Heizsystem mit natürlichem Kreislauf: gängige Wasserkreislaufkonstruktionen

Der Aufbau eines autonomen Schwerkraftheizungsnetzes wird gewählt, wenn es unpraktisch und manchmal unmöglich ist, eine Umwälzpumpe zu installieren oder an eine zentrale Stromversorgung anzuschließen.

Ein solches System ist billiger zu installieren und völlig unabhängig von Elektrizität. Die Leistung hängt jedoch weitgehend von der Genauigkeit des Designs ab.

Damit das Heizsystem mit natürlicher Zirkulation reibungslos funktioniert, müssen seine Parameter berechnet, die Komponenten korrekt installiert und der Wasserkreislauf angemessen gewählt werden. Wir werden bei der Lösung dieser Probleme helfen.

Wir haben die Hauptprinzipien des Gravitationssystems beschrieben, Ratschläge zur Auswahl einer Pipeline gegeben, die Regeln für die Montage der Schaltung und die Platzierung der Arbeitsknoten skizziert. Besonderes Augenmerk haben wir auf die Auslegung und Funktionsweise von Ein- und Zweirohr-Heizkreisen gelegt.

Prinzipien des natürlichen Kreislaufprozesses

Der Prozess der Wasserbewegung im Heizkreislauf ohne Verwendung einer Umwälzpumpe erfolgt aufgrund natürlicher physikalischer Gesetze.

Wenn Sie die Art dieser Prozesse verstehen, können Sie kompetent vorgehen ein Heizsystem zu entwerfen für typische und nicht standardisierte Fälle.

Der maximale Unterschied im hydrostatischen Druck

Die hauptsächliche physikalische Eigenschaft eines Kühlmittels (Wasser oder Frostschutzmittel), die zu seiner Bewegung entlang des Kreislaufs während der natürlichen Zirkulation beiträgt, ist eine Abnahme der Dichte mit zunehmender Temperatur.

Die Dichte von heißem Wasser ist geringer als von kalt und daher gibt es einen Unterschied im hydrostatischen Druck der warmen und kalten Flüssigkeitssäule. Kaltes Wasser, das zum Wärmetauscher fließt, verdrängt heißes Wasser in der Leitung.

Die treibende Kraft des Wassers im Kreislauf während der natürlichen Zirkulation ist die Differenz des hydrostatischen Drucks zwischen der kalten und der heißen Flüssigkeitssäule

Der Heizkreis des Hauses kann in mehrere Fragmente unterteilt werden. Wasser wird entlang „heißer“ Fragmente nach oben und entlang „kalter“ Fragmente nach unten geleitet. Die Grenzen der Fragmente sind die oberen und unteren Punkte des Heizsystems.

Die größte Herausforderung bei der Modellierung natürliche KreislaufsystemeWasser soll die maximal mögliche Differenz zwischen dem Druck der Flüssigkeitssäule in den "heißen" und "kalten" Fragmenten erreichen.

Das Element des Wasserkreislaufs, das für die natürliche Zirkulation klassisch ist, ist der Beschleunigungskollektor (Hauptsteigrohr) - ein vertikales Rohr, das vom Wärmetauscher nach oben gerichtet ist.

Der Beschleunigungskollektor muss eine maximale Temperatur haben, damit er über seine gesamte Länge isoliert ist. Wenn die Höhe des Kollektors nicht groß ist (wie bei einstöckigen Häusern), können Sie keine Isolierung durchführen, da das darin enthaltene Wasser keine Zeit zum Abkühlen hat.

Typischerweise ist das System so ausgelegt, dass der obere Punkt des Beschleunigungskollektors mit dem oberen Punkt der gesamten Schaltung zusammenfällt. Sie setzen den Ausgang auf Tankexpander öffnen oder ein Entlüftungsventil, wenn ein Membrantank verwendet wird.

Dann ist die Länge des "heißen" Fragmentes der Schaltung so gering wie möglich, was zu einer Verringerung des Wärmeverlusts in diesem Bereich führt.

Es ist auch wünschenswert, dass das "heiße" Fragment des Kreislaufs nicht mit einem langen Abschnitt kombiniert wird, der das gekühlte Kühlmittel transportiert. Idealerweise fällt der untere Punkt des Wasserkreislaufs mit dem unteren Punkt des Wärmetauschers in der Heizvorrichtung zusammen.

