325.20 Prosjektering og uttak av pumper i energianlegg

Alle moderne vannbårne energianlegg er avhengig av en eller flere pumper for å frakte vannet (mediet) rundt til varme- og kjøleavgiverne. I det vannbårne varmesystemets barndom benyttet man naturlig oppdrift (vektforskjellen mellom varmt- og kaldt vann) som drivkraft. For å få frem nok vann, måtte rørdimensjonene være betydelig større enn i dag. Radiatorforbindingene var sjelden mindre enn 1ʺ. Heteflatene var store, vannhastigheten liten og temperaturfallet betydelig (20 °C eller mer).

Sammenlikningen av et gammelt og et moderne system, forteller mye om de fysiske forholdene i et vannbåret anlegg.

De fem hovedkomponentene i et vannbåret varmeanlegg har følgende oppgaver:

• Energiomformer (kjelen, varmepumpen, berederen etc.) omdanner tilført energi til oppvarming av vannet
• Varmeavgivere (radiatorer, gulvvarme, varmevifter etc.) avgir varme til rommene
• Rørnett med sirkulasjonspumper og ventiler sørger for å distribuere vannet i et lukket system fra omformeren til varmeavgiverne
• Ekspansjonssystem sørger for et jevnt statisk trykk i anlegget og for sikkerheten i anlegget
• Automatisk styringssystem sørger for rett temperatur i rommene

Alle komponentene berører hverandre. Endring av en komponent får betydning for de andre. Sirkulasjonspumpen er altså kun en av komponentene som må settes inn i anlegget for å få det til å virke, men sirkulasjonspumpen er en nødvendig komponent som må beregnes riktig.

For å kunne prosjektere riktig pumpe, må du kjenne til (regne ut):

• Vannmengden i l/s som skal leveres til varmeavgiverne i pumpekursen
• Den totale motstanden (friksjonstapet) i den ugunstigste delen av pumpekursen = pumpens drivtrykk = pumpens løftehøyde (må ikke forveksles med statisk høyde, se 325.32)

Friksjonstapet betegnes også som anleggets rørkarakteristikk:

• Liten vannmengde = stor løftehøyde

Pumpens karakteristikk (pumpens egenskaper) er motsatt:

• Stor vannmengde = liten løftehøyde

Pumpediagrammet viser dette. Der de to kurvene skjærer hverandre kalles pumpens driftspunkt.

Figur 1.

Vannmengden i pumpekursen er summen av vannmengdene fra alle varmeavgiverne (den sirkulerende vannmengden i l/s) ved maksimal belastning.  Varmeavgivelsen (se 325.07) er avhengig av temperaturfallet over varmeavgiveren i forhold til romtemperaturen (Δt) og varmeavgiverens areal og overføringsfaktor

Q = U · k · Δt

For å finne vannmengden som må gå gjennom varmeavgiveren, må du slå opp i produsentens tabeller og føre opp vannmengden på tegningen.

Når du har funnet vannmengdene for alle varmeavgivere i kursen, legger du dem sammen og finner hvor stor den totale vannmengden som pumpen skal frakte blir.

Deretter må du dimensjonere rørnettet ut fra et diagram (se 321.02) for å finne motstanden i den ugunstigste kretsen som pumpen skal stå i (som regel den som er lengst borte fra pumpen). Når du velger rørdimensjon og dermed trykktap for ledningene, velg spesifikk motstand (R-verdi) mindre enn 200 Pa/m og vannhastigheter rundt 1 m/s.

Uttak av pumpe

Du må deretter gå inn på veiledningen til pumpeprodusenten du vil bruke og finne ut hvilken pumpestørrelse du skal benytte. På figur 2 og 3 er vist pumpediagrammer fra to produsenter. Felles for begge er at flere pumper er vist på ett og samme diagram. Dessuten er vannmengden oppgitt i m³/h og løftehøyden i meter. Fra trykktapsnomogrammene leser vi som regel av vannmengden i l/s og trykktapet i Pa (pr. m).

Husk at (se 920.22) ved overslagsberegninger settes 1 mVS til 10 kPa = 10 000 Pa (1 kPa = 0,1 mVS)

og 1 m³/h = 1000/3600 l/s = 0,28 l/s.

For begge leverandørene er brukt en vannmengde på 1 m³/h (1,12 l/s) og en løftehøyde på 4 mVS (40 kPa):

Figur 2. Eksempel: Grundfos Alpha.

Produsentene presenterer diagrammer for flere pumper på samme ark. Du må velge pumpe som ligger i riktig område.

Figur 3. Eksempel Wilo – Stratos.

Som du ser er pumpekrakteristikkene fra de to produsentene forskjellige, selv om intervallet er det samme. Det betyr at pumpene er ulikt bygd opp og har ulike egenskaper.

Serie- og parallellkobling av pumper

To pumper satt etter hverandre (i serie) gir tilnærmet samme vannmengde, men høyere trykk.

To pumper satt ved siden av hverandre (i parallell) gir tilnærmet samme trykk, men større vannmengde.

Tvillingpumper er parallellkoblede, men den ene er som regel en reservepumpe. Denne bør startes med jevne mellomrom for å hindre at skovlene «gror fast».

Figurene viser dette:

Figur 4.

Turtallsendring

Sirkulasjonspumper leveres med mulighet for turtallregulering og kan være utstyrt med trinnløs hastighetsregulering, styrt av en differansetrykkføler i ledningsnettet (324.04). Prinsippet gir enklere regulering og lavere energiforbruk for pumpen.

Husk:

• Vannmengden endres proporsjonalt med pumpemotorens turtall
  • En dobling av turtallet betyr dobling av vannmengden
• Løftehøyden (trykket) endres med kvadratet av turtallet
  • En dobling av turtallet gir fire ganger (22) så stor løftehøyde
• Pumpens tilførte effekt endres med tredje potens av turtallet
  • En dobling av turtallet krever åtte ganger (23) så stor effekt