van een hogedruk-centrifugaalpomp

Karakteristiek hogedruk-centrifugaalpomp

InbouwstandenToelaatbare inbouwstanden• Inline-pompen zijn ontworpen voor directe

horizontale en verticale inbouw in een buisleiding. • Hierbij moet een vrije ruimte worden voorzien

voor het uitbouwen van motor, lantaarnstuk enwaaier.

• Wordt de pomp gemonteerd, dan moet debuisleiding spanningsvrij zijn en moet de pompeventueel op de pomppoten steunen.

Niet-toegestane inbouwstanden• Inbouw met motor en aansluitdoos naar beneden

gericht is niet toegestaan. • Vanaf een bepaald motorvermogen dient over

de inbouwstand met horizontale pompasoverleg te worden gepleegd met de fabrikanten

Bijzonderheden bij blokpompen• Blokpompen moeten op toereikende fundamenten

of consoles worden geplaatst.• Inbouw met blokpompen met motor en aansluit-

doos naar beneden gericht is niet toegestaan. Elkeandere inbouwstand is mogelijk.

Zie de inbouwen bedieningshandleidingen voorde details betreffende de inbouwstanden.

Waaiers

Voorbeeld van een hogedruk-centrifugaalpomp metnatlopermotor

Wilo-Multivert-MVIS 202-21050 Hz

[m3/h]

[l/s]0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Q

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

202

203

204

205

206

208

209

207

210

H[m

]

31

De drukverhoging in de pomp wordt met opvoer-hoogte aangeduid.

Definitie van opvoerhoogteDe opvoerhoogte van een pomp H is de mechanischeenergie die door de pomp in de vloeistof wordtovergedragen, gerelateerd aan de gravitaire energievan de vloeistof, onder de plaatselijke graviteit.

E = bruikbare mechanische energie [N • m]G = gewichtsbelasting [N]

Hierbij zijn de in de pomp opgewekte drukverhogingen het debiet van de pomp van elkaar afhankelijk.Deze afhankelijkheid wordt in een diagram alspompkarakteristiek weergegeven.

Op de verticale as, de ordinaat, wordt de opvoer-hoogte H van de pomp in meter [m] genoteerd.Andere schaalindelingen zijn mogelijk. Hierbijgelden de volgende omrekeningswaarden:

10 m = 1 bar = 100.000 Pa = 100 kPa

Op de horizontale as, de abscis, bevindt zich deindeling voor het debiet Q van de pomp inkubieke meter per uur [m3/h]. Een andereasschaalindeling, bijvoorbeeld (l/s), is mogelijk.

Het verloop van de karakteristiek toont devolgende verbanden: de elektrische aandrijvings-energie wordt (met inachtneming van het totalerendement) in de pomp in de hydraulische energie-vormen drukverhoging en beweging omgezet.Loopt de pomp tegen een gesloten ventiel, danontstaat de maximale pompdruk. Men spreektdan van nul-opvoerhoogte H0 van de pomp.Wordt het ventiel langzaam geopend, dan beginthet pompmedium te stromen. Hierdoor wordt eendeel van de aandrijvingsenergie in bewegings-energie omgezet. De oorspronkelijke druk kan danniet meer worden vastgehouden. De pompkarakte-ristiek krijgt een dalend verloop. Theoretisch wordthet snijpunt van de pompkarakteristiek met dedebiet-as bereikt, als het water alleen nog maarbewegingsenergie heeft en er geen druk meerwordt opgebouwd. Aangezien een leidingsysteemechter altijd een inwendige weerstand heeft,eindigen de werkelijke pompkarakteristieken voorhet bereiken van de debiet-as.

KarakteristiekenPompkarakteristiek

Debiet Q [m3/h]

Pompcurve

Theoretisch verloop

Opvoerhoogte bij nuldebiet H0

Opv

oerh

oogt

e H

[m]

E

GH = [m]

Verschillende debiet- endrukveranderingen

Debiet Q [m3/h]

Vlak (vb. 1450 1/min)

Steil (vb. 2900 1/min)

H0

H0

Opv

oerh

oogt

e H

[m]

Debiet Q [m3/h]

�p

H0

H0

Opv

oerh

oogt

e H

[m]

Verschillende steilheid,bijvoorbeeld afhankelijk vanhet motortoerental bij gelijkpomphuis en gelijke waaier

Hierbij ontstaan afhankelijk van de steilheid ende bedrijfspuntverandering verschillendedebiet- en drukveranderingen.• vlak verlopende karakteristiek

– grotere debietverandering, maar kleinedrukverandering

• steil verlopende karakteristiek– kleinere debietverandering, maar grote

drukverandering

Pompkarakteristiek

Vorm van de pompkarakteristiekDe volgende afbeelding toont de verschillendesteilheid van pompkarakteristieken, die bijvoorbeeldafhankelijk van het motortoerental kunnen ontstaan.

K A R A K T E R I S T I E K E N

32

De inwendige wrijvingsweerstand in de leidingleidt tot drukverlies van het verpompte mediumovereenkomend met de gehele lengte. Dit drukverliesis bovendien afhankelijk van de temperatuur vanhet stromende medium, de viscositeit hiervan, destroomsnelheid, de armaturen, de aggregaten ende wrijvingsweerstand in de leiding bestaande uitbuisdiameter, buisruwheid en buislengte. Dezewordt in een installatiekarakteristiek weergegeven.Hiervoor wordt hetzelfde diagram als voor depompkarakteristiek gebruikt.

Installatiekarakteristiek

Q [m3/h]

H1

Q1

H2

Q2

H [m

]

0 3 41 2

40

50

60

70

80

30

20

10

0

Het verloop van de karakteristiek toont devolgende verbanden:

De oorzaak van de wrijvingsweerstand in de leiding isde wrijving van het water langs de buiswanden, dewrijving van de waterdruppels tegen elkaar en devormveranderingen van de leiding. Bij een veranderingvan het debiet, bijvoorbeeld door het openen ensluiten van de thermostaatventielen, verandert ookde snelheid van het water en dus de wrijvingsweer-stand van de buis. Aangezien de onveranderdebuisdiameter als een doorstroomd vlak beschouwdmoet worden, verandert de weerstand kwadratisch.Grafisch gezien resulteert dit daarom in de vormvan een parabool.

Wiskundig blijkt hieruit het volgende verband:

ResultaatWordt het debiet in het buizenstelsel gehalveerd,dan daalt de opvoerhoogte tot een vierde. Wordthet debiet verdubbeld, dan wordt de opvoer-hoogte met het viervoudige verhoogd. Als voorbeeld hiertoe dient het uitlopen vanwater uit een aftapventiel. Bij een voordruk van 2bar, wat overeenkomt met een pompopvoer-hoogte van ca. 20 m, levert een aftapventiel DN1/2 een debiet van 2 m3/h. Om dit debiet teverdubbelen moet de voordruk van 2 bar wordenverhoogd tot 8 bar.

Installatiekarakteristiek

Uitloop uit een aftappunt bij verschillendevoordrukken

Voordruk 2 barUitloop 2 m3/h

½"

2 m3

½"

4 m3

Voordruk 8 barUitloop 4 m3/h

33

K A R A K T E R I S T I E K E N

De automatische wijziging van het werkingspunt

Bedrijfspunt

Daar waar de pompkarakteristiek en de instal-latiekarakteristiek elkaar kruisen, bevindt zichhet actuele bedrijfspunt van de verwarmings- ofwatervoorzieningsinstallatie.

Dat wil zeggen dat er op dat punt een evenwichtheerst tussen het aangeboden vermogen van depomp en het verbruikte vermogen van hetbuizenstelsel. De pompopvoerhoogte is altijd netzo groot als de doorstromingsweerstand van deinstallatie. Dit resulteert dan in het debiet datdoor de pomp geleverd kan worden.

Hierbij moet in acht worden genomen dat hetdebiet niet lager mag zijn dan een bepaaldminimaal debiet. Anders kan er oververhitting inde pompruimte ontstaan, waardoor de pompkapot kan gaan. Neem hierbij de gegevens vande fabrikant in acht. Een bedrijfspunt buiten depompkarakteristiek leidt ertoe dat de motorbeschadigd raakt.

Door de verandering van de capaciteit tijdens hetbedrijf, verandert ook het bedrijfspunt voortdurend.De planner moet een ontwerp-bedrijfspunt vindendat is afgestemd op de maximale eisen. Bij verwarm-ingscirculatiepompen is dat de benodigde warmtevan het gebouw, bij drukverhogingsinstallaties is datde piekdoorstroming voor alle aftappunten.

