Natürliche Konvektion

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Unter natürlicher Konvektion oder Schwerkraftzirkulation versteht man den physikalischen Effekt, nach dem in einem geschlossenen Kreislauf ein Gas oder ein Fluid aufgrund des Dichteunterschiedes zwischen einer warmen und einer kalten Säule zirkuliert.
Der Dichteunterschied wird durch Beheizen/Erwärmen auf der einen Seite und Abkühlen auf der anderen Seite des Kreislaufes aufrechterhalten. Der daraus resultierende Differenzdruck wird "treibender Druck" oder auch "wirksamer Druck" genannt, man spricht auch von Schwerkraftwirkung. Von natürlicher Konvektion spricht man vorwiegend im Zusammenhang mit Luft, von Schwerkraftzirkulation bei Wasser.

Der Differenzdruck $Δ p$ ist vom Dichteunterschied $Δρ$ und der wirksamen Höhe h abhängig nach der Formel:

$Δ p = p 2 - p 1$
$\Delta p = h\cdot g \cdot ({\rho_2}-{\rho_1})$

h: wirksame Höhe h in m
g: Erdbeschleunigung in m/s²
$ρ 2$ = höhere Dichte (Temperatur in 2)
$ρ 1$ = geringe Dichte (Temperatur in 1)

In der technischen Gebäudeausrüstung ist die Schwerkraftzirkulation Prinzip jeder Schwerkraftheizung, die allerdings fast vollständig durch die Pumpenheizung ersetzt wurde. Dieses Prinzip wird auch im so genannten "Badestrang" angewendet,der ohne Pumpe parallel zur Warmwasserleitung verläuft und ganzjährig ein warmes Badezimmer bereitstellt. In Thermosiphonanlagen wird die Wärme über den Kollektor zugeführt wo unter nachfolgender Abkühlung und/oder Entnahme des Wassers die Zirkulation einsetzt. Im Kesselbau führen besondere Leitblech-Konstruktionen zur Zirkulation des Kesselwassers zwischen der Kesselwand und den Nachschaltheizflächen. Damit erreicht man eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Kesselmaterial infolge dessen sich die Wärmespannungen verringern.

Nicht erwünscht ist die Schwerkraftzirkulation als "Rückzirkulation". Diese tritt beispielsweise auf, wenn bei stillstehender Pumpe das Wasser des Rücklaufs in entgegegesetzer Richtung auf die Pumpe drückt und diese in Bewegung versetzt. Betroffen sind davon Pumpenheizungsanlagen und Solarkreisläufe. Um die Pumpen zu schützen, baut man so genannte Schwerkraftbremsen. Das sind Rückschlagventile oder so genannte "Diskoscheiben" die, vor oder hinter die Pumpe eingebaut, den Rückstrom des Wassers unterbinden.