IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 19/1996, Seite 43 ff.

SANITÄRTECHNIK

Membran-Druckausdehnungsgefäße in Trinkwasserinstallationen

DIN 4807-5 erscheint im Weißdruck

Friedrich Wilhelm Faber, Gerhard Werner Kahler

Die Normenreihe "Ausdehnungsgefäße", DIN 4807-1 [1], 4807-2 [2] und 4807-3 [3] sind schon lange Weißdruck, DIN 4807-5 [4], "Geschlossene Ausdehnungsgefäße mit Membrane für Trinkwasserinstallationen (MAG-W)" läßt seit Jahren auf sich warten. Der Arbeitskreis DIN, NHRS 1.46 UA 5, hatte ein Manuskript als Vorlage zum Gelbdruck erarbeitet, der im Juni 1995 veröffentlicht wurde. Als Ergebnis weiterer Sitzungen hat der Ausschuß jetzt die Weißdruckvorlage DIN 4807-5 [4], Juli 1996, verabschiedet. Der Geltungsbereich erstreckt sich auf geschlossene Ausdehnungsgefäße mit Membrane bis 4 l Nennvolumen für Trinkwasserinstallationen (MAG-W) und bezieht sich auf deren Einsatz in Trinkwassererwärmungsanlagen, Druckerhöhungsanlagen und als Druckstoßdämpfer. Endlich sind Prüfgrundlagen gegeben. Gegenstand des Beitrages ist die Entwicklung und der aktuelle Stand.

1. Rückblick

Geschlossene Ausdehnungsgefäße mit Membrane (Membran-Druckausdehnungsgefäße MAG), geeignet für die Druckhaltung in Wasserheizungsanlagen, sind seit 1963 in Deutschland bekannt. In Trinkwassererwärmungsanlagen vollzieht sich technisch-physikalisch ein gleichgelagerter Vorgang: Wasser wird aufgeheizt und dehnt sich aus. Das bedeutet ein erhöhtes Wasservolumen (Ausdehnungswasser) und dadurch Druckanstieg im System. Jedoch war der Einsatz von MAG für Heizungsanlagen aus hygienischer Sicht in Trinkwasserinstallationen nicht möglich. Die Entwicklung geeigneter Membran-Druckausdehnungsgefäße für Trinkwasserinstallationen setzte ein, und seit etwa 1973 sind MAGs z.B. in Trinkwassererwärmungsanlagen zu finden.

Ohne MAG-W: Nachteile

Der hauptsächliche, im Fachbereich hinreichend bekannte Nachteil von Trinkwassererwärmungsanlagen ohne geeignete Membran-Druckausdehnungsgefäße liegt darin, daß die ständig variierende Temperatur permanent erhebliche Druckschwankungen verursacht, wodurch das Sicherheitsventil zum "Dauerläufer" wird - Hochkonjunktur für "Auffangeimer"!

2. MAG-W bremst Trinkwasservergeudung

Das Bürgerbewußtsein und die Einstellung zum wertvollen Nahrungsmittel "Trinkwasser" sind geschärft. Vermeidbare Vergeudung unter ökologischen wie ökonomischen Gesichtspunkten ist vorrangig bei der Entscheidung zum Einbau von Membran-Druckausdehnungsgefäßen in Trinkwassererwärmungsanlagen. MAG-W nehmen daher heute einen weitaus höheren Stellenwert ein, als dem Betreiber nur Bequemlichkeit zu bieten dadurch, daß der Auffangeimer überflüssig wird.