Alle andere bedrijfspunten die in het praktischebedrijf optreden, liggen in de karakteristiek linksvan dit ontwerp-bedrijfspunt.

De beide afbeeldingen rechts laten zien dat deverandering van het bedrijfspunt ontstaat doorde verandering van de doorstromingsweerstand.

Bij verschuiving van het bedrijfspunt, naar linksvanaf het ontwerppunt, wordt de opvoerhoogtevan de pomp automatisch verhoogd. Hierbijontstaan er stromingsgeluiden in de ventielen.

De aanpassing van de opvoerhoogte en het debietaan de behoefte vindt plaats door het inbouwenvan geregelde pompen. Hierbij worden tegelijker-tijd de bedrijfskosten aanzienlijk gereduceerd.

Debiet Q [m3/h]

Pompcurve

Beide thermostatische kranen zijn open

Installatiecurve

Snijpunt met grafiek =werkingspunt

Opv

oerh

oogt

e H

[m]

Debiet Q [m3/h]

Pompcurve

Slechts 1 thermostatische kraanis open

Nieuweinstallatiecurve

Opv

oerh

oogt

e H

[m]

Snijpunt met grafiek =nieuw werkingspunt

35

Weersschommelingen

In de afbeelding rechts laat de verticale arceringduidelijk zien dat bij de seizoensgebondenschommelende buitentemperaturen een sterkverschillende verwarmingsbehoefte noodzakelijk is.

Toen de hiervoor gebruikte energie (hout, kolen enhet begin van de verwarmingen met olie, maar ookde door de overheid gesubsidieerde verwarmingten tijde van de DDR) zeer weinig kosten, was hetniet belangrijk hoeveel er werd verstookt. In hetergste geval werden de ramen geopend. Dezeregeltechniek werd schertsend tweepuntsregeling- raam open / raam dicht - genoemd.

Tijdens de eerste oliecrisis in 1973 onderkende mende noodzaak om zuinig met energie om te gaan.

Een goede warmte-isolatie van gebouwen isintussen vanzelfsprekend geworden. De wettelijkevoorschriften werden voortdurend aan de bouw-technische ontwikkelingen aangepast. Uiteraardverliep de verwarmingstechnische vooruitgangparallel hieraan. Eerst werden de thermostaat-ventielen breed op de markt geïntroduceerd,waardoor de kamertemperatuur aan de wensenvan de bewoner kon worden aangepast.

Het gearceerde vlak moet doorverwarmingsenergie wordenopgevuld.

Zie ook hoofdstuk “Bedrijfspunt”, pagina 33

Doordat de hoeveelheid verwarmingswater hierdoorwerd gesmoord, werd de pompdruk van de pompmet vast toerental verhoogd (langs de pompkarak-teristiek), waardoor er stromingsgeluiden in deventielen ontstonden. Vervolgens werd de ontlas-tingsklep uitgevonden en ingebouwd om dezeoverdruk af te bouwen.

Jul JulOct Nov Dec JanAug Sep Feb Mar Apr Mei Jun

25

20

15

10

5

0

-5

-10

-15

Maand

Buit

ente

mpe

ratu

ur [C

°]

Pompselectie volgenswarmtebehoefteAangezien wij in ons klimatologisch gebied vier duidelijke jaargetijden kennen,schommelen de buitentemperaturen aanzienlijk. Van zomerse temperaturen van20 °C tot 30 °C zakt de thermometer in de winter tot -15 °C tot -20 °C of nog lager.Deze schommelingen zijn echter voor de binnentemperatuur van woonruimtenonaanvaardbaar. Eerst was er het vuur dat de grotten verwarmde. Later werden erverwarmingssystemen ontwikkeld die in het eerste deel van dit handboek zijnbeschreven.

Buitentemperatuur afhankelijk van het jaargetijde

P O M P S E L E C T I E V O L G E N S WA R M T E B E H O E F T E

36

Wilo-TOP-S natloperpompmet 3 instelbare snelheden

Pomptoerentalschakeling

Om het toerental van motoren te kunnen veran-deren, zijn deze binnenin uit verschillende wik-kelingspakketten opgebouwd. Als er minderwater door de verwarmingsbuizen stroomt,wordt er ook een kleinere leidingweerstandopgebouwd, zodat de pomp met een geringereopvoerhoogte kan werken. Tegelijkertijd wordthet opgenomen elektrische motorvermogenaanzienlijk gereduceerd.

Intussen zijn voor de toerental-trapschakelingenvan de verwarmingscirculatiepompen uitgebreideregelapparaten ontwikkeld. Zo kan de circulatiepompdirect op de regeling van de kamertemperatuurreageren. De ontlastingsklep is daardoor overbodig.De regelapparaten veranderen het toerentalautomatisch afhankelijk van

• de tijd• de watertemperatuur• de verschildruk• en andere specifiek voor de installatie zijnde

parameters.

0 1 2 3 4 5

0 10 20 30 40 50 60 70

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Q[lgpm]

600

500

400

300

200

100

0

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

[l/s]

max.

Wilo-TOP-S 40/103 ~ 400 V - DN 40

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 v

[m/s]

max. (1 )

(2 )min. (3 )

min.

[m3/h]

[m3/h]

P 1[W]

H[m

]

Pompkarakteristiek Wilo-TOP-S

Traploze toerentalregeling

In de eerste helft van de jaren 80 is men er reeds ingeslaagd om droogloperpompen met grote motor-vermogens traploos aan de verwarmingsbehoefteaan te passen. Voor de regeling hiervan werdenelektronische frequentieomvormers gebruikt.

Voor een uitleg van deze techniek verwijzen wij naarde bekende stroomfrequentie van 50 Hz (Hertz).Dat wil zeggen dat de stroom 50 keer per secondewisselt tussen een plus- en een minpool. Met dezelfdesnelheid wordt de rotor van de pompmotor bewogen.

Met behulp van elektronische elementen is hetmogelijk om de stroom sneller of langzamer temaken, dat wil zeggen de frequentie bijvoorbeeldtussen 100 Hz en 0 Hz traploos in te stellen.

Om motorische redenen wordt de frequentie inverwarmingsinstallaties echter niet lager dan 20 Hz,dus niet minder dan 40% van het maximaletoerental ingesteld. Aangezien het maximaleverwarmingsvermogen alleen voor de koudstedagen wordt berekend, zal het in bijzonderegevallen noodzakelijk blijken motoren met demaximale frequentie aan te drijven.

De pompfabrikanten bieden natloperpompenmet handmatig schakelbare toerentaltrappenaan. Zoals in de voorafgaande hoofdstukken isbeschreven, wordt – gerelateerd aan de doorlaatvan het pompmedium van de thermostaat- enregelventielen – het debiet kleiner met hettoerental. Zo kan de circulatiepomp direct op deregeling van de kamertemperatuur reageren.


Terwijl twintig jaar geleden hiervoor nog zeergrote omvormeenheden nodig waren, is men erintussen in geslaagd om dezefrequentieomvormers zo klein te maken dat dezein de aansluitdoos direct op een pomp kunnenfunctioneren, zoals bijvoorbeeld bij een Wilo-Stratos.

Een geïntegreerde traploze, van de verschildrukafhankelijke toerentalregeling zorgt ervoor dateen eenmaal ingestelde opvoerhoogte constantwordt gehouden, om het even welk debietafhankelijk van het weer en het gebruik moetworden geleverd.

In 2001 heeft een nieuwe technische innovatiehaar intrede gedaan in de natlopertechniek. Denieuwste generatie, ook hoogrendement pompgenoemd, heeft als voordeel dat door de nieuwsteECM-technologie (Electronic-Commutated-Motorook permanentmagneet-motor genoemd)enorme stroombesparingen bij een uitstekendrendement bereikt kunnen worden.

Karakteristiekenschaar van een Wilo-Stratos

Traploze toerentalregeling bijde hoogrendement-pompWilo-Stratos

Zie ook hoofdstuk “Natloperpompen”, pagina 25

� p-c

max.

[m3/h]0 2 4 6 8 10 120

2

4

6

8

10

0,50 1 1,5 2,52v

[m/s]

Wilo-Stratos 32/1-12 1 ~ 230 V - DN 32

min.