Je niedriger sich der Kessel im Heizsystem befindet, desto niedriger ist der hydrostatische Druck der Flüssigkeitssäule im heißen Teil des Kreislaufs

Für das „kalte“ Segment des Wasserkreislaufs gibt es auch eigene Regeln, die den Druck der Flüssigkeit erhöhen:

• Je mehr Wärmeverlust im „kalten“ Bereich des HeizungsnetzesJe niedriger die Wassertemperatur und je höher die Dichte, desto besser ist die Funktion von Systemen mit natürlicher Zirkulation nur bei erheblicher Wärmeübertragung möglich.
• Je größer der Abstand vom unteren Ende des Stromkreises zum KühleranschlussJe größer der Abschnitt der Wassersäule mit einer minimalen Temperatur und einer maximalen Dichte ist.

Um die letztgenannte Regel einzuhalten, wird häufig ein Herd oder Kessel am tiefsten Punkt des Hauses installiert, beispielsweise im Keller. Diese Anordnung des Kessels bietet den maximal möglichen Abstand zwischen dem unteren Niveau der Heizkörper und dem Eintrittspunkt von Wasser in den Wärmetauscher.

Die Höhe zwischen dem unteren und dem oberen Punkt des Wasserkreislaufs während der natürlichen Zirkulation sollte jedoch nicht zu groß sein (in der Praxis nicht mehr als 10 Meter). Bei einem Ofen oder Kessel werden nur der Wärmetauscher und der untere Teil des Beschleunigungskollektors beheizt.

Wenn dieses Fragment in Bezug auf die gesamte Höhe des Wasserkreislaufs unbedeutend ist, ist der Druckabfall im „heißen“ Fragment des Kreislaufs unbedeutend und der Zirkulationsprozess startet nicht.

Die Verwendung natürlicher Zirkulationssysteme für zweistöckige Gebäude ist gerechtfertigt, und für größere Stockwerke wird eine Zirkulationspumpe benötigt

Minimierung des Widerstands gegen Wasserbewegung

Bei der Auslegung eines Systems mit natürlicher Zirkulation muss die Geschwindigkeit des Kühlmittels entlang des Kreislaufs berücksichtigt werden.

ErstensJe schneller die Geschwindigkeit, desto schneller die Wärmeübertragung durch das System „Kessel - Wärmetauscher - Wasserkreislauf - Heizkörper - Raum“.

ZweitensJe schneller die Flüssigkeit durch den Wärmetauscher läuft, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie kocht. Dies ist besonders wichtig beim Heizen von Öfen.

Das Kochen von Wasser im System kann sehr teuer sein - die Kosten für die Demontage, Reparatur und Neuinstallation des Wärmetauschers erfordern viel Zeit und Geld

In Systemen Zwangsumlaufheizung Die Wassergeschwindigkeit hängt hauptsächlich von den Parametern ab Umwälzpumpe.

Bei der Warmwasserbereitung mit natürlicher Zirkulation hängt die Geschwindigkeit von folgenden Faktoren ab:

• Druckunterschiede zwischen Fragmenten der Kontur an ihrem unteren Punkt;
• hydrodynamischer Widerstand Heizsystem.

Möglichkeiten, um maximale Druckunterschiede sicherzustellen, wurden oben diskutiert. Der hydrodynamische Widerstand eines realen Systems kann aufgrund eines komplexen mathematischen Modells und einer großen Anzahl von Eingabedaten, deren Genauigkeit schwer zu garantieren ist, 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 einer Verengung aufgrund des Vorhandenseins von Armaturen oder Ventilen. Bei einer geringen Durchflussrate fehlt der Wandwiderstand praktisch.

Die Ausnahme bilden lange und dünne Rohre, die für das Heizen mit charakteristisch sind warmer Boden. Dafür werden in der Regel getrennte Kreisläufe mit Zwangsumlauf unterschieden.

Bei der Auswahl der Rohrtypen für einen Kreislauf mit natürlicher Zirkulation ist das Vorhandensein technischer Einschränkungen bei der Installation des Systems zu berücksichtigen. Deshalb Kunststoffrohre Eine Verwendung während der natürlichen Wasserzirkulation ist aufgrund der Verbindung ihrer Armaturen mit einem wesentlich kleineren Innendurchmesser unerwünscht.