Folgende Punkte sollen noch einmal die Zweckmäßigkeit des Einsatzes verdeutlichen:

Sehr zum Vorteil aller Systemkomponenten bewirkt die kontrollierte Druckhaltung durch das MAG-W eine ausschließlich der Temperatur entsprechende, "sanft steigend bzw. fallend" verlaufende Kennlinie. Der einer Trinkwassererwärmungsanlage nachgesagte üble technische Nachteil einer "Systemdehnung" wird durch den Einsatz eines MAG-W ausgeräumt.
Der Sicherheitsventilansprechdruck wird nicht erreicht, ständiges "Tröpfeln" ist unterbunden, der "Auffangeimer" ist überflüssig.
Das zum Überströmventil degradierte Sicherheitsventil wird wieder der ursprünglichen sicherheitstechnischen Aufgabe und Funktion zugeführt: Verhinderung unzulässiger Überschreitung des Betriebsüberdruckes.
Es entfallen lange Sicherheitsventil-Ausblaseleitungen aus Aufstellungsräumen ohne Bodenablauf.
Das flexible Gaspolster im MAG-W dämpft schlagartige Druckspitzen, die im System auftreten können.
Durch ein MAG-W werden selbstverständlich Einsparungen von Wasser- und Abwasserkosten erzielt.

3. Entwicklung der Normung

Nach jahrelang andauernden Bemühungen des Arbeitskreises wurde die Normungsarbeit im Oktober 1989 zunächst zurückgestellt, 1992 wieder aufgenommen und konnte erst 1995/1996 als beendet angesehen werden. Eine geballte Kompetenzkraft, gebündelt aus Experten der MAG-Hersteller, Membran-Hersteller, Verbände wie dem DVGW, BHKS, ZVSHK, dem Zentralverband Heizungskomponenten sowie auch der Technischen Überwachung hat sich an der Präsentation des "Standes der Technik" beteiligt. Das gemeinsam erarbeitete Manuskript DIN 4807-5 [4] Juli 1996 ist Weißdruckvorlage; der Druck wurde vom DIN veranlaßt. Auf dieser Grundlage kann der DVGW die Registrierung nach der Norm geprüfter Membran-Druckausdehnungsgefäße für Trinkwasserinstallationen vornehmen und das DIN-DVGW-Prüfzeichen erteilen.

4. Anforderungskatalog an MAG-W

Die Weißdruckvorlage DIN 4807-5 [4] Juli 1996 beinhaltet Anforderungen, Prüfung und Auslegung. Wesentliche Bedingungen werden nachfolgend aufgeführt und kommentiert.

4.1 Gasvordruck p₀

Eine wichtige Voraussetzung für die Vordruckbestimmung (p₀) ist konstanter Anlagenruhedruck (p_a). Konstanter Ruhedruck kann nur durch einen Druckminderer absolut sichergestellt werden - in Verbindung mit MAG-W ist der Einbau daher Pflicht. Der Vordruck p₀ muß vor Ort 0,2 bar unter dem Ruhedruck p_a (Einstellwert des Druckminderers) eingestellt werden.

Für die Gasfüllung sollte Inertgas, z.B. Stickstoff, verwendet werden, eine Kontrollmöglichkeit muß gegeben sein (Gas-Füll- und Entleerungsventil) - eine Einrichtung, die Standardausrüstung aller MAGs ist. An dieser Stelle muß daran erinnert werden, daß Stickstoff bedeutend geringer diffundiert als Luft. Stickstoff als trockenes Gas ist daher nicht nur wegen dieser Eigenschaft unbedingt vorzuziehen.

4.2 Durchströmung, keine Stagnation

Durchströmung steht in unmittelbarem Zusammenhang mit dem Begriff "Stagnation". In DIN 1988-4, Abschnitt 3.5 [5], ist Stagnation definiert als "lange Stillstandszeit". Diese tritt auf, "wenn Trinkwasseranlagen während der Ferien- bzw. Urlaubszeit nicht benutzt werden". Nach 4 Wochen Stillstands-, bzw. Stagnationszeit wird Spülen der Leitungsanlagen empfohlen. Diese Gedankengänge waren mit ausschlaggebend für zwei revolutionäre und technisch interessante wie brisante Bedingungen an ein MAGW, die selbstverständlich durch entsprechende Prüfungen nachzuweisen sind:

1. MAG-W-Durchströmung unter Betriebsbedingungen durch eine vom Gasvordruck unabhängige Einrichtung, die zwangsweise Durchströmung bewirkt (Messung der Leitfähigkeitsdifferenz zwischen zu- und abfließendem Wasser), und

2. MAG-W-Durchströmung ohne Gasvordruck in jeder Betriebssituation (Messung der Leitfähigkeitsdifferenz nach erfolgter Prüfung).