3 3,5 4

H[m

]

Regelingsmodi

Bij de tegenwoordig verkrijgbare elektronischgeregelde pompen kunnen op de elektronicaverschillende bedrijfs- en regelingsmodi wordeningesteld.

Bij kleine pompen was deze traploos geregeldetoerentalaanpassing al sinds 1988 mogelijk,echter met een andere elektronische techniek.De toentertijd hiervoor ingezette elektronica,faseaansnijdingsbesturing, is vergelijkbaar metde dimmerregeling bij verlichting.

37

We maken hierbij verschil tussen regelingsmodidie door de pomp automatisch kunnen wordenuitgevoerd en bedrijfsmodi waarbij de pomp nietautomatisch wordt geregeld, maar door middel vanexterne aansturing op een bepaald bedrijfspuntwordt ingesteld.

Hierna een overzicht van de meest voorkomenderegelings- en bedrijfsmodi. Door aanvullendebesturingen en regelapparaten kunnen nog eengroot aantal andere gegevens worden verwerkten overgedragen.


38

Verschildruk variabel: �p-v

Verschildruk constant/variabel: �p-cv

Debiet Q [m3/h]

�p-c

nmax

ncontrolHsetpoint

½ Hsetpoint

Hsetpoint-min

Opv

oerh

oogt

e H

[m]

Debiet Q [m3/h]

�p-cv

nmax

Hmin

100 %

75 %

Opv

oerh

oogt

e H

[m]

Debiet Q [m3/h]

Hmax

Hmin

Tmax TmedTmin QmaxQmin

Hvar.

pos. direction

neg. direction

Opv

oerh

oogt

e H

[m]

De te kiezen regelingsmodi zijn:

�p-c – verschildruk constantDe elektronica houdt de door de pomp opgewekteverschildruk over het toelaatbare debietbereikconstant op de ingestelde waarde Hs tot aan demaximaal-karakteristiek.

�p-v – verschildruk variabelDe elektronica verandert de door de pomp aan tehouden gewenste verschildruk bijvoorbeeldlineair tussen Hs en 1/2 Hs. De gewenste verschildrukH neemt met het debiet Q af c.q. toe.

�p-cv – verschildruk constant/variabelBij deze regelingsmodus houdt de elektronica dedoor de pomp opgewekte verschildruk tot eenbepaald debiet constant op de ingestelde verschil-druk (Hs 100%). Daalt het debiet verder, danverandert de elektronica de door de pomp aan tehouden verschildruk lineair bijvoorbeeld tussenHs 100% en Hs 75%.

�p-T – temperatuursgestuurde verschildrukregelingIn deze regelingsmodus verandert de elektronica dedoor de pomp aan te houden gewenste verschildrukafhankelijk van de gemeten mediumtemperatuur.

Bij deze regelfunctie zijn twee instellingen mogelijk:• Regeling met positieve werking

Bij stijgende temperatuur van het pompmediumwordt de gewenste verschildruk lineair tussenHmin en Hmax verhoogd. Toepassing bijvoorbeeldbij standaardketels met glijdende voorloop-temperatuur.

• Regeling met negatieve werkingBij stijgende temperatuur van het pompmediumwordt de gewenste verschildruk lineair tussenHmin en Hmax verlaagd. Toepassing bijvoorbeeldbij HR-ketels, waarbij een bepaalde minimaleteruglooptemperatuur moet worden aangehoudenom een zo hoog mogelijk warmterendementvan het verwarmingsmedium te bereiken.Hiertoe moet de pomp absoluut in de terugloopvan de installatie worden ingebouwd.

Karakteristieken regelingsmodi

Temperatuurafhankelijkeverschildrukregeling: �p-Tafhankelijk van de hieruitresulterende capaciteit

Debiet Q [m3/h]

�p-c

nmax

ncontrol

Hsetpoint

Hsetpoint-min

Opv

oerh

oogt

e H

[m]

Verschildruk constant: �p-c

39


Bedrijfsmodus manueel

Bedrijfsmodus DDC – analogebesturing

Bedrijfsmodus automatischereductie (Autopilot)

De te kiezen bedrijfsmodi zijn:

Automatische reductie (Autopilot)De nieuwe elektronisch geregelde pompen ophet gebied van natlopers zijn voorzien van eenautomatische reductie (Autopilot). Bij het reducerenvan de voorlooptemperatuur schakelt de pompover op een gereduceerd constant toerentalbedrijf (zwakke belasting door fuzzy-regeling).Deze instelling zorgt ervoor dat het energieverbruikvan de pomp tot een minimum wordt gereduceerden is in de meeste gevallen de optimale instelling.

De automatische reductie Autopilot mag alleenworden vrijgegeven, als hydraulische afregelingvan de installatie is uitgevoerd. Als dit niet inacht wordt genomen, kunnen slecht gevoedeinstallatieonderdelen bij vorst bevriezen.

ManueelDeze bedrijfsmodus is bij elektronisch geregeldepompen vanaf een bepaald motorvermogenbeschikbaar. Het toerental van de pomp wordtconstant gehouden tussen nmin en nmax, op deelektronicamodule van de pomp in te stellen. Debedrijfsmodus handinstelling desactiveert deverschildrukregeling op de module.

DDC (Direct Digital Controls) en GA-aankoppeling(aankoppeling aan de gebouwautomatisering)Bij deze bedrijfsmodus wordt de gewenstewaarde via een gebouwenbeheersysteem door-gegeven aan de elektronica van de pomp. Degewenste waarde wordt via een vergelijking vangewenste en werkelijke waarden door hetgebouwenbeheersysteem (GBS) overgenomen enkan vervolgens als analoog signaal 0-10 V/0 20mA,c.q. 2-10 V/4-20mA of als digitaal signaal (interfacePLR of LON op de pomp) worden overgedragen.

Debiet Q [m3/h]

HS

H

nmax = const

nmin = const

Opv

oerh

oogt

e H

[m]

U [V]

out

nmax

nmin

n [1

/min

]

1 1,5 3 10

Debiet Q [m3/h]

�p-cHsetpoint

Hsetpoint-min

Opv

oerh

oogt

e H

[m]

Karakteristieken regelingsmodi

41

Ruw pompontwerp voor standaard verwarmingsinstallatiesHet debiet dat een verwarmingspomp moet leveren, is afhankelijk van de warmtebe-hoefte van de te verwarmen ruimte. De opvoerhoogte daarentegen wordt door deaanwezige wrijvingsweerstand van de buizen bepaald. Bij een nieuwe verwarmingsin-stallatie kunnen deze waarden eenvoudig met behulp van zeer betrouwbare comput-erprogramma’s worden berekend. Bij het saneren van aanwezige verwarmingsinstal-laties wordt deze berekening al moeilijker. Voor bepalen van de noodzakelijkedebietgegevens kunnen verschillende ruwe berekeningen worden uitgevoerd.

Als er in een verwarmingssysteem een nieuwecirculatiepomp moet worden ingebouwd, danwordt de grootte hiervan afgestemd op hetdebiet met de volgende formule bepaald:

QPU = debiet van de pomp in het ontwerppunt in[m3/h]

QN = warmtebehoefte van het te verwarmen oppervlak in [kW]

1.163 = soortelijke warmtecapaciteit in [Wh/kgK] ∆� = ontwerptemperatuurverschil tussen

voor- en terugloop van de verwarming in[K], hierbij kan worden uitgegaan van 10 -20 K voor standaardinstallaties.

Pompdebiet

QN

1,163 • ��QPU = [m3/h]

Om het pompmedium naar elk punt van deverwarming te kunnen transporteren, moet depomp de som van alle weerstanden overwinnen.Ingeval de weg van het buizenstelsel en denominale doorlaten van de aangelegde buizenmoeilijk is vast te stellen, geldt deze formule alsruwe berekening van de opvoerhoogte:

R = Wrijvingsverlies in de rechte buis [Pa/m]Hierbij kunnen voor standaardinstallaties50 Pa/m tot 150 Pa/m worden aange-houden (afhankelijk van het bouwjaarvan het huis, oudere huizen hebben opgrond van de gebruikte grotere nominaledoorlaten een kleiner drukverlies 50 Pa/m).

L = Lengte van de ongunstigste verwaringslijn[m] voor voor- of terugloop of: (lengte van het huis + breedte van hethuis + hoogte van het huis) x 2

ZF = Vermenigvuldigingsfactor voor Bochten/kranen ≈ 1.3Thermostaatventiel ≈ 1.7Zijn o.a. deze inbouwelementen aanwezig,dan kan een ZF van 2,2 worden gebruikt.Bochten/kranen ≈ 1.3Thermostaatventiel ≈ 1.7Driewegventiel ≈ 1.2Zijn o.a. deze inbouwelementen aanwezig,dan kan een ZF van 2,6 worden gebruikt.

