Naturumlauf-Heizsystem: Gemeinsame Wasserkreislaufpläne
Der Bau eines autonomen Schwerkraftwärmenetzes wird dann gewählt, wenn die Installation einer Umwälzpumpe oder der Anschluss an eine zentrale Stromversorgung unpraktisch und manchmal unmöglich ist.
Ein solches System ist kostengünstiger zu installieren und völlig unabhängig von Strom. Seine Leistung hängt jedoch weitgehend von der Genauigkeit des Designs ab.
Damit ein Heizsystem mit Naturumlauf reibungslos funktioniert, ist es notwendig, seine Parameter zu berechnen, die Komponenten richtig zu installieren und die Gestaltung des Wasserkreislaufs sinnvoll zu wählen. Wir helfen bei der Lösung dieser Probleme.
Wir haben die wichtigsten Funktionsprinzipien des Schwerkraftsystems beschrieben, Ratschläge zur Auswahl einer Rohrleitung gegeben und die Regeln für den Zusammenbau des Kreislaufs und die Platzierung von Arbeitseinheiten dargelegt. Besonderes Augenmerk haben wir auf die Konstruktions- und Betriebsmerkmale von Ein- und Zweirohr-Heizsystemen gelegt.
Der Inhalt des Artikels:
Prinzipien des natürlichen Zirkulationsprozesses
Der Prozess der Wasserbewegung im Heizkreislauf ohne Einsatz einer Umwälzpumpe erfolgt aufgrund natürlicher physikalischer Gesetze.
Wenn Sie die Natur dieser Prozesse verstehen, können Sie kompetent sein ein Heizsystemprojekt entwickeln für Standard- und Nicht-Standardfälle.
Maximale hydrostatische Druckdifferenz
Die wichtigste physikalische Eigenschaft jedes Kühlmittels (Wasser oder Frostschutzmittel), die seine Bewegung im Kreislauf während der natürlichen Zirkulation erleichtert, ist eine Abnahme der Dichte mit zunehmender Temperatur.
Die Dichte von heißem Wasser ist geringer als die von kaltem Wasser und daher besteht ein Unterschied im hydrostatischen Druck der warmen und kalten Flüssigkeitssäulen. Kaltes Wasser, das zum Wärmetauscher fließt, verdrängt heißes Wasser im Rohr.
Der Heizkreislauf eines Hauses kann in mehrere Fragmente unterteilt werden. Wasser wird entlang der „heißen“ Fragmente nach oben und entlang der „kalten“ Fragmente nach unten geleitet.Die Grenzen der Fragmente sind die oberen und unteren Punkte des Heizsystems.
Die Hauptaufgabe beim Modellieren natürliche ZirkulationssystemeWasser soll den größtmöglichen Unterschied zwischen dem Druck der Flüssigkeitssäule in den „heißen“ und „kalten“ Fragmenten erreichen.
Ein klassisches Element des Wasserkreislaufs für die natürliche Zirkulation ist der Beschleunigungsverteiler (Hauptsteigrohr) – ein vertikales Rohr, das vom Wärmetauscher nach oben gerichtet ist.
Der Beschleunigungsverteiler muss eine maximale Temperatur haben und ist daher über seine gesamte Länge isoliert. Wenn die Höhe des Kollektors jedoch nicht hoch ist (wie bei einstöckigen Häusern), kann auf eine Isolierung verzichtet werden, da das Wasser darin keine Zeit zum Abkühlen hat.
Typischerweise ist das System so ausgelegt, dass der oberste Punkt des Beschleunigungskollektors mit dem obersten Punkt der gesamten Schaltung zusammenfällt. Es gibt einen Ausgang zu Offener Ausgleichsbehälter oder ein Entlüftungsventil bei Verwendung eines Membrantanks.
Dann ist die Länge des „heißen“ Kreislauffragments so gering wie möglich, was zu einer Verringerung des Wärmeverlusts in diesem Bereich führt.