4.3 Korrosionsschutz der Innenteile des Behälters

Korrosionsschutz wird gefordert sowohl für wasserberührte als auch für nicht wasserberührte Innenteile, z.B. auch für den Gasraum des MAG-W, der bei einwandfreier Membrane und unter normalen Bedingungen nicht wasserberührt ist. Die Beschichtungen sind erforderlich, wenn der Stahlbehälter selbst nicht aus rostfreiem Stahl gefertigt ist. Das sind besondere Kriterien, gerade für die am meisten eingesetzten Gefäßgrößen, etwa 8 bis 25 l, die mit einer Umstülp- oder Blasenmembrane ausgerüstet sind. Doch die einschlägige Industrie hat bereits erfolgreich normkonforme Lösungen erarbeitet.

4.4 Schutzanstrich der Außenteile

Ein äußerer Behälterschutzanstrich ist obligatorisch. Kein Hersteller liefert Gefäße ohne Farbanstrich! Die Norm empfiehlt grüne Farbe (Farbsymbol für Trinkwasser).

4.5 Hygienische Unbedenklichkeit

Die Forderung bezieht sich nicht nur auf wasser- bzw. nicht wasserberührte und nicht metallene Werkstoffe (z.B. Innenteile und Beschichtungen), sondern insbesondere auch auf die Membrane. Für bisher in MAG-W verwendete Membranen wurde die Kategorie "D1/D2" (Dichtungen) der KTW-Empfehlungen (Kunststoff-Trinkwasser-Empfehlungen) des Umweltbundesamtes als ausreichend befunden. Verschärfung und zugleich Verbesserung stellt die Anforderung auf Einhaltung der KTW, Kategorie "C" (Ausrüstungsgegenstände und Vergußmassen für starke Fugen) dar. Das gilt nicht nur für die Membrane, sondern gleichermaßen auch für Innenteile und Beschichtungen.

4.6 Einbau

MAG-W sind unter Berücksichtigung der Anforderungen der TRWI DIN 1988-2 [7], besonders des Abschnittes 4.3.4.1.1 und der Einbauskizzen in der Montage- und Betriebsanleitung des MAG-W-Herstellers ausschließlich in die Kaltwasserzuleitung zwischen Sicherheitsarmaturengruppe und Trinkwassererwärmer einzubauen (Bild 1).

Bild 1: Trinkwassererwärmungsanlage. MAG-W in einem Speicherladesystem.

Den Einbau in Druckerhöhungsanlagen regelt DIN 1988-5 [8]. Darüber hinaus sind spezifische Angaben der Hersteller von Kompakt-Druckerhöhungsanlagen zu beachten.

Bei Einbau als Druckstoßdämpfer sind zur Größenermittlung die Angaben der Hersteller heranzuziehen.

Wie im Anwendungsfall eines MAG für Wasserheizungsanlagen, müssen auch MAG-W zur Durchführung der nach DIN 4807-2 [2] jährlich erforderlichen Wartungsarbeiten mit einer gegen unbeabsichtigtes Schließen gesicherten Absperrarmatur sowie einer Entleerungsmöglichkeit montiert werden (Bild 2).

Bild 2: Zwangsdurchströmtes MAG-W und Sicherheitsarmaturengruppe.

4.7 MAG-W Einsatzvorschriften

Die Auslegung von Membran-Druckausdehnungsgefäßen für Trinkwasserinstallationen hängt von mehreren Faktoren ab (Tabelle 1).

