Wie berechnet man die Fördermenge einer Brunnenpumpe?

Kategorie(n): Brunnenpumpe

Bei der Wahl einer Brunnenpumpe spielt es eine entscheidende Rolle, die Fördermenge richtig zu berechnen. Denn neben der maximalen Förderhöhe, die angibt, wie hoch das Wasser gepumpt werden kann, ist die Fördermenge ein kritischer Faktor, der die Leistungsfähigkeit der Pumpe direkt beeinflusst.

Unterscheidung zwischen Förderhöhe und Fördermenge

Brunnenpumpen werden oft mit Angaben wie „Liter pro Stunde“ und „maximale Förderhöhe“ spezifiziert. Diese Angaben sind jedoch nur Teil der Informationen, die Du beim Kauf einer Pumpe berücksichtigen solltest. Ebenfalls wichtig ist die Fördermenge der Gartenpumpe. Dafür sind folgende Daten wichtig:

• Pumpentechnik
• Förderhöhe

Die Berechnung der erforderlichen Fördermenge einer Brunnenpumpe ist wichtig, wenn Du mit der Pumpe keine bösen Überraschungen erleben möchtest – etwa fehlender Druck, nachlassende Leistung etc. Aber wie kannst Du die Fördermenge berechnen?

Fördermenge berechnen: die Grundlagen

Eine Brunnenpumpe ist, wie schon erwähnt, typischerweise durch Spezifikationen wie „Liter pro Stunde“ und „maximale Förderhöhe“ charakterisiert. Diese Daten allein reichen jedoch nicht aus, um die passende Pumpe auszuwählen. Für eine genaue Bestimmung brauchst Du zusätzlich:

• Pumpentechnologie
• Förderhöhe
• Rohrdurchmesser
• Rohrlänge

Wichtige Faktoren: Rohrdurchmesser und Rohrlänge

Der Durchmesser des Rohres hat signifikanten Einfluss auf die Pumpleistung. Ein zu schmaler Rohrdurchmesser verursacht einen erhöhten Reibungswiderstand. Dieser wiederum beeinflusst die Förderhöhe negativ. Die folgende Tabelle zeigt die Auswirkungen von unterschiedlichen Rohrdurchmessern auf die Förderhöhe:

Auswirkungen des Rohrdurchmessers auf den Druckverlust und die Förderhöhe

Wichtig: Wähle den maximal möglichen Durchmesser für die Verbindung zur Pumpe.

Regel: Verdoppelt sich der Rohrdurchmesser, vervierfacht sich die Durchlauffläche!

Bestimmung der effektiven Förderhöhe (H)

Die Förderhöhe wird gemessen vom Wasserspiegel im Brunnen bis zum höchsten Punkt der Wasserausgabe. Die Formel lautet:

H = Z + h

Dabei ist Z die Tiefe des Brunnens und h, die Höhe über dem Boden, auf der das Wasser ausgegeben wird.

Rohrdurchmesser und Rohrlänge

Der Durchmesser und die Länge des Rohres beeinflussen den Druckverlust im System, was zu berücksichtigen ist. Der Druckverlust (ΔP) in einem Rohr kann mit der Darcy-Weisbach-Gleichung berechnet werden:

ΔP = f *  *

Dabei ist:

• f der Reibungskoeffizient, der von der Beschaffenheit des Rohrmaterials und der Oberflächenrauheit abhängt.
• L die Länge des Rohres in Metern.
• D der Innendurchmesser des Rohres in Metern.
• ρ die Dichte des Wassers (ungefähr 1000 kg/m³ bei Raumtemperatur).
• v die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers im Rohr in Metern pro Sekunde.

Praktisches Beispiel zur Berechnung der Fördermenge

Angenommen, Du möchtest Wasser aus einem Brunnen mit einer Tiefe von 30 Metern fördern und über eine Entfernung von 20 Metern horizontal zu einem Ausgabepunkt leiten, der 5 Meter über dem Boden liegt.

1. Bestimmung der effektiven Förderhöhe H: H = 30 m + 5 m = 35 m
2. Schätzung des maximalen Wasserverbrauchs (Q): Angenommen, der Bedarf liegt bei 120 Liter/Minute.
3. Berechnung des Druckverlustes im Rohr (ΔP) für eine angenommene Strömungsgeschwindigkeit von 1 m/s und einem Rohrdurchmesser von 0,05 m:
   • Reibungskoeffizient f sei 0,02
   • Dichte von Wasser ρ = 1.000 kg/m³

Das ergibt: ΔP = 0,02 * * = 4.000 Pa

Gesamtdruckbedarf der Pumpe

Nachdem der Druckverlust im Rohr berechnet wurde, muss dieser zum statischen, Druck, der notwendig ist, um das Wasser von der Brunnensohle bis zum Auslasspunkt zu heben, dazu addiert werden. Dieser Gesamtdruckbedarf wird benötigt, um damit die richtige Pumpe auszuwählen.