10,000 = Omrekeningsfactor Pa naar m

Pompopvoerhoogte

R • L • ZF

10.000HPU = [m]

R U W P O M P O N T W E R P

42

De warmtebron in een oudere meergezinswoningheeft volgens berekening of bestaande gegevenseen vermogen van 50 kW.

Bij een temperatuurverschil �� van 20 K(�voorloop = 90°C /�terugloop = 70°C), levert dithet volgende op:

Moet hetzelfde gebouw met een kleiner tempera-tuurverschil worden verwarmd (bijv. 10 K), danmoet de circulatiepomp het dubbele debiet, dus4,3 m3/h kunnen leveren om de vereiste warmte-energie van de warmtebron naar de verbruikerste transporteren.

Gesteld dat het drukverlies in de leiding doorwrijving in ons voorbeeld 50 Pa/m is, de buislei-dingslengte voor de voor- en terugloop 150 mbedraagt en de toeslagfactor 2,2 is, omdat ergeen driewegventiel is ingebouwd, dan resulteertdit in de opvoerhoogte H:

50 • 150 • 2,2

10.000HPU = = 1,65 m

50 kW

1,163 • 20 KQPU = = 2,15 m3/h

Bedrijfspunt in de karakteristiekenschaar van de pomp bij variabel debiet

Karakteristieken Wilo-EasyStar

0 0,5 1 1,5 Rp 1

0 0,25 0,5 0,75 1 Rp 1¼

v

[m/s]

6

5

4

3

2

1

00 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Wilo-Star-E20/1-5, 25/1-5,

30/1-5 1 ~ 230 V - Rp 1/2 ,Rp 1 ,Rp 11/4

Rp ½0 31 2 4 5

[m3/h]

max.

∆ p-cv

min.

H[m

]

• Gebied I (deel links)Kies een kleinere pomp, als hetbedrijfspunt in dit gebied ligt.

• Gebied II (deel midden) De pomp werkt voor 98%van de bedrijfstijd in hetoptimale bedrijfsgebied.

• Gebied III (deel rechts) De geregelde pomp werktalleen in het ontwerppunt(warmste/koudste dag vanhet jaar) in het ongunstigstegebied, dat wil zeggengedurende 2% van debedrijfstijd.

Debiet Q [m3/h]

I

II

IIIOpv

oerh

oogt

e H

[m]

1/3 1/3 1/3

Uit het hoofdstuk ‘Ontwerp van centrifugaal-pompen’ weten wij dat het rendementverloopafhankelijk is van de pompkarakteristiek. Als errekening wordt gehouden met het rendement-verloop bij de keuze van de pomp, dan is te ziendat het middelste deel van de karakteristiek hetenergetisch gezien gunstigste ontwerpgebiedvormt. Het ontwerppunt moet dus bij installatiesmet variabel debiet in het rechter deel liggen,aangezien het bedrijfspunt van de verwarmings-circulatiepomp naar het middelste deel gaat enzich voor 98% van de bedrijfstijd daar bevindt.

De installatiekarakteristiek wordt steiler naarmatede drukval in de installatie toeneemt, bijvoorbeelddoor het sluiten van thermostaatventielen.

Dus levert dit uit de berekende gegevens voor deopvoerhoogte H en het debiet Q volgens decatalogus voor het ruwe pompontwerp hetvolgende op:

Toepassingsvoorbeeld

1.65

2.15

Het bedrijfspuntverplaatst zich naargebied II (deelmidden).

43


Debiet Q [%]

112

100

83

50 100 200

� 10 %

� 2 %

Verw

arm

ings

capa

cite

it [%

]

Radiator-bedrijfsdiagramAls de warmtebehoefte van een gebouw in eenonbekend leidingstelsel alleen met behulp vaneen ruwe berekening kan worden bepaald, dan ishet natuurlijk de vraag wat de effecten hiervanzullen zijn. De afbeelding rechts toont de typischevermogenscurve van een radiator in een ruimte.

In dit diagram zijn de volgende verbanden tezien: wordt het debiet Q met 10% verminderd,dan neemt het verwarmingsvermogen van deradiatoren slechts met 2% af. Hetzelfde geldt alshet debiet Q met ongeveer 10% wordt verhoogd.In dat geval zullen de radiatoren slechts ongeveer2% meer verwarmingsenergie kunnen afgeven.Zelfs bij een verdubbeling van het debiet zal hetverwarmingsvermogen slechts met ongeveer12% worden verhoogd!

De reden hiervoor is dat watersnelheid in deradiatoren direct afhankelijk is van het debiet.Een hogere doorstroomsnelheid betekent duseen kortere verblijfstijd van het water in de

Voorbeeld voor een radiator-bedrijfsdiagram 90/70 °C, kamertemperatuur 20 °C

radiatoren. Hierdoor heeft het pompmedium dusminder tijd om warmte aan de radiator en dus deruimte af te geven.

Het is dus absoluut verkeerd om de pomp opgrond van een zogenaamde "angsttoeslag"groter dan noodzakelijk te dimensioneren.

Zelfs een duidelijke onderdimensionering heeftslechts relatief geringe gevolgen: bij een debietvan 50% zullen de radiatoren nog ca. 83% verwar-mingsenergie aan de ruimte kunnen afgeven.

Met pomp-selectiesoftware zoals Wilo-Selectbeschikt u over een complete en effectieve selectie-service. Vanaf de berekening tot aan het ontwerpvan de pomp en de bijbehorende documentatie hebtu alle noodzakelijke gegevens tot uw beschikking.

De Wilo-Select Classic is een selectiesoftwarevoor pompen, systemen en componenten.Hiermee kunt u de volgende menupunten prak-tijkgericht bewerken:

• berekening• ontwerp• catalogus & artikelonderzoek• pompvervanging• documentatie• stroomkosten- en afschrijvingsberekeningen• levenscycluskosten (Life Cycle Costs)• data-export naar Acrobat PDF, DXF, GAEB,

Datanorm, VDMA, VDI, CEF• automatische internet-update

Pomp-planningssoftware

Effecten van het ruwe pompontwerp


44

Tot de efficiënte werking vaneen pomp behoort dehydraulische afregeling.

Schematische weergave van een verwarmingsinstallatie met de mogelijkheid tot hydraulische afregeling

Kring

? p 0,2 bar?

p

DV 1 DV 1

DV 2DV 2

AF

Toevoer

Mogelijk te weinig toevoer op 3de verdieping

Mogelijk te veel toevoer op gelijkvloers

Retour

1

�p < 0.2 bar

�p < 0.2 bar

2

Luchtafscheider op de hoogste positie in de installatie

KFE kraan

Thermostatische kraan (TV)

Retour stopkraan

Regelkraan

Magneetventiel

Retour stopkraan

Verschildrukregelaar (DV)

Circulator met regelaar

Begrenzer (SB)

3-weg ventiel

Filter

Membraanexpansievat (DET) met KV aansluiting en KFE kraan

Veiligheidsventiel

Overloopreservoir

45


De huidige circulatiepompen met elektronischetoerentalregeling bieden een zeer eenvoudigemogelijkheid om de noodzakelijke opvoerhoogteop een onbekende installatie in te stellen:

• Voorwaarde is dat de leidingen zorgvuldig zijnafgeregeld en dat het systeem is ontlucht. Alleregelventielen moeten worden geopend.

• Voor het instellen van de opvoerhoogte hebbende pompen instelknoppen op de elektronica,afhankelijk van de fabrikant met of zonderschaalindeling. Er wordt begonnen met de kleinsteinstelling van de opvoerhoogte. Bij de ongunstigsteradiator van het gehele verwarmingssysteembevindt zich een collega met een walkietalkie.

• Na de eerste melding dat er geen warmverwarmingswater bij dit ver weg gelegen puntaankomt, wordt de opvoerhoogte met deinstelknop langzaam verhoogd. Hierbij moetrekening worden gehouden met de traagheidvan het verwarmingssysteem.

• Op het moment, waarop ook de ongunstigsteradiator met verwarmingsenergie wordt gevoed,kan de instelling worden beëindigd.

Alles over hydraulica

Om een zo geluidsarm mogelijke en optimalewarmteverdeling te bereiken is hydraulischeafregeling noodzakelijk.