Tabelle 1: Auslegungsparameter für MAC-W

Trinkwassererwärmerinhalt	V_Sp in 1
Nennvolumen des MAG-W	V_n in 1
Ansprechdruck Sicherheitsventil	p_sv = 6,0 oder 10,0 bar
Arbeitsdruckdifferenz	Dp_A = 20% von p_sv in bar
Anlagenenddruck (p_e = p_sv - Dp_A)	p_e = 4,8 oder 8 bar
Anfangsdruck (Ruhedruck hinter dem Druckminderer)	p_a in bar
Vordruck im MAG-W	p_o = p_a - 0,2 in bar*
Kaltwassertemperatur	t_w = 10°C konstant
Warmwassertemperatur	t_ww = 60°C konstant
Ausdehnung des Wassers	n = 1,67%

* Der Vordruck p_o im MAG-W ist ausgehend vom Anfangsdruck p_a (Ruhedruck hinter dem Druckminderer) abzüglich 0,2 bar einzustellen und bei der Auslegung mit einzubeziehen. Sind Druckminderer und Ausdehnungsgefäß nicht auf einer Ebene installiert, ist die Höhendifferenz entsprechend zu berücksichtigen.

In Anlehnung an DIN 4807-2 [2] liegt der Tabelle 2 die folgende Anwendungsformel zugrunde:

Beispielrechnung:

V_n = 12 l

p_SV = 10 bar

p_a = 4 bar

p_e = 8 bar

p₀ = 3,8 bar (4 bar - 0,2 bar)

Das Ergebnis ist gleich mit dem der Tabelle.

Vom Trinkwassererwärmerinhalt in l ausgehend wird das MAG-W Nennvolumen bestimmt durch:

Berechnungsbeispiel:

Trinkwassererwärmerinhalt 300 l, alle anderen Werte sind gleich.

Tabelle 2: Bestimmung des Nennvolumens

MAG-Nennvolumen				8		12		18		25
Druckwerte		p_sv		6	10	6	10	6	10	6	10
Druckwerte		p_e	4,8	8	4,8	8	4,8	8	4,8	8
p_a	p_o		Trinkwasserwärmevolumen V_SP in l
3	2,8			141	253	212	379	318	569	441	790
3,5	3,3			103	229	154	343	231	515	362	715
4	3,8			63	204	95	307	143	460	198	639
4,5	4,3			24	108	35	269	54	404	75	561
5	4,8			-	154	-	232	-	347	-	479
5,5	5,3			-	129	-	193	-	290	-	403
6	5,8			-	103	-	155	-	233	-	323

5. Inbetriebnahme und Wartung

Entsprechend DIN 1988-8 [9] sowie DIN 4807-5 [4] muß der Anlagenersteller dem Betreiber eine Betriebs- und Wartungsanleitung aushändigen. Ausdehnungsgefäße sind jährlich zu warten. Installation und Wartung erfordern Sachkunde und können daher nur von autorisierten Fachbetrieben durchgeführt werden. Nach der Verordnung über energiesparende Anforderungen an heizungstechnischen Anlagen und Brauchwasseranlagen (Heizungsanlagen-Verordnung - HeizAnlV) vom 22. März 1994 ist im ß 9 der Betreiber solcher Anlagen mit einer Leistung von mehr als 11 kW zur Wartung und Instandhaltung verpflichtet.

5.1 Anlagendruckprüfung

Das MAG-W darf bei der Anlagendruckprüfung keinesfalls funktionsbereit mit dem System verbunden sein. MAG-W daher erst mit der Absperreinrichtung von der Anlage trennen und dann die Druckprüfung durchführen oder aber das MAG-W erst nach Anlagendruckprüfung installieren!

5.2 Vordruckkontrolle/Einstellung

Die MAG-W werden in der Regel werksseitig mit einem Standardvordruck (p₀) versehen und geliefert. Die Vordruckeinstellung nach den Gegebenheiten der Anlage ist daher nach folgendem Ablaufplan unbedingt erforderlich:

a) Anlagenbetriebsdruck feststellen! Der Einstelldruck des Druckminderers ist der Anlagenruhedruck p_a.

b) Nach der Installation die MAG-W Absperreinrichtung schließen.

c) Entleerungseinrichtung öffnen, damit eventuell im Gefäß vorhandenes Wasser abgeleitet und dadurch der Gasraum druckentlastet wird.

d) Gasventilabdeckung am MAG-W entfernen. Mit einem geeigneten Manometer den realen Gasdruck messen.

e) Den Vordruck exakt 0,2 bar unter den Einstellwert des Druckminderers einstellen. Diesen Einstelldruck an der dafür auf dem Typenschild vorgesehenen Stelle (freies Feld) einschreiben. Nach diesem Schritt das Gasventil unbedingt einer Dichtheitsprüfung unter Verwendung von z.B. Leckspray unterziehen. Ventileinsatz gegebenenfalls mit Spezialschlüssel nachziehen oder Gasventileinsatz komplett austauschen.

f) Ventilabdeckung wieder anbringen.

g) Die Absperreinrichtung wieder voll öffnen.