Es ist auch wünschenswert, dass der „heiße“ Teil des Kreislaufs nicht mit einem Langzeitabschnitt kombiniert wird, der gekühltes Kühlmittel transportiert. Idealerweise fällt der tiefste Punkt des Wasserkreislaufs mit dem tiefsten Punkt des im Heizgerät platzierten Wärmetauschers zusammen.
Auch für den „kalten“ Abschnitt des Wasserkreislaufs gelten eigene Regeln, die den Flüssigkeitsdruck erhöhen:
- desto größer ist der Wärmeverlust im „kalten“ Abschnitt des Wärmenetzes, je niedriger die Temperatur des Wassers und desto größer seine Dichte, daher ist der Betrieb von Systemen mit natürlicher Zirkulation nur mit erheblicher Wärmeübertragung möglich;
- desto größer ist der Abstand vom unteren Punkt des Stromkreises zum Heizkörperanschluss, desto größer ist die Fläche der Wassersäule mit minimaler Temperatur und maximaler Dichte.
Um die Einhaltung dieser letzten Regel sicherzustellen, wird der Ofen oder Heizkessel häufig am tiefsten Punkt des Hauses, beispielsweise im Keller, installiert. Diese Platzierung des Kessels gewährleistet den größtmöglichen Abstand zwischen der unteren Ebene der Heizkörper und der Eintrittsstelle des Wassers in den Wärmetauscher.
Allerdings sollte die Höhe zwischen dem unteren und oberen Punkt des Wasserkreislaufs bei natürlicher Zirkulation nicht zu hoch sein (in der Praxis nicht mehr als 10 Meter). Der Ofen oder Kessel heizt nur den Wärmetauscher und den unteren Teil des Beschleunigungsverteilers.
Wenn dieses Fragment im Verhältnis zur gesamten Höhe des Wasserkreislaufs unbedeutend ist, ist der Druckabfall im „heißen“ Fragment des Kreislaufs unbedeutend und der Zirkulationsprozess startet nicht.
Minimierung des Widerstands gegen die Wasserbewegung
Bei der Auslegung eines Systems mit natürlicher Zirkulation muss die Bewegungsgeschwindigkeit des Kühlmittels entlang des Kreislaufs berücksichtigt werden.
ErstensJe höher die Geschwindigkeit, desto schneller erfolgt die Wärmeübertragung durch das System „Kessel – Wärmetauscher – Wasserkreislauf – Heizkörper – Raum“.
ZweitensJe schneller die Flüssigkeit durch den Wärmetauscher fließt, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie kocht, was besonders wichtig für die Ofenheizung ist.
In Systemen Zwangsumlaufheizung Die Geschwindigkeit der Wasserbewegung hängt hauptsächlich von den Parametern ab Umwälzpumpe.
Bei der Warmwasserbereitung mit Naturumlauf hängt die Geschwindigkeit von folgenden Faktoren ab:
- Druckunterschied zwischen Fragmenten der Kontur an ihrem unteren Punkt;
- hydrodynamischer Widerstand Heizsystem.
Methoden zur Gewährleistung einer maximalen Druckdifferenz wurden oben diskutiert. Der hydrodynamische Widerstand eines realen Systems kann aufgrund des komplexen mathematischen Modells und der großen Anzahl von Eingabedaten, deren Genauigkeit nur schwer garantiert werden kann, nicht genau berechnet werden.
Es gibt jedoch allgemeine Regeln, deren Einhaltung den Widerstand des Heizkreises verringert.
Die Hauptgründe für die Verringerung der Geschwindigkeit der Wasserbewegung sind der Widerstand der Rohrwände und das Vorhandensein von Verengungen aufgrund vorhandener Armaturen oder Absperrventile. Bei geringen Durchflussraten gibt es praktisch keinen Wandwiderstand.
Die Ausnahme bilden lange und dünne Rohre, die typisch für das Heizen sind Fußbodenheizung. Dafür sind in der Regel eigene Kreisläufe mit Zwangsumlauf vorgesehen.