Der Gesamtdruckbedarf Ptotal​ ergibt sich aus der Summe des statischen Drucks und des Druckverlusts durch Reibung im Rohr. Die Formel lautet:

Gesamtdruckbedarf: Ptotal = ρ*g*H + ΔP

Wobei:

• ρ die Dichte des Wassers ist (ca. 1.000 kg/m³),
• g die Erdbeschleunigung (ca. 9,81 m/s²),
• H die effektive Förderhöhe in Metern,
• ΔP der Druckverlust im Rohr in Pascal (Pa).

Für das Beispiel mit einer effektiven Förderhöhe von 35 Metern und einem berechneten Druckverlust von 4.000 Pa berechnet sich der Gesamtdruckbedarf wie folgt:

Ptotal = 1.000 x 9,81 x 35 + 4000 = 343.850 Pa

Auswahl der Pumpe basierend auf Fördermenge und Gesamtdruckbedarf

Nun, da Du den Gesamtdruckbedarf kennst, ist der nächste Schritt die Auswahl einer Pumpe. Diese muss den Druck bei der gewünschten Fördermenge Q von 120 Litern pro Minute überwinden können. Die Fördermenge wird auch durch die Pumpenkennlinie bestimmt. Sie gibt an, wie viel Volumen eine Pumpe bei einem bestimmten Druck fördern kann.

Praktische Überlegungen zur Pumpe

• Pumpenkennlinie prüfen: Stelle sicher, dass die Pumpe bei einem Druck von 343.850 Pa die benötigte Fördermenge von 120 L/min erreichen kann. Pumpenkennlinien zeigen, wie die Fördermenge mit zunehmendem Druck abnimmt.
• Effizienz der Pumpe: Wähle eine Pumpe mit einer hohen Effizienz. Damit sparst du nicht nur Energiekosten. Du stellst eine zuverlässige Wasserversorgung sicher.
• Reservekapazität berücksichtigen: Wähle eine Pumpe, die etwas mehr leistet als das Minimum, das Du berechnet hast. Damit kannst Du zukünftige Erweiterungen oder unerwartete Verluste ausgleichen.

Praktisches Beispiel: Auswahl einer Gartenpumpe für eine Zisterne

Angenommen, Du besitzt eine Zisterne im Garten, die zur Bewässerung verwendet wird. Für diese brauchst Du eine Gartenpumpe, die das gesammelte Regenwasser aus der Zisterne pumpt und durch ein Bewässerungssystem verteilen soll. Um nun dafür die passende Pumpe zu kaufen, berechnest Du die Fördermenge wie folgt:

Die Förderhöhe berechnen:

Die Förderhöhe setzt sich zusammen aus der Tiefe der Zisterne und der Höhe, auf der das Wasser ausgegeben wird. Angenommen, die Zisterne befindet sich 2 Meter unter der Erdoberfläche und Du möchtest das Wasser auf eine Höhe von 1 Meter über dem Boden für die Bewässerung der Pflanzen pumpen.

Die effektive Förderhöhe H wäre dann H = 2 m + 1 m = 3 m

Berücksichtigung des Druckverlustes:

Schätze die Länge des Rohrs vom Ausgang der Zisterne bis zu den Bewässerungsdüsen auf etwa 20 Meter. Wenn wir annehmen, dass das verwendete Rohr einen Innendurchmesser von 0,025 Meter (25 mm) hat und die durchschnittliche Geschwindigkeit des Wassers etwa 1 m/s beträgt, kannst Du daraus den Druckverlust (ΔP) wie folgt berechnen:

ΔP = f *  *

ΔP = 0,02 *  * = 8.000 Pa

Gesamtdruckbedarf der Pumpe:

Addiere den statischen Druck und den Druckverlust, um den Gesamtdruckbedarf zu berechnen:

Ptotal = ρ * g* H + ΔP

Setzen wir die Werte ein:

• ρ (Dichte des Wassers) = 1.000 kg/m³,
• g (Erdbeschleunigung) = 9,81 m/s²,
• H (effektive Förderhöhe) = 3 m,
• ΔP (Druckverlust) = 8.000 Pa (wie bereits berechnet).

Dann berechnet sich der Gesamtdruckbedarf wie folgt:

1000 * 9,81 * 3 + 8.000 =

29.430 + 8.000 =

37.430 Pa

Auswahl der Pumpe basierend auf der Fördermenge:

Angenommen, Du brauchst eine Fördermenge von 100 Litern pro Minute, um die Pflanzen zu bewässern, dann wähle eine Pumpe aus, die den Druck von 37.430 Pa liefern kann.

Fördermenge der Pumpe berechnen – mehr als nur eine Frage der Kapazität

Die Fördermenge einer Brunnenpumpe zu berechnen, ist also nicht nur eine Frage der Kapazität der Pumpe in Litern pro Stunde. Sie ist auch ein Zeichen ihrer Fähigkeit, den erforderlichen Gesamtdruck zu überwinden. Durch die Berücksichtigung des Druckverlustes und der effektiven Förderhöhe kannst Du somit eine Pumpe für den Garten auswählen, die Deinen Anforderungen gerecht wird.