Kurzantwort
Eine Bewässerungspumpe fördert Wasser aus einem Brunnen, Teich oder Tank mit dem erforderlichen Durchfluss und Druck in Tropf- oder Regnerleitungen. Dimensionieren Sie sie anhand des Durchflusses der größten Zone und der Gesamtförderhöhe, die sich aus geodätischer Förderhöhe, Reibungsverlusten und Betriebsdruck zusammensetzt. Verwenden Sie dazu kW = m³/h × Förderhöhe in m ÷ (367 × Wirkungsgrad). Beispielsweise erfordern 12 m³/h bei 40 m Förderhöhe und 65% Wirkungsgrad etwa 2.0 kW (2.7 hp).
Was ist eine Bewässerungspumpe und wie wählen Sie die passende aus?
Eine Bewässerungspumpe ist eine Kreisel-, Tauch- oder verbrennungsmotorbetriebene Pumpe, die Wasser aus einem Brunnen, Teich, Tank oder Kanal mit dem für Tropfschläuche oder Regner erforderlichen Durchfluss und Druck in ein Bewässerungssystem fördert. Berechnen Sie für die Auswahl den Durchfluss Ihrer größten Zone und die Gesamtförderhöhe aus geodätischer Förderhöhe, Reibungsverlusten und erforderlichem Druck. Wählen Sie anschließend eine Pumpe, deren Kennlinie diesen Betriebspunkt nahe ihrem besten Wirkungsgrad erreicht.
Dieser Ratgeber erläutert Pumpentypen, die Auslegungsformel mit einem Rechenbeispiel, Unterschiede zwischen Beregnungs- und Tropfbewässerungspumpen, Steuerungen und Filter sowie Installation und typische Preise. Umwälzpumpen für Hydroponiksysteme sind ein eigener Anwendungsfall, den unser Ratgeber zu Hydroponikpumpen und Rohrleitungen behandelt.
Arten von Bewässerungspumpen
Der passende Typ einer Bewässerungspumpe hängt zunächst davon ab, wo sich das Wasser befindet: Bei Oberflächenwasserquellen und flachen Brunnen kommen Oberflächenpumpen zum Einsatz, bei tiefen Brunnen Tauch- oder Turbinenpumpen und auf abgelegenen Feldern häufig Verbrennungsmotor- oder Solarantriebe. Die Tabelle vergleicht die wichtigsten Typen.
| Pumpentyp | Wasserquelle | Typischer Betriebsbereich | Stärken | Einschränkungen |
|---|---|---|---|---|
| Kreiselpumpe mit axialem Saugstutzen | Teiche, Tanks, Kanäle, flache Brunnen | Hoher Durchfluss, mäßiger Druck (häufig 2–5 bar) | Einfach, effizient, wartungsfreundlich | Praktische Saughöhe etwa 6–7 m (20–23 ft); Vorbefüllung erforderlich |
| Mehrstufige Kreiselpumpe | Tanks, Versorgungsleitungen, Druckerhöhung | Mäßiger Durchfluss, höherer Druck (häufig 4–10 bar) | Kompakt, hoher Druck für Regner und lange Leitungen | Empfindlicher gegenüber Sand und Verunreinigungen |
| Unterwasser-Bohrlochpumpe | Bohrbrunnen | Breiter Einsatzbereich; Förderhöhen von mehreren zehn bis mehreren hundert Meter | Keine Vorbefüllung, leise, keine Saughöhenbegrenzung | Muss zur Wartung aus dem Brunnen gezogen werden |
| Vertikale Turbinenpumpe | Große Brunnen, Pumpensümpfe, Flüsse | Sehr hoher Durchfluss | Motor über dem Boden, lange Lebensdauer | Hohe Investitionskosten |
| Jetpumpe | Flache Brunnen | Geringer Durchfluss | Selbstansaugend, preiswert | Geringer Wirkungsgrad; für Garten- und Haushaltsanwendungen |
| Pumpe mit Verbrennungsmotor- oder Zapfwellenantrieb | Flüsse, Teiche, abgelegene Felder | Hoher Durchfluss und Druck | Kein Netzstrom erforderlich, mobil | Kraftstoff, Lärm, Wartung |
| Solarpumpe | Brunnen, Tanks, Teiche | Geringer bis mäßiger Durchfluss | Keine Kraftstoffkosten, netzunabhängig | Ohne Speicherung hängt die Förderleistung von der Sonneneinstrahlung ab |
Für Felder ohne Netzanschluss erläutert unser Ratgeber zu solarbetriebenen Bewässerungssystemen die Dimensionierung von Solarmodulen und Speichern.