Bei der Auswahl der Rohrtypen für einen natürlichen Zirkulationskreislauf müssen Sie bei der Installation des Systems das Vorhandensein technischer Einschränkungen berücksichtigen. Deshalb Metall-Kunststoff-Rohre Der Einsatz mit natürlicher Wasserzirkulation ist unerwünscht, da sie mit Armaturen mit deutlich kleinerem Innendurchmesser verbunden sind.
Regeln für die Auswahl und Installation von Rohren
Wahl zwischen Stahl oder Polypropylenrohre Denn jede Zirkulation erfolgt nach dem Kriterium der Möglichkeit ihrer Nutzung für Warmwasser sowie nach dem Gesichtspunkt des Preises, der Montagefreundlichkeit und der Lebensdauer.
Das Versorgungssteigrohr wird aus einem Metallrohr montiert, da Wasser mit der höchsten Temperatur durch es strömt und im Falle einer Ofenheizung oder einer Fehlfunktion des Wärmetauschers Dampf durchströmen kann.
Bei der Naturumwälzung ist es notwendig, einen etwas größeren Rohrdurchmesser zu verwenden als beim Einsatz einer Umwälzpumpe. Typischerweise zur Beheizung von Räumen bis zu 200 Quadratmetern. m, der Durchmesser des Beschleunigungsverteilers und des Rohrs am Rücklaufeinlass zum Wärmetauscher beträgt 2 Zoll.
Ursache hierfür ist eine im Vergleich zur Zwangsumlaufvariante geringere Wassergeschwindigkeit, die zu folgenden Problemen führt:
- Reduzierung der übertragenen Wärmemenge pro Zeiteinheit von der Quelle bis zum beheizten Raum;
- das Auftreten von Verstopfungen oder Lufteinschlüssen, dem ein wenig Druck nicht standhalten kann.
Beim Einsatz einer Naturumwälzung mit Bodenversorgungskreislauf ist besonderes Augenmerk auf die Problematik der Luftabführung aus dem System zu legen. Es kann nicht vollständig aus dem Kühlmittel durch den Ausgleichsbehälter entfernt werden, weil Kochendes Wasser gelangt zunächst über eine tiefer liegende Leitung in die Geräte.
Bei der Zwangsumwälzung treibt der Wasserdruck Luft zu einem Luftkollektor, der am höchsten Punkt des Systems installiert ist – ein Gerät mit automatischer, manueller oder halbautomatischer Steuerung. Mit Hilfe Mayevsky-Kraniche Grundsätzlich wird die Wärmeübertragung angepasst.
In Gravitationswärmenetzen mit einer Versorgung unterhalb der Geräte werden Mayevsky-Hähne direkt zum Entlüften der Luft verwendet.
Die Luftabfuhr kann auch über Entlüftungsöffnungen an jeder Steigleitung oder über eine parallel zum Systemnetz verlegte Freileitung erfolgen. Aufgrund der beeindruckenden Anzahl an Abluftgeräten werden Schwerkraftkreisläufe mit Bodenverkabelung äußerst selten eingesetzt.
Bei niedrigem Druck kann eine kleine Luftschleuse die Heizungsanlage komplett lahmlegen. So ist es laut SNiP 41-01-2003 nicht erlaubt, Heizungsrohrleitungen ohne Gefälle bei einer Wassergeschwindigkeit von weniger als 0,25 m/s zu verlegen.
Mit der natürlichen Zirkulation sind solche Geschwindigkeiten unerreichbar. Daher ist es neben der Vergrößerung des Rohrdurchmessers erforderlich, konstante Gefälle einzuhalten, um die Luft aus dem Heizsystem zu entfernen. Die Neigung ist auf 2-3 mm pro 1 Meter ausgelegt, in Wohnungsnetzen beträgt die Neigung 5 mm pro laufendem Meter der Horizontalen.
Das Zulaufgefälle erfolgt in Richtung der Wasserbewegung, sodass die Luft zum Ausgleichsbehälter oder Entlüftungssystem am oberen Punkt des Kreislaufs gelangt. Es ist zwar möglich, ein Gegengefälle herzustellen, in diesem Fall ist jedoch eine zusätzliche Installation erforderlich Entlüftungsventil.
