Da bleibt dem Wasser die Luft weg

In einer geschlossenen Heizungsanlage ist ein störungsfreier Volumen- und Massenstrom die ­Grundlage für die bedarfsgerechte und effiziente Verteilung der Heiz- oder Kühlwasserströme. Gleichzeitig ist ­Wasser ein inkompressibles Medium, das einer temperaturbedingten Volumenausdehnung unterliegt. Damit die Volumenausdehnung in gewünschten Parametern erfolgt, kommen Druckhaltesysteme zum Einsatz. Eine weitere wichtige Maßnahme ist die Entgasung des Heizungswassers.

Für jeden Zweck die passende Druckhaltung
Damit bei einer Heizungsanlage die temperaturbedingte Volumenausdehnung erfolgen kann, sind Systeme zur Druckhaltung erforderlich. Hersteller bieten hierzu verschiedene Technologien an. Das MAG (Membran-Druckausdehnungsgefäß) beispielsweise ist ein mit einer Membrane ausgestatteter Druckbehälter. Die am meisten verbreitete Bauform hat eine Halbmembrane. Sie unterteilt das Gefäß in einen Gas- und einen Wasserraum, wobei gasseitig ein auf die jeweilige Anlage abgestimmter Druck vorherrscht. Die Halbmembrane ist fest in das Gefäß eingebunden und nicht tauschbar. In einer anderen Variante des MAG gelangt das Anlagenwasser in eine Vollmembrane genannte Blase und hat somit keinen Kontakt zur Behälterwand. Die Vollmembrane kann tauschbar sein. MAGs sollten einmal jährlich gewartet werden, um den Vordruck und damit die Funktionsfähigkeit der Druckhaltung sicherzustellen.
Gleich dem MAG sind Kompressordruckhalteanlagen mit einem druckfesten Ausdehnungsgefäß bestückt. Auch hier ist die innenseitig mit Heizungswasser gefüllte Membrane von einem Gaspolster umschlossen. Das Ausdehnungsvolumen im Gasraum wird bei der Kompressordruckhalteanlage von einem Sensor erfasst. Eine Steuereinheit regelt entsprechend dem Lastzustand im Gefäß den Druck, wobei der Kompressor entweder Umgebungsluft ansaugt, um den Druck im Ausdehnungsgefäß zu erhöhen, oder ein Magnetventil Luft ablässt.
Bei der Pumpendruckhalteanlage bringt dagegen eine Pumpe das Systemwasser auf den erforderlichen Systemdruck. Diese Anlage ist mit einem drucklosen Ausgleichsgefäß mit Membrane oder Blase ausgestattet, weshalb hier kein Überdruck im Gefäß herrscht.

Zuverlässig arbeitende Anlagen
Damit eine Anlage effizient und störungsfrei arbeiten kann, ist es erforderlich, Gase zuverlässig aus dem Heizungswasser zu entfernen. Die Gase kommen als freie Luft, Luftblasen und gelöste Luft vor.
Luftblasen entstehen primär im Kessel, indem die im Heizungswasser befindlichen gelösten Gase bei hohen Temperaturen frei werden. Als Bläschen werden sie vom Systemwasser mitgerissen und gelangen in strömungsberuhigte Zonen und an Hochpunkte einer Anlage.
Über an Hochpunkten installierte Entlüfter ist eine manuelle Entlüftung möglich. Automatische Entlüfter vereinfachen den Vorgang deutlich, da hier ein Schwimmerschalter bei Bedarf ein Ventil öffnet, um die Luft abzulassen. Einfache Entlüfter aber bergen dabei das hohe Risiko einer Leckage.
Um die im Kessel entstehenden Luftblasen bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt abscheiden zu können, bietet es sich an, den Luftabscheider im Vorlauf des Kessels zu installieren. Der Abscheidegrad kann 90% betragen.
Jedoch sondern Entlüfter und Luftabscheider lediglich die Gase ab, die in Form von freier Luft und als Luftblasen im System vorhanden sind. Gelöste Gase werden dagegen nicht erreicht. Dabei können auch gelöste Gase unter bestimmten Betriebsbedingungen zu einer Luftblasenbildung führen. Dies ist insbesondere bei Gebäuden über 15 m Höhe der Fall. Durch den niedrigen Anlagendruck an den höchs­ten Stellen im Gebäude bilden sich erneut Luftblasen. Zuverlässig entfernen lassen sich die im Wasser enthaltenen gelösten Gase, Luftblasen und freie Luft mittels einer Entgasung.

