Warmwasserheizung mit Zwangsumlauf: Schaltungen, Umsetzungsvarianten, technische Details

Viele moderne Lösungen für die Wasserbeheizung von Häusern erfordern den Einsatz einer Pumpengruppe. Die Planung und Installation einer Heizungsanlage mit Zwangsumlauf muss unter Berücksichtigung der technischen Aspekte erfolgen, die durch die schnelle Bewegung des Wärmeträgers entstehen.

Der hohe Druck im Heizkreislauf ermöglicht die Realisierung vieler Verteilungsschemata. Geben Sie zu, dies ist ein nicht zu unterschätzender Vorteil einer Heizungsanlage mit Zwangsumlauf. Die Einrichtung eines solchen Schemas erfordert jedoch eine kompetente Planung.

Wir erklären Ihnen, nach welchen Merkmalen die wichtigsten Arbeitskomponenten des Systems ausgewählt werden, und beschreiben detailliert die möglichen Varianten der Hauptleitungsverlegung und die Methoden zur Organisation des Heizkreislaufs.

Technische Besonderheiten der wichtigsten Systemkomponenten

Das Zwangsumlaufschema unterscheidet sich vom natürlichen durch den Einsatz einer oder mehrerer Umwälzpumpen. Aufgrund des erhöhten Drucks und der Geschwindigkeit des Wärmeträgers ändern sich die Regeln für die Bildung der Knoten und die Anordnung der Kreislaufelemente.

Diese Tatsache muss berücksichtigt werden, um eine qualitativ hochwertige Heizung mit Zwangsumlauf zu gewährleisten.

Allgemeine Anforderungen an die Pumpengruppe

Umwälzpumpen werden basierend auf den Anforderungen an die geförderte Wassermenge (Kubikmeter pro Stunde) und die Förderhöhe (Meter) ausgewählt. Die Berechnung beider Parameter hängt von der Kubatur des beheizten Wohnraums und der Heizungsart sowie von der Länge des Wasserkreislaufs und dem Durchmesser seiner Rohre ab.

Die Pumpe sollte so gewählt werden, dass ihre Parameter nicht knapp an den Systemanforderungen bemessen sind. Dies ermöglicht es, bei Bedarf Elemente zum Kreislauf hinzuzufügen, ohne die Pumpe auszutauschen.

Im Allgemeinen sind die Pumpen für eine Spannung von 220 Volt ausgelegt, es gibt jedoch auch solche mit 12-Volt-Unterstützung. Bei Spannungsschwankungen muss ein Stabilisator installiert werden, um einen Ausfall des Geräts zu verhindern.

Bei häufigen Stromausfällen sollte man für die Verfügbarkeit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung sorgen. Es ist nicht nötig, eine leistungsstarke USV zu nehmen – für die Beheizung von Privathäusern werden selten Geräte mit einem Verbrauch von mehr als 150 Watt pro Stunde eingesetzt.

Umwälzpumpen können je nach Motorposition in zwei Typen unterteilt werden. Geräte mit Trockenläufer haben einen höheren Wirkungsgrad, weisen jedoch eine höhere Lautstärke und eine geringere Lebensdauer auf als solche mit Nassläufer.

Wenn die Systemverlegung eine natürliche Bewegung des Wärmeträgers im Kreislauf ermöglicht, muss die Pumpe über einen “Bypass” montiert werden. In diesem Fall kann bei einem Ausfall der Pumpe oder einem Stromausfall die Heizung auf den Gravitationsumlauf umgeschaltet werden.

Durch eine nicht arbeitende Pumpe kann das Wasser ebenfalls strömen, jedoch erzeugt sie einen starken Widerstand gegen die Bewegung.

Die Auswahl eines Pumpenmodells für ein bestimmtes Heizsystem erfolgt durch Bestimmung des Arbeitspunkts und dessen Übereinstimmung mit den erforderlichen Werten des Wärmeträgerdurchflusses (+).

Besonders relevant ist das Problem des Pumpenstopps bei Verwendung von Ofen- oder Kaminheizung. In diesem Fall heizt der Ofen den Wärmetauscher weiter auf, und es kann zu einem Wasserkochen und zum langfristigen Ausfall des gesamten Systems kommen.

Es ist besser, die Montage der Pumpe am Rücklaufrohr durchzuführen, da die niedrigere Wassertemperatur die Lebensdauer verlängert. Falls es nicht möglich ist, die Pumpe an einer anderen Stelle als am aus dem Kessel austretenden Rohr zu installieren, sollte eine Pumpe mit keramischen Dichtungen verwendet werden.