Das Gefälle der Rücklaufleitung erfolgt üblicherweise in Bewegungsrichtung des Kaltwassers. Dann fällt der tiefste Punkt des Kreislaufs mit dem Eingang der Rücklaufleitung zum Wärmeerzeuger zusammen.
Bei Fußbodenheizung einbauen In einem kleinen Bereich in einem Kreislauf mit natürlicher Zirkulation muss verhindert werden, dass Luft in die schmalen und horizontal angeordneten Rohre dieses Heizsystems eindringt.Vor der Fußbodenheizung muss eine Entlüftungsvorrichtung installiert werden.
Einrohr- und Zweirohr-Heizsysteme
Bei der Entwicklung eines Heizsystems für ein Haus mit natürlicher Wasserzirkulation ist es möglich, einen oder mehrere separate Kreisläufe zu planen. Sie können erheblich voneinander abweichen. Unabhängig von Länge, Anzahl der Heizkörper und anderen Parametern werden sie nach einem Einrohr- oder Zweirohrschema hergestellt.
Schaltung mit einer Leitung
Ein Heizsystem, bei dem dasselbe Rohr zur sequentiellen Wasserversorgung der Heizkörper verwendet wird, wird als Einrohrheizung bezeichnet. Die einfachste Einrohrvariante ist die Heizung mit Metallrohren ohne Einsatz von Heizkörpern.
Dies ist die günstigste und unproblematischste Art, ein Haus zu heizen, wenn man sich für die natürliche Kühlmittelzirkulation entscheidet. Der einzige wesentliche Nachteil ist das Erscheinungsbild sperriger Rohre.
Am sparsamsten Einrohrversion Bei Heizkörpern fließt das Warmwasser nacheinander durch jedes Gerät. Hier ist eine Mindestanzahl an Leitungen und Absperrventilen erforderlich.
Wenn du gehst Kühlmittel abkühlt, sodass nachfolgende Heizkörper kälteres Wasser erhalten, was bei der Berechnung der Anzahl der Abschnitte berücksichtigt werden muss.
Als effektivste Möglichkeit, Heizgeräte an ein Einrohrnetz anzuschließen, gilt die diagonale Variante.
Nach diesem Schema von Heizkreisen mit Naturumlauf gelangt heißes Wasser von oben in den Heizkörper und wird nach dem Abkühlen durch das darunter liegende Rohr abgeführt.Erhitztes Wasser gibt bei diesem Durchgang die maximale Wärmemenge ab.
Wenn sowohl die Einlass- als auch die Auslassleitung unten mit der Batterie verbunden sind, wird die Wärmeübertragung deutlich reduziert, da das erwärmte Kühlmittel einen möglichst langen Weg zurücklegen muss. Aufgrund der starken Kühlung werden in solchen Schaltkreisen keine Batterien mit einer großen Anzahl von Abschnitten verwendet.
Heizkreise mit ähnlicher Verbindung von Heizkörpern werden als „Heizkreise“ bezeichnet.Leningradka". Trotz der festgestellten Wärmeverluste werden sie aufgrund des ästhetischeren Erscheinungsbilds der Rohrleitung bei der Anordnung von Wohnraumheizungen bevorzugt.
Ein wesentlicher Nachteil von Einrohrnetzen besteht darin, dass es nicht möglich ist, einen der Heizabschnitte abzuschalten, ohne die Wasserzirkulation im gesamten Kreislauf zu stoppen.
Daher verwenden sie normalerweise eine Modernisierung des klassischen Schemas mit der Installation „Bypass» zur Umgehung des Heizkörpers mit einem Abzweig mit zwei Kugelhähnen oder einem Dreiwegeventil. Dadurch können Sie die Wasserzufuhr zum Heizkörper regulieren und ihn sogar ganz abschalten.
