Druckhaltung und Entgasung in Heiz- und Kühlanlagen

Die Entwicklung ist vorgezeichnet. Durch die immer höhere Komplexität der Systemtechnik werden die Wasserinhalte in den Kreisläufen nicht nur immer geringer. Auch werden beispielsweise die Querschnitte der Leitungen deutlich kleiner. Als führendes Wärmeträgermedium hat die Qualität des Wassers deshalb eine umso höhere Relevanz. Doch störende Fremdkörper sowie Luft- und Gaseinschlüsse können die Effizienz und Betriebssicherheit einer Heizungs- oder Kaltwasseranlage reduzieren. Im schlimmsten Fall drohen dann nicht nur Beeinträchtigungen des Betriebsablaufs, sondern der Ausfall der gesamten Anlage. Wie sich die Qualität des Wassers kompensieren oder gar verbessern lässt, wissen die Experten von Reflex Winkelmann: Neben der Entsalzung und Enthärtung sowie der Abscheidung von Schmutz und Schlamm übernehmen eine einwandfrei laufende Druckhaltung und eine wirkungsvolle Vakuum-Sprührohrentgasung die Schlüsselrollen für den reibungslosen Betrieb einer Heizungs- oder Kühlanlage.

Druck in Heiz-/Kühlanlagen

Um die Funktionsfähigkeit des Systems zu gewährleisten, muss ein Mindestwasservolumen im System vorhanden sein. Wasser erreicht bei einer Temperatur von 4 °C seine maximale Dichte und dehnt sich bei kühleren und wärmeren Temperaturen aus. Diese Ausdehnung erfolgt jedoch nicht proportional zur Temperatur. Zudem ist Wasser nicht komprimierbar, sodass es bei Temperaturveränderungen in einem geschlossenen System zu einem rasanten Druckanstieg kommt. Dies hat zufolge, dass in Heiz-, Kühloder Solarsystemen Sicherheitsventile ansprechen und die Gefahr besteht, dass Anlagenteile bersten. Daher ist es notwendig den Systemdruck in einem begrenzten Normbereich zu halten.

Dementsprechend muss die Druckhaltung in der Anlage ausgelegt sein, denn Abweichungen von diesem begrenzten Bereich können zu Überdruck, Unterdruck und damit Korrosionen, Kavitation und Verdampfung führen und die Leistung der Anlage erheblich beeinträchtigen. In der Physik besagt das Hydrostatische Paradoxon, dass der hydrostatische Druck, den eine Flüssigkeit in einem Gefäß auf den Gefäßboden ausübt, abhängig von der Spiegelhöhe der Flüssigkeit ist, aber nicht von der Form des Gefäßes und damit der enthaltenen Flüssigkeitsmenge. Auch das muss bei der Auslegung beachtet werden.

Zudem sorgt die Druckhaltung dafür, dass beim Heizwasser Volumenschwankungen kompensiert und durch eine Wasservorlage systembedingte Flüssigkeitsverluste ausgeschlossen werden. Eine unzureichende Druckhaltung kann zu einer Unterschreitung des Mindestbetriebsdruckes in der Anlage führen und dadurch Luft ins System ziehen, was zu weiteren Leistungseinbußen führt.

Dynamische Druckhaltung

Um dies zu verhindern und um eine zuverlässige Wärmeverteilung zu erreichen, ist die Installation einer dynamischen Druckhaltung zu empfehlen. Sie hat mehr Vorteile als ein klassisches Membran-Ausdehnungsgefäß. Bei dynamischen Druckhaltesystemen kann nahezu die gesamte Behältergröße für das sich ausdehnende Wasser genutzt werden, während es bei einem Ausdehnungsgefäß auf maximal etwa ein Drittel der Behältergröße beschränkt ist. Mit dem „Reflexomat“, bei dem ein Kompressor auf der Gasseite des Gefäßes den Druck regelt, und dem „Variomat“, bei dem das Wasser direkt in das System gepumpt wird, hat Reflex beide Varianten im Produktprogramm. Auch kann die dynamische Druckhaltung die Druckschwankungen im System in wesentlich engeren Grenzen halten.

Die pumpengesteuerte Druckhaltung („Variomat“) erreicht eine Abweichung von ± 0,2 bar, der kompressorgesteuerte „Reflexomat“ sogar ± 0,1 bar. Zusätzlich verfügt die pumpengesteuerte Druckhaltung über eine integrierte Entgasungsfunktion und Nachspeisefunktion. Die Steuereinheit „Reflex Control“ der beiden Druckhaltestationen liefert eine stetige, automatische Überwachung des Wasserfüllstandes im System. Sowohl der Füllstand als auch der Druck werden bei Bedarf an die Gebäudeleittechnik übermittelt und Störmeldungen bei Auffälligkeiten angezeigt.