Tegelijkertijd moet deze hydraulische afregelingvoorkomen dat de verbruikers te weinig of te veelgevoed worden.

Het nominale debiet voor het voeden van delijnen wordt door de pomp aan het buizenstelselgeleverd. De verbruikers (b.v. radiatoren) hebbenechter slechts een evenredig vermogen nodig, datafhankelijk is van de grootte en het vermogen vande radiator en de instelling van het thermostaat- enregelventiel.

Zodat elke afzonderlijke verbruiker met het juistedebiet en de juiste druk wordt gevoed, kunnendrukverschilregelaars, lijnregelventielen, thermo-staat- en regelventielen met instelling vooraf ofinstelbare terugloopschroefverbindingen wordeningebouwd.

Instelling van elektronisch geregelde circulatiepompen

Zie ook hoofdstuk “Toepassingsvoorbeeld”, pagina 42

Op de ventielen en regelaars kunnen conform degegevens van de fabrikant (ontwerpverschildruktussen 40 en 140 mbar) de instellingen voorverbruikers worden aangepast. Voorts moeten deverbruikers tegen een te hoge pompdruk wordenbeveiligd. De max. pompdruk voor bijvoorbeeldthermostaatventielen mag de 2 m niet overschrijden.Wordt deze druk door de constructie van deinstallatie overschreden, dan moeten er verschil-drukregelaars in de stijglijnen worden opgenomenzodat deze grenswaarde wordt aangehouden.


46

Alle uiteenzettingen tot nu toe hadden telkensbetrekking op één centrifugaalpomp. Er zijn in depraktijk echter bedrijfssituaties, waarin een pompalleen niet aan de gestelde eisen kan voldoen.

In dergelijke gevallen worden twee of meerpompen geïnstalleerd. Afhankelijk van het doelworden de pompen in serie of parallel geschakeld.

Alvorens in te gaan op de details van de bedrijfs-functies, wijzen we op een principiële, maar vaakgehoorde fout: het is verkeerd om te bewerendat in het algemeen twee gelijke pompen inserieschakeling een dubbele opvoerhoogte endat twee gelijke pompen in parallelschakelinghet dubbele debiet zouden leveren.

Dit is theoretisch weliswaar mogelijk, maar construc-tief en installatietechnisch gezien niet te realiseren.

Pompen in serieschakelingAls twee pompen achter elkaar worden ingebouwd,dan worden de pompkarakteristieken bij elkaaropgeteld, dat wil zeggen dat als ze tegen eengesloten schuif werken, de opgewekte drukwordt opgeteld. De nul-opvoerhoogte bij tweeeven grote pompen wordt dus verdubbeld.

Als we nu het andere extreme punt bekijken, datwil zeggen bij drukloos verpompen, dan kunnentwee pompen geen grotere hoeveelheid vloeistoftransporteren dan slechts één pomp.

In de praktijk betekent dit dat er voor beidedelen van de hydraulische arbeid evenredigeverhogingen ontstaan:• Op de verticale as van het karakteristiekdiagram

– dus voor de opvoerhoogte H – geldt, dat hoeverder naar links de installatiekarakteristiek zichbevindt, des te sterker de verhoging is.

• Op de horizontale as van het karakteristieken-diagram – dus voor het debiet Q – geldt dat deverhoging uiterst gering uitvalt.

Koppelen van meerdere pompen

Debiet Q [m3/h]

H1

H1 + H2

H0

2 • H0

Opv

oerh

oogt

e H

[m]

Serieschakeling van twee in eenhuis geïnstalleerde pompenmet gelijk debiet – opvoer-hoogten worden opgeteld oppunten van gelijk debiet

Pompkarakteristiek bij serieschakeling

Installatievoorbeeld met meerdere verwarmingskringlopen

HC 1 HC 2WWB

Boiler 1

S

S

S

Toepassingsvoorbeeld: meer-pompen kringlopen(pompen in serieschakeling)

In grote verwarmingsinstallaties worden omregeltechnische redenen meerdere verwarmings-kringen aangelegd. Soms zijn ook meerdere ketelsgeïnstalleerd.

De pompen voor de warmwaterbereiding (WWB)en voor de verwarmingskringen HK 1 en HK 2werken onafhankelijk van elkaar. De circulatie-pompen zijn ontworpen om de desbetreffendesysteemweerstanden te overwinnen. Elk van dezedrie pompen is in serie geschakeld met de ketel-kringpomp KP. Deze heeft de taak om de reeds inde ketelkring optredende weerstand te overwinnen.

Bij de voorafgaande theoretische beschouwingenwerd uitgegaan van even grote pompen. Zoals inhet afgebeelde schema kunnen echter de debietenvoor elke pomp anders zijn.

Een groot gevaar bestaat bij deze installatie alsde debieten niet zorgvuldig op elkaar wordenafgestemd. Wordt door de ketelkringpomp eente hoge pompdruk opgewekt, dan kunnen een ofalle verdelerpompen een te grote voordruk bij dezuigaansluiting krijgen. Deze werken dan nietmeer als pomp, maar als turbine (generatorischbedrijf). Ze worden in gang geduwd. Hierdoortreden zeer snel bedrijfsstoringen en defectenaan de pomp op. (Op het oplossen van problemenvan de hydraulische ontkoppeling kan hier nietworden ingegaan.)

47


Pompen in parallelschakelingAls twee pompen parallel aan elkaar wordeningebouwd, dan worden de pompkarakteristiekenbij elkaar opgeteld, dat wil zeggen dat als zezonder druk, dus tegen een open buis werken,het debiet wordt opgeteld. Het maximale debietbij twee even grote pompen wordt dus verdubbeld.

Er is al op gewezen dat dit karakteristiekenpuntslechts een theoretische grenswaarde is.

Bij bestudering van het andere extreme punt, datwil zeggen bij de nul-opvoerhoogte, kunnentwee parallel werkende pompen geen grotereopvoerhoogte leveren dan slechts één pomp.

In de praktijk betekent dit dat er voor beide delenvan de hydraulische arbeid ook hier evenredigeverhogingen ontstaan:• Op de horizontale as van het karakteristiekdia-

gram – dus voor het debiet Q, dat hoe verder naarrechts de installatiekarakteristiek zich bevindt,des te sterker de verhoging is.

• Op de verticale as – dus voor de opvoerhoogteH – geldt dat de verhoging het sterkst is in hetmidden van de karakteristieken.

Debiet Q [m3/h]Q1

Q1 + Q2

H0

2 • Q1

Opv

oerh

oogt

e H

[m]

Parallelschakeling van tweepompen met gelijk vermogen– daadwerkelijke toename vanhet debiet

Karakteristiek voor parallelbedrijf

Karakteristiek Wilo-Stratos D

III

Zie hoofdstuk “Effecten vanhet ruwe pompontwerp”,pagina 43

Beide pompen in werking

v [m/s]

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0[m3/h]

Wilo-Stratos-D 50/1-8 1 ~ 230 V - DN 50

max.

∆ p-c

min.

0 5 10 15 20 25

[l/s]0 1 2 3 4 5 6 7

[lgpm]0 10 20 30 40 50 60 70 9080

0 1 2 3 4

H[m

]

+

Toepassingsvoorbeeld: parallelbedrijf

Als de verwarmingsenergiebehoefte zijn hoogstewaarde bereikt, werken de pompen I en II samenin parallelbedrijf. De hiervoor noodzakelijkeregelapparaten zijn bij moderne pompen inopsteekmodules c.q. in de elektronicamodulemet desbetreffende toebehoren opgenomen

Aangezien elk van de beide in de dubbele pompgemonteerde afzonderlijke pompen weer in meer-dere trappen schakelbaar is of traploos geregeldwordt, levert dit een breed spectrum van de pomp-aanpassing aan de verwarmingsbehoefte op.

Dit blijkt uit de volgende karakteristiek. De stippellijnis de karakteristiek bij afzonderlijk bedrijf van eenvan de beide pompen. De dikke zwarte lijn is degezamenlijke pompkarakteristiek bij opgeteld bedrijf.

Bij uitval van een pomp is nog meer dan 50% vanhet debiet beschikbaar. Volgens het radiatorbe-drijfsdiagram betekent dit dat er nog altijd eenverwarmingsvermogen van meer dan 83% doorde radiator kan worden afgegeven.

Parallelschakeling van 2pompen met dezelfdekarakteristiek

Toepassingsvoorbeeld: hoofd- en reservepomp

Het doel van de verwarming is om de woningenin het koude jaargetijde te verwarmen. Daarom ishet aan te bevelen om voor een eventuele storingin elke verwarmingskring een reservepomp in tebouwen. Dit geldt bijvoorbeeld voor meergezins-woningen, ziekenhuizen of openbare instellingen.

Anderzijds ontstaan er door het inbouwen vaneen tweede pomp inclusief de bijbehorendearmaturen en de regeling duidelijk hogere instal-latiekosten. Een goed compromis vormen dedoor de industrie aangeboden dubbele pompen.In één huis zijn twee waaiers met hun aandrijfmotorenondergebracht.

In reservebedrijf lopen de beide pompen I en IIafwisselend (bijvoorbeeld elk 24 uur). De anderepomp staat dan stil. Het terugstromen van hetverpompte medium door de stilstaande pompwordt voorkomen door een standaard ingebouwdeomkeerklep.

Als, zoals aan het begin van dit hoofdstuk isbeschreven, een van de beide pompen uitvalt,dan wordt er automatisch overgeschakeld op debedrijfsklare pomp.


48

Piekbelastingbedrijf met meerdere pompenBij installaties met een groot debiet worden ookmeerdere afzonderlijke deellastpompen geïn-stalleerd, bijvoorbeeld een ziekenhuis met 20gebouwen en een centraal ketelhuis.

In het volgende voorbeeld zijn grote droogloper-pompen met geïntegreerde elektronica parallelaan elkaar geïnstalleerd. Afhankelijk van de eisenkunnen dergelijke piekbelastingsinstallaties uittwee of meer even grote pompen bestaan.

De regeling houdt in combinatie met de verschil-druksensor de totale pompdruk constant (�p-c).

Het is daarbij volkomen irrelevant welke debietende thermostaatventielen bij alle radiatorendoorlaten en hoeveel van de vier pompen op datmoment in bedrijf zijn.

Als in een dergelijke installatie een hydraulischeafregeling plaatsvindt, dan worden deze schake-lingen ook gebruikt om via een analyse van hetslechtste punt de toevoer zeker te stellen. Hierbijwordt – zoals de naam al zegt – de signaalgeverbij het slechtst te voeden punt van de installatiegeïnstalleerd. Het stuursignaal van de signaalgeverwordt dan naar het schakelapparaat geleid enwordt daar aan de omstandigheden en de traagheidvan de installatie aangepast. De aangeslotenpompen worden dan door het stuurapparaat viade bijvoorbeeld geïntegreerde elektronica dien-overeenkomstig aangestuurd.

III

I II

Pomp I of pomp II in bedrijf

49


Om een zo gelijkmatig mogelijke bedrijfstijd vanalle circulatiepompen te bereiken, wordt de taakvan de geregelde hoofdpomp dagelijks roulerenddoorgegeven.

Uit het onderste diagramma blijkt welke grotebesparingen, afhankelijk van het type pomp, ookbij het opgenomen vermogen kunnen wordenbereikt.

Voor grote installaties is het voordeel van jaren-lange geringe bedrijfskosten belangrijker danlage investeringskosten. Want de vier kleinerepompen met geïntegreerde elektronica enbesturing kunnen meer kosten dan één grotepomp zonder besturing. Wordt echter gekekennaar een bedrijfsperiode van tien jaar, dan kunnende besparingen een meervoud bedragen van deinvesteringskosten voor besturing en pompen metgeïntegreerde elektronica. Een ander bijkomendeffect is een betere voeding van de installatiemet minder geluid en een verhoogd rendementdoor verbeterde toevoer naar de verbruikers. Ditkan zelfs leiden tot een duidelijke besparing opde primaire energie.

Regelaar

Verschildrukmeter

Debiet Q [%]

PH+PS1PH

n = 60%

�40

�6

25

50

75

100

�� = const.

n = 4x100%n = 60%

PH + PS1 + PS2

PV

PT1

PT3

PT2

Opv

oerh

oogt

e H

[m]

Opg

enom

en v

erm

ogen

P [%

]

V̇ T1 �25% V̇ T2 = 50% V̇ T3 = 75% V̇ V = 100%

Traploos geregelde installatie met meerdere pompenDe in het voorbeeld weergegeven totale installa-tie wordt als volgt geregeld:De grondlastpomp PH met geïntegreerde elektronicawordt traploos tussen het maximale toerental n= 100% en een minimaal toerental n = 40%geregeld, aangestuurd door de verschildruksensorDDG. Hierdoor beweegt het deellast-debiet zichglijdend in het gebied QT1 < = 25%. Als eendebiet QT > 25% nodig is, dan wordt ook deeerste pieklastpomp met eveneensgeïntegreerde elektronica PS1 met volledigtoerental ingeschakeld. De hoofdpomp PH blijfttraploos geregeld, zodat de invloed hiervan ookhet totale debiet tussen 25% en 50% afgestemdop de behoefte instelt.

Dit proces wordt herhaald door het eveneensinschakelen van de deellast-pompen met geïn-tegreerde elektronica PS2 en PS3, telkens metvolledig toerental. De maximale warmtebehoeftevan het gehele ziekenhuis wordt gedekt, als allevier de pompen met hun grootste vermogenwerken – dan leveren ze de vollast-debiet V˙V.Op dezelfde wijze worden piekbelastingspompenmet geïntegreerde elektronica PS3 tot en met PS1 bijgereduceerde warmtebehoefte weer uitgeschakeld.

Legende:PH = hoofdpompPS = piekbelastingspomp 1-3V̇V = vollast-debietV̇T = deellast-debietPV = opgenomen vermogen

vollastPT = opgenomen vermogen

deellast

50

SlotbeschouwingenIn dit elementair pompenhandboek “Principes van de pomptechniek”is, beginnend bij vroege ontwikkelingen en eenvoudige verbandenen later voortgezet met zeer geavanceerde voorbeelden, een overzichtgegeven van hoe en waar pompen kunnen en moeten worden gebruikt.

De complexe verbanden van het pompbedrijf zijn verduidelijkt entevens is aangegeven welke bedrijfsverbeteringen er tegenwoordigdoor elektronische regelingen mogelijk zijn.

Gerelateerd aan een verwarmingsinstallatie in een gebouw is de circulatie-pomp qua grootte en aanschafkosten een van de kleinste elementen vanhet totale systeem. Maar zij zorgt er wel voor dat alle andere elementencorrect kunnen functioneren. Vergeleken met het menselijk lichaamkan dus gezegd worden: de pomp is het hart van de installatie!

51

Vragen over de onderwerpen:• Watervoorziening• Waterafvoer• Verwarmingstechniek

Vraag 1:• Pompen waren al in de oudheid bekend. (1)• Pompen zijn uitgevonden ten behoeve van de

verwarming (2)• Met pompen kan alleen water worden

getransporteerd. (3)

Vraag 2:• Archimedes vond het scheprad uit (1)• De Chinezen vonden de centrifugaalpomp uit (2)• De hoek van de Archimedische schroef bepaalt

de te leveren hoeveelheid (3)

Vraag 3:• In 1856 werden de eerste riolen gebouwd (1)• De Cloaca Maxima ontstond in Rome (2)• Een opvoerinstallatie moet bij elke afvoer

worden gemonteerd. (3)

Vraag 4:• De Germanen kenden al centrale verwarming (1)• De Romeinen bouwden al vloerverwarming (2)• In de 17e eeuw werden de huizen door stoom-

machines verwarmd. (3)

Vraag 5:• In thermosiphonverwarmingen worden zware,

krachtige verwarmingspompen ingebouwd (1)• Stoomverwarmingen werken tussen 90 °C

en 100 °C (2)• Door circulatiepompen zijn pas lagetempera-

tuur-verwarmingssystemen mogelijk (3)

Vraag 6:Pompen worden al eeuwenlang gebruikt:• om water te transporteren (1)• bij stoomverwarmingen (2)• bij zwaartekrachtverwarmingen (3)

Vraag 7:De in 1929 gepatenteerde circulatieversneller• was de verdere ontwikkeling van de vaak

gebruikte verwarmingspomp (1)• was de eerste buisinbouwpomp voor

verwarmingen (2)

Vraag 8:Verwarmingscirculatiepompen zijn in het menselijklichaam te vergelijken met:• de armen (1)• het hart (2)• het hoofd (3)

Vraag 9:De voordelen van de verwarmingscirculatiepompenzijn gelegen:• in geringere installatiekosten (1)• in aangepaste bedrijfskosten (2)• in aan te passen regelingen (3)• in al deze zaken (4)

Wist u dat?Wie wil, kan met behulp van de volgende vragen zijn kennis over de “Principes van depomptechniek” testen.