Achtung: das MAG-W ist bei geschlossener Absperreinrichtung vom System getrennt und nicht betriebsbereit!

5.3 Wartungsablauf

1. Äußere Überprüfung:

a) Gasventil kurz betätigen: entweicht Gas oder nur Wasser? Wenn nur Wasser austritt, Gefäß austauschen (Membranschaden) bzw. Membrane wechseln.

b) Gefäßbeschädigungen sichtbar (Funktionsstörung)?

c) MAG-W-Anschlußstutzen dicht?

d) Korrosion an der Gefäßaußenwandung (Wandstärkenbeeinträchtigung = Austausch erforderlich)?

2. Gasdruckprüfung:

Es ist wie unter Vordruckkontrolle/Einstellung beschrieben zu verfahren und Gas abzulassen oder wieder aufzufüllen. Zum Auffüllen ist vorzugsweise Stickstoff zu verwenden.

Wichtig ist auch die Kontrolle des Einstelldruckes vom Druckminderer und die Abstimmung des Vordruckes hierauf, wie unter Abschnitt Vordruckkontrolle/Einstellung bereits erläutert.

5.4 Fehlerquellen

Wenn trotz Einbau eines MAG-W das Membran-Sicherheitsventil tropft, ist im Regelfall das MAG-W nicht defekt, sondern lediglich die Funktion gestört. Es ist wie folgt vorzugehen:

prüfen, ob die Absperreinrichtung voll geöffnet ist,
feststellen, ob der MAG-W-Gasvordruck 0,2 bar unter dem Einstelldruck des Druckminderers eingestellt wurde,
gegebenenfalls auch die Funktion des Druckminderers überprüfen.

Alle Fachbetriebe sind aufgerufen, Installation und Wartung nur von ausgebildeten und geschulten Fachkräften mit äußerster Sorgfalt ausführen zu lassen.

L i t e r a t u r :

[1] DIN 4807-1: Ausdehnungsgefäße; Begriffe, gesetzliche Bestimmungen, Prüfung und Kennzeichnung.

[2] DIN 4807-2: Ausdehnungsgefäße; offene und geschlossene Ausdehnungsgefäße für wärmetechnische Anlagen, Auslegung, Anforderungen, Prüfung.

[3] DIN 4807-3: Ausdehnungsgefäße; Membranen aus elastomeren Werkstoffen, Anforderungen und Prüfung.

[4] DIN 4807-5: Ausdehnungsgefäße; geschlossene Ausdehnungsgefäße mit Membrane für Trinkwasserinstallationen, Anforderung, Prüfung, Auslegung und Kennzeichnung.

[5] DIN 1988-4: Technische Regel für Trinkwasserinstallationen (TRWI), Schutz des Trinkwassers, Erhaltung der Trinkwassergüte, Technische Regel des DVGW.

[6] DVGW-Arbeitsblatt W 270: Vermehrung von Mikroorganismen auf Materialien für den Trinkwasserbereich; Prüfung und Bewertung.

[7] DIN 1988-2: Technische Regeln für Trinkwasserinstallationen (TRWI), Planung und Ausführung; Bauteile, Apparate, Werkstoffe, Technische Regel des DVGW.

[8] DIN 1988-5: Technische Regeln für Trinkwasserinstallationen (TRWI), Druckerhöhung und Druckminderung, Technische Regel des DVGW.

[9] DIN 1988-8: Technische Regel für Trinkwasserinstallationen (TRWI), Betrieb der Anlagen, Technische Regel des DVGW.

B i l d e r : Otto Heat Heizungs-, Energie- und Anlagentechnik GmbH & Co. KG, Kreuztal

[Zurück] [Übersicht] [www.ikz.de]