Armaturen aus Metall-Kunststoff-Rohren verengen den Innendurchmesser etwas und sind ein ernstes Hindernis für den Wasserfluss bei niedrigem Druck (+)

Regeln für die Auswahl und Installation von Rohren

Die Wahl zwischen Stahl oder Polypropylenrohre Bei jeder Zirkulation erfolgt dies nach dem Kriterium der Möglichkeit ihrer Verwendung für heißes Wasser sowie unter dem Gesichtspunkt des Preises, der einfachen Installation und der Lebensdauer.

Das Steigrohr wird aus einem Metallrohr montiert, da Wasser mit der höchsten Temperatur durch das Rohr fließt. Bei einer Ofenheizung oder einer Fehlfunktion des Wärmetauschers besteht die Möglichkeit, Dampf durchzulassen.

Bei natürlicher Zirkulation muss ein etwas größerer Rohrdurchmesser als bei einer Zirkulationspumpe verwendet werden. In der Regel zum Heizen von Räumen bis zu 200 Quadratmetern. m beträgt der Durchmesser des Beschleunigungskollektors und des Rohrs am Einlass des Rücklaufs zum Wärmetauscher 2 Zoll.

Dies wird durch eine niedrigere Wassergeschwindigkeit im Vergleich zur Zwangsumwälzungsoption verursacht, was zu folgenden Problemen führt:

• reduzierte Wärmeübertragung pro Zeiteinheit von der Quelle zum beheizten Raum;
• Verstopfung oder Luftstau, die mit einem kleinen Druck nicht umgehen können.

Besondere Aufmerksamkeit muss bei Verwendung einer natürlichen Zirkulation mit einem niedrigeren Versorgungskreis dem Problem der Luftentfernung aus dem System gewidmet werden. Es kann nicht vollständig durch einen Ausgleichsbehälter aus dem Kühlmittel entfernt werden kochendes Wasser tritt zuerst auf einer Autobahn in die Geräte ein, die niedriger liegt als sie selbst.

Bei erzwungener Zirkulation treibt der Wasserdruck die Luft zum Luftkollektor, der am höchsten Punkt des Systems installiert ist - einem Gerät mit automatischer, manueller oder halbautomatischer Steuerung. Mit der Hilfe Mayevsky Kräne Grundsätzlich wird die Wärmeübertragung angepasst.

In Schwerkraftheizungsnetzen mit einer Einspeisung unterhalb der Geräte werden Mayevsky-Wasserhähne direkt zum Entlüften von Luft verwendet.

Alle modernen Heizkörper haben Luftablassvorrichtungen. Um die Bildung von Stopfen im Kreislauf zu verhindern, können Sie eine Neigung erzeugen und die Luft zum Heizkörper treiben

Die Luft kann auch über Lüftungsschlitze entlüftet werden, die an jedem Steigrohr oder an einer Freileitung installiert sind, die parallel zu den Systemautobahnen verläuft. Aufgrund der beeindruckenden Anzahl von Luftauslassvorrichtungen sind Schwerkraftkreise mit geringerer Verkabelung äußerst selten.

Bei niedrigem Druck kann ein kleiner Luftstopfen das Heizsystem vollständig stoppen. Nach SNiP 41-01-2003 ist es daher nicht zulässig, Heizungsrohrleitungen ohne Gefälle mit einer Wassergeschwindigkeit von weniger als 0,25 m / s zu verlegen.

Bei natürlicher Zirkulation sind solche Geschwindigkeiten nicht erreichbar. Daher müssen zusätzlich zur Vergrößerung des Rohrdurchmessers konstante Steigungen beobachtet werden, um Luft aus dem Heizsystem zu entfernen. Die Neigung ist mit einer Geschwindigkeit von 2 bis 3 mm pro 1 Meter ausgelegt, in Wohnungsnetzen erreicht die Neigung 5 mm pro linearem Meter der horizontalen Linie.

Die Zufuhrneigung erfolgt in Bewegungsrichtung des Wassers, so dass die Luft zum Expander-Tank oder zum Luftentlüftungssystem am oberen Punkt des Kreislaufs gelangt. Sie können zwar eine Gegenvorspannung vornehmen, aber in diesem Fall müssen Sie zusätzlich einstellen Entlüftungsventil.

