Schwerkraftheizung

Beispiel

Eine Schwerkraftheizung ist eine Heizungsanlage, deren Zirkulation alleine durch den Dichteunterschied des Wassers in den Steigesträngen erfolgt. Die Anlage benötigt keine Umwälzpumpe.

Inhaltsverzeichnis

1 Funktion
2 Anwendung
3 Nachteile
4 Vorteile
5 Beispielrechnung

Funktion

Im Vorlaufstrang hat das Wasser die Vorlauftemperatur des Heizsystems und damit verbunden eine geringe Dichte, das Wasser steigt nach oben. Auf der kalten Rücklaufseite ist die Dichte größer, das Wasser ist schwerer und sinkt nach unten. Somit entsteht eine Zirkulation die man Schwerkraftzirkulation nennt und die das Heizungswasser zu den Heizkörpern transportiert. Die den Kreislauf antreibende Druckdifferenz ist in etwa proportional zur Gebäudehöhe (genauer: Höhe des Heiznetzes) und dem Dichteunterschied zwischen Vor- und Rücklauf-Wasser. Da der Dichteunterschied aufgrund der geringen typischen Temperaturdifferenz von ca. 20 K nur klein ist, reagiert das System sehr träge.

Anwendung

Bis in die 1960er Jahre hinein wurden Zentralheizungsanlagen als Schwerkraftheizungen ausgeführt. Diese werden den heutigen Komfortansprüchen nicht mehr gerecht, weshalb sie ausnahmslos durch Pumpenheizungen ersetzt werden.

Nachteile

die geringen Geschwindigkeiten erfordern große Nennweiten, was wiederum ein großes Wasservolumen der Anlage bedingt.
das bedeutet hohen Materialverbrauch, der durch die eingesparte Pumpe nicht kompensiert wird.
bei geringen Wassertemperaturen kommt die Zirkulation zum Stillstand.
der geringe Förder-Differenzdruck erlauben nur einen geringen Strömungswiderstand im Gebäude-Heiznetz
Bereitstellung von Heizwasser mit einer definierten Temperatur ist nicht möglich, da die Bauweise keine nachgeschaltete Heizkreis-Temperaturregelung mittels eines Mischventils erlaubt
der Heizkessel muss am tiefsten Punkt des Heiznetzes vorgesehen werden, Dachzentralen sind nicht möglich

Vorteile

kein elektrischer Strom für die Zirkulation notwendig, Funktion auch bei Stromausfall
keine laufenden Folgekosten
nahezu geräuschlos

Beispielrechnung

Differenz der statischen Drücke auf Höhe des Heizkessels:

$\Delta p = h\cdot g \cdot ({\rho_R}-{\rho_V})$

Für eine 90°/70° - Heizung ergibt sich für die Dichten:
$ρ V$ = 0,965 kg/dm³
$ρ R$ = 0,978 kg/dm³

Eingesetzt für h = 5 m:

$\Delta p = 5m\cdot \frac{9,81 m}{s^2} \cdot (0,978-0,965)\frac{kg}{m^3}$

$Δ p = 673 P a = 6,73 m b a r$
Für eine Anlagenhöhe von 5 m (Mitte Kessel - Mitte Heizkörper) steht für die Zirkulation des Heizungswassers ein Druck von 6,73 mbar zur Verfügung.

Pro 1 m Anlagenhöhe erhält man als treibende (wirksame) Druckdifferenz bei einer 90°/70° Heizung:

$\Delta p^' = \frac{6,72 mbar}{5m}$

$\Delta p^' = 1,275 \frac {mbar}{1m}$

Damit der Kreislauf gewährleistet bleibt, darf der Leitungswiderstand die treibende Druckdifferenz nicht überschreiten. Dieses wird mit verhältnismäßig großen Rohrdurchmessern sowie dickbauchigen Rippenheizkörpern erreicht.

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