Waterverwarmingssysteem met dwangcirculatie: schema's, uitvoeringsvarianten, technische details

Veel moderne oplossingen voor waterverwarming van huizen vereisen het gebruik van een pompgroep. Het ontwerp en de installatie van een verwarmingssysteem met geforceerde circulatie moet worden uitgevoerd rekening houdend met technische aspecten die ontstaan door de snelle beweging van de warmtedrager.

Hoge druk in het verwarmingscircuit maakt het mogelijk om vele schema's van de leidingverdeling te realiseren. U zult het ermee eens zijn dat dit een belangrijk voordeel is van een verwarmingssysteem met geforceerde circulatie. De inrichting van een dergelijk schema vereist echter een deskundig ontwerp.

Wij zullen u vertellen op basis van welke kenmerken de belangrijkste werkcomponenten van het systeem worden geselecteerd, en ook de mogelijke varianten van de leidingverdeling en manieren om het verwarmingscircuit te organiseren in detail beschrijven.

Technische kenmerken van de belangrijkste componenten van het systeem

Een geforceerd schema verschilt van een natuurlijk schema door de toevoeging van een of meer circulatiepompen. Vanwege de toename van de druk en snelheid van de warmtedrager veranderen de regels voor het vormen van componenten en de plaatsing van circuitelementen.

Dit feit moet in acht worden genomen om een kwalitatieve verwarming met geforceerde circulatie te garanderen.

Algemene eisen aan de pompgroep

Circulatiepompen worden gekozen op basis van de vereisten voor het debiet (kubieke meter per uur) en de opvoerhoogte (meter). De berekening van beide parameters hangt af van de inhoud van de verwarmde woning en de verwarmingsmethode, evenals de lengte van het watercircuit en de diameter van de leidingen.

De pomp moet zo worden gekozen dat de parameters niet “op het randje” van de systeemvereisten liggen. Dit maakt het mogelijk om indien nodig elementen aan het circuit toe te voegen zonder de pomp te vervangen.

Over het algemeen zijn pompen ontworpen voor een spanning van 220 Volt, maar er zijn ook pompen met ondersteuning voor 12 Volt. Bij spanningsschommelingen moet een stabilisator worden geplaatst om te voorkomen dat het apparaat uitvalt.

In geval van frequente stroomuitval moet u zorgen voor een UPS. Het is niet nodig een krachtige UPS te nemen – voor de verwarming van particuliere woningen worden zelden apparaten gebruikt met een verbruik van meer dan 150 Watt per uur.

Circulatiepompen kunnen grofweg worden onderverdeeld in twee typen op basis van de motorpositie. Apparaten met een droge rotor hebben een hoger rendement, maar hebben een hoger geluidsniveau en een kortere levensduur dan apparaten met een natte rotor.

Als de leidingverdeling van het systeem de mogelijkheid biedt voor natuurlijke circulatie van het medium door het circuit, dan moet de pomp worden gemonteerd via een “bypass”. In dat geval kan bij een defect of stroomuitval de verwarming worden omgeschakeld naar de modus voor zwaartekrachtcirculatie.

Door een niet-werkende pomp kan water ook stromen, maar deze zal een sterke weerstand bieden aan de beweging ervan.

De keuze voor een pompmodel voor een specifiek verwarmingssysteem wordt gemaakt door het bepalen van het werkpunt en de overeenstemming ervan met de vereiste waarden van het debiet van het medium (+)

Het probleem van het stoppen van de pomp is vooral relevant bij het gebruik van kachel- of haardverwarming. In dat geval blijft de kachel de warmtewisselaar verwarmen en kan het water daarin koken, waardoor het hele systeem voor langere tijd uitvalt.

Het is beter om de montage van de pomp op de retourleiding uit te voeren, omdat de lagere watertemperatuur de levensduur ervan kan verlengen. Als het niet mogelijk is de pomp op een andere plaats te installeren dan op de leiding die uit de ketel komt, dan moet een pomp met keramische afdichtingen worden gebruikt.

Hoewel ze temperaturen tot 110°C kunnen weerstaan, kunnen er bij het koken van het systeem ook bij hen problemen met de werking optreden.

Door de pomp via een bypass in het circuit te monteren, kunt u niet alleen normale werkingsomstandigheden verkrijgen volgens het principe van natuurlijke circulatie, maar ook de mogelijkheid om de pomp te verwijderen zonder water af te tappen.

Nuttige informatie over het kiezen van circulatiepompen voor het verwarmingssysteem wordt gegeven in de artikelen:

1. Selectie van de circulatiepomp: apparaat, types en regels voor het kiezen van een pomp voor verwarming
2. Circulatiepomp voor verwarming: top tien modellen en koopadviezen

Subtiele punten bij het kiezen van ketels en kachels

Het gebruik van elektrische en gasgestookte ketels, langbrandende kachels als warmtegenerator is aantrekkelijk vanuit het oogpunt van eenvoudige regeling van de warmtetoevoer via de warmtewisselaar.

Het gebruik van vastebrandstofkachels, vooral zelfgemaakte constructies, kan leiden tot onvoldoende of overmatige warmteafgifte. Het gebruik ervan is echter vaak gerechtvaardigd vanwege de goedkoopte en beschikbaarheid van brandstof.

Nu zijn er talloze modellen beschikbaar van elektrische en gasketels met geïntegreerde pomp. Enerzijds is het ingebouwde circulatiesysteem afgestemd op het vermogen van de ketel en hoeft u geen aparte pomp aan te schaffen en te installeren. Anderzijds is het bij een defect aan de ingebouwde pomp niet zo eenvoudig om deze te repareren of te vervangen als een aparte pomp.

Een elektrische ketel met geïntegreerde pomp is een kant-en-klare en compacte oplossing om het op te nemen in een schema met geforceerde circulatie.

De vereisten voor de ketel bij gebruik van geforceerde circulatie zijn dezelfde als bij natuurlijke circulatie:

• Berekening van het ketelvermogen – de indicator moet voldoen aan de verwarmingsbehoeften van het huis onder de zwaarste omstandigheden voor een bepaalde regio. Het is wenselijk om een kleine vermogensreserve (10-20%) te hebben vanwege mogelijke overmachtsituaties die in het verwarmingssysteem kunnen optreden.
• Voorkomen van koken van het koelmiddel in de warmtewisselaar. Deze vereiste is bij gebruik van de combinatie “kachel – pomp” eenvoudiger te realiseren dan bij het zwaartekrachtmodel van vloeistofbeweging.

Om het koken van water in de warmtewisselaar van de ketel te voorkomen, volstaat het om een vermogensregeling in te stellen op basis van de temperatuur van de uitgaande vloeistof. Deze methode werkt bij elke vorm van circulatie.

De besturingseenheid van de werking van de vastebrandstofketel bevat de functie om de pomp te starten wanneer kritische temperaturen aan de uitgang van de warmtewisselaar worden bereikt.

Voor ovens met natuurlijke circulatie is het niet mogelijk om te voorkomen dat het koelmiddel kookt bij een overmatige hoeveelheid brandstof. De enige optie bij aanwezigheid van een pomp is het vergroten van het volume vloeistof dat door de warmtewisselaar stroomt.

Bovendien kan een dergelijk anti-noodsysteem automatisch worden gemaakt met behulp van een thermostaat en een snelheidsregelaar voor de pomp.

Installatie en controle van het watercircuit

Bij een verwarmingssysteem met geforceerde circulatie zullen de watersnelheden hoger zijn dan bij een zwaartekrachtmodel. Daarom kan een kleinere buisdiameter worden gebruikt bij dezelfde verwarmingsparameters van het gebouw. Dit verlaagt de kosten van waterverwarming wat betreft leidingen, fittingen en afsluiters.

Bovendien zijn kleinere diameter circuitelementen gemakkelijker te verbergen in technische nissen of in het interieur van de ruimte te integreren.

Vergeleken met natuurlijke circulatie wordt bij de hydrostatische druk van de vloeistofkolom de verhoogde hydrodynamische druk van de stroming opgeteld. Daarom moeten bepaalde regels worden gevolgd om lekkages of zelfs systeembreuk te voorkomen.

Bij de overgang van zwaartekrachtcirculatie naar geforceerde circulatie moeten alle lekkages, ook kleine, worden verholpen. Bij toenemende druk neemt de leksnelheid toe, wat naast het probleem in de ruimte leidt tot een afname van de hoeveelheid koelmiddel en overmatige beluchting (luchtverzadiging).

Voor het begin van het stookseizoen moeten hydraulische sterkteproeven van het circuit worden uitgevoerd met de maximaal gebruikte of zelfs iets hogere druk. Dit maakt het mogelijk problemen te identificeren en te verhelpen voordat het koud wordt, wanneer een lange stilstand van de verwarming voor reparatie ongewenst is.

Lekkage van verwarmingsradiatoren kan op de meest onverwachte plaatsen optreden en het oplossen van het probleem kost veel tijd, dus het is beter om de integriteit van het systeem vooraf te controleren.

Omdat de snelheid van het koelmiddel hoger zal zijn dan 0,25 m/s, is het volgens SNiP 41-01-2003 niet nodig om een constante helling van de leidingen aan te houden om lucht uit het circuit te verwijderen. Daarom is bij geforceerde circulatie de installatie van leidingen en radiatoren iets eenvoudiger dan bij een gravitatiecircuit.

Opties voor verwarming met geforceerde circulatie

Het gebruik van geforceerde circulatie maakt het mogelijk om af te wijken van het principe van het ontwerpen van de leidingverdeling met verplichte rekening houdend met het verschil in hydrostatische druk dat nodig is voor de werking bij een gravitatiecircuit.

Dit voegt variatie toe bij het modelleren van de geometrie van het watercircuit en biedt de mogelijkheid om oplossingen zoals collectorenverwarming of vloerverwarming van grote oppervlakten te gebruiken.

Toepassing van boven- en onderleidingverdeling

Elk verwarmingsschema kan worden onderverdeeld in een boven- of onderverdeling. Bij bovenverdeling stijgt het warme water boven de verwarmingstoestellen en verwarmt vervolgens de radiatoren terwijl het naar beneden stroomt. Bij onderverdeling wordt het warme water van onderaf toegevoerd. Elke optie heeft zijn eigen voordelen.

Bovenverdeling wordt ook toegepast bij natuurlijke circulatie. Daarom kunnen verwarmingscircuits van dit type beide circulatievormen gebruiken. Dit biedt ten eerste een keuzemogelijkheid en verhoogt ten tweede de betrouwbaarheid van het systeem.

Bij stroomuitval of een pompstoring wordt de waterbeweging door het circuit voortgezet, zij het met een lagere snelheid.

Een goede druk maakt het mogelijk om te kiezen tussen boven- en onderverdeling, rekening houdend met het gemak van het leggen van leidingen die het koelmiddel naar de radiatoren voeren (+)

Bij gebruik van onderverdeling is de totale lengte van de leidingen kleiner, wat de kosten voor het aanleggen van het systeem verlaagt. Bovendien is het niet nodig om stijgleidingen op de bovenste verdieping aan te leggen, wat gunstig is voor het interieurontwerp. De onderste toevoerleiding voor warm water wordt of in de kelder of op vloerniveau van de eerste verdieping gelegd.

Varianten van eenpijpsschema's voor aansluiting

Een eenpijpsschema gebruikt dezelfde buis voor de toevoer van warm water naar de radiatoren en de afvoer van koud water naar de verwarmingsketel. Bij deze verdeling wordt de lengte van de gebruikte leidingen bijna gehalveerd en worden het aantal fittingen en afsluiters verminderd.

Echter, de verwarming van radiatoren gebeurt opeenvolgend, dus bij het berekenen van het aantal secties moet rekening worden gehouden met de geleidelijke temperatuurdaling van het toegevoerde koelmiddel.

Opeenvolgende aansluiting van radiatoren met gebruik van één buis voor koelmiddeltoevoer wordt vaak toegepast in moderne huizen om materiaalkosten te minimaliseren en installatiewerkzaamheden te vereenvoudigen

Eénpijpsystemen kunnen zowel in horizontale als verticale uitvoeringen worden gerealiseerd. Bij geforceerde circulatie, in het geval van verticale stijgleidingen, kan warm water niet alleen van boven maar ook van onder worden aangevoerd.

De geschiktheid van een bepaalde optie hangt niet alleen af van het gemak van het leggen van de leidingen, maar ook van het maximaal toegestane aantal radiatoren op één stijgleiding van een éenpijpscircuit.

Verwarmingsradiatoren kunnen op twee manieren worden aangesloten:

• Seriële aansluiting – de warmtedrager stroomt door alle radiatoren. In dit geval is een minimaal aantal leidingen nodig, maar als een van de radiatoren moet worden uitgeschakeld, moet de hele tak van het systeem worden stilgelegd.
• Aansluiting via een bypass – de warmtedrager kan langs de radiator stromen via een geïnstalleerde aftakking. Met behulp van een systeem van kranen kan de stroom langs de radiator worden geleid, waardoor reparatie of demontage mogelijk is zonder de verwarming stil te leggen.

Het éenpijpschema wordt vaak gebruikt in verwarmingssystemen, maar in het geval van een groot aantal radiatoren wordt een andere optie toegepast voor een gelijkmatige verwarming.

Éenpijpsystemen hebben vele uitvoeringsvarianten bij geforceerde circulatie, waardoor het vrij eenvoudig is om een geschikte oplossing te kiezen voor de specifieke geometrie van de ruimtes (+)

Manieren om het tweepijpsvariant toe te passen

Het schema van een verwarmingscircuit met gebruik van een tweede leiding voor de afvoer van afgekoeld water naar de ketel wordt een tweepijpsysteem genoemd. De lengte van de leidingen neemt toe, evenals het aantal verbindingen en apparaten.

Het systeem heeft echter een belangrijk voordeel – aan elke radiator wordt warmtedrager van dezelfde temperatuur toegevoerd. Dit maakt de tweepijpvariant zeer aantrekkelijk.

Bij waterverwarming met geforceerde circulatie wordt zowel horizontale als verticale leidingverdeling gebruikt. Bovendien is bij de verticale variant toepassing van zowel boven- als onderaanvoer van warm water mogelijk.

Een tweepijpschema voor aan- en afvoer van water in combinatie met diagonale aansluiting van de radiator geeft maximale warmteafgifte aan de ruimte.

Aangezien de temperatuur van het toegevoerde water naar alle radiatoren hetzelfde is, hangt de geometrie van de circuits alleen af van de volgende factoren:

• materialenbesparing – minimalisatie van de leidinglengte en het aantal verbindingen;
• gemak van het doortrekken van het circuit van de verwarming door muren en vloeren;
• esthetische aantrekkelijkheid – de mogelijkheid om verwarmingselementen in het interieur van de ruimtes in te passen.

Afhankelijk van de beweging van het warme en gekoelde water worden tweepijpschema's onderverdeeld in twee typen:

1. Parallel. De stroming in beide buizen vindt in dezelfde richting plaats. De cyclus van de warmtedrager heeft dezelfde lengte voor alle radiatoren in dit deel van het systeem, waardoor hun opwarmingssnelheid gelijk is.
2. Doodlopend. In een parallel systeem worden radiatoren dichter bij de ketel sneller verwarmd. Echter, voor systemen met geforceerde circulatie is dit niet erg belangrijk vanwege de aanzienlijke stroomsnelheid van het water in het circuit.

Bij de keuze tussen een parallelle en een doodlopende variant wordt gekeken naar het gemak van het aanbrengen van de retourleiding. In verticale schema's met een onderverdeling verkrijgt men een doodlopend systeem, en met een bovenverdeling een parallel systeem.

Gebruik van de distributiecollector voor verwarming

Een andere populaire manier om verwarming te organiseren is tegenwoordig het creëren van een collectorschakeling. In zekere zin kan dit schema een subvariant van het tweepijpssysteem worden genoemd, hoewel het ook wordt toegepast bij de organisatie van eenpijps-verwarmingscircuits.

Het distribueren van het hete warmtemedium en het opvangen van het afgekoelde medium gebeurt niet via de hoofdstijgleiding, maar via speciale verdeelunits – collectoren. Een dergelijk systeem werkt stabiel alleen met geforceerde circulatie.

Radiale leidingverdeling vereist in vergelijking met een tweepijpssysteem een collector, een grotere totale leidinglengte, meer fittingen en afsluiters.

Het distributieknooppunt voor een tweepijpssysteem is een complexe combinatie van een aanvoer- en een retourcollector, waarmee een op temperatuur en druk gebalanceerde toevoer van het warmtemedium wordt gerealiseerd.

Elke tak van het apparaat voedt één verwarmingselement of een kleine groep daarvan. De takken bevinden zich doorgaans onder de vloer; elke verdieping van een gebouw met meerdere verdiepingen wordt bediend door één centraal geïnstalleerde collector.

Ondanks de duidelijke voordelen van deze manier van verwarmingsorganisatie heeft het collectorsysteem twee belangrijke nadelen:

• de grootste leidinglengte, daarom vereist deze opzet van het watercircuit aanzienlijke financiële investeringen;
• complexiteit van het wijzigen van het circuit – de leidingen liggen bij deze optie doorgaans onder de vloer of in de muren, dus in geval van toevoeging van verwarmingstoestellen zal het zeer moeilijk zijn om correcties aan te brengen.

Collectoren worden doorgaans in een speciale kast gemonteerd, omdat de afsluiters zich daar ook bevinden en toegang daartoe nodig is. Het centraal plaatsen van de kranen is zeer handig.

In geval van noodzaak om radiatoren in of uit te schakelen of het optreden van een noodsituatie is toegang tot de kast voldoende en is het niet nodig om alle ruimten te bezoeken.

Verdeelcollectoren kunnen een eenvoudige structuur hebben, bestaande uit twee verdeelkammen en een minimum aan afsluiters. Complexe eenheden kunnen ook automatische thermostaten, elektronische kleppen, mengers, automatische ontluchters, sensoren en regelblokken, een aftapkraan en een aparte circulatiepomp omvatten.

Deze systemen kunnen de temperatuur in huis het nauwkeurigst regelen, maar vereisen een goed begrip van de grondbeginselen en nuances van de werking van waterverwarming.

Verwarming met behulp van vloerverwarming

Een van de meest comfortabele verwarmingsmethoden is vloerverwarming. Er moet worden opgemerkt dat de installatie van deze verwarmingsvariant voor woonkamers, doucheruimtes, keukens en andere vertrekken vrij complex is.

Een watergedragen vloerverwarming met een groot oppervlak is alleen mogelijk bij toepassing van geforceerde circulatie, omdat er druk opgebouwd moet worden in het lange systeem van smalle buizen.

Druk is noodzakelijk om de weerstand van smalle buizen met vele bochten te overwinnen. Daarnaast moet een opvoerhoogte worden bereikt die het mogelijk maakt om lucht uit de horizontaal gelegen vloerverwarmingsbuizen te verwijderen.

Er zijn tal van combinaties voor het leggen van buizen:

• Voor kleine vertrekken past men schema's toe met één ingang voor warm water en één uitgang voor gekoeld water;
• Voor grote ruimtes worden complexere vloerverwarmingssystemen georganiseerd met behulp van een verdeelcollector.

Voor onderdelen van het vloerverwarmingscircuit worden niet zelden aparte circulatiepompen geïnstalleerd.

Het gebruik van een collector is verantwoord voor grote vloerverwarmingsvlakken wanneer uit berekeningen blijkt dat één buis de verwarming niet aankan.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Gedetailleerde uitleg van een tweepijps- en vrij complex verwarmingsschema voor een huis met twee verdiepingen:

Systeem van het gesloten type voor een huis met drie verdiepingen op basis van een gasgestookte ketel:

Het gebruik van pompen bij waterverwarming van vertrekken vergemakkelijkt het ontwerp van het circuit aanzienlijk, waardoor varianten mogelijk worden die niet toegankelijk zijn voor het gravitatiemodel. Een correcte selectie van de apparatuur maakt het mogelijk de kwestie van de woningverwarming op te lossen, waardoor dit proces comfortabel en eenvoudig wordt.

Heeft u nog aanvullingen of vragen over de inrichting van een verwarmingssysteem met geforceerde circulatie? Laat dan alstublieft reacties achter bij de publicatie en neem deel aan de discussies. Het contactformulier vindt u in het onderste blok.