Obwohl sie Temperaturen bis zu 110°C standhalten, können bei einem Kochen des Systems auch bei ihnen Funktionsprobleme auftreten.

Wenn Sie die Pumpe über einen Bypass in den Kreislauf einbauen, können Sie nicht nur normale Betriebsbedingungen nach dem Prinzip der natürlichen Zirkulation erreichen, sondern auch die Möglichkeit, die Pumpe zu entfernen, ohne das Wasser abzulassen.

Nützliche Informationen zur Auswahl von Umwälzpumpen für die Heizungsanlage finden Sie in den Artikeln:

1. Auswahl der Umwälzpumpe: Aufbau, Arten und Auswahlregeln für die Heizungspumpe
2. Umwälzpumpe für Heizung: die zehn besten Modelle und Tipps für Käufer

Feinheiten bei der Auswahl von Kesseln und Öfen

Die Verwendung von Elektro- und Gaskesseln sowie von Langzeitbrennöfen als Wärmeerzeuger ist aus Sicht der einfachen Steuerung der Wärmezufuhr durch den Wärmetauscher attraktiv.

Die Verwendung von Festbrennstofföfen, insbesondere von selbstgebauten Konstruktionen, birgt das Risiko einer unzureichenden oder übermäßigen Wärmeabgabe. Dennoch ist ihr Einsatz oft aufgrund der Kostengünstigkeit und Verfügbarkeit des Brennstoffs gerechtfertigt.

Derzeit sind viele Modelle von Elektro- und Gaskesseln mit integrierter Pumpe erhältlich. Einerseits ist das eingebaute Zirkulationssystem auf die Kesselleistung abgestimmt und erspart den Kauf und die Installation einer separaten Pumpe. Andererseits ist es im Falle eines Defekts der eingebauten Pumpe nicht so einfach, diese zu reparieren oder auszutauschen wie eine separate.

Ein Elektrokessel mit integrierter Pumpe ist eine fertige und kompakte Lösung für den Einbau in eine Anlage mit Zwangsumlauf.

Die Anforderungen an den Kessel bei Verwendung von Zwangsumlauf sind die gleichen wie bei natürlichem Umlauf:

• Berechnung der Kesselleistung – der Wert muss den Heizbedarf des Hauses unter den härtesten Bedingungen für eine bestimmte Region decken. Es ist ratsam, eine kleine Leistungsreserve (10-20 %) vorzusehen, da in der Heizungsanlage mögliche höhere Gewalt auftreten kann.
• Vermeidung des Siedens des Wärmeträgers im Wärmetauscher. Diese Anforderung ist bei Verwendung der Kombination „Ofen – Pumpe“ leichter zu erfüllen als bei der Schwerkraftströmung des Fluids.

Um das Sieden des Wassers im Wärmetauscher des Kessels zu verhindern, reicht es aus, die Leistungsregelung in Abhängigkeit von der Temperatur des austretenden Fluids einzustellen. Diese Methode funktioniert bei jeder Art von Umlauf.

Die Steuereinheit des Betriebsmodus des Festbrennstoffkessels umfasst die Funktion, die Pumpe zu starten, wenn kritische Temperaturen am Ausgang des Wärmetauschers erreicht werden.

Bei Öfen mit natürlicher Zirkulation kann ein Sieden des Wärmeträgers bei übermäßiger Brennstoffbeladung nicht verhindert werden. Bei Vorhandensein einer Pumpe bleibt als einzige Möglichkeit, die durch den Wärmetauscher strömende Flüssigkeitsmenge zu erhöhen.

Außerdem kann ein solches Notfallsicherungssystem mit einem Thermostat und einem Modul zur Regelung der Pumpengeschwindigkeit automatisiert werden.

Installation und Überprüfung des Wasserkreislaufs

Bei einem Heizsystem mit Zwangsumlauf sind die Wassergeschwindigkeiten höher als bei einem Gravitationsmodell. Daher können bei gleichen Gebäudeheizparametern Rohre mit kleinerem Durchmesser verwendet werden. Dies senkt die Kosten der Warmwasserheizung im Hinblick auf die Ausgaben für Rohre, Fittings und Armaturen.

Darüber hinaus lassen sich die kleineren Durchmesser der Kreislaufelemente leichter in technischen Nischen verbergen oder in die Raumgestaltung integrieren.

Im Vergleich zur natürlichen Zirkulation kommt zum hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule der erhöhte hydrodynamische Strömungsdruck hinzu. Daher müssen bestimmte Regeln beachtet werden, um Leckagen oder gar einen Systembruch zu vermeiden.