Für zwei- oder mehrstöckige Gebäude werden Varianten eines Einrohrschemas mit vertikalen Steigleitungen verwendet. In diesem Fall ist die Warmwasserverteilung gleichmäßiger als bei horizontalen Steigleitungen. Darüber hinaus sind vertikale Steigleitungen kürzer und passen besser in das Innere des Hauses.
Option mit Rücklaufrohr
Wenn ein Rohr zur Warmwasserversorgung der Heizkörper und das zweite zum Ableiten von gekühltem Wasser in einen Kessel oder Ofen verwendet wird, wird dieses Heizsystem als Zweirohr-Heizsystem bezeichnet. Bei Vorhandensein von Heizkörpern wird ein solches System häufiger verwendet als ein Einrohrsystem.
Es ist teurer, da ein zusätzliches Rohr installiert werden muss, bietet aber eine Reihe wesentlicher Vorteile:
- gleichmäßigere Temperaturverteilung den Kühlern zugeführtes Kühlmittel;
- einfacher zu berechnen Abhängigkeit der Heizkörperparameter von der Fläche des beheizten Raumes und den erforderlichen Temperaturwerten;
- effizientere Wärmekontrolle zu jedem Heizkörper.
Abhängig von der Bewegungsrichtung von gekühltem Wasser relativ zu heißem Wasser, Zweirohrsysteme unterteilt in Durchgang und Sackgasse. In verbundenen Kreisläufen erfolgt die Bewegung des gekühlten Wassers in die gleiche Richtung wie die des Warmwassers, sodass die Zykluslänge für den gesamten Kreislauf gleich ist.
In Dead-End-Kreisläufen bewegt sich gekühltes Wasser in Richtung Warmwasser, sodass die Länge der Kühlmittelzirkulationszyklen bei verschiedenen Heizkörpern unterschiedlich ist. Da die Geschwindigkeit im System niedrig ist, kann die Aufheizzeit stark variieren. Heizkörper, deren Wasserkreislauflänge kürzer ist, erwärmen sich schneller.
Es gibt zwei Arten der Anordnung der Auskleidung relativ zu den Heizkörpern: oben und unten.Beim oberen Anschluss befindet sich die Warmwasserversorgungsleitung oberhalb der Heizkörper, beim unteren Anschluss unterhalb.
Mit einem Anschluss von unten ist es möglich, die Luft über Heizkörper abzuführen und es ist nicht erforderlich, Rohre von oben zu verlegen, was aus raumgestalterischer Sicht von Vorteil ist.
Ohne Beschleunigungsverteiler ist der Druckabfall jedoch viel geringer als bei Verwendung der oberen Leitung. Daher wird die untere Folie bei der Beheizung von Räumen nach dem Prinzip der Naturzirkulation praktisch nicht verwendet.
Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema
Organisation eines Einrohrkreislaufs auf Basis eines Elektrokessels für ein kleines Haus:
Betrieb eines Zweirohrsystems für ein einstöckiges Holzhaus auf Basis eines langbrennenden Festbrennstoffkessels:
Die Nutzung der Naturzirkulation bei der Wasserbewegung im Heizkreislauf erfordert genaue Berechnungen und technisch kompetente Installationsarbeiten. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, heizt das Heizsystem die Räumlichkeiten eines Privathauses effizient und entlastet die Eigentümer vom Pumpenlärm und der Abhängigkeit von Strom.
Wenn Sie Fragen zum Thema haben oder Ihre persönlichen Erfahrungen bei der Organisation und dem Betrieb einer Schwerkraftheizung teilen möchten, hinterlassen Sie bitte Kommentare zu diesem Artikel. Der Feedbackblock befindet sich unten.
Heizsysteme mit Naturumlauf werden in der Regel in Privathäusern eingesetzt, daher wird die Wahl des Typs, Einrohr oder mit Rücklauf (Zweirohr), durch das Projektbudget bestimmt. Darüber hinaus ist es bei einer kleinen Fläche und einer rationellen Anordnung der Räume möglich, die Anordnung der Batterien so zu berechnen, dass der Effekt der Kühlung des Kühlmittels in jeder Zelle unbedeutend ist.Aufgrund der Komplexität der Konstruktion ist ein Einrohrsystem vorzuziehen, außerdem ist es kostengünstiger.