Möglichkeiten der Entgasung

Wasser enthält im natürlichen Zustand immer auch Gase, entsprechend ihrem Partialdruck über der Wasseroberfläche und in Abhängigkeit von der Wassertemperatur. Aus der Atmosphäre werden Gase wie Stickstoff und Sauerstoff im Oberflächenwasser gelöst und gelangen mit einer Konzentration von ca. 18 Milligramm Stickstoff pro Liter und 11 Milligramm Sauerstoff pro Liter bei 10 °C Mediumtemperatur über das Füll- und Nachspeisewasser in die Anlage. Sauerstoff führt durch Bildung von Eisenoxid zu Korrosion in der Rohrleitung und damit zu Leistungseinbußen der Anlage. Stickstoff hingegen ist ein (reaktionsträges) Inertgas und wird nicht in einer chemischen Reaktion im Anlagensystem verbraucht. Es verbleibt im Wasser und kann sich dort permanent weiter anreichern. Es hat aber gegenüber reinem Wasser als Wärmeträger schlechtere thermodynamische Eigenschaften. So liegt die spezifische Wärmekapazität von Wasser im Mittel etwa vier Mal über der von Stickstoff, und die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist etwa 20-fach höher. Im Wasser gelten Gase daher als erhebliche Störfaktoren. Sie behindern die Strömung, schaffen Korrosionsrisiken und verringern den Wärmeaustausch in Heiz- oder Kühlkörpern.

Zusätzlich zu den natürlich im Wasser vorkommenden Gasen führt ein unzureichender Betriebsdruck ebenfalls zu einer Zunahme der Gaskonzentration, wenn der Mindestbetriebsdruck unterschritten und folglich Luft ins System gesaugt wird. Denn dem Fachmann ist es hinlänglich bekannt: Jede Heizungs- und Kaltwasseranlage ist wasser-, aber nicht gasdicht.

Der Brancheninterne weiß um die Bedeutung einer optimalen Anlagenhydraulik. Denn ein hydraulischer Abgleich kann nur bestmöglich in einem System funktionieren, das wirkungsvoll entgast und von jeglichen Fremdpartikeln befreit ist. Aus diesem Grund ist zur Vermeidung und Prävention der genannten Risiken eine umfassende Entgasung zu empfehlen. Dies führt – in Kombination mit Schlamm- und Schmutzabscheidern – zu einer optimierten Wärmeübertragung, spart Primärenergie und erhöht die Betriebssicherheit.

Heute setzen viele Planer und Fachhandwerker dabei auf eine Vakuum-Sprührohrentgasung, mit der sich ein großer Wasserinhalt effektiv entgasen lässt. Sie hat sich als effizienteste Entgasungstechnologie am Markt bewährt. Das Prinzip sieht so aus: Bei der Vakuum-Sprührohrentgasung wird immer nur ein Teilstrom des Anlagenwassers entnommen, im Vakuum entgast und nahezu gasfrei in die Anlage zurückgeführt. Das untersättigte Medium kann nun wieder neue Gase im Anlagensystem aufnehmen und bewirkt somit eine stetige Reduktion der Gaskonzentration im gesamten Anlagennetz. „Das Prinzip funktioniert sowohl bei Kleinanlagen bis 100 kW als auch bei technisch anspruchsvollen Mehrfamilienhäusern und Gewerbeobjekten oder individuellen Sonderlösungen in industriellen Großanlagen.

Durch die Vakuum-Sprührohrentgasung wird eine optimale Konditionierung des Anlagenwassers erreicht; der hydraulische Abgleich perfektioniert. Beim Einsatz in Heizungs- und Kaltwasseranlagen bestätigen unabhängige Untersuchungen eine, je nach Systemausführung, Effizienzsteigerung von bis zu 10,6 %.

Fazit

Dynamische Druckhaltesystem sind zu empfehlen, um Luft- und Gaseinschlüsse auszuschließen und damit eine zuverlässige Wärmeverteilung zu sichern. Im Gegensatz zur statischen Druckhaltung mit einem Membrandruckausdehnungsgefäß wird der Systemdruck aktiv in engen Grenzen gehalten und Störungen von der Druckhaltesteuerung gemeldet. Bei der pumpengesteuerten Druckhaltung sind Entgasung und Nachspeisung bereits integriert.

Quelle: Reflex Winkelmann GmbH

Bilder: Reflex

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