Beim Wechsel von der Gravitations- zur Zwangszirkulation müssen alle, auch geringfügige Lecks im Kreislauf beseitigt werden. Bei Druckerhöhung steigt die Leckagerate, was neben dem Problem im Raum zu einer Verringerung der Wärmeträgermenge und dessen übermäßiger Belüftung (Luftsättigung) führt.

Vor Beginn der Heizperiode sind hydraulische Festigkeitsprüfungen des Kreislaufs mit dem maximal verwendeten oder sogar einem etwas höheren Druck durchzuführen. Dies ermöglicht es, Probleme zu erkennen und zu beheben, bevor die Kälte einsetzt, wenn ein längerer Heizungsstillstand für Reparaturen unerwünscht ist.

Austreten von Heizkörperwasser kann an den unerwartetsten Stellen auftreten und die Behebung des Problems wird viel Zeit in Anspruch nehmen. Daher ist es besser, die Integrität des Systems vorab zu überprüfen.

Da die Geschwindigkeit des Wärmeträgers größer als 0,25 m/s sein wird, besteht gemäß SNiP 41-01-2003 keine Notwendigkeit, ein konstantes Gefälle der Rohre zur Entlüftung des Kreislaufs einzuhalten. Daher ist bei Zwangsumwälzung die Installation von Rohren und Heizkörpern etwas einfacher als bei einer Schwerkraftanlage.

Heizvarianten mit Zwangsumlauf

Der Einsatz der Zwangsumwälzung ermöglicht es, von dem Prinzip der Leitungsführung unter zwingender Berücksichtigung des hydrostatischen Druckunterschieds abzuweichen, der für das Funktionieren einer Schwerkraftanlage erforderlich ist.

Dies erhöht die Variabilität bei der Modellierung der Geometrie des Wasserkreislaufs und ermöglicht den Einsatz von Lösungen wie einer Kollektorheizung oder einer großen Fußbodenheizung.

Anwendung der oberen und unteren Verteilung

Jedes Heizsystem kann man grob der oberen oder unteren Leitungsführung zuordnen. Bei der oberen Leitungsführung steigt das heiße Wasser über die Heizkörper auf und erwärmt dann beim Herunterfließen die Radiatoren. Bei der unteren wird das heiße Wasser von unten zugeführt. Jede Variante hat ihre Vorteile.

Die obere Leitungsführung wird auch bei Naturumlauf verwendet. Daher ermöglichen Heizkreisläufe dieser Art beide Zirkulationsarten. Dies bietet zum einen eine Wahlmöglichkeit und zum anderen erhöht es die Zuverlässigkeit des Systems.

Im Falle eines Stromausfalls oder eines Pumpenausfalls wird die Wasserbewegung im Kreislauf fortgesetzt, wenn auch mit geringerer Geschwindigkeit.

Ein guter Druck ermöglicht die Wahl zwischen oberer und unterer Leitungsführung, wobei die Bequemlichkeit der Verlegung der Rohre, die den Wärmeträger zu den Heizkörpern führen, berücksichtigt wird (+).

Bei Verwendung der unteren Leitungsführung ist die Gesamtlänge der Rohre geringer, was die Kosten für die Erstellung des Systems senkt. Zudem ist keine Verlegung von Steigleitungen im oberen Stockwerk erforderlich, was aus Sicht der Raumgestaltung vorteilhaft ist. Das untere Zuführungsrohr für heißes Wasser wird entweder im Keller oder auf Höhe des Fußbodens des Erdgeschosses verlegt.

Varianten von Einrohr-Anschlussschemata

Bei einem Einrohrsystem wird dasselbe Rohr für die Zufuhr von heißem Wasser zu den Heizkörpern und für die Rückführung des kalten Wassers zum Heizkessel verwendet. Bei einer solchen Leitungsführung halbiert sich fast die Länge der verwendeten Rohre, und die Anzahl der Fittings und Absperrarmaturen verringert sich.

Allerdings erfolgt die Erwärmung der Heizkörper nacheinander, daher muss bei der Berechnung der Anzahl der Glieder die allmähliche Abnahme der Temperatur des zugeführten Wärmeträgers berücksichtigt werden.

Der sequenzielle Anschluss von Heizkörpern unter Verwendung eines einzigen Rohrs für die Zufuhr des Wärmeträgers wird in modernen Häusern häufig angewendet, um die Materialkosten zu minimieren und die Montagearbeiten zu vereinfachen.