Die Neigung der Rücklaufleitung erfolgt in der Regel in Richtung der Bewegung des gekühlten Wassers. Dann fällt der untere Punkt des Kreislaufs mit dem Einlass der Rücklaufleitung zum Wärmeerzeuger zusammen.

Die gebräuchlichste Kombination der Neigung der Vor- und Rücklaufrohre zum Entfernen von Luftschleusen aus dem natürlichen Kreislaufwasserkreislauf

Bei Installation eines warmen Bodens In einem kleinen Bereich des Kreislaufs mit natürlicher Zirkulation muss verhindert werden, dass Luft in die engen und horizontalen Rohre dieses Heizsystems gelangt. Die Luftentfernungsvorrichtung muss vor dem warmen Boden platziert werden.

Einrohr- und Zweirohrheizungen

Bei der Entwicklung eines Heizschemas für ein Haus mit natürlicher Wasserzirkulation können sowohl ein als auch mehrere separate Kreisläufe entworfen werden. Sie können sich erheblich voneinander unterscheiden. Unabhängig von der Länge, Anzahl der Heizkörper und anderen Parametern werden sie nach einem Einrohr- oder Zweirohrschema durchgeführt.

Einleitungsschaltung

Ein Heizsystem, das dasselbe Rohr für eine sequentielle Wasserversorgung der Heizkörper verwendet, wird als Einzelrohr bezeichnet. Die einfachste Einrohroption ist das Heizen mit Metallrohren ohne Verwendung von Heizkörpern.

Dies ist der billigste und am wenigsten problematische Weg, um die Heizung zu Hause zu lösen, wenn Sie sich für die natürliche Zirkulation des Kühlmittels entscheiden. Das einzige signifikante Minus ist das Auftreten sperriger Rohre.

Am wirtschaftlichsten Einzelrohrversion Bei Heizkörpern fließt nacheinander heißes Wasser durch jedes Gerät. Hier benötigen Sie eine Mindestanzahl von Rohren und Ventilen.

Wie Sie fortschreiten Kühlmittel kühlt ab, so dass nachfolgende Heizkörper kälteres Wasser erhalten, das bei der Berechnung der Anzahl der Abschnitte berücksichtigt werden muss.

Ein einfaches Einrohrschema (oben) erfordert einen minimalen Installationsaufwand und investierte Mittel. Mit der komplexeren und kostspieligeren Option unten können Sie die Heizkörper ausschalten, ohne das gesamte System anzuhalten.

Der effektivste Weg, Heizgeräte an ein Einrohrnetz anzuschließen, ist die diagonale Option.

Gemäß diesem Schema von Heizkreisläufen mit einer natürlichen Zirkulationsart tritt heißes Wasser von oben in den Kühler ein, nachdem es abgekühlt ist, wird es durch das darunter befindliche Rohr abgelassen. Bei diesem Durchgang gibt erwärmtes Wasser die maximale Wärmemenge ab.

Bei einer geringeren Verbindung zur Batterie, sowohl zum Eingangsrohr als auch zum Ausgangsrohr, wird die Wärmeübertragung erheblich reduziert, da das erwärmte Kühlmittel so lange wie möglich laufen muss. Aufgrund der erheblichen Kühlung werden Batterien mit einer großen Anzahl von Abschnitten in solchen Schemata nicht verwendet.

„Leningradka“ zeichnet sich durch einen beeindruckenden Wärmeverlust aus, der bei der Berechnung des Systems berücksichtigt werden muss. Das Plus ist, dass bei Verwendung von Absperrventilen an den Einlass- und Auslassdüsen die Geräte optional zur Reparatur ausgeschaltet werden können, ohne den Heizzyklus anzuhalten (+)

Heizkreise mit einem ähnlichen Heizkörperanschluss heißen „Leningradka“. Trotz der festgestellten Wärmeverluste werden sie bei der Anordnung von Wohnungsheizungssystemen bevorzugt, was auf das ästhetischere Erscheinungsbild der Rohrleitung zurückzuführen ist.

Ein wesentlicher Nachteil von Einrohrnetzen ist die Unfähigkeit, einen der Heizabschnitte auszuschalten, ohne die Wasserzirkulation im gesamten Kreislauf zu stoppen.