Geschiedenis van de pomptechniek

Antwoorden:Vraag 1:nr. 1Vraag 2:nr. 3Vraag 3:nr. 2Vraag 4:nr. 2Vraag 5:nr. 3Vraag 6:nr. 1Vraag 7:nr. 2Vraag 8:nr. 2Vraag 9:nr. 4

Vraag 6:De in het water beschikbare warmte-energie isafhankelijk van• de warmtecapaciteit van het water (1)• de massa van het verplaatste water (2)• het temperatuurverschil tussen voor- en

terugloop (3)• de combinatie van de drie genoemde

invloedsfactoren (4)

Vraag 7:Zwaartekrachtverwarmingen werken beter• bij kleinere buisleidingweerstanden (1)• bij grotere buisleidingweerstanden (2)

Vraag 8:De veiligheidsklep• dient voor het be- en ontluchten van

de installatie (1)• beschermt tegen een ontoelaatbare

drukbelasting in het systeem (2)• is bij de inbouw van elektronische pompen

nutteloos (3)

Vraag 1:Water zet uit:• bij verwarming boven 0 °C (1)• bij afkoeling onder 0 °C (2)• bij verwarming of afkoeling vanaf + 4 °C (3)

Vraag 2:De volgende begrippen betekenen hetzelfde:• arbeid, vermogen en rendement (1)• arbeid, energie en hoeveelheid warmte (2)• arbeid, zin en plezier (3)

Vraag 3:Bij verwarming• wordt het soortelijk gewicht van water minder (1)• wordt het soortelijk gewicht van water meer (2)• behoudt water zijn dichtheid (3)

Vraag 4:Bij het bereiken van de kooktemperatuur• blijft de watertemperatuur stijgen (1)• blijft de watertemperatuur op het kookpunt (2)• daalt de watertemperatuur weer (3)

Vraag 5:Cavitatie kan worden voorkomen door• keuze van een pomp met geringe NPSH-waarde (1)• de statische druk te verlagen (2)• de dampdruk PD te verhogen (3)

W I S T U D AT ?

52

Water - ons transportmiddel

Vragen over de onderwerpen:• Warmtecapaciteit • Volumetoename en -afname• Druk

Antwoorden:Vraag 1:Nr. 3 Vraag 2:Nr. 2Vraag 3:Nr. 1Vraag 4:Nr. 2Vraag 5:Nr. 1Vraag 6:Nr. 4Vraag 7:Nr. 1Vraag 8:Nr. 2

53

W I S T U D AT ?

Constructiekenmerken

Vraag 1:De zuighoogte• is afhankelijk van de luchtdruk (1)• bedraagt theoretisch 10,33 m (2)• is van invloed op de opvoerhoogte (3)• de beweringen 1 - 3 zijn correct (4)

Vraag 2:Zelfaanzuigende pompen• zijn beperkt in staat om de zuigleiding

te ontluchten (1)• moeten een zo kort mogelijke zuigleiding

hebben (2)• moeten voor inbedrijfstelling gevuld worden (3)• alle bovengenoemde punten zijn correct (4)

Vraag 3:Het verwarmingswater in de spleetbusruimte vannatloperpompen• dient voor koeling en smering (1)• ondersteunt de opvoerhoogte (2)• is eigenlijk helemaal niet nodig (3)

Vraag 4:De voordelen van een natloperpomp zijn:• goede rendementen (1)• hoge verwarmingskringtemperaturen (2)• stille werking en geen onderhoud (3)

Vraag 5:De aanbevolen inbouwstand van een drooglo-per-inlinepomp• is met verticale asplaatsing (1)• is met horizontale asplaatsing (2)• kan, behalve met de motor naar beneden,

willekeurig worden gekozen. (3)

Vragen over de onderwerpen:• Zelfaanzuigende en normaal aanzuigende pompen• Natloperpompen• Droogloperpompen

Vraag 6: Droogloperpompen worden gebruikt• bij kleine volumestromen (1)• bij grote volumestromen (2)• bij ontbrekende motorsmering (3)

Vraag 7:Het rendement van de pomp is de verhouding• van de persopening tot de zuigopening (1)• van het aandrijfvermogen tot het afgegeven

vermogen (2)• van het afgegeven tot het opgenomen

vermogen (3)

Vraag 8:Het beste rendement van een centrifugaalpompligt• in het linker deel van de karakteristiek (1)• in het middelste deel van de karakteristiek (2)• in het rechter deel van de karakteristiek (3)

Vraag 9:Glijringafdichtingen• bestaan uit synthetische vezels of uit hennep (1)• zijn aslagers (2)• worden bij droogloperpompen gebruik (3)

Antwoorden:Vraag 1:Nr. 4Vraag 2:Nr. 4Vraag 3:Nr. 1Vraag 4:Nr. 3Vraag 5:Nr. 3Vraag 6:Nr. 2Vraag 7:Nr. 3Vraag 8:Nr. 2Vraag 9:Nr. 3

W I S T U D AT ?

54

Karakteristieken

Vraag 1:Elektrische aandrijfenergie• wordt in hoge druk omgezet (1)• wordt in drukverhoging en beweging omgezet (2)• wordt uit hydraulische energie gewonnen (3)

Vraag 2:Op de assen van het karakteristiekdiagram staan:• verticaal de opvoerhoogte en horizontaal

het debiet (1)• verticaal het debiet en horizontaal

de opvoerhoogte (2)• verticaal de energie en horizontaal het medium (3)

Vraag 3:De installatiekarakteristiek toont:• de toename van de weerstand ten opzichte

van het debiet (1)• de toename van het debiet ten opzichte van

de druk (2)• de verandering van het debiet met

de watersnelheid (3)

Vraag 4:De leidingweerstand verandert • lineair met het debiet (1)• kwadratisch met het debiet (2)• kubisch met het debiet (3)

Vraag 5:De door de verwarmingscirculatiepomp geleverdeopvoerhoogte moet worden ontworpen • voor de gebouwhoogte (1)• voor de leidingweerstand (2)• voor de beide hierboven genoemde waarden (3)

Vraag 6:Het door de verwarmingscirculatiepomp geleverdedebiet moet worden ontworpen• voor een gemiddelde buitentemperatuur (1)• voor de gewenste binnentemperatuur (2)• voor de berekende warmtebehoefte (3)

Vragen over de onderwerpen:• Pompkarakteristiek• Installatiekarakteristiek/buizenstelselkarakteristiek• Bedrijfspunt

Antwoorden:Vraag 1:Nr. 2Vraag 2:Nr. 1Vraag 3:Nr. 1Vraag 4:Nr. 2Vraag 5:Nr. 2Vraag 6:Nr. 3

55

T O P I C

Pompaanpassing aan de verwarmingsbehoefte

Vragen over de onderwerpen:• Weersschommelingen• Pomptoerentalregeling• Traploze toerentalregeling• Regelingsmodi

Vraag 1:De verwarmingsbehoefte van een gebouw• is steeds gelijk (1)• verandert met het jaargetijde (2)• stijgt van jaar tot jaar (3)

Vraag 2:Bij veranderde verwarmingsbehoefte• regelen de thermostaatventielen (1)• regelen de ramen = open/dicht (2)• wordt de systeemdruk geregeld (3)

Vraag 3:Het toerental van pompen wordt veranderd• om het noodzakelijke debiet aan te passen (1)• om de ontlastingsklep te ontlasten (2)• om een verkeerde pompaanleg te corrigeren (3)

Vraag 4:Het veranderen van het pomptoerental• gebeurt steeds handmatig (1)• gebeurt steeds automatisch (2)• gebeurt afhankelijk van de uitrusting

handmatig of automatisch (3)

Vraag 5:De traploze toerentalregeling• is beter dan de trapschakeling (1)• is slechter dan de trapschakeling (2)• levert dezelfde resultaten als de trapschakeling (3)

Vraag 6:Bij elektronisch geregelde circulatiepompen• kan de warmtebehoefte worden ingesteld (1)• kan de levensduur worden ingesteld (2)• kan de opvoerhoogte worden ingesteld (3)