Verschiedene Entgasertechniken
Um Luft aus weitverzweigten Systemen und aus Systemen ohne große statische Höhe zu entfernen, bedient man sich des physikalischen Verhaltens von Gasen in Flüssigkeiten: Wasser mit hohem Druck kann viel gelöste Luft aufnehmen. Sinkt der Druck wieder, gast die Luft aus – es bilden sich Luftblasen. Drei Entgasungstechniken sind Stand der Technik.

Vakuumentgasung
Hierzu fördert eine Pumpe Heizungswasser in einen Entgasungsbehälter. Da die Pumpe mehr Wasser aus der ­Wassersäule zieht als Wasser zulaufen kann, lässt sich bis zum Siedepunkt ein Vakuum erzeugen. Im Wasser enthaltene Gase werden dadurch freigesetzt und sammeln sich über dem Wasserspiegel. Durch das ­Herunterfahren der Pumpe erhöht sich kurzzeitig der Druck und die freigesetzten Gase werden über ein Ventil abgelassen.

Vakuum-Sprührohrentgasung
Eine weitere Variante ist die Vakuum-Sprührohrentgasung. Bei diesem Verfahren wird in einem Sprührohr ein Vakuum erzeugt. Durch das Einsprühen und die große Kontaktfläche lösen sich die enthaltenen Gase nahezu aus dem Wasser. Während das entgaste Wasser anschließend zurück in die Anlage gepumpt wird, wird das frei gewordene Gas über ein Ventil entfernt.

Pumpendruckhaltung
Bei einer Pumpendruckhalteanlage erfolgt die Entgasung dadurch, dass der Druck im Medium auf Umgebungsdruck abgesenkt wird. Dazu wird das Heizungswasser mit einem Systemdruck von beispielsweise 3 bar in den drucklosen Ausgleichsbehälter geleitet, wo es bei der Druckentspannung auf Atmosphärendruck entgast.

Entgasung und Druckhaltung gehören zusammen
Durch die Entgasung wird das Heizungswasser untersättigt. Deshalb nimmt das entgaste Heizungswasser nach Wiedereinspeisung in den Heizkreislauf die dort befindlichen Gase auf. Dieser kontinuierliche Kreislauf ermöglicht die Entgasung des gesamten Systemwassers auch bei komplexen Heizungssystemen.
Reine Entgasungsstationen haben nicht die Funktion einer Druckhaltung. Deshalb werden sie häufig mit einem Druckhaltesystem kombiniert.

Moderne Leittechnik
Viele Anlagen lassen sich inzwischen auch in eine Gebäudeleittechnik einbinden. Eine Option, die vor allem im industriellen Bereich nachgefragt wird. Für die Einbindung von Großanlagen in die Gebäudeleittechnik stellen die Hersteller unterschiedliche Ausbaustufen zur Verfügung. Angefangen bei der einfachen Schnittstelle über die Sammelsteuerung bis hin zu Systemen, auf die von einer Leitwarte aus lokal zugegriffen werden kann, um Betriebs- und Störungsmeldungen zu quittieren, Geräte zu parametrieren und Betriebsparameter auszulesen.

Fazit
Moderne Anlagen bieten vielfältige Möglichkeiten der Druckhaltung und Entgasung. Aufeinander abgestimmte Systeme steigern die Effizienz einer Heizanlage und sorgen zudem für eine störungsfreie Wärmeversorgung.

Autorin: Carola Tesche, freie Journalistin