Wenden Sie daher in der Regel die Modernisierung des klassischen Schemas mit der Installation von „BypassUm den Kühler mit einem Abzweig mit zwei Kugelhähnen oder einem Dreiwegeventil zu umgehen. Auf diese Weise können Sie die Wasserversorgung des Kühlers bis zur vollständigen Abschaltung einstellen.

Für zwei- oder mehrstöckige Gebäude werden Versionen des Einrohrschemas mit vertikalen Steigleitungen verwendet. In diesem Fall ist die Verteilung des heißen Wassers gleichmäßiger als bei horizontalen Steigleitungen. Darüber hinaus sind die vertikalen Tragegurte weniger ausgefahren und passen besser in das Innere des Hauses.

Ein Einrohrschema mit vertikaler Verkabelung wird erfolgreich zum Heizen von zweistöckigen Räumen mit natürlicher Zirkulation eingesetzt. Die Option mit der Möglichkeit, die oberen Heizkörper auszuschalten, wird vorgestellt.

Rückrohroption

Wenn ein Rohr verwendet wird, um Heizkörper mit heißem Wasser zu versorgen, und das zweite, um gekühlt in einen Kessel oder Ofen abzulassen, wird dieses Heizschema als Zweirohr bezeichnet. Ein ähnliches System bei Vorhandensein von Heizkörpern wird häufiger verwendet als ein Einrohrsystem.

Es ist teurer, da es die Installation eines zusätzlichen Rohrs erfordert, hat aber eine Reihe bedeutender Vorteile:

• gleichmäßigere Temperaturverteilung Wärmeträger für Heizkörper;
• einfacher die Berechnung durchzuführen die Abhängigkeit der Parameter von Heizkörpern von der Fläche des beheizten Raums und den erforderlichen Temperaturwerten;
• effizientere Wärmekontrolle zu jedem Kühler.

Je nach Bewegungsrichtung des gekühlten Wassers relativ heiß, Doppelrohrsysteme unterteilt in Passing und Deadlocks. In zugehörigen Kreisläufen erfolgt die Bewegung von gekühltem Wasser in die gleiche Richtung wie heiß, daher stimmt die Zykluslänge für den gesamten Kreislauf überein.

In Sackgassenschemata bewegt sich gekühltes Wasser in Richtung heiß, daher sind für verschiedene Kühler die Längen der Kühlmittelumdrehungszyklen unterschiedlich. Da die Geschwindigkeit im System gering ist, kann sich die Aufheizzeit erheblich unterscheiden. Diejenigen Heizkörper, bei denen die Zykluslänge des Wasserkreislaufs kürzer ist, werden schneller erwärmt.

Bei der Auswahl einer Sackgasse und der damit verbundenen Heizschemata gehen sie in erster Linie von der Bequemlichkeit der Durchführung einer Rücklaufleitung aus

Es gibt zwei Arten der Position des Eyeliner relativ zu den Heizkörpern: den oberen und den unteren. Beim oberen Anschluss befindet sich die Warmwasserzuleitung über den Heizkörpern und beim unteren Anschluss ist sie niedriger.

Mit dem unteren Anschluss kann Luft durch Heizkörper abgeführt werden, und es ist nicht erforderlich, die Rohre oben zu halten, was aus Sicht der Raumgestaltung gut ist.

Ohne Beschleunigungskollektor ist der Druckabfall jedoch viel geringer als bei Verwendung der oberen Versorgung. Daher wird der untere Eyeliner beim Heizen der Räumlichkeiten nach dem Prinzip der natürlichen Zirkulation praktisch nicht verwendet.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Organisation eines Einrohrschemas auf Basis eines Elektrokessels für ein kleines Haus:

Die Arbeit eines Zweirohrsystems für ein einstöckiges Holzhaus auf Basis eines langbrennenden Festbrennstoffkessels:

Die Verwendung der natürlichen Zirkulation während der Bewegung von Wasser im Heizkreislauf erfordert genaue Berechnungen und technisch kompetente Installationsarbeiten. Unter diesen Bedingungen heizt das Heizsystem die Räume eines Privathauses und entlastet die Eigentümer vom Lärm der Pumpe und der Abhängigkeit von Elektrizität.

Wenn Sie Fragen zu diesem Thema haben oder persönliche Erfahrungen mit der Organisation und dem Betrieb eines Schwerkraftheizungssystems teilen möchten, hinterlassen Sie bitte Kommentare zu diesem Artikel. Das Feedback-Feld befindet sich unten.