Ich entscheide mich für ein Heizprojekt für mein Privathaus. Ich kann mich nicht entscheiden, welcher Typ besser ist: Einrohr oder Doppelrohr? Einerseits ist die erste Methode kostengünstiger. Man kann viel Material einsparen, hat aber auch Nachteile. Beispielsweise ist es nicht möglich, die Heiztemperatur zu regulieren, da das Kühlmittel in Räumen, die weit vom Kessel entfernt sind, kälter ist. Wenn es beispielsweise bei einem Zweirohrsystem im Schlafzimmer heiß wurde, schalteten sie das Ventil ein, um die Temperatur zu senken. Und in einem Haus mit Einrohrheizung kühlen sich danach auch die anderen Räume ab.
Guten Tag. Wenn Sie Bypässe mit Thermostaten installieren, kühlt nichts ab. IN Dieser Artikel beschreibt ausführlich Bypässe im Heizsystem. Allerdings ist eine Zweirohrheizung immer noch vorzuziehen, obwohl sie finanziell aufwendig ist.
Guten Tag. Bitte sagen Sie mir. Holzofen, Batterie mit kleinem Wärmetauscher (1,3 l), daneben steht ein 200 l Fass zur Bewässerung des Gewächshauses. In welcher Höhe sollte es angebracht werden, damit das Wasser zirkulieren kann?
Ich bedanke mich bei den Autoren für die verständliche Darstellung technischer Informationen. Zugänglich für Personen ohne spezielle technische Ausbildung. Ohne viele Formeln und Begriffe.
Vielen Dank für Ihren kompetenten Vortrag.
Vielen Dank für die Informationen. Ich lese es zu meiner eigenen Sicherheit. Wenn es Fehler gibt, werde ich es korrigieren. Aber im Prinzip habe ich mir im Kopf einen Plan ausgedacht, ich hoffe, dass er so funktioniert, wie er soll.
Guten Tag.Bei einem Zweirohrsystem mit paralleler Bewegung des Kühlmittels möchte ich noch im Erdgeschoss eine untere Verbindung zu den Heizkörpern herstellen, indem ich eine Zuleitung im Keller des Hauses verlege. Können Sie mir die Einzelheiten der Verbindung mitteilen? Wie hoch ist die maximal zulässige Höhe des Heizkörperanschlusses vom Keller aus? An welcher Stelle (im Keller oder darüber) werden die Leitungen am besten an die Steigleitung angeschlossen? Der Heizkessel befindet sich im Keller am tiefsten Punkt. Und ist es zulässig, an einem heißen Steigrohr nicht vertikale Abschnitte zu haben? Danke.
Lassen Sie mich versuchen, bei der Lösung Ihrer Frage zu helfen, soweit ich mir visuell alles vorstellen kann, was Sie beschrieben haben. Als klares Beispiel füge ich sofort ein allgemeines Diagramm bei, das Ihnen hilft, die zukünftige Verkabelung zu steuern. In diesem Fall mit der Installation eines Ausdehnungsgefäßes auf dem Dachboden.
Ich würde empfehlen, dies über den oberen Anschluss an die Heizkörper zu tun, das ist praktischer, das Diagramm zeigt alles ganz klar. Ich glaube nicht, dass Ihr Keller sehr hoch ist, so dass wir über etwaige Einschränkungen bei der Höhe des Liners sprechen können.
Aus mehreren Gründen wäre es am besten, die Hauptleitung an die Steigleitung im Keller anzuschließen. Erstens wird ein solches Gerät im Haus auffällig sein, und selbst wenn etwas passiert, wird es schwierig, Reparaturen durchzuführen. Im Keller befindet sich ein Technikraum, in dem eventuelle Reparaturarbeiten durchgeführt werden können.
Es ist notwendig, eine Leitung vom Ausgleichsbehälter in den Rücklauf zu verlegen, damit dieser sich erwärmt, sonst bleibt es immer kalt.