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 gerechtfertigt gewählt werden. Wir werden bei der Lösung dieser Probleme helfen.
Wir haben die Grundprinzipien 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 wir die Natur dieser Prozesse verstehen, können wir kompetent ein Design eines Heizsystems für typische und nicht standardmäßige Fälle entwickeln.
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Natürliche Heizoption
Ausgleichsbehälter öffnen
Einrohr-Schaltplan
Zweirohrsorten
Einschränkungen der Schwerkraftheizung
Die Einfachheit eines natürlichen Heizsystems
Naturkessel
Auswahl von Heizgeräten und -geräten
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 Hauptaufgabe bei der Modellierung eines Systems mit natürlicher Wasserzirkulation besteht darin, die maximal mögliche Differenz zwischen dem Druck der Flüssigkeitssäule in den "heißen" und "kalten" Fragmenten zu 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 Wasser darin 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. Dort stellen sie einen Auslass zu einem offenen Ausdehnungsgefäß oder einem Ventil zum Ablassen von Luft her, 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 Punkt des Stromkreises zum Anschluss der HeizkörperJe größer der Abschnitt der Wassersäule mit einer minimalen Temperatur und einer maximalen Dichte ist.
Um die letztgenannte Regel einzuhalten, wird häufig ein Ofen 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 im Verhältnis zur gesamten 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 Heizsystemen mit Zwangsumwälzung hängt die Geschwindigkeit der Wasserbewegung hauptsächlich von den Parametern der Umwälzpumpe ab.
Bei der Warmwasserbereitung mit natürlicher Zirkulation hängt die Geschwindigkeit von folgenden Faktoren ab:
- Druckunterschiede zwischen Fragmenten der Kontur an ihrem unteren Punkt;
- hydrodynamischer Widerstand Heizungssystem.
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 die Heizung mit Fußbodenheizung charakteristisch sind. 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. Daher sind Kunststoffrohre zur Verwendung in der natürlichen Wasserzirkulation 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 Polypropylenrohren für jede Zirkulation erfolgt nach dem Kriterium der Möglichkeit ihrer Verwendung für heißes Wasser sowie unter dem Gesichtspunkt des Preises, der einfachen Installation und der Nutzungsdauer.
Das Steigrohr ist an 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 Rohrdurchmesser verwendet werden, der etwas größer ist als bei einer Zirkulationspumpe. 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 Hilfe von Maevsky-Kranen wird die Wärmeübertragung hauptsächlich angepasst.
In Schwerkraftheiznetzen mit einer Einspeisung unterhalb der Geräte werden Mayevsky-Wasserhähne direkt zum Entlüften von Luft verwendet.
Alle modernen Heizkörper sind mit Luftauslassvorrichtungen ausgestattet. Um die Bildung von Stopfen im Kreislauf zu verhindern, können Sie eine Neigung erzeugen und die Luft zum Kühler leiten
Die Luft kann auch über Lüftungsschlitze entlüftet werden, die an jedem Steigrohr oder an einer Freileitung installiert sind, die parallel zu den Autobahnen des Systems 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 ist es neben der Vergrößerung des Rohrdurchmessers erforderlich, konstante Steigungen zu beachten, 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 sich die Luft zum Ausdehnungsgefäß oder zum Entlüftungssystem am oberen Punkt des Kreislaufs bewegt. Sie können zwar eine Vorspannung vornehmen, in diesem Fall muss jedoch zusätzlich ein Ventil zum Entlüften eingebaut werden.
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 häufigste Kombination der Neigung der Vor- und Rücklaufleitungen zum Entfernen von Luftschleusen aus dem natürlichen Kreislaufwasserkreislauf
Bei der Installation einer kleinen Fußbodenheizung in einem Kreislauf mit natürlicher Zirkulation muss verhindert werden, dass Luft in die engen und horizontalen Rohre dieses Heizungssystems 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.
Bei der wirtschaftlichsten Version des Einrohrschemas mit Heizkörpern fließt heißes Wasser nacheinander durch jedes Gerät. Hier benötigen Sie eine Mindestanzahl von Rohren und Ventilen.
Im Laufe der Zeit kühlt sich das Kühlmittel ab, sodass 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 einer komplexeren und kostspieligeren Option 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.
Durch eine geringere 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 in diesen Schemata werden Batterien mit einer großen Anzahl von Abschnitten 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 Anschluss von Heizkörpern werden als „Leningradka“ bezeichnet. Trotz der festgestellten Wärmeverluste werden sie bei der Anordnung von Wohnungsheizungssystemen aufgrund des ästhetischeren Erscheinungsbildes der Rohrleitung bevorzugt.
Ein wesentlicher Nachteil von Einrohrnetzen ist die Unfähigkeit, einen der Heizabschnitte auszuschalten, ohne die Wasserzirkulation im gesamten Kreislauf zu stoppen.
Daher wird es normalerweise verwendet, um die klassische Schaltung mit der Installation eines „Bypasses“ zu verbessern, um den Kühler mithilfe eines Abzweigs mit zwei Kugelhähnen oder eines Dreiwegeventils zu umgehen. Auf diese Weise können Sie die Wasserversorgung des Kühlers bis zur vollständigen Abschaltung einstellen.
Für zwei- oder mehrstöckige Gebäude werden Varianten eines 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 relativ heißen Kühlwassers werden Zweirohrsysteme in zugehörige und Sackgassen unterteilt. In den zugehörigen Kreisläufen erfolgt die Bewegung von gekühltem Wasser in die gleiche Richtung wie heiß, daher stimmt die Zykluslänge für den gesamten Kreislauf überein.
In Deadlock-Schemata 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. Heizkörper mit einem kürzeren Wasserkreislauf werden schneller erwärmt.
Bei der Auswahl einer Sackgasse und der damit verbundenen Heizschemata wird in erster Linie eine Rücklaufleitung bequem ausgeführt
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.
Organisation eines Einrohrschemas auf Basis eines Elektrokessels für ein kleines Haus:
Die Arbeit eines Zweirohrsystems für ein einstöckiges Holzhaus auf Basis eines Festbrennstoffkessels mit langer Verbrennung:
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.
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