Heizsystem Tichelman-Schleife: Diagramm und Berechnung

Eines der interessantesten Themen in der Wärmetechnik sind Heizsysteme mit zugehöriger Zweirohr-Kühlmittelversorgung, die unter den Meistern als Tichelman-Schema bezeichnet werden. Ihr Gerät ist wirklich einzigartig: Das System benötigt praktisch kein Auswuchten, zeichnet sich durch einen stabilen Betrieb aus, hat aber gleichzeitig auch eine Reihe von Nachteilen.

Heizsystem Tichelman-Schleife: Diagramm und Berechnung

Systembeschreibung

In Fachkreisen wird der Tichelman-Kreislauf als Zweirohrheizsystem mit einer vorbeiziehenden Bewegung des Kühlmittels bezeichnet. Dieser Name spiegelt die Essenz und das Funktionsprinzip voll und ganz wider. Die Besonderheiten lassen sich am besten vor dem Hintergrund eines Zweirohrsystems mit einer Rückbewegung des Kühlmittels erkennen, die fast jedem bekannt ist.

Stellen Sie sich ein Strahlernetzwerk vor, das in einer geraden Linie eingesetzt wird. Im klassischen Schema befindet sich die Heizeinheit am Anfang dieser Reihe, von der entlang des gesamten Netzwerks zwei Rohre zur Zufuhr von heißem bzw. kaltem Kühlmittel folgen. In diesem Fall ist jeder Kühler eine Art Nebenschluss. Je weiter der Abstand der Heizvorrichtung von der Heizeinheit entfernt ist, desto höher ist der hydraulische Widerstand in der Schleife seiner Verbindung.

Heizsystem Tichelman-Schleife: Diagramm und Berechnung1 – Zweirohr-Anschlussplan von Heizkörpern mit Gegenstromkühlmittel in Vor- und Rücklauf; 2 – Schaltplan Tichelman-Schleife mit Durchgangsverbindung

Wenn wir eine Reihe von Heizkörpern zu einem Ring rollen, grenzen beide Kanten an die Wärmeeinheit. In diesem Fall ist es viel rentabler sicherzustellen, dass die Rücklaufleitung das Kühlmittel nicht zurück zum Kesselraum leitet, sondern weiterhin der Kette folgt, dh auf dem Weg. Mit anderen Worten, die Zuleitung folgt von der Heizeinheit und endet am äußersten Heizkörper. Die Rücklaufleitung stammt wiederum vom ersten Heizkörper und geht in den Kesselraum. Das gleiche Prinzip kann auch dann angewendet werden, wenn sich die Kühler linear im Raum befinden. Einfach von der Stelle, an der der extreme Kühler in das Rücklaufrohr eingeführt wird, entfaltet sich das Rohr, um das gekühlte Kühlmittel zurückzugeben. Gleichzeitig besteht das Heizsystem in einem bestimmten Bereich aus drei Rohren, so dass manchmal auch die Tichelman-Schleife genannt wird.

Heizsystem Tichelman-Schleife: Diagramm und BerechnungTichelman-Schleife mit Platzierung von Heizkörpern um den Umfang des Gebäudes. Von jedem Kühler ist die Gesamtlänge der Vor- und Rücklaufleitungen ungefähr gleich. 1 – Heizkessel; 2 – Sicherheitsgruppe; 3 – Heizkörper; 4 – Versorgungsleitung; 5 – Rücklaufleitung; 6 – Umwälzpumpe; 7 – Ausgleichsbehälter

Aber warum sind solche Komplikationen notwendig? Wenn Sie das Diagramm sorgfältig studieren, stellt sich heraus, dass die Summe der Längen der Vor- und Rücklaufleitungen für jeden Kühler gleich ist. Daher die Schlussfolgerung: Der hydraulische Widerstand jeder einzelnen Verbindungsschleife entspricht dem Rest der Abschnitte, dh das System muss einfach nicht ausgewuchtet werden.

Anwendungsgebiet

Die Versuchung, das Tuning des Hydrauliksystems zu vermeiden, sollte jedoch nicht zu voreiligen, vorschnellen Entscheidungen führen. Ein mit zwei Rohren verbundenes System zeichnet sich durch einen hohen Materialverbrauch aus, weshalb seine Installation nicht in allen Fällen gerechtfertigt ist.

Heizsystem Tichelman-Schleife: Diagramm und Berechnung

Betrachten wir ein solches Konzept als den Grad des „Pressens“ der Heizvorrichtung beim Auswuchten eines Zweirohr-Rückführsystems. Durch Unterschätzen des Nenndurchgangs am Verbindungspunkt der ersten Heizkörper ist es möglich, die Durchflussmenge des darin enthaltenen Kühlmittels zu verringern und dadurch den Druckabfall zu verringern, so dass in den nachfolgenden Abschnitten des Netzes ausreichend Druck verbleibt. Wenn das Kühlernetz aus einer großen Anzahl von Heizgeräten besteht, die sich in großem Abstand voneinander befinden, muss der Durchfluss an den anfänglichen Heizkörpern so begrenzt werden, dass der Durchfluss in ihnen für eine normale Wärmeabgabe nicht ausreicht. Dies erzwingt den Einsatz von Pumpen mit höherer Leistung, weshalb beim Durchströmen des Kühlmittels in einzelnen Knoten ein spürbares Geräusch entsteht. Im Allgemeinen kann man sagen, dass die Vorrichtung eines Zweirohr-Durchführungssystems nur dann gerechtfertigt ist, wenn die Anzahl der Heizkörper mehr als 8 bis 10 beträgt und die Gesamtlänge der Rohrleitungsstrebe über 70 m liegt.

Der Materialverbrauch des Tichelman-Systems steigt erheblich an, wenn es nicht möglich ist, das Kühlernetz in einen Ring zu wickeln, dh die Heizungsleitung streng entlang des Gebäudeumfangs zu platzieren. Dies wird normalerweise durch Türen und Verglasungsfronten zum Boden behindert. In solchen Fällen ist es erforderlich, ein zusätzliches Rohr zu montieren, durch das das Kühlmittel in den Kesselraum zurückkehrt, und da sich die Gesamtlänge eines willkürlich genommenen Kreislaufs um mindestens die Hälfte erhöht, um die Nennleistung der Leitung oder die Pumpenleistung zu erhöhen. Grundsätzlich können durch die Vorrichtung des Kollektorsystems (Strahlsystems) zusätzliche Kosten vermieden werden. Es ist jedoch besser, eine vorläufige vergleichende Berechnung des Materialverbrauchs durchzuführen.

Hydraulikdaten

Der Betrieb des Systems nach dem Tichelman-Loop-Prinzip ist sehr stabil. Diese Tatsache wird durch die hydraulischen Berechnungsdaten deutlich, dies erfordert jedoch die Einhaltung einer Reihe von Installationsregeln..

Heizsystem Tichelman-Schleife: Diagramm und Berechnung

Das Hauptfunktionselement eines solchen Systems ist die Hydraulikpumpe. Es erzeugt Druck am Auslass, dh an der Zufuhr, und ein Vakuum am Einlass – Rücklauf. Numerisch nimmt der Wert beider Werte mit dem Abstand von der Pumpe ab, und der Druckabfall tritt nicht linear auf, sondern wird durch den quadratischen Wert des dynamischen Drucks beschrieben. Dieses Muster kann sowohl für die Versorgungsleitung als auch für die Rücklaufleitung verfolgt werden. Herkömmlicherweise kann der Fall am Beispiel einer 100 m langen Pipeline beschrieben werden:

Abstand von der Pumpe in Bewegungsrichtung des Kühlmittels (m) Versorgungsdruck (% vom Nennwert) Rücklaufvakuum (% vom Nennwert) Kühlerdruckabfall
zehn 90% fünf % 95%
20 75% 20% 95%
dreißig 55% 35% 90%
50 45% 40% 85%
60 40% 45% 85%
70 35% 55% 90%
80 20% 75% 95%
90 fünf % 90% 95%

Dies sind gemittelte Daten, aber selbst aus ihnen ist ersichtlich, dass bei einer scheinbaren Gleichmäßigkeit der Druckverlust in der Mitte des Kühlernetzwerks geringfügig höher ist als an den Rändern. Aufgrund der proportionalen Änderung von Druck und Vakuum in jedem Kühler wird zwar in jeder Heizvorrichtung nahezu die gleiche Druckdifferenz aufrechterhalten. Für den korrekten und stabilen Betrieb der Tichelman-Schleife sollten jedoch eine Reihe von Regeln beachtet werden, die weiter erläutert werden.