Vraag 7:Regelingsmodus �p-c = verschildruk constant• het debiet wordt door een constant toerental

verhoogd (1)• het toerental past zich aan het benodigde

debiet aan (2)• de voordruk van het membraanexpansievat in

een gesloten systeem blijft altijd constant (3)

Vraag 8:De bedrijfsmodus automatische reductie (Autopilot)• wordt door een tijdschakelklok vooraf ingesteld(1)• is afhankelijk van de kamertemperatuur (2)• mag alleen in hydraulisch afgeregelde verwar-

mingsinstallaties worden vrijgeschakeld (3)

Vraag 9:Nieuwste ECM pomptechnologie (HR)• de rotor bestaat uit een permanente magneet (1)• bespaart tot 80% bedrijfskosten vergeleken

met tot nu toe gebruikelijke pompen (2)• het draaien van de rotor wordt door elektronische

commutatie opgewekt (FU) (3)• de punten 1-3 zijn van toepassing op de op dit

moment zuinigste natloperpompen (4)

Antwoorden:Vraag 1:Nr. 2Vraag 2:Nr. 1Vraag 3:Nr. 1Vraag 4:Nr. 3Vraag 5:Nr. 1Vraag 6:Nr. 3Vraag 7:Nr. 2Vraag 8:Nr. 3Vraag 9:Nr. 4

Vragen over de onderwerpen:• Pompdebiet• Pompopvoerhoogte• Pompontwerp• Hydraulische afregeling

W I S T U D AT ?

56

Vraag 1:De keuze van een verwarmingscirculatiepompgebeurt• volgens de opgegeven nominale doorlaat (1)• vanuit het oogpunt van de prijs (2)• met inachtneming van de vermogensgegevens (3)

Vraag 2:Bij verhoging van het debiet met 100%• wordt het verwarmingsvermogen met ca. 2%

gereduceerd (1)• neemt het verwarmingsvermogen met

ca. 12% toe (2)• blijft het verwarmingsvermogen gelijk (3)

Vraag 3:Bij twijfel bij de aanleg van een verwarmingspomp• wordt de kleinste pomp gekozen (1)• wordt de grootste pomp gekozen (2)• wordt de goedkoopste pomp gekozen (3)

Vraag 4:In een watertransportsysteem moet de pomp-opvoerhoogte worden afgestemd• op de geodetische hoogte (1)• op de rest-stromingsdruk (2)• op de buiswrijvingsweerstanden (3)• op de som van de waarden 1 tot en met 3 (4)

Vraag 5:Bij verwarmingsinstallaties moet de opvoerhoogteworden afgestemd• op de geodetische hoogte (1)• op de rest-stromingsdruk (2)• op de buiswrijvingsweerstanden (3)• op de som van de waarden 1 tot en met 3 (4)

Ruw pompontwerp

Antwoorden:Vraag 1:Nr. 3Vraag 2:Nr. 2Vraag 3:Nr. 1Vraag 4:Nr. 4Vraag 5:Nr. 3Vraag 6:Nr. 4Vraag 7:Nr. 5

Vraag 6:Waarom worden verwarmingsinstallaties afgeregeld?• Om een optimale warmteverdeling te bereiken (1)• Installatie moet geluidsarm werken (2)• Verbruikers moeten tegen te weinig of te veel

toevoer worden beschermd (3)• Alle voornoemde punten zijn correct en

belangrijk (4)

Vraag 7:Hoe wordt een elektronische pomp bij onbekendegewenste opvoerhoogte correct ingesteld?• Het beste met een tweede persoon (1)• Na zorgvuldige ontluchting en hydraulische

afregeling (2)• Er wordt met de laagste instelwaarde van de

pomp begonnen (3)• Zodanig dat de ongunstigste radiator met

voldoende verwarmingsenergie wordt gevoed (4)• De instelling is afgerond als aan alle vier de

punten is voldaan (5)

57

W I S T U D AT ?

Vragen over de onderwerpen:• Pompen in serieschakeling• Pompen in parallelschakeling• Piekbelastingsbedrijf met meerdere pompen

Vraag 1:Worden twee pompen in serie geschakeld, dan• wordt de opvoerhoogte verdubbeld (1)• wordt het debiet verdubbeld (2)• zijn de veranderingen afhankelijk van

de installatiekarakteristieken (3)

Vraag 2:Bij serieschakeling van pompen bestaat het gevaar• van generatorisch bedrijf - pomp wordt

“in gang geduwd” (1)• dat de pompcapaciteiten elkaar opheffen (2)• dat het systeem te weinig gevoed wordt (3)

Vraag 3:Worden twee pompen parallel geschakeld, dan• wordt de opvoerhoogte verdubbeld (1)• wordt het debiet verdubbeld (2)• zijn de veranderingen afhankelijk van

de installatiekarakteristieken (3)

Vraag 4:Dubbele pompen kunnen werken:• overwegend in reserve-bedrijf (1)• overwegend in samentellend bedrijf (2)• naar keuze in beide bedrijfsmodi (3)

Vraag 5:Door in grote installaties de noodzakelijkepompcapaciteit over meerdere pompen teverdelen • worden de bedrijfskosten gereduceerd (1)• wordt de levensduur van de pompen verlengd (2)• zowel 1 als 2 is correct (3)

Koppelen van pompen

Vraag 6:Hoe wordt de regelingsmodus genoemd, waarbij designaalgever verder verwijderd van het schakelap-paraat in de installatie wordt gemonteerd?• Zwaartepuntregeling (1)• Moeilijke regeling (2)• Slechtste-punt-regeling (3)

Vraag 7:Waarop moet bij parallelschakeling van de pompenvia een stuurapparaat worden gelet?• De pompen moeten even groot zijn (1)• Het mogen alleen langzaamlopers zijn (2)• Het mogen alleen snellopers zijn (3)

Antwoorden:Vraag 1:Nr. 3Vraag 2:Nr. 1Vraag 3:Nr. 3Vraag 4:Nr. 3Vraag 5:Nr. 3Vraag 6:Nr. 3Vraag 7:Nr. 1

Regelaar

Verschildrukmeter

58

Fysische Symbool Legale eenheden Eenheden niet Aanbevolen Opmerkingengrootheid SI eenheid Andere legale langer eenheden

eenheden toegelaten(onvolledige listing)

Lengte l m meter km, dm, cm, m Basiseenheidmm, �m

Volume V m3 dm3, cm3, mm3, cbm, cdm, … m3

liter (1 l = 1 dm3)Debiet Q m3/s m3/h, l/s l/s enVolumestroom V m3/sTijd t s Seconde s, ms, �s, ns, … s Basiseenheid

min, h, dSnelheid n tps tpm tpmMassa m kg Kilogram g, mg, �g, Pound, kg Basiseenheid

Ton Hundred- De massa van (1 t = 1,000 kg) weight een item wordt

gewicht genoemdDichtheid � kg/m3 kg/dm3 kg/dm3 De aanduiding

en kg/m3 “specifiek gewicht”wordt niet langer gebruikt wegens veranderd(zie DIN 1305).

Kracht F N Newton kN, mN, �N, … kp, Mp, … N De gravitatie- kracht(= kg m/s2) is het product van

de massa m ende locale gravitatie constante

Druk P Pa Pascal Bar kp/cm2, at, bar 1 at = 0.981 bar(= N/m2) (1 bar = 105 Pa) m waterkolom = 9.81 • 104 Pa

Torr, … 1 mm Hg = 1.333 mbar1 mm waterkolom

= 0.098 mbarEnergie W, J Joule kJ, Ws, kWh, … kp m, J en kJ 1 kp m = 9.81 JArbeid Q (= Nm 1 kW h = 3,600 kJ kcal, cal 1 kcal = 4.1868 kJ

= Ws) WEOpvoerhoogte H m Meter M Fl. S. m De opvoerhoogte is

de arbeid die wordtgeleverd opeen vloeistof inJ = Nm in functie van de gravitatieconstante

Vermogen P W Watt MW, kW kp m/s, kW 1 kp m/s = 9.81 W(= J/s pk 1 pk = 736 W= N m/s)

Tempertuurs- T K Kelvin °C °K, deg. K Basiseenheidverschil

Wettelijke eenheden, uittreksel voorcentrifugaalpompen

Basisprincipes van de pomptechniek€¦ · INHOUD Basisprincipes van de pomptechniek 5 Geschiedenis...

Documents

Transcript of Basisprincipes van de pomptechniek€¦ · INHOUD Basisprincipes van de pomptechniek 5 Geschiedenis...