Eine Berechnung der Boosterpumpen-Höhe eines Gebäudes bestimmt, wie viel Energie die Pumpe hinzufügen muss um den erforderlichen Durchfluss an der am schlechtesten versorgten Armatur zu liefern. Beim Design-Durchfluss werden die Höhensteigerung, die verbleibende Ausgangsdruckanforderung und die Verluste vom Saug- zur Armatur addiert; dann wird der nutzbare Eingangsdruckkopf am definierten Ausgangspunkt subtrahiert. Jedes Term muss in derselben Einheit ausgedrückt werden, und das Ergebnis sollte mit einer Pumpenkennlinie überprüft werden. Dies ist nicht einfach die Gebäudehöhe plus ein beliebiger Sicherheitsfaktor. Die endgültige Aufgabe muss das tatsächliche Rohrnetz, Druckzonen, Mindestversorgungsbedingungen, Druckanforderungen der Armaturen und die angewandten Sanitärregeln des Projekts berücksichtigen.
Wählen Sie die beiden Enden der Berechnung
Bevor Sie Zahlen einfügen, ziehen Sie eine Linie vom Wasserquelle bis zur kritischen Armatur. Für eine städtisch gespeiste Anlage könnte die Anfangsreferenz die Booster-Saugflansch sein bei dem minimal glaubwürdigen Saugdruck. Für eine Break-Tank-Anlage könnte es der niedrigste zulässige Tankwasserstand sein. Die Endreferenz ist normalerweise die anspruchsvollste Armatur oder ein anderer spezifizierter Druckregelpunkt. Geben Sie jede Höhenangabe relativ zum gleichen Bezugspunkt an.
Verschiedene Ausgangspunkte ergeben unterschiedliche Gleichungen, die physikalisch äquivalent sind, wenn ihre Verluste konsequent behandelt werden. Wenn der verfügbare Druck am Gebäudedienst-Eingang gemessen wird, schließen Sie den Zähler, die Rückflussvorrichtung, den Filter und Rohrverluste zwischen diesem Messgerät und dem Pumpeneingang ein. Wenn der Druck beim Pumpensaugrohr bei Betrieb im Design-Durchfluss gemessen wird, subtrahieren Sie diese Verluste upstream nicht erneut. Dieser eine Fehler kann einen bedeutenden Druckabfall doppelt zählen oder weglassen.
Das BorraPumps Booster-Regler-Ausrüstung kann für die Wasserversorgung eines Gebäudes bewertet werden, sobald sowohl Durchfluss als auch Druck spezifiziert sind. Seine Produktseite fordert Einlass- und Auslassdruck, weil diese Werte genauso wichtig sind wie der angeforderte Pumpendurchfluss. Ein ISG vertikale Inline-Verdrängerkraftpumpe ist ein anderer Produkttyp und sollte separat anhand der tatsächlichen Aufgabe und der Installationsanordnung überprüft werden.
Schreiben Sie die Druckbilanz in einem Satz von Einheiten
Für Wasser in einem Gebäude ist eine nützliche vorläufige Aussage:
Erforderliche Pumpenhöhe = Höhenunterschied + erforderlicher Restdruck + Verluste durch Reibung und Komponenten downstream − nutzbarer Eingangsdruckkopf.
Alle Begriffe müssen sich auf den gleichen Design-Durchfluss und gleiche Bezugspunkte beziehen. Eine umfassendere Energiegleichung umfasst Geschwindigkeitskopf-Differenzen, wo Rohrgrößen und Geschwindigkeiten relevant sind. Der US-Department of Energy: Handbuch für Pumpensysteme beschreibt Druck-, Höhen-, Geschwindigkeits- und Reibungsverluste der Pumpe. Der Gesamtdynamikdruck-Rechner der Washington State University unterscheidet ebenfalls zwischen verfügbarem Quelldruck, Hub, Verlusten und Druck, der am Ziel benötigt wird. Ein Gebäudedesigner muss jedoch die tatsächlichen Projektkomponenten berechnen und nicht die Standardwerte eines Rechners kopieren.
Für sauberes Wasser bei normalen Gebäudetemperaturen, 1 psi entspricht ungefähr 2,31 Fuß Wasser. Verwenden Sie die genaue Fluiddichte, wenn das Medium oder die Temperatur diese Annäherung ungeeignet macht. Konvertieren Sie nur Druckbegriffe; eine 60 Fuß hohe Höhe ist bereits 60 Fuß Druckhöhe. Multiplizieren Sie diese Höhe nicht erneut mit 2,31. Wenn Sie im metrischen System arbeiten, ist die Druckhöhe in Metern der Druck in Pascal dividiert durch die Fluiddichte mal die Erdbeschleunigung.