Kesselraumverrohrung

Ein Zweirohrsystem mit einer vorbeiziehenden Bewegung des Kühlmittels kann entweder offen oder geschlossen sein. Wie bereits erwähnt, ist die Pumpe das Hauptfunktionselement, sodass ihre Installation nicht vermieden werden kann. Selbst bei ordnungsgemäß organisierten oberen Rohrleitungen sollten Sie nicht auf natürliche Zirkulation zählen. Wie bereits erwähnt, enthält eine typische Tichelmann-Schleife 10 oder mehr Strahler. Es ist unwahrscheinlich, dass eine solche Schulter nur durch Gravitationsbewegung gedrückt wird.

Heizsystem Tichelman-Schleife: Diagramm und Berechnung

Am Kesselspeiseausgang ist eine traditionelle Sicherheitstroika installiert: eine automatische Entlüftung, ein Entlüftungsventil und ein Manometer. Bei offenen Systemen muss der Auslass in einem vertikalen Kanal bis zur Höhe der Hangformation angeordnet sein, am höchsten Punkt ist ein offener Ausgleichsbehälter installiert. Ferner ist die Versorgungsleitung direkt zum Verteilungsnetz geleitet.

Am Kesselrücklauf ist eine Umwälzpumpe installiert, deren Leistung vom hydraulischen Widerstand des gesamten Systems abhängt. Direkt vor der Pumpe befindet sich ein Sieb, und unmittelbar nach der Pumpe befindet sich ein T-Stück zum Anschließen eines Ausgleichsbehälters und eines Niederdruckmanometers. Auch an dieser Stelle wird das Füllrohr angezeigt.

Heizsystem Tichelman-Schleife: Diagramm und Berechnung

Die Kesselraum-Absperrventile werden durch Kugelhähne mit voller Bohrung dargestellt, die installiert sind:

  • auf beiden Seiten der Pumpe
  • am Auslass des Ausgleichsbehälters
  • am Einfüllrohr
  • an den Anschlussstellen des Kessels an die Hauptleitung

Zusätzlich kann im Kesselraum ein Verbindungsbypassrohr installiert werden, in dessen Spalt ein normalerweise geschlossenes elektrisches Ventil installiert ist, das ausgelöst wird, wenn die Zirkulation gestoppt wird. Der Bypass-Einsatz muss vor der Umwälzpumpe ausgeführt werden: Der Bypass schützt vor Temperaturschocks und schaltet den Kesselwärmetauscher vom Netz ab und nicht umgekehrt.

Heizsystem Tichelman-Schleife: Diagramm und Berechnung

Das Tichelman-System ist auch insofern gut, als es bei einer relativ hohen Leistung des Kühlernetzes möglich ist, von einem Kessel mit einem eingebauten Komplex hydraulischer Ausrüstung aus zu arbeiten. Wenn jedoch der Betrieb des Kühlernetzwerks und des warmen Bodens koordiniert werden muss, ist jeder Arm des Systems mit einer eigenen Umwälzpumpe ausgestattet. Wenn sich die Leistung in den Schultern erheblich unterscheidet, muss ein Hydraulikpfeil installiert werden.

Rohrsystem

Sowohl die obere als auch die untere Verdrahtung der Tichelman-Schleife werden normalerweise mit PPR-Rohren hergestellt. Wenn verdeckte Rohrleitungen erforderlich sind, wird empfohlen, das PEX-System mit Steckanschlüssen zu verwenden. Wenn Rohre in festen Untergründen verlegt werden sollen, sollte ein Isoliermantel verwendet werden..