Wie dimensionieren Sie eine Bewässerungspumpe?
Die Pumpenauslegung beruht auf zwei Größen: Durchfluss und Gesamtförderhöhe (TDH), ergänzt um den Wirkungsgrad der Pumpe an diesem Betriebspunkt. Die korrekte Bestimmung beider Größen verhindert die zwei häufigsten Probleme: zu geringen Druck am Feldende und Energieverschwendung durch eine überdimensionierte Pumpe.
Schrittweise Pumpenauslegung
- Ermitteln Sie den Zonendurchfluss. Addieren Sie die Durchflüsse aller Tropfer oder Regner in der größten gleichzeitig betriebenen Zone. Beispiel: 4,800 m Tropfband mit 2.5 L/h pro Meter ergeben 12,000 L/h oder 12 m³/h (etwa 53 gpm).
- Ermitteln Sie die geodätische Förderhöhe. Vertikaler Abstand vom Wasserspiegel während des Pumpbetriebs bis zur Pumpe zuzüglich des Höhenanstiegs von der Pumpe zum höchsten Punkt des Feldes.
- Addieren Sie die Reibungsverluste. Berücksichtigen Sie die Verluste in Saugleitung, Hauptleitung, Unterhauptleitungen, Ventilen und Fittings anhand der Druckverlusttabellen des Rohrherstellers.
- Addieren Sie die Druckverluste der Komponenten. Filter, Düngerinjektoren, Durchflussmesser und Rückflussverhinderer verursachen jeweils Druckverluste; bei einem sauberen Scheibenfilter können diese etwa 0.2–0.5 bar betragen, bei Verschmutzung mehr.
- Addieren Sie den erforderlichen Betriebsdruck. Dies ist der am Zoneneingang benötigte Druck, beispielsweise etwa 1–1.5 bar für Tropfband mit Druckregler oder 2–4 bar an der Düse von Schlagregnern.
- Rechnen Sie in Förderhöhe um und bilden Sie die Summe. 1 bar entspricht etwa 10.2 m Förderhöhe; 1 psi entspricht etwa 2.31 ft. Die Summe ist die TDH.
- Berechnen Sie die Leistung und prüfen Sie die Pumpenkennlinie. Wählen Sie eine Pumpe, deren Kennlinie Ihren Durchfluss und Ihre TDH nahe dem Punkt des besten Wirkungsgrads (BEP) erreicht.
Formel zur Pumpenleistung mit Rechenbeispiel
Die von universitären landwirtschaftlichen Beratungsdiensten verwendete hydraulische Standardformel lautet:
- Metrisch: Wellenleistung (kW) = Durchfluss (m³/h) × TDH (m) ÷ (367 × Pumpenwirkungsgrad).
- Imperial: Wellenleistung in hp = Durchfluss (gpm) × TDH (ft) ÷ (3,960 × Pumpenwirkungsgrad).
Rechenbeispiel: Der oben beschriebene Betrieb mit Tropfbewässerung benötigt 12 m³/h. Die statische Förderhöhe beträgt 8 m, die Reibungsverluste in Rohren und Formstücken betragen 7 m, die Verluste durch Filter und Injektor 10 m (etwa 1 bar), und die Zone benötigt am Eingang 15 m (etwa 1.5 bar). Daraus ergibt sich eine TDH von 40 m (131 ft). Bei einem Pumpenwirkungsgrad von 65% beträgt die Leistung 12 × 40 ÷ (367 × 0.65), also etwa 2.0 kW (2.7 hp). Die nächste Standardmotorgröße ist 2.2 kW (3 hp). Pumpenwirkungsgrade reichen üblicherweise von etwa 50% bei kleinen Pumpen bis zu 80% oder mehr bei großen, gut abgestimmten Pumpen. Verwenden Sie daher immer den Wert aus der Herstellerkennlinie.
Pumpen für Beregnung und Tropfbewässerung im Vergleich
Beregnungspumpen benötigen mehr Druck als Pumpen für die Tropfbewässerung, sodass bei gleichem Durchfluss etwa die zwei- bis dreifache Leistung erforderlich sein kann. Dieser Unterschied ist häufig der entscheidende Faktor, wenn Betriebe von Beregnung auf Tropfbewässerung umstellen.
- Beregnungspumpe: Schlag- und Getrieberegner benötigen etwa 2–4 bar (30–60 psi) am Regnerkopf, Großflächenregner noch mehr. Deshalb werden häufig mehrstufige Kreiselpumpen oder Kreiselpumpen mit großer Förderhöhe eingesetzt. Eine Druckerhöhungspumpe für die Beregnung wird verwendet, wenn der Druck aus dem Leitungsnetz oder Brunnen für die Regner zu niedrig ist.
- Pumpe für die Tropfbewässerung: Tropfbewässerungszonen arbeiten mit etwa 0.5–2 bar an der Tropfleitung. Der größte Teil der Förderhöhe entfällt daher auf den Höhenunterschied sowie auf Verluste durch Filtration und Fertigation. Eine Tropfbewässerungsanlage kann häufig mit einem kleineren Motor betrieben werden als die Beregnungsanlage, die sie ersetzt.
Für Privathaushalte werden zur Versorgung von Regnern aus einem See oder flachen Brunnen üblicherweise Kreiselpumpen mit 0.75–2 hp eingesetzt; für einige Tropfbewässerungszonen reicht eine Pumpe mit weniger als 1 hp aus. Landwirtschaftliche Betriebe arbeiten nach demselben Prinzip, allerdings mit größeren Durchflüssen, mehreren Zonen und stärkerem Augenmerk auf Effizienz. Welche Drücke die einzelnen Systeme benötigen, erfahren Sie unter Arten von Bewässerungssystemen.
Filter für Beregnungspumpen und Steuerungen für Bewässerungspumpen
Jede Bewässerungspumpe benötigt auf beiden Seiten Schutz: einen Saugkorb, der Fremdkörper von der Pumpe fernhält, und einen druckseitigen Filter, der Partikel von den Tropfern fernhält. Die Steuerung muss die Pumpe synchron mit den Zonenventilen ein- und ausschalten.
Filter und saugseitiger Schutz für Beregnungspumpen
- Fußventil und Saugkorb an der Saugleitung halten die Pumpe mit Wasser gefüllt und halten grobe Fremdkörper zurück.
- Ein Siebfilter hinter der Pumpe reicht für Regner in der Regel aus.
- Scheiben- oder Sandfilter sind für die Tropfbewässerung erforderlich; ein vollautomatischer Scheibenfilter führt bei einem entsprechenden Differenzdrucksignal selbstständig eine Rückspülung durch. Unser Ratgeber zu Bewässerungsfiltern erläutert die Maschenweiten.
Steuerungsmöglichkeiten für Bewässerungspumpen
Die Steuerung einer Bewässerungspumpe kann aus einem einfachen Pumpenstartrelais bestehen, das von der Bewässerungszeitschaltuhr geschaltet wird, oder aus einem fortschrittlichen Frequenzumrichter (VFD), der beim Wechsel der Zonen einen konstanten Druck hält. Nützliche Funktionen sind:
- Pumpenstartrelais, angesteuert über den Pumpen- oder Hauptventilausgang des Steuergeräts.
- VFD für Sanftanlauf, konstanten Druck und geringeren Energieverbrauch bei unterschiedlichen Zonengrößen.
- Abschaltung bei Trockenlauf, zu niedrigem oder zu hohem Druck zum Schutz von Pumpe und Rohrleitungen.
- Druckschalter und Druckbehälter für kleine Druckerhöhungsanlagen.
- Fernüberwachung von Durchfluss, Druck und Leistung; siehe intelligente Bewässerungssteuerungen.
So installieren Sie eine Bewässerungspumpe richtig
Die meisten Pumpenausfälle gehen auf eine mangelhafte Installation zurück, insbesondere auf der Saugseite. Gehen Sie bei einer oberirdisch aufgestellten Kreiselpumpe wie folgt vor:
- Stellen Sie die Pumpe möglichst nahe am Wasser und so tief wie praktisch möglich auf, um die Saughöhe zu minimieren.
- Verwenden Sie eine Saugleitung mit mindestens demselben Durchmesser wie der Pumpeneinlass. Halten Sie sie kurz und verlegen Sie sie zur Pumpe hin ansteigend, ohne Hochpunkte, an denen sich Luft sammeln kann.
- Montieren Sie ein Fußventil mit Saugkorb oder eine Ansaugvorrichtung sowie ein exzentrisches Reduzierstück am Pumpeneinlass.
- Installieren Sie auf der Druckseite ein Rückschlagventil, eine Absperrarmatur, ein Manometer und ein Entlüftungsventil.
- Sorgen Sie für eine geeignete elektrische Absicherung, Erdung und einen auf den Motor abgestimmten Motorstarter oder VFD.
- Füllen Sie die Pumpe mit Wasser, starten Sie sie bei teilweise geöffnetem Ventil und prüfen Sie anschließend Druck, Durchfluss und Stromaufnahme anhand der Pumpenkennlinie.
Dimensionieren Sie die Hauptleitung so, dass die Reibungsverluste im angemessenen Rahmen bleiben; unser Ratgeber zu Bewässerungsrohren, Formstücken und Verteilern enthält Durchflusstabellen nach Rohrgröße.
Preise für Bewässerungspumpen und ihre Einflussfaktoren
Die Preise für Bewässerungspumpen reichen von etwa $100–$500 für kleine Gartenpumpen bis zu einigen hundert bis mehreren tausend Dollar für landwirtschaftliche Kreisel- und Tauchpumpen. Große Turbinenpumpen und Pumpenaggregate mit Verbrennungsmotor sind noch teurer. Typische Preisfaktoren sind:
- Motorleistung und Spannung (einphasig oder dreiphasig).
- Werkstoffe: Laufräder und Gehäuse aus Gusseisen, Edelstahl oder Bronze.
- Pumpentyp und Anzahl der Stufen.
- Steuerungs- und Schutzausstattung wie VFDs, Druckbehälter und Schutzschaltschränke.
- Installation: Brunnenarbeiten, Stromversorgung, Pumpenhaus und Rohrleitungen.
Vergleichen Sie bei Pumpenangeboten den Betriebspunkt und den Wirkungsgrad, nicht nur die Motorleistung in hp. Eine günstigere Pumpe, die weit von ihrem BEP entfernt läuft, kann bereits innerhalb weniger Saisons höhere Strommehrkosten verursachen. Die Pumpe ist ein Posten im Gesamtbudget, das unser Ratgeber zu den Kosten von Bewässerungssystemen beschreibt.
Checkliste zur Auswahl der passenden Bewässerungspumpe
Die beste Bewässerungspumpe ist diejenige, deren Kennlinie zu Ihrem Betriebspunkt passt und deren Werkstoffe für Ihr Wasser geeignet sind. Stellen Sie vor dem Anfordern von Angeboten folgende Angaben zusammen:
- Art der Wasserquelle, Tiefe des Wasserspiegels bei laufender Pumpe und saisonale Absenkung.
- Durchfluss der größten Zone in m³/h oder gpm und berechnete TDH in m oder ft.
- Verfügbare Energieversorgung: einphasig, dreiphasig, Diesel oder Solar, mit Spannung und Frequenz (50 oder 60 Hz).
- Wasserqualität: Sand, Salzgehalt, Eisen oder korrosive Bedingungen.
- Ob die Pumpe eine Fertigationsanlage, Filter oder druckkompensierende Tropfer versorgen soll.
- Erforderliche Steuerungsfunktionen: Startrelais, VFD, Trockenlaufschutz, Fernüberwachung.
Häufige Fehler sind eine Überdimensionierung „zur Sicherheit“, die Energie verschwendet und zu überhöhtem Druck in Tropfschläuchen führen kann, eine zu kleine Saugleitung sowie das Nichtberücksichtigen von Filter- und Injektorverlusten bei der TDH.
Nächste Schritte
Mars Vertical Farm baut Bewässerungszentralen, die Pumpe, Filtration und Fertigation kombinieren, darunter Bewässerungssysteme mit verbrennungsmotorgetriebenen Pumpen für Felder ohne Netzstrom. Senden Sie uns Angaben zu Ihrer Wasserquelle, zum Zonendurchfluss und zur Feldaufteilung. Unsere Ingenieure stimmen Bewässerungspumpe und Bewässerungszentrale darauf ab – mit Preisen direkt ab Werk und individueller Dimensionierung.