| Kopfkomponente | Typische benötigte Informationen | Buchhaltungsprüfung |
|---|---|---|
| Statische Höhe | Pumpe/Quelle und kritische Armaturenhöhen | Gleiches Bezugssystem und korrekte Druckzone |
| Restdruck an der Armatur | Anforderungen an Armaturen oder Geräte bei Entwurfsdurchfluss | Verwendung anerkannter Projekt- und Kodierungsgrundlagen |
| Rohr- und Fittingverluste | Längen, Innendurchmesser, Armaturen, Seitenfluss | Berechnung am maßgeblichen Durchflussweg |
| Geräteverluste | Zähler, Rückflussverhinderer, Filter, Ventil, Druckreduzierventil | Verwendung von Herstellerdaten bei Entwurfsdurchfluss |
| Verfügbarer Einlassdruck | Gemessene/Versorgungs- oder Tankwasserstand im Niedrigfall | Angabe, wo der Druck gemessen wird |
| Velocity-Head-Abweichung | Rohrbereiche an den beiden gewählten Grenzen | Einschließen, wann Material; keine feste Toleranz erfinden |
Die Tabelle ist eine Checkliste, kein Satz von Standardwerten. Ein Konstrukteur sollte tatsächliche Zeichnungen, getestete Komponenten und den erforderlichen Befestigungsdruck des genehmigten Codes verwenden. Die Materialien zur Fluidmechanik der Purdue University liefert die zugrunde liegenden Druckverlust- und Pumpenkennlinienkonzepte für Leser, die die vollständige hydraulische Herleitung wünschen.
Finden Sie die kritische Befestigung und Druckzone
Die physikalisch höchste Befestigung ist oft kritisch, aber nicht immer. Ein entfernter Zweig mit einschränkenden Vorrichtungen kann mehr Druckkopf erfordern als eine etwas höhere Befestigung in der Nähe des Riser. Vergleichen Sie die Wege, die Elevation, Restdruck und Reibung am ungünstigsten kombinieren. Eine Hochdurchfluss-Komponentenbefestigung auf einer niedrigeren Ebene kann einen anderen Betriebsfall bestimmen. Dokumentieren Sie den Weg und die in der Berechnung verwendete Durchflussverteilung.
Mehrgeschossige Gebäude können in niedrigere und obere Druckzonen unterteilt werden, um einen übermäßigen Druck in den unteren Stockwerken zu vermeiden. Berechnen Sie jede Zone separat. Das Hinzufügen der vollen Gebäudehöhe zu einer Pumpe, die nur die obere Zone versorgt, kann ihre Aufgabe überschätzen; die Annahme, dass ein Abflussdruck alle Stockwerke ohne Regler versorgt, kann niedrigere Befestigungen überdrucksetzen. Wenn ein Druckreduzierventil Teil des Zonendesigns ist, berücksichtigen Sie seine Betriebsverluste und Druckgrenzen, anstatt es als unsichtbares Bauteil zu behandeln.
Die Befestigungsdurchfluss-Schätzung wird separat entwickelt. Siehe wie man den Durchfluss der Wohnungs-Boosterpumpe berechnet für einen Workflow mit wahrscheinlicher Nachfrage. Beide Werte gehören zu einem Pumpenplan: Eine Druckzahl ohne den erforderlichen Durchfluss kann den Betriebsbereich nicht identifizieren.
Durcharbeiten eines transparenten Beispiels
Betrachten Sie ein hypothetisches Oberzonenpflicht von 125 gpm. Der vertikale Anstieg vom Referenzpunkt der Booster-Saugseite bis zur kritischen Armatur beträgt 75 Fuß. Der erforderliche Restdruck an dieser Armatur wird mit 20 psi angenommen, was etwa 46,2 Fuß Wasser entspricht. Die berechneten Verluste in Rohrleitungen, Armaturen und Geräten downstream bei 125 gpm betragen insgesamt 18 Fuß. Der gemessene minimale Pumpeneinlassdruck während der Förderung dieses Volumens beträgt 25 psi, oder etwa 57,8 Fuß Wasser. Unter Vernachlässigung eines kleinen Geschwindigkeitskopfdifferenz für diese Darstellung ist der erforderliche Pumpenförderhöhe 75 + 46,2 + 18 − 57,8 = 81,4 Fuß.
Das Beispiel ist eine arithmetische Demonstration, kein Regelwerk für ein bestimmtes Gebäude. Der Wert von 20 psi für die Armatur, die Verluste von 18 Fuß und der Eingangsdruck von 25 psi werden angenommen – nicht aus einer BorraPumps-Spezifikation übernommen oder als gesetzliche Grenzen behauptet. Wenn die Pumpe die Saugseite aus einem belüfteten Tank anstelle einer druckbeaufschlagten Stadtleitung zieht, ändert sich die Einlassdruckbedingung, und das Ergebnis kann deutlich größer sein. Wenn die 25 psi upstream eines Rückflussverhinderers gemessen wurden, anstatt an der Saugleiste, muss der Druckverlust vor der Subtraktion des verfügbaren Einlassdrucks berücksichtigt werden.
Wenden Sie keinen generischen “10% Extra-Head” an, nur weil die Eingaben unsicher sind. Identifizieren Sie, welche Eingabe unsicher ist, suchen Sie eine Messung oder eine zuverlässige Produktverlustkurve und verwenden Sie eine ausdrücklich dokumentierte Konstruktionsmarge, wenn der Ingenieur entscheidet, dass eine notwendig ist. Große versteckte Margen sowohl bei Durchfluss als auch bei Förderhöhe können eine Pumpe von ihrem effizienten Betriebsbereich wegdrängen.
Verluste bei dem Konstruktionsdurchfluss berechnen
Rohrreibungsverluste hängen vom Durchfluss, Durchmesser, Länge, Rauheit und den Fluid-Eigenschaften ab. Verluste durch Armaturen und Ventile hängen von den tatsächlichen Komponenten und ihrer installierten Konfiguration ab. Druckverluste bei einem Zähler oder Rückfluss-Assembly sollten aus den Daten des gewählten Produkts bei dem relevanten Durchfluss stammen. Verluste, die bei einem niedrigeren Durchfluss gemessen werden, übertragen sich nicht einfach auf den Maximaldurchflussfall. Wenn mehrere Pumpen zusammenlaufen, unterscheiden sich die Saug- und Druckleitungen vom jeweiligen einzelnen Zweig; wenden Sie nicht den Gesamt-Durchfluss auf jeden Zweig an.
Für ein bestehendes Gebäude können Druckmessungen unter Last helfen, die theoretische Berechnung zu überprüfen, aber ein Messwertpaar ist keine vollständige Pumpenkennlinie. Erfassen Sie gleichzeitig den Durchfluss, den Betrieb der Pumpen, den Einlassdruck, den Ausgangsdruck, den Tankstand, falls vorhanden, und die Sensorposition. Ein geschlossener oder gedrosselter Ventil, verstopfter Filter oder eine fehlerhafte Druckregler können den gemessenen Druckunterschied irreführend machen. Beheben Sie solche Mängel, bevor Sie eine größere Ersatzpumpe spezifizieren.
Überprüfen Sie die Pumpen- und Systemkennlinien gemeinsam
Eine Kreiselpumpe liefert nicht bei jedem Durchfluss eine feste Förderhöhe. Lesen Sie die Kurve des Lieferanten bei dem erforderlichen Durchfluss, Impeller-Trim oder -Geschwindigkeit und Flüssigkeitszustand. Der tatsächliche Betriebsbereich ist dort, wo die Pumpenkennlinie auf die Systemkennlinie trifft. Purdue’s Hinweise zu Pumpenbetriebsstellen erklären Sie diese Schnittstelle. Ein zitierter maximaler Förderhöhe bei Null Durchfluss ist nicht die Konstruktionshöhe bei dem Spitzen-Durchfluss des Projekts.
Für eine gestufte Anlage prüfen Sie den Low-Demand-Zustand einer Pumpe, den Peak-Zustand mehrerer Pumpen und den Ausfallsfall, falls Redundanz versprochen wird. Pumpen in Parallelbetrieb teilen sich ungefähr die gleiche Differenzförderhöhe, während ihre Durchflussbeiträge von ihren Kurven abhängen. Einfaches Verdoppeln eines einzelnen Pumpenkatalogdurchflusses bei beliebiger Förderhöhe ist unzuverlässig. Wenn eine variable Geschwindigkeitsregelung verwendet wird, überprüfen Sie den vollen erwarteten Geschwindigkeitsbereich, den Minimaldurchfluss, die Motorbegrenzungen und die Position des Steuerungssensors. Der Druck-Setpoint ist nicht identisch mit der Pumpenförderhöhe: Der Regler liest einen bestimmten Punkt im Rohrleitungssystem, während die Pumpe einen Druckunterschied zwischen Saug- und Druckseite hinzufügt.
Das Leitfaden für Booster-Pumpenbetrieb/Standby erklärt, wie eine Anforderung im Fehlerfall die zu überprüfenden Kurven verändert. Für ein Gebäude mit 24/7-Betrieb kann der Ingenieur verlangen, dass eine Pumpe den Spitzenbetrieb übernimmt, während eine andere nicht verfügbar ist; bei anderen Projekten kann ein reduzierter Notfalldienst akzeptiert werden. Dies ist eine Projektentscheidung, kein universelles Merkmal eines Zwei-Pumpen-Systems.
Minimale und maximale Versorgungssituationen überprüfen
Der Fall mit niedrigem Einlassdruck bestimmt in der Regel die minimale Förderhöhe, die erforderlich ist, um den Service auf den oberen Etagen aufrechtzuerhalten. Der Fall mit hohem Einlassdruck kann den Überdruck bei der Ausgabe und das Steuerungsverhalten bestimmen. Eine städtische Hauptleitung kann im Tagesverlauf und im Betrieb variieren. Fragen Sie nach den Bedingungen des Versorgungsunternehmens und messen Sie die bestehende Anlage über einen repräsentativen Zeitraum, wo möglich. Wenn die Versorgung aus einem Tank erfolgt, verwenden Sie sowohl niedrige als auch hohe Wasserstände und überprüfen Sie das Steuerungssystem bei beiden Extremen.
Saugbedingungen beeinflussen auch das Risiko von Kavitation und den Schutz bei niedrigem Wasserstand. Eine Pumpe, die nur anhand des Ablasskopfs ausgewählt wird, kann dennoch ungeeignet sein, wenn der Einlass den erforderlichen Durchfluss nicht liefern kann. Überprüfen Sie den verfügbaren Nettosaugkopf im Vergleich zu den Anforderungen der Kandidatenpumpe unter Berücksichtigung der tatsächlichen Wassertemperatur und der Sauganordnung des Projekts. Vermeiden Sie den Betrieb eines Boosters aus einem unzureichenden kommunalen Dienst oder einem Tank, der sein gespeichertes Volumen nicht wie erwartet auffüllen kann.
Was eine vollständige Lieferantenanfrage enthalten sollte
Geben Sie den Entwurf-Durchfluss und den erforderlichen Differenzdruck zusammen an, mit den Berechnungsgrenzen. Einschließlich minimalem und maximalem Einlassdruck, erforderlichem Druck am Steuerungssensor oder kritischer Armatur, Wassertemperatur und -qualität, Rohrgrößen, Tankanordnung, Einsatz-/Standby-Erwartung, Spannung und Frequenz, Installationsabmessungen und beabsichtigtes Steuerungsschema. Fordern Sie Kurven für den Betriebs- und Überwachungsbetrieb sowie elektrische Daten an, und bitten Sie um die Betriebsstellen für jeden Stufenfall. Das BorraPumps Wasserversorgungs-Boostersortiment kann verwendet werden, um potenzielle Produkttypen zu identifizieren, aber die endgültige Zuordnung erfordert diese Bedingungen.
Für ein Hotel können mehrere Nutzungsmuster die gleichzeitigen Durchfluss- und Druckzonen beeinflussen; siehe die Hotel-Boosterauswahlleitfaden anstatt dieses Beispiel unverändert zu übertragen. Behalten Sie die Schätzung des Durchflusses, die Druckberechnung und die Konfiguration des Pumpensatzes als separate dokumentierte Entscheidungen bei, damit eine Änderung in einer Eingabe im Beschaffungsplan nachvollzogen werden kann.
Häufig gestellte Fragen
Ist der Pumpenüberdruck nur die Höhe des Gebäudes?
Nein. Die Höhendifferenz ist nur ein Bestandteil. Auch der erforderliche Restdruck an den Verbrauchsstellen, Druckverluste in Rohrleitungen und Komponenten sowie der verfügbare Eingangsdruck spielen beim angegebenen Volumenstrom eine Rolle.
Kann ich den Stadtdruck von der Gebäudehöhe abziehen?
Erst nach der Umrechnung des Drucks in den Kopf und der Definition des Messpunkts für den Druck. Verwenden Sie einen glaubwürdigen Mindestversorgungsdruck unter dem Bemessungsdurchfluss; berücksichtigen Sie Verluste zwischen dem Messpunkt und dem Pumpeneingang.
Warum zeigt die Pumpenkennlinie unterschiedliche Förderhöhenwerte?
Der Druck, den eine Kreiselpumpe erzeugt, ändert sich mit Durchfluss und Drehzahl. Wählen Sie bei dem erforderlichen Betriebsbereich, nicht anhand eines Maximaldruck-Labels.
Ist der Einstellwert für den Druck bei der Ablassleitung der Gesamtdruck der Pumpe?
Nein. Der Einstellwert ist der Druck an einem Sensor. Pumpenüberdruck ist die Energie, die zwischen Saugleitung und Druckleitung hinzugefügt wird, ausgedrückt als Länge der Fluidspalte.
Weiterbildungen
Der Vortrag von NPTEL IIT Kharagpur über Pumpenkennlinien erklärt, warum der gewählte Druck bei dem berechneten Durchfluss überprüft werden muss; er ersetzt keine projektspezifische Rohrleitungsberechnung.
Sehen Sie sich die Vorlesung zu Pumpenkennlinien auf YouTube an.