Einrohrsysteme können in horizontaler und vertikaler Ausführung realisiert werden. Bei Zwangsumlauf kann die Warmwasserzufuhr bei Verwendung von vertikalen Steigleitungen nicht nur von oben, sondern auch von unten erfolgen.

Die Zweckmäßigkeit der einen oder anderen Variante hängt nicht nur von der Bequemlichkeit der Rohrverlegung ab, sondern auch von der maximal zulässigen Anzahl von Heizkörpern an einem Steigrohr des Einrohrkreislaufs.

Heizkörper können auf zwei Arten angeschlossen werden:

• Reihenschaltung – das Kühlmittel fließt durch alle Heizkörper. In diesem Fall ist eine minimale Anzahl von Rohren erforderlich, jedoch muss bei Bedarf die gesamte Abzweigung der Anlage abgeschaltet werden, wenn einer der Heizkörper abgetrennt werden soll.
• Anschluss über Bypass – das Kühlmittel kann am Heizkörper vorbei durch den installierten Abzweig fließen. Mit Hilfe eines Ventilsystems kann der Strom am Heizkörper vorbei umgeleitet werden, was eine Reparatur oder Demontage ohne Abschaltung der Heizung ermöglicht.

Das Einrohrsystem wird häufig bei der Heizung verwendet, jedoch wird bei einer großen Anzahl von Heizkörpern eine andere Variante für deren gleichmäßige Erwärmung eingesetzt.

Einrohrsysteme haben bei Zwangsumlauf viele Umsetzungsvarianten, daher ist es recht einfach, die passende Lösung für die konkrete Raumgeometrie zu wählen (+)

Anwendungsmöglichkeiten der Zweirohr-Variante

Die Heizkreislauf-Schema mit einer zweiten Leitung zur Rückführung des abgekühlten Wassers zum Kessel wird als Zweirohrsystem bezeichnet. Die Rohrlänge erhöht sich ebenso wie die Anzahl der Verbindungen und Geräte.

Das System hat jedoch einen wichtigen Vorteil – jedem Heizkörper wird Kühlmittel mit gleicher Temperatur zugeführt. Das macht die Zweirohrvariante sehr attraktiv.

Bei der Warmwasserheizung mit Zwangsumlauf werden sowohl horizontale als auch vertikale Verteilungen verwendet. Zudem ist bei der vertikalen Variante eine obere und untere Warmwasserzufuhr möglich.

Ein Zweirohrsystem zur Vor- und Rücklaufwasserführung in Verbindung mit dem diagonalen Anschluss des Heizkörpers sorgt für eine maximale Wärmeabgabe im Raum.

Da die Temperatur des zugeführten Wassers zu allen Heizkörpern gleich ist, hängt die Geometrie der Kreisläufe nur von den folgenden Faktoren ab:

• Materialeinsparung – Minimierung der Rohrlänge und der Anzahl der Verbindungen;
• Einfache Verlegung des Heizkreislaufs durch Wände und Decken;
• Ästhetische Attraktivität – die Möglichkeit, Heizelemente in die Raumgestaltung zu integrieren.

Je nach Bewegung des warmen und gekühlten Wassers werden Zweirohrsysteme in zwei Typen unterteilt:

1. Gleichstromsystem. Die Bewegung in beiden Rohren erfolgt in die gleiche Richtung. Der Kreislauf des Wärmeträgers hat für alle Heizkörper in diesem Teil des Systems die gleiche Länge, sodass ihre Erwärmungsgeschwindigkeit identisch ist.
2. Gegenstromsystem. In der Gleichstromanordnung werden die Heizkörper, die näher am Kessel liegen, schneller warm. Dies ist jedoch bei Systemen mit Zwangsumlauf aufgrund der hohen Wassergeschwindigkeit im Kreislauf nicht von großer Bedeutung.

Bei der Wahl zwischen Gleichstrom- und Gegenstromvariante richtet man sich nach der Bequemlichkeit der Rücklaufleitung. In vertikalen Schemata ergibt sich bei unterer Verteilung ein Gegenstromsystem und bei oberer ein Gleichstromsystem.

Einsatz des Heizungsverteilers

Eine weitere beliebte Methode zur Heizungsinstallation ist derzeit die Erstellung einer Kollektorschaltung. In gewisser Weise kann diese Schaltung als Unterart des Zweirohrsystems bezeichnet werden, obwohl sie auch bei der Organisation von Einrohr-Heizkreisen verwendet wird.

Die Verteilung des warmen Wärmeträgers und die Sammlung des abgekühlten erfolgt jedoch nicht über die Hauptsteigleitung, sondern über spezielle Verteilervorrichtungen – Kollektoren. Ein solches System arbeitet stabil nur mit Zwangsumlauf.

Die Sternverteilung erfordert im Vergleich zum Zweirohrsystem das Vorhandensein eines Verteilers, eine größere Gesamtrohrlänge, eine größere Anzahl von Fittings und Absperrarmaturen.

Die Verteilereinheit für ein Zweirohrsystem stellt eine komplexe Kombination aus Vorlauf- und Rücklaufkollektor dar, mit deren Hilfe eine hinsichtlich Temperatur und Druck ausgewogene Zufuhr des Wärmeträgers erfolgt.

Jeder Zweig der Anlage versorgt ein Heizelement oder eine kleine Gruppe davon. Die Zweige sind in der Regel unter dem Boden verlegt. Jede Etage eines mehrstöckigen Gebäudes wird von einem mittig installierten Kollektor bedient.

Trotz der offensichtlichen Vorteile dieser Heizungsorganisationsvariante hat das Kollektorsystem zwei wesentliche Nachteile:

• größte Rohrlänge, daher erfordert diese Variante der Wasserheizkreislauf-Organisation erhebliche finanzielle Investitionen;
• Schwierigkeit der Änderung des Kreislaufs – die Rohre sind bei dieser Variante in der Regel unter dem Boden oder in den Wänden verlegt, daher ist es im Falle des Hinzufügens von Heizgeräten sehr schwierig, Änderungen vorzunehmen.

Alle Kollektoren werden in der Regel in einem speziellen Schrank montiert, da sich die Absperrarmaturen ebenfalls dort befinden und Zugänglichkeit erforderlich ist. Die Platzierung der Ventile an einem Ort ist sehr praktisch.

Bei Bedarf, Heizkörper ein- oder auszuschalten oder im Falle einer Notsituation, reicht es aus, Zugang zum Schrank zu haben, und es ist nicht notwendig, alle Räume aufzusuchen.

Verteilkollektoren können eine einfache Struktur haben, bestehend aus zwei Verteilerkämmen und einem Minimum an Absperrarmaturen. Komplexe Einheiten können auch automatische Thermostate, elektronische Ventile, Mischer, automatische Entlüftungsvorrichtungen, Sensoren und Kontrolleinheiten, ein Ablassventil und eine separate Umwälzpumpe umfassen.

Diese Systeme können die Temperatur im Haus am genauesten einstellen, erfordern jedoch ein gutes Verständnis der Grundlagen und Nuancen der Warmwasserheizung.

Heizung mit Fußbodenheizung

Als eine der komfortabelsten Heizmethoden gilt die Installation einer Fußbodenheizung. Es ist zu beachten, dass der Einbau dieser Heizvariante in Wohnräumen, Duschen, Küchen und anderen Räumen recht aufwendig ist.

Eine großflächige Wasser-Fußbodenheizung ist nur bei Zwangsumwälzung möglich, da in dem langen System aus engen Rohren Druck aufgebaut werden muss.

Der Druck ist erforderlich, um den Widerstand der engen Rohre mit vielen Biegungen zu überwinden. Außerdem muss ein Druck erreicht werden, der das Entfernen von Luft aus den horizontal verlegten Rohren der Fußbodenheizung ermöglicht.

Es gibt eine Vielzahl von Kombinationen für die Verlegung der Rohre:

• Für kleine Räume werden Schemata mit einem Eingang für Warmwasser und einem Ausgang für Kühlwasser verwendet;
• Für große Räume werden komplexere Fußbodenheizsysteme mit einem Verteilkollektor organisiert.

Nicht selten werden für Teile des Fußbodenheizkreislaufs separate Umwälzpumpen installiert.

Der Einsatz eines Kollektors ist bei großen Fußbodenheizflächen gerechtfertigt, wenn Berechnungen zeigen, dass ein einzelnes Rohr die Heizung nicht bewältigen kann.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Detaillierte Darstellung eines Zweirohr- und recht komplexen Heizschemas für ein zweistöckiges Haus:

Geschlossenes System für ein dreistöckiges Haus auf Basis eines Gaskessels:

Der Einsatz von Pumpen bei der Warmwasserheizung erleichtert die Planung des Kreislaufs erheblich und ermöglicht Optionen, die für das Gravitationsmodell nicht verfügbar sind. Die richtige Auswahl der Ausrüstung ermöglicht es, die Raumheizung zu lösen und diesen Prozess komfortabel und einfach zu gestalten.

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