IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 3/1999, Seite 28 ff.
HEIZUNGSTECHNIK
Ausrüstung von Druckhaltestationen
Geschlossene Wasserheizungsanlagen mit zulässigen Vorlauftemperaturen über 100°C bis 120°C
Dipl.-Ing. Dietrich Uhlmann* · Dipl.-Ing. Lothar Müller**
Druckhaltestationen werden zur Druckhaltung in Kühl- und Wärmekreisläufen eingesetzt. Die Vorteile im Vergleich zu konventionellen Druckausdehnungsgefäßen (MAG) sind kleinere Gefäßvolumen und höherer Automatisierungsgrad in Verbindung mit Zusatzfunktionen wie Nachspeisen und Entgasen; sie erweitern zunehmend den Anwendungsbereich.
Druckhaltestationen in Heißwasseranlagen über 100°C bis 120°C unterliegen nach DIN 4751-2 besonderen sicherheitstechnischen Anforderungen. Dies gilt vorwiegend für die Ausrüstung der Abström- bzw. Überströmeinrichtung und der elektrischen Sicherheitsschaltung bei Unterschreitung des Mindestbetriebsdruckes. Die höheren Anforderungen im Vergleich zu Warmwasserheizungen (bis 100°C) resultieren aus der größeren Verdampfungsgefahr in der Anlage bei Mindestdruckunterschreitung.
Die Praxis zeigt, daß immer wieder unzureichend ausgerüstete Druckhaltestationen im Heißwasserbereich eingesetzt werden. Häufigste Verstöße sind:
- Einbau nur eines Überström- bzw. Abströmventils, das weder typgeprüft ist, noch bei Unterschreiten des Mindestbetriebsdruckes von einem TÜV-geprüften Mindestdruckbegrenzer geschlossen wird.
- Einbau eines typgeprüften Überström- bzw. Abströmventils, das aber nicht bei Unterschreiten des Mindestbetriebsdruckes vom TÜV-geprüften Mindestdruckbegrenzer überwacht, sondern nur von der Steuerung der Druckhaltestation aus angesteuert wird.
- Installation des TÜV-geprüften Mindestdruckbegrenzers nicht in der Ausdehnungsleitung zur Druckhaltung bzw. in Rohrleitungsabschnitten der Vor- oder Rücklaufleitungen, die mit der Druckhaltung durch offen gesicherte Armaturen verbunden sind.
Da selbst Heißwasser-Wärmeerzeugungsanlagen nach den Bestimmungen der Dampfkessel- und Druckbehälterverordnung nicht generell vom TÜV abnahmepflichtig sind (z.B. Heißwasserkessel erst über 1 MW), bleiben die meisten Verstöße unbeachtet.
| Bild 1: Definition und Aufgabe eines Temperaturreglers und Sicherheitstemperaturbegrenzers- bzw. -wächters. |
Definition Heißwasser
Grundlage für die Ausrüstung von Druckhalteeinrichtungen ist die DIN 4751-2. Man unterscheidet in Warmwasser- und Heißwasserheizungsanlagen. Sind Vorlauftemperaturen über 100°C zulässig (Bild 1), spricht man von Heißwasser. Entscheidungskriterium ist die Einstellung des Sicherheitstemperaturbegrenzers (Kesselanlage) bzw. Sicherheitstemperaturwächters (Wärmeübertrageranlage) TAZ+. Dies hat der Deutsche-Dampfkessel-Ausschuß entschieden (DDA-Auslegung 1988/1). Zusätzlich darf die zulässige Vorlauftemperatur nach Ansprechen des Temperaturbegrenzers bzw. -wächters nicht mehr als 10 K überschritten werden (= Kriterium der schnellen Abschaltbarkeit nach DIN 4751-2, Abschnitt 4).
| Bild 2: OTTO variotec-Druckhaltestation zum Druck halten, entgasen und nachspeisen. |
Sicherheitstechnische Ausrüstung von Druckhaltestationen nach DIN 4751-2
Sicherheitstechnik nach DIN 4751-2 heißt, die Temperatur und den Druck so zu regeln und zu begrenzen, daß die zulässigen Grenzwerte nicht überschritten werden. Bezüglich der Druckabsicherung von Heißwasseranlagen mit Druckhaltestationen (Anlagen mit Fremddruckerzeugung) bedeutet dies:
SV - Sicherheitsventil am Wärmeerzeuger (Abschnitt 8.1)
- mechanische Druckbegrenzung, Ausrüstung mit Entspannungstopf nach den Erfordernissen der DIN 4751-2;
- Typprüfung nach TRD 721 erforderlich.
PIS+ - Druck halten, anzeigen und überwachen (Abschnitt 10.2)
- Druck anzeigen (PI);
- Druck in den vorgegebenen Grenzen halten (PS+) durch Steuerung der Zu- und Abströmung (Pumpe oder Kompressor, Überströmventil);
- in der Regel erfolgt die Meßwerterfassung mit einem Druckmeßumformer, dessen Signal in der Steuerung der Druckhaltestation verarbeitet wird.
LIS+ - Füllstand im Ausdehnungsgefäß anzeigen (Abschnitt 11.2.2)
PAZ_ - Druckbegrenzer min in der Ausdehnungsleitung (Abschnitt 10.4)
- erforderlich bei Heißwassererzeugungsanlagen mit Temperaturabsicherung >100°C; spricht an bei Unterschreitung des Mindestbetriebsdruckes;
- Alarmierung;
- elektrische Abschaltung und Verriegelung der Beheizung (Verdampfungsgefahr);
- Schließen des Überström- bzw. Abströmventils bei Druckhaltestationen (Verhinderung von weiterem Druckabfall);
- Montage in der Ausdehnungsleitung, bei direkter Verbindung von Druckhaltung und Wärmeerzeuger auch am Wärmeerzeuger.
ÜV - Überströmventil (Abschnitt 10.3.2)
Drei mögliche Varianten seien erwähnt:
| Bild 3 |
Variante 1 (Bild 3)
- Ein typgeprüftes, steuerbares Überström- bzw. Abströmventil (mit Hilfsenergie), auf das sowohl die Drucksteuerung PIS+ als auch die Begrenzung PAZ- wirkt; stromlos geschlossen oder
- ein typgeprüftes, mechanisches Überströmventil (ohne Hilfsenergie) ohne Verschaltung des Mindestbetriebsdruckes PAZ- in der Druckhaltestation (Variante nicht dargestellt).
| Bild 4 |
Variante 2 (Bild 4)
Zwei Überström- bzw. Abströmventile (mit Hilfsenergie, müssen nicht typgeprüft sein); auf das eine wirkt die Drucksteuerung PIS+, das andere schließt bei Unterschreitung des Mindestbetriebsdruckes PAZ- und Stromausfall.
| Bild 5 |
Variante 3 (Bild 5)
- ein Überströmventil (mit Hilfsenergie, muß nicht typgeprüft sein), auf das die Drucksteuerung PIS± wirkt und zusätzlich
- ein typgeprüftes, mechanisches Überströmventil (ohne Hilfsenergie), das bei Unterschreitung des Mindestbetriebsdruckes schließt.
Diese Variante ist besonders kostengünstig, da die elektrische Sicherheitsverschaltung nach DIN VDE 0116 für den TÜV-geprüften Mindestdruckbegrenzer (PAZ-) innerhalb der Druckhaltestation entfällt.
| Bild 6: variotec 2-2; Druckhaltestation mit Magnetventilsteuerung und mechanischen Mindestdruckventilen. |
Die neue OTTO-Lösung
Die Fa. OTTO HEAT hat in den vergangenen Jahren mit Erfolg überwiegend den Einsatz von typgeprüften, mechanischen Überströmventilen bei Standard komprex Druckhaltestationen praktiziert (siehe Variante 1). Wird jedoch ein kleineres Arbeitsspiel der Druckhaltung gefordert, ist diese Lösung wegen der relativ großen Hysterese der mechanischen Überströmventile von ca. 0,5 bar nicht durchführbar.
Bei den neuen variotec 2 Druckhaltestationen wird deshalb die Kombination von elektrischem Magnetventil (Regelfunktion) und mechanischem Überströmventil (Mindestdruckfunktion) eingesetzt (entspricht Variante 3). Dies ist in vielerlei Hinsicht vorteilhaft:
- geringes Arbeitsspiel der Druckhaltestation durch die Magnetventilsteuerung; auch bei Zweipumpenanlagen beträgt es ca. ± 0,2 bar;
- 3fach Funktion des TÜV-geprüften, mechanischen Überströmventils:
- schließt selbsttätig bei Mindestbetriebsdruckunterschreitung,
- Dämpfung der Auf-Zu-Regelfunktion des Magnetventils,
- hydraulischer Abgleich für Dauerentgasungsfunktion der variotec 2;
- hohe Zuverlässigkeit der Überström- und Mindestdruckfunktion durch erweiterte Funktionsprinzipien (elektrisch und mechanisch);
- Kostenersparnis durch Wegfall der elektrischen Verarbeitung der Mindestbetriebsdrucküberwachