Pumpenleistung — hydraulische Leistung und Wellenleistung

Eine Pumpe führt dem Wasser Energie zu, indem sie den Druck erhöht. Die nutzbare (hydraulische) Leistung hängt davon ab, wie viel Wasser bewegt wird und welche Förderhöhe überwunden wird.

Das ist die Leistung, die die Pumpe tatsächlich an das Wasser abgibt. Die Pumpe verliert dabei selbst etwas (Reibung, Leckstrom usw.), und das wird über den Wirkungsgrad η berücksichtigt.

Ein Volumenstrom von 0,5 l/s (= 0,0005 m³/s) bei 12 m Förderhöhe ergibt P_hyd = 1000 · 9,81 · 0,0005 · 12 ≈ 59 W. Mit η = 0,6 beträgt die Wellenleistung ≈ 98 W.

• 01Die Leistung der Pumpe wird durch eine Pumpenkennlinie beschrieben (H als Funktion von Q).
• 02Der Widerstand der Anlage wird durch eine Anlagenkennlinie beschrieben; der Schnittpunkt ist der Betriebspunkt.
• 03Der Wirkungsgrad ist nicht konstant — er variiert entlang der Kennlinie und wird am Betriebspunkt abgelesen.

Moderne Umwälzpumpen sind drehzahlgeregelt (frequenzgesteuert) und können verschiedenen Regelkurven folgen. Die Wahl entscheidet sowohl über Komfort als auch über Stromverbrauch, und es geht darum, wie die Pumpe antwortet, wenn die Thermostatventile schließen und öffnen.

• 01Konstante Kennlinie (feste Drehzahl): Die Pumpe läuft unverändert, unabhängig vom Bedarf — einfach, verbraucht aber unnötig Energie und kann bei geringer Last Ventilgeräusche verursachen. Wird typischerweise für Fußbodenheizung mit konstantem Volumenstrom eingesetzt.
• 02Konstantdruck: Die Pumpe hält dieselbe Förderhöhe unabhängig vom Volumenstrom — gut geeignet für Anlagen mit geringem Rohrverlust und vielen Kreisen, z. B. Heizkörperanlagen mit kurzen Strängen.
• 03Proportionaldruck: die Förderhöhe wird gesenkt, wenn der Volumenstrom fällt — passt zu Anlagen mit langem Verteilnetz, in denen der Rohrverlust dominiert, und spart bei Teillast am meisten Strom.

Der Grund dafür, dass eine drehzahlgeregelte Pumpe so viel Strom spart, liegt in den Affinitätsgesetzen. Wenn die Drehzahl n verändert wird, folgen Förderstrom, Förderhöhe und Leistung jeweils einer anderen Potenz des Verhältnisses — und besonders die Leistung reagiert heftig.

Läuft die Pumpe in Zeiten mit geringem Wärmebedarf bei halber Drehzahl, verbraucht sie also nur ein Achtel der Leistung — aus 100 W werden gut 12 W. Genau das macht Proportional- und Konstantdruckregelung so wirksam: Wenn die Thermostatventile schließen und der Volumenstrombedarf sinkt, dreht die Pumpe die Drehzahl herunter, und eine bescheidene Verringerung des Volumenstroms ergibt eine große Verringerung des Stromverbrauchs. Die Gesetze gelten exakt nur bei unverändertem Wirkungsgrad und für den reinen Rohrreibungsanteil der Anlagenkennlinie; eine statische Förderhöhe (offene Anlagen) verändert das Bild, aber in geschlossenen Heizkreisen ohne statische Förderhöhe treffen sie ins Schwarze — und erklären, warum die alten Pumpen mit fester Drehzahl so viel mehr Strom verbrauchten als die geregelten von heute.

Umwälzpumpen fallen unter die Ökodesign-Anforderungen der EU, die die alten stromfressenden Pumpen mit fester Drehzahl vom Markt geräumt haben. Die Effizienz wird durch den Energieeffizienzindex (EEI) ausgedrückt — je niedriger, desto besser.