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Konvektion

Der Konvektionseffekt in Speichern und Rohrleitungen

Unter dem Fachbegriff der Konvektion wird im Heizungsbau und der Solartechnik wird ein zumeist unerwünschter Effekt verstanden, der zu Wärmeverlusten und Effizienzeinbußen führt. Warmes Wasser besitzt eine geringere spezifische Dichte als kälteres - und steigt daher auf. In Wärmespeichern führt dieser Effekt zu unerwünschten Verwirbelungen und Zerstörung der thermischen Schichtung. Der Effekt der Konvektion findet insbesondere bei der Kombination aus thermischer Solaranlage oder Heizkessel auf, bei welcher sich die Anschlüsse am oberen Speicher-Ende befinden und somit die entstehende Mirkozirkulation begünstigen (Speicher links).

Konvektion in Speichern als Vergleich
Konvektion in Wärmespeichern

Konvektionsbremse und Thermosiphon

Durch ein Thermosiphon, auch Konvektionsbremse oder Wärmesiphon genannt, lässt sich der negative Effekt der Konvektion im Heizungsbau und der Solarthermie weitestgehend unterbinden. Die Schwerkraft- oder Konvektionsbremse besteht meist aus einem kurz nach unten verlaufenden Rohrs, das anschließend wieder in die Höhe gerichtet ist. Die somit U-förmige Konvektionsbremse (s. Speicher rechts) verhindern die Ausbreitung der Mikrozirkulation im Wärmespeicher und Anschluss-Rohr. Die thermische Schichtung im Pufferspeicher bleibt in Folge der eingegrenzten Konvektion erhalten. Bei modernen Wärme- und Kombispeicher sitzt der Anschluss heutzutage in aller Regel nicht mehr am oberen Speicher-Ende, sondern erfolgt seitlich, im oberen Speicher-Teil und verhindert somit den Effekt der natürlichen Konvektion. Der Konvektions-Effekt oder Schwerkraftzirkulation wird jedoch in der Solarthermie auch gewinnbringend eingesetzt:

Konvektion effektiv verhindern

Es existiert eine Vielzahl an Möglichkeiten entstehende Mikrozirkulationen und Konvektionen zu verhindern, oder deren Effekt zumindest weitestgehend abzumildern. Hier die gängigsten Methoden zur Verhinderung:

 

- Magnetventile

Ein speziell für den Heizungsbau zugelassenes Magnetventil in der Zirkulationsleitung verhindert die unerwünschte Konvektion auch dort, wo eine herkömmliche Schwerkraftbremse oder Thermosiphon nicht den gewünschten Erfolg liefert.

 

- Rückschlagventile

Als alternative zu einer herkömmlichen Konvektionsbremse oder eines Magnetventils eigenen sich in vielen Fällen auch Rückschlagventile. Die auf Metallfedern basierenden Rückschlagventile auf der Pumpendruckseite bewirken eine einseitige Zirkulation und verhindern entweder in Form einer Federklappe, Scheibe oder Membran eine Rückströmung. Rückschlagventile zur Konvektionsverhinderung lassen sich auch noch nachträglich in bestehende Anlagen verbauen.

Thermosiphonanlagen

Unter Thermosiphon versteht man Solaranlagen zur solaren Warmwasserbereitung. Ein spezielle Bauart, die aufgrund des Konvektions-Effekts bewusst auf eine Solarpumpe zur Zirkulation des Wärmeträgermediums verzichtet.

Thermosiphon Solar
Erwünschter Konvektion-Effekt bei Thermosiphonanlagen

Diese einfachen Thermosiphonanlagen werden zudem mit Wasser als Solarflüssigkeit betrieben und erfreuen sich insbesondere in mediterranen Ländern und Solaranlagen zum selber Bauen größerer Beliebtheit. Thermosiphonanlagen zeichnen sich insbesondere durch vergleichsweise geringe Anschaffungskosten und geringer Komplexität aus. Jedoch werden in unseren Breitengraden, aufgrund der exponierten Platzierung des Speichers über dem Solarkollektor und der damit verbundenen Anfälligkeit für Frost, alternative Formen von Solarheizungen bevorzugt.

Solar Lexikon