FAQs zur Druckhaltung, Nachspeisung und Entgasung

Um der Zerstörung von Anlagenteilen vorzubeugen, sind eine Druckhaltung und ein Druckausgleich notwendig. Das Membrandruckausdehnungsgefäß, kurz MAG genannt, erfüllt diese Funktionen und zählt so zu den wichtigsten hydraulischen Komponenten einer Heizungsanlage. Trotz des standardisierten Einsatzes tauchen bei der Planung, Installation und Instandhaltung immer wieder bestimmte Fragen auf. Diese sogenannten FAQs (Frequently asked Questions) sollen hier beantwortet werden.

Was ist bei der Bestimmung des Vordrucks in einem Ausdehnungsgefäß zu beachten?
Für die Festlegung des Vordruckes (p0) ist die statische Höhe (pst) zwischen dem Anschluss des Ausdehnungsgefäßes und dem höchsten Punkt des Heiz-/Kühlsys­tems zu ermitteln. Der Vordruck wird nach folgender Gleichung berechnet (Bild 1):
p0 = pst + 0,2 bar. Bei Anlagen mit Einstellungen von mehr als 100°C am Sicherheitstemperaturbegrenzer (STB) ist zusätzlich der entsprechende Verdampfungsdruck pD des Wassers oder Wassergemisches zu addieren.
Insbesondere bei geringen statischen Höhen ist jedoch zu beachten, dass die erforderlichen Mindestdrücke für den Betrieb der verbauten Komponenten (in der Regel für Pumpe, Kessel, Regelventile) nicht unterschritten werden. Vordrücke unter 1 bar Überdruck sollte man daher nur nach genauer Prüfung vorgenannter Parameter anwenden.
In Solaranlagen, bei denen das Ausdehnungsgefäß druckseitig der Umwälzpumpe eingebunden ist, wird noch der Differenzdruck (dpP) der Umwälzpumpe zusammen mit dem Dampfdruck des Wärmeträgermediums bei Abschalttemperatur bei der p0-Ermittlung und für einen sicheren Betrieb herangezogen.
p0 = pst + 0,2 bar + pD + dpP

Welche Ursachen kann ein starker Druckanstieg trotz richtiger Betriebstemperatur haben?

• MAG zu klein.
• Vordruck im MAG zu niedrig (unter statischer Höhe).
• Vordruck im MAG zu hoch.
• Betriebsdruck zu hoch.
• Membrane ist defekt (Wasseraustritt bei Prüfung des Luftventils).
• Anlage ist mit zu hohem Druck gefüllt.
• Luftprobleme in der Anlage.

Wie oft und wie ist ein Ausdehnungsgefäß zu prüfen?
Es sollte eine jährliche Sichtprüfung des Gefäßes sowie die Überprüfung des Vordruckes p0. stattfinden. Um das Ausdehnungsgefäß zu prüfen, muss das Gefäß vom System getrennt (Kappenventil schließen) und anschließend wasserseitig entleert werden. Nun kann der Vordruck am Gasventil gemessen und entsprechend auf p0 angepasst werden. Hierbei emp­fiehlt es sich, Stickstoff als Füllgas zu verwenden.

Allgemein wird gesagt, dass das Volumen des Ausdehnungsgefäßes in der Regel 10% des Wasservolumens in der Anlage ist. Stimmt das?
Nein, das stimmt nicht. Solche pauschalen linearen Abhängigkeiten zwischen Wasserinhalt des Systems und dem Nennvolumen des Ausdehnungsgefäßes gibt es nicht. Neben der Volumenzunahme des Wassers bei Temperaturerhöhung und der erforderlichen Wasservorlage, die natürlich direkt mit dem Inhalt des Systems korrespondieren, spielt der Druckarbeitsbereich der Druckhaltung (Membran-Druckausdehnungsgefäß) eine bedeutende Rolle bei der Dimensionierung. Diese Zusammenhänge führen zu nicht linearen Abhängigkeiten.

Der Druckarbeitsbereich leitet sich auch wieder aus dem Mindestbetriebsdruck p0 und dem Enddruck pe ab. Der Enddruck ist der höchste im Normalbetrieb tolerierbare Druck im Druckhaltesystem. Üblicherweise hängt der maximale mögliche Wert vom Ansprechdruck des Sicherheitsventils pSV ab.
Bei Sicherheitsventilen bis 5 bar beträgt der Enddruck: pe = pSV – 0,5 bar. Bei Sicherheitsventilen über 5 bar: pe = pSV – (10% des pSV).
Beispiel pSV = 2,5 bar:
pe = pSV – 0,5 bar = 2,5 bar – 0,5 bar = 2 bar.
Beispiel PSV = 6 bar:
pe = pSV – (10% · pSV) = 6 bar – 0,6 bar = 5,4 bar.
Pauschal kann man festhalten: Ist der Druckarbeitsbereich klein (z.B. 0,6 bar), erfordert das ein größeres Gefäß, als wenn der Druckarbeitsbereich größer (z.B.
1,5 bar) ist, obwohl in beiden Fällen ein gleiches Wasservolumen des Systems in Ansatz gebracht wurde.

Warum sollte insbesondere bei einer älteren Fußbodenheizung ein anderes Gefäß verwendet werden?
Bei älteren Fußbodenheizungssystemen wurden oft diffusionsoffene Rohrleitungen verwendet. Dadurch besteht die Gefahr, dass Sauerstoff ins Wärmeträgermedium gelangen kann. Dies kann u.a. zur Korrosion im MAG führen, wenn ein Gefäß ohne Vollmembran eingesetzt wird.

Wie funktioniert eine dynamische Druckhalteanlage?
Bei der dynamischen Druckhaltung wird zwischen zwei Verfahren, der Kompressor- und der Pumpendruckhaltung, unterschieden.
Ähnlich dem Membrandruckausdehnungsgefäß, wird bei der Kompressor­druckhaltung dem Ausdehnungsvolumen des Heizungswassers ein Gaspolster entgegengehalten. Dieses Gaspolster ist jedoch nicht statisch, sondern wird durch Ablassen (bei Aufheizung) und Zuführen des Gases (bei Abkühlung) innerhalb enger Druckgrenzen gehalten. Dadurch kann zum einen der Druck in einem Bereich von etwa ±0,1 bar gehalten und zum anderen das Volumen des Ausdehnungsgefäßes nahezu vollständig genutzt werden (Bild 3).
Bei der Pumpendruckhaltung wird das Ausdehnungsvolumen bei Aufheizung mittels eines geregelten Kugelhahnes dem System entnommen und in einen drucklosen Behälter geleitet. Durch die Druckentspannung kann das gelöste Gas hierbei ausgasen. Bei Abkühlung wird das wieder benötigte Wasservolumen gesteuert und entgast zurück in das Heizungssystem gepumpt.
Der Systemdruck kann in einem Bereich von rund ±0,2 bar gehalten und nahezu das komplette Gefäßvolumen genutzt werden (Bild 4).

Was ist der Vorteil der dynamischen Druckhaltung gegenüber dem klassischen Ausdehnungsgefäß?
Bei den dynamischen Druckhaltesystemen kann meist nahezu die gesamte Behältergröße für das sich ausdehnende Wasser genutzt werden. Im Ausdehnungsgefäß können in der Regel maximal rund 1/3 der Behältergröße genutzt werden. Darüber hinaus bietet die dynamische Druckhaltung den Vorteil, dass der Systemdruck in wesentlich engeren Grenzen gehalten werden kann und das pumpengesteuerte Systeme meist eine Entgasungsfunktion beinhalten.

Wann muss eine Enthärtung des Füll- und Nachspeisewassers durchgeführt werden?
Die VDI-Richtlinie 2035 Teil 1 regelt den maximal erlaubten Härtegrad in Warmwasser-Heizungsanlagen. Ausschlaggebend für die maximale Wasserhärte sind die Gesamtheizleistung, der leistungsspezifische Kesselwasserinhalt und der leis­tungsspezifische Anlageninhalt (bezogen auf die kleinste installierte Einzelkesselleistung).

Auf welchen Druckwert wird die automatische Nachspeisestation eingestellt?
Die automatische Nachspeisestation wird auf den Vordruck des Ausdehnungsgefäßes p0 eingestellt. Die Station sorgt dafür, dass dieser Druck in der Anlage nicht unterschritten wird. Die Nachspeisung ist dabei nur für den Ausgleich von Wasserverlusten, nicht für die Druckhaltung zuständig.

Wie hoch muss der Trinkwasserdruck sein, damit die automatische Nachspeisung einwandfrei funktioniert?
Je nach installierter Nachspeisung muss der Trinkwasserdruck zwischen 1,0 bar und 1,5 bar über dem Druck in der Heizungsanlage liegen, damit die Nachspeisung einwandfrei funktioniert.

Lassen sich Luftprobleme in einer Anlage mit einem Entgasungssystem beseitigen?
Ja. Sowohl die Druckentlastungsentgasung als auch die Vakuum-Sprührohr-Entgasung führt zu einer Gasuntersättigung des Anlagenwassers. Sobald dieses ungesättigte Wasser an einer Gasblase vorbei strömt, nimmt es, entsprechend des Partialdruckes an dieser Anlagenstelle, Gas auf. Das Gas wird beim nächsten Durchlauf durch die Entgasung abgegeben. So können Lufteinschlüsse im System durch die Entgasung beseitigt werden.
Wichtig ist es dabei jedoch, dass durch eine richtig dimensionierte Druckhaltung (in allen Betriebsbedingungen ständig ausreichend Überdruck an allen Stellen des Systems) das Eintreten neuen Gases weitestgehend vermieden wird.

Welche Werte werden benötigt, um ein Druckhaltesystem auszulegen?
Im Wesentlichen werden folgende Werte für die Auslegung eines Druckhaltesys­tems benötigt:

• statischer Druck am Anschlusspunkt der Druckhaltung,
• komplettes Wasservolumen der Anlage,
• maximaler Temperaturbereich des Anlagenwassers,
• minimale und maximale Drücke der Anlage und ihrer Komponenten (in der Regel Mindestvorlaufdruck der Pumpe(n), Ansprechdruck des Sicherheitsventils und bei Temperaturen über 100  °C der Verdampfungszuschlag).

Aus diesen Werten kann das Ausdehnungsvolumen und der maximale Druckbereich der Anlage berechnet sowie die optimale Lösung für die Druckhaltung ermittelt werden.

Bilder: Reflex Winkelmann

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