Welche Aufgabe die Ladepumpe im Ofenkreis übernimmt
Die Ladepumpe bewegt das Heizungswasser zwischen dem wasserführenden Ofen und dem Pufferspeicher. Im Ofen nimmt das Wasser Wärme am Wärmetauscher auf, anschließend wird es in Richtung Speicher transportiert. Kühleres Wasser gelangt über den Rücklauf wieder zum Ofen.
Damit unterscheidet sich die Ladepumpe von einer gewöhnlichen Heizkreispumpe. Eine Heizkreispumpe verteilt Wärme beispielsweise zu Heizkörpern oder einer Fußbodenheizung. Die Ladepumpe gehört dagegen zum sogenannten Erzeugerkreis und sorgt dafür, dass die wasserseitig erzeugte Leistung des Ofens abgeführt werden kann.
Ihre Aufgabe besteht damit im Wesentlichen aus drei Punkten:
- Wärme zuverlässig aus dem Ofen abtransportieren
- den Pufferspeicher mit erwärmtem Heizungswasser laden
- einen ausreichend kontrollierten Wasserdurchsatz durch den Wärmetauscher sicherstellen
In vielen Anlagen arbeitet die Pumpe zusammen mit einer Rücklaufanhebung. Diese mischt während der Aufheizphase einen Teil des warmen Vorlaufwassers wieder in den Rücklauf. Dadurch gelangt nicht sofort sehr kaltes Speicherwasser in den Wärmetauscher.
Das ist bei holzbefeuerten Geräten wichtig, weil dauerhaft zu niedrige Rücklauftemperaturen Kondensation an den Wärmetauscherflächen begünstigen können. Ablagerungen, Teerbildung und Korrosion können die Folge sein. Welche Mindestrücklauftemperatur erforderlich ist, gibt der Hersteller des Ofens beziehungsweise der verwendeten Ladeeinheit vor.
Pumpe und Rücklaufanhebung dürfen deshalb nicht getrennt betrachtet werden. Eine falsch eingestellte Pumpe kann auch die Funktion eines thermischen Mischventils beeinflussen.
Pumpenauswahl: Volumenstrom und Förderhöhe müssen zusammenpassen
Für die Auswahl einer Ladepumpe sind vor allem zwei Größen entscheidend: der notwendige Volumenstrom und die erforderliche Förderhöhe.
Der Volumenstrom richtet sich nach der wasserseitigen Leistung
Relevant ist nicht allein die gesamte Nennwärmeleistung des Ofens. Entscheidend für den Ladekreis ist vor allem die Leistung, die tatsächlich an das Heizungswasser abgegeben wird.
Der erforderliche Volumenstrom hängt außerdem von der gewünschten Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf ab.
Für Heizungswasser lässt sich überschlägig rechnen:
Volumenstrom in m³/h = wasserseitige Leistung in kW ÷ (1,163 × Temperaturdifferenz in K)
Ein vereinfachtes Beispiel:
Ein wasserführender Ofen gibt 6 kW an das Heizungswasser ab. Wird mit einer Temperaturdifferenz von 10 Kelvin gerechnet, ergibt sich:
6 ÷ (1,163 × 10) ≈ 0,52 m³/h
Die Pumpe müsste unter diesen Bedingungen also ungefähr 520 Liter Heizungswasser pro Stunde fördern können.
Das Beispiel zeigt auch, warum die Pumpenleistung nicht einfach nach Gefühl eingestellt werden sollte. Verändert sich die geplante Temperaturdifferenz, verändert sich gleichzeitig der erforderliche Volumenstrom.
Die Förderhöhe ergibt sich aus den Widerständen
Neben dem Volumenstrom muss die Pumpe die Druckverluste des Ladekreises überwinden. Dazu gehören beispielsweise:
- Rohrleitungen
- Bögen und Formstücke
- Wärmetauscher des Ofens
- Rücklaufanhebung
- Rückschlag- oder Schwerkraftbremse
- Absperrarmaturen
- Pufferspeicheranschlüsse
- weitere hydraulische Bauteile
Bei einem geschlossenen Heizsystem entspricht die benötigte Förderhöhe nicht einfach dem Höhenunterschied zwischen Ofen und Pufferspeicher. Entscheidend sind im laufenden Kreislauf hauptsächlich die Strömungswiderstände.
Eine sehr lange Leitung mit vielen Bögen kann daher eine höhere Pumpenförderhöhe verlangen als ein kurzer, großzügig dimensionierter Anschluss.
Auslegungsgröße |
Wovon sie hauptsächlich abhängt |
|---|---|
Volumenstrom |
wasserseitige Ofenleistung und geplante Temperaturspreizung |
Förderhöhe |
Druckverlust von Rohren, Wärmetauscher und Armaturen |
Rohrdurchmesser |
erforderlicher Volumenstrom und zulässige Strömungsgeschwindigkeit |
Pumpeneinstellung |
hydraulischer Betriebspunkt und eingesetzte Ladeeinheit |
Eine Pumpe einfach auf die höchste Stufe zu stellen, löst hydraulische Probleme daher nicht automatisch. Ein unnötig hoher Volumenstrom kann Strömungsgeräusche verursachen und das Zusammenspiel mit der Rücklaufanhebung verändern. Ist die Förderleistung dagegen zu gering, steigt die Temperatur im Wärmetauscher schneller an und der Pufferspeicher wird möglicherweise nur langsam geladen.
Der richtige Betriebspunkt ergibt sich aus Pumpenkennlinie und Anlagenkennlinie.
Wann die Ladepumpe ein- und wieder ausschalten sollte
Würde die Ladepumpe unmittelbar nach dem Anzünden starten, würde zunächst kaltes Heizungswasser durch den noch nicht aufgeheizten Ofen bewegt. Deshalb erfolgt die Freigabe üblicherweise temperaturabhängig.
Eine einfache Regelung kann beispielsweise erst dann einschalten, wenn das Wasser im Ofen eine vorgegebene Mindesttemperatur erreicht.
Bei vielen Anlagen wird zusätzlich die Temperatur im unteren Bereich des Pufferspeichers gemessen. Daraus entsteht eine Differenztemperaturregelung.
Das Prinzip ist einfach:
- Ein Fühler misst die Temperatur am Ofen beziehungsweise Kesselwasser.
- Ein zweiter Fühler misst die relevante Speichertemperatur.
- Die Regelung vergleicht beide Werte.
- Nur wenn der Ofen ausreichend warm und wärmer als der Speicher ist, wird die Ladepumpe freigegeben.
Dadurch wird verhindert, dass eine Pumpe läuft, obwohl zwischen Ofen und Speicher praktisch keine nutzbare Temperaturdifferenz vorhanden ist.
Warum eine Temperaturdifferenz sinnvoll ist
Angenommen, am Ofen werden 60 °C gemessen und am Pufferspeicher ebenfalls annähernd 60 °C. Würde die Pumpe jetzt weiterlaufen, wäre kaum noch Energie zu übertragen. Im ungünstigen Fall könnte nach dem Erlöschen des Feuers sogar Wärme aus dem Speicher zurück zum abkühlenden Ofen transportiert werden.
Eine Differenzregelung beendet die Ladung deshalb wieder, sobald die notwendige Temperaturdifferenz unterschritten wird.
Zusätzlich wird meist mit einer Hysterese gearbeitet. Sie verhindert, dass die Pumpe bei kleinsten Temperaturschwankungen ständig ein- und ausschaltet.
Die konkrete Schaltschwelle ist geräte- und regelungsabhängig. Bei wasserführenden Holzöfen finden sich häufig Mindesttemperaturen im Bereich um 55 bis 60 °C. Diese Werte dürfen jedoch nicht pauschal auf jede Anlage übertragen werden. Maßgeblich sind die Vorgaben des Ofen- und Regelungsherstellers.
Auch die Position der Temperaturfühler spielt eine Rolle. Ein schlecht anliegender Fühler oder eine ungünstige Position am Speicher kann der Regelung Temperaturen melden, die nicht zum tatsächlichen Betriebszustand passen.
Rücklaufanhebung und Ladepumpe beeinflussen sich gegenseitig
Besonders während des Anheizens läuft der Ofenkreis häufig zunächst als kleiner Kreislauf. Das erwärmte Wasser wird dabei teilweise direkt wieder zum Rücklauf des Ofens geführt.
Erst wenn die vorgesehene Temperatur erreicht ist, öffnet die thermische Rücklaufanhebung zunehmend den Weg zum Pufferspeicher. Kühleres Speicherwasser wird nun beigemischt und im Ofen erneut erwärmt.
Der Ablauf sieht vereinfacht so aus:
Anheizphase:
Ofen und interner Wasserkreis werden zunächst warm.
Mindesttemperatur erreicht:
Die Ladepumpe arbeitet entsprechend der Regelstrategie.
Rücklaufanhebung öffnet Richtung Speicher:
Warmes Wasser fließt zum Pufferspeicher, kühleres Wasser kommt zurück.
Normaler Ladebetrieb:
Die Pumpe transportiert kontinuierlich die wasserseitig erzeugte Wärme in den Speicher.
Probleme entstehen, wenn die hydraulischen Verhältnisse nicht zu den Bauteilen passen. Ist beispielsweise der Widerstand in Richtung Pufferspeicher sehr hoch, kann ein großer Teil des Wassers bevorzugt über den kurzen Mischweg zirkulieren. Der Ofen wird heiß, während im Speicher vergleichsweise wenig Wärme ankommt.
Auch Luft im System kann den Volumenstrom erheblich beeinträchtigen. Das Gleiche gilt für zugesetzte Filter, teilweise geschlossene Ventile, blockierte Rückschlagklappen oder eine fehlerhaft arbeitende Rücklaufanhebung.
Wenn der Ofen schnell hohe Wassertemperaturen erreicht, während die Speicherleitungen nur langsam warm werden, sollte deshalb nicht automatisch die Pumpe verdächtigt werden.
Woran sich eine schlecht abgestimmte Ladepumpe erkennen lässt
Ein einzelnes Symptom reicht selten für eine eindeutige Diagnose. Bestimmte Beobachtungen geben aber Hinweise darauf, wo gesucht werden sollte.
Pumpe läuft, Pufferspeicher bleibt weitgehend kalt
Mögliche Ursachen sind Luft im Ladekreis, eine blockierte Armatur, eine fehlerhafte Rücklaufanhebung, ein zu niedriger Pumpendurchsatz oder eine ungünstige hydraulische Verschaltung.
Ofentemperatur steigt sehr schnell
Die erzeugte Wärme wird möglicherweise nicht ausreichend abgeführt. Neben der Pumpeneinstellung müssen auch Durchfluss, Ventilstellungen und Rücklaufanhebung geprüft werden.
Pumpe startet und stoppt im kurzen Abstand
Eine ungünstige Temperaturdifferenz oder Hysterese kann Takten verursachen. Möglich sind aber auch eine falsche Fühlerposition oder starke Temperaturschwankungen im kleinen Ofenkreis.
Pufferspeicher wird nach dem Abbrand wieder kühler
Hier sollte geprüft werden, ob die Pumpe rechtzeitig abschaltet und ob eine unerwünschte Schwerkraftzirkulation beziehungsweise Rückströmung stattfindet.
Starke Strömungsgeräusche
Eine hohe Pumpeneinstellung ist eine mögliche Ursache. Auch kleine Rohrquerschnitte oder stark drosselnde Armaturen können zu hohen Strömungsgeschwindigkeiten führen.
Bei einer bestehenden Anlage sollte die Fehlersuche deshalb nicht darin bestehen, verschiedene Pumpenstufen auf Verdacht auszuprobieren. Sinnvoller ist es, Temperaturen an Vorlauf, Rücklauf und Speicher zu beobachten und die tatsächliche Hydraulik mit dem vorgesehenen Anschlussschema abzugleichen.
Entscheidend ist der gesamte Ladekreis
Eine Ladepumpe kann ihre Aufgabe nur erfüllen, wenn sie zum restlichen System passt. Für die Auswahl zählt die wasserseitige Leistung des Ofens ebenso wie die gewünschte Temperaturspreizung und der Druckverlust der Rohrstrecke. Bei der Regelung kommt es darauf an, Wärme erst dann zum Speicher zu transportieren, wenn tatsächlich geeignete Temperaturbedingungen vorhanden sind.
Rücklaufanhebung, Temperaturfühler und Pumpensteuerung bilden dabei eine funktionale Einheit. Werden Einstellungen verändert, sollte deshalb immer geprüft werden, welche Auswirkungen das auf den gesamten Ladekreis hat. Besonders bei handbeschickten Holzöfen ist eine zuverlässige Wärmeabfuhr wichtig, weil die Verbrennung nach dem Nachlegen nicht einfach auf Knopfdruck beendet werden kann. Sicherheitsrelevante Einrichtungen müssen unabhängig davon entsprechend den Herstellervorgaben vorhanden und funktionsfähig sein.