Das Tichelman-Heizsystem für ein einstöckiges Haus ist äußerst einfach. Die Kühlmittelversorgungsleitung verläuft von der Heizeinheit entlang des gesamten Kühlernetzes. Der nominale Nennrohrdurchmesser bleibt bis zum vorletzten Kühler in der Reihe erhalten, wonach der Übergang zum Durchmesser der Kühlerverbindung erfolgt, üblicherweise 20 mm Polypropylen oder 16 mm PEX. Die Rückstromleitung wird in der gleichen Reihenfolge verlegt, jedoch in Richtung der Strömung, dh der erste Kühler in Richtung der Heißkühlmittelströmung ist mit einem reduzierten Durchmesser verbunden.

Heizsystem Tichelman-Schleife: Diagramm und Berechnung

Wenn das Tichelman-System auf mehreren Etagen angeordnet ist, muss ein vertikales Steigrohr installiert werden. Die Hauptversorgungsleitung folgt bis zum höchsten Punkt, von dem aus ein Zweig zur Versorgung des Obergeschosses hergestellt wird. Danach dreht sich die Linie nach unten, in diesem Abschnitt wird der Vorschub für alle unteren Stockwerke eingeschnitten. Die gemeinsame Rückstromleitung wird analog zu einem Zweirohrsystem mit entgegengesetzter Bewegung des Kühlmittels ausgeführt, dh sie wirkt einfach als Sammelleitung.

Der Durchmesser der Rohre für die Tichelman-Schleife wird nach den allgemeinen Methoden der wärmetechnischen Berechnung berechnet, basierend auf der Wahl des optimalen Kvs-Werts der Hauptrohre. Gleichzeitig ist es wünschenswert, dass eine schrittweise Untertreibung der Nennbohrung nicht in Bewegungsrichtung des Kühlmittels auftritt, da sonst der natürliche Ausgleich des Systems nicht so hochwertig ist. In Systemen mit einer Länge von Verteilungsleitungen bis zu 120 m wird die Nennbohrung der Hauptleitungen mit mindestens 270 mm angenommen2, und für Rohre, die Heizkörper verbinden – ca. 130 mm2.

Heizsystem Tichelman-Schleife: Diagramm und Berechnung

Kühlerarmaturen

Sie können oft auf die Meinung stoßen, dass ein Zweirohr-Heizsystem mit einer vorbeiziehenden Bewegung des Kühlmittels die Heizkörper nicht mit Steuerventilen vervollständigen muss. Es wird angenommen, dass diese Tatsache angeblich die zusätzlichen Kosten für zusätzliche Rohre und Formstücke für diese ausgleicht. Der korrekte Betrieb der Heizkörper ist in diesem Fall jedoch kaum möglich..

Thermostatköpfe für Heizkörper im Tichelmann-System müssen unbedingt installiert werden. Ohne sie ist es unmöglich, Heizkörper in verschiedenen Räumen anzupassen, was unter sich ändernden klimatischen Bedingungen nicht sehr komfortabel ist. Bei den Ausgleichsventilen (Drosseln) ist die Kontroverse in dieser Hinsicht besonders heiß. Wie oben erwähnt, wird selbst bei einer vorbeiziehenden Bewegung des Kühlmittels ein Druckabfall über die Kühler festgestellt. Mit der korrekten Berechnung des Systems kann dieses Phänomen durch Variation der Anzahl der Abschnitte in den Heizkörpern verschiedener Zonen kompensiert werden. Wenn jedoch nur ein minimales Fehlerrisiko besteht, ist es am besten, Steuerventile an mindestens den ersten Heizkörpern an jedem Ende anzubringen..

Heizsystem Tichelman-Schleife: Diagramm und Berechnung

Die Tichelmann-Schleife kann auch durch statische Einstellmethoden ausgeglichen werden. Wir sprechen von der sogenannten „Waschmaschine“. Wenn die lokalen Widerstandskoeffizienten durch hydraulische Berechnungen vorgegeben sind, können die Steuerventile durch Einsätze ersetzt werden, die die Nenngröße um einen bestimmten Betrag verringern. Von den einfachsten Optionen können Sie selbst gefertigte O-Ringe mit unterschiedlichen Innendurchmessern anbieten, die an den Kühlergewindeanschlüssen installiert sind..

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