Voorziening | Circulatiepompen

Circulatiepompen

(Bron: pryzmat / Shutterstock.com)

In een verwarmings- en koelinstallatie zijn de circulatiepompen hulptoestellen die het warmte-overdrachtmedium laten circuleren tussen productie en emissie. De huidige reglementering wil daarbij de keuze ter zake in de richting van bepaalde types van circulatiepomp en regeling sturen om het stroomverbruik van de respectieve hulpinrichtingen te beperken. Binnen de Europese Unie wordt dit verbruik op +/- 2% van het totale stroomverbruik geraamd, wat overeenstemt met +/-30 miljoen ton CO2 per jaar.

Welke types circulatiepompen zijn er?

image3    image4

Links: een circulatiepomp met natte rotor (Bron: Wilo ), rechts: circulatiepomp met geventileerde motor (Bron: Salmson )

Hoe wordt een circulatiepomp aangestuurd?

  • Distributie met constante druk :

    Op dit moment gaat de voorkeur uit naar een distributie met constante druk. Daartoe bieden sommige nieuwe circulatiepompen de mogelijkheid om hen tegen een variabele snelheid te laten werken, in functie van druksondes.

    Laat ons het voorbeeld van een verwarmingsinstallatie met radiatoren en thermostatische kranen nemen. Wanneer er een aantal kranen gesloten zijn, zal de druk in het distributiecircuit toenemen. De circulatiepomp met variabele snelheid zal in dat geval zijn werkingssnelheid verlagen om dezelfde druk in het circuit te kunnen handhaven. Voor de radiatoren waarvan de thermostatische kraan is blijven openstaan, blijft op die manier dezelfde distributiesnelheid en bijgevolg ook hetzelfde vermogen behouden.

    Het voordeel is dat de radiatoren elkaar niet beïnvloeden en dat het comfort gehandhaafd blijft in alle vertrekken. Hierbij dient opgemerkt dat er altijd een verschildrukregelaar wordt voorzien in het distributiecircuit, kwestie van te vermijden dat de circulatiepomp oververhit zou geraken, als alle kranen gesloten zijn.

  • Circulatiepompen met vaste snelheid:
    De circulatiepompen van de oude generator waren hoofdzakelijk circulatiepompen met 3 vaste snelheden.

Welk type circulatiepomp kiezen?

De Europese Ecodesignrichtlijn heeft het aantal op de markt verkrijgbare types circulatiepompen beperkt tot circulatiepompen met variabele snelheid en synchrone motoren met elektronische commutatie (ECM) die hoge motorrendementen kennen, zelfs bij gedeeltelijke belasting.

Hoe wordt de Ecodesignrichtlijn toegepast op de circulatiepompen?

De Ecodesignrichtlijn (ook wel 'ErP'- (' Energy related Products ', energiegerelateerde producten) of 'EuP'-richtlijn (' Energy using Products ', energieverbruikende producten) genoemd) betreffende het ecologisch ontwerp van energiegerelateerde producten heeft de markt van de circulatiepompen radicaal veranderd. Deze richtlijn legt elke op de markt gebrachte circulatiepomp namelijk een energieverbruiksniveau op dat zich onder een bepaalde drempelwaarde dient te situeren, die gekenmerkt wordt door:

  • de index EEI (Energie-efficiëntie-index) , voor de circulatiepompen met natte rotor;
  • de index IE (Internationale Efficiëntie), voor de circulatiepompen met geventileerde motor.

Zodoende is de richtlijn sinds 2015 van toepassing op alle circulatiepompen die zich binnen of buiten verwarmingsketels bevinden, warmtepompen en thermische zonne-installaties.

Hierbij dient opgemerkt dat de in producten ingebouwde circulatiepompen nog tot 2020 vervangen mogen worden door identieke modellen.

Onderstaande grafiek toont de evolutie van de aan de circulatiepompen met natte rotor gestelde energieprestatie-eisen. 

image5_nl

Evolutie van de aan circulatiepompen met natte rotor gestelde energieprestatie-eisen (Bron: Wilo )

Welke zijn de essentiële parameters voor het kiezen van een circulatiepomp?

Het kiezen van een circulatiepomp gebeurt op basis van:

  • zijn hydraulisch debiet:

    daarmee kan het benodigde vermogen overgebracht worden om tegemoet te komen aan de behoeften van het gebouw. Er zal nagegaan worden of de circulatiepomp met variabel debiet binnen het werkingsbereik blijft voor het minimumdebiet van de installatie (dat kan overeenstemmen met het minimumdebiet van de verwarmingsketel of koelmachine).

  • de ladingsverliezen of de te overwinnen manometrische hoogte :

    • De grootordes van ladingsverliezen [∆P], gebruikt voor de gesloten circuits zijn:

      • kenmerkend voor collectieve huisvesting en kleine tertiaire gebouwen: ∆P = 20 en 80 kPa.
      • kenmerkend voor eengezinswoningen: ∆P = 10 en 40 kPa.
    • Manometrische hoogte [Hm], gebruikt voor de gesloten circuits : dit stemt overeen met het hoogteverschil tussen het laagste en het hoogste punt van het circuit.

De details van de berekening van het hydraulisch debiet en de drukverliezen worden ontwikkeld in de voorziening waarin er over de dimensionering van de leidingen gesproken wordt. De 'Voorbeelden'-pagina van deze voorziening toont hoe een model van circulatiepomp geselecteerd wordt in functie van deze parameters.

Op welke punten moet er bij het kiezen van een circulatiepomp gelet worden?

  • Cavitatie

    Cavitatie is een fenomeen dat zich voordoet in pompen, wanneer de druk langs de aanzuigzijde tot onder de verzadigde-dampdruk van het water daalt, waardoor er zich dampdeeltjes gaan vormen. Bij het passeren langs de pomp zullen deze deeltjes opnieuw vloeibaar worden, wat gepaard zal gaan met het ontstaan van schokgolven (implosie) die de propellerbladen van de pomp beschadigen en het debiet en de druk van de pomp verlagen.

    Deze implosies zijn echter ook hoorbaar, wat maakt dat er overgegaan wordt tot een onderhoudsbeurt, zodra men een circulatiepomp hoort 'klakken'.

    Om cavitatie te vermijden, moet er stroomopwaarts van de pomp een minimale druk verzekerd worden door het expansievat. Deze minimale druk stemt daarbij overeen met de verzadigde-dampdruk van het water (0,32 bar voor een watertemperatuur van 70°C), vermeerderd met de door de fabrikant aanbevolen minimale waarde (' Net Positive Suction Head ' of minimale vullingsdruk).

  • Vermogen:

    Het correct dimensioneren van het vermogen van een circulatiepomp beperkt het energieverbruik en voorkomt het voor de pomp schadelijke cavitatiefenomeen, de afname van zijn rendement en het ontstaan van geluiden binnen in de installatie.
    Het door een circulatiepomp opgenomen elektrische vermogen zou in die optiek dan ook niet meer mogen bedragen dan 0,5 à 1 promille (‰) van het benodigde thermische vermogen ofwel +/-5 à 15 W voor een eengezinswoning.

Wat te doen bij oude installaties?

Hier zijn er twee scenario's mogelijk: de circulatiepomp behouden of deze vervangen:

  • Als de circulatiepomp behouden blijft 

    Hierbij dient opgemerkt dat bij oude installaties met 3 instelbare, vaste snelheden de installateur de gewoonte had om de circulatiepomp te overdimensioneren en vervolgens de hoogste snelheid te selecteren om klachten van de gebruikers te vermijden. Dit type van praktijken leidt echter tot een oververbruik aan elektriciteit dat gemakkelijk verminderd kan worden door één van de lagere snelheden van de circulatiepomp te selecteren.

    image6

    Circulatiepompen met 3 vaste snelheden (bron: 3E)

    Een circulatiepomp bewaren, die van vóór 2005 dateert, vertegenwoordigt anderzijds een verbruik van ca. 0,5 MWh/jaar ofwel +/-100 euro/jaar (als we uitgaan van een vermogen van de circulatiepomp van 80 W en een werking van 5800 u./jaar). Door een dergelijke pomp te vervangen door een nieuw exemplaar (dat wel aan de Ecodesignrichtlijn voldoet), kan men aanzienlijke energiebesparingen realiseren. Afhankelijk van het bestaande type van circulatiepomp en zijn werkingsduur kan de maatregel in kwestie zelfs in 1 tot 5 jaar rendabel blijken.

  • Als de circulatiepomp vervangen wordt

    Bij vervanging van een bestaande circulatiepomp dient het volgende nagegaan te worden:

    • de dimensionering van de pomp die eveneens een bron van energiebesparingen vormt;
    • het ontwerp van het hydraulisch circuit (variabele snelheid, 2-weg ventielen, ...).

Hoe circulatiepompen isoleren?

Dit aspect wordt besproken in de voorziening over het isoleren van leidingen en hulpstukken.

Voorbeelden

Een circulatiepomp voor een eengezinswoning kiezen

Laten we even het voorbeeld nemen van een bestaande eengezinswoning van 150 m² met 3 verdiepingen en een stookruimte in de kelder die voor de nodige verwarming en het benodigde sanitair warm water (SWW) zorgt.

Uitgaande van een via de leiding over te brengen vermogen van 18 kW (120 W/m² x 150 m² = 18 kW) en een ∆T van 20 °C (aangezien de gekozen lichamen radiatoren zijn) bedraagt het berekende debiet +/-1,0 m³/u (voor meer toelichting bij de berekeningsmethodologie verwijzen wij u graag naar de voorziening De leidingen dimensioneren). 

Op basis van onderstaand nomogram en een ladingsverlies van 40 kPa (4 mCE) van de verwarmingsinstallatie blijkt de meest geschikte circulatiepomp in dat geval de Z30/6 te zijn. Hetzelfde geldt wanneer het maximaal vermogen met 80% wordt verminderd. Het debiet zakt dan immers tot 0,2 m³/u en ook dit werkingspunt situeert zich binnen het werkingsbereik (grijze zone) van de circulatiepomp Z30/6.

image7

Diagram voor de selectie van een circulatiepomp, toegepast op het voorbeeld, in functie van het ladingsverlies en het debiet (Bron: 3E, WTCB )

Een circulatiepomp voor collectieve huisvesting selecteren

Laat ons het voorbeeld nemen, waarbij een nieuw collectief woongebouw met 8 appartementen met een unitaire behoefte van 20 kW voor radiatoren (∆T van 20°C) en sanitair warm water (type combilus) van de nodige warmte wordt voorzien via een koker. Het debiet bedraagt in dat geval +/- 6,9 m³/u (voor meer toelichting bij de berekeningsmethodologie verwijzen wij u graag naar de voorziening De leidingen dimensioneren).

Uitgaande van onderstaand nomogram en een drukverlies van 80 kPa (8 mCE) is de meest geschikte circulatiepomp in dat geval de Z80/10. Hetzelfde geldt wanneer het maximaal vermogen met 80% wordt verminderd. Het debiet zakt dan immers tot 1,4 m³/u en ook dit werkingspunt situeert zich binnen het werkingsbereik (grijze zone) van de circulatiepomp Z30/10.

image8

Diagram voor de selectie van een circulatiepomp, toegepast op het voorbeeld (bron: 3E, WTCB )

➩ Meer weten

bijgewerkt op 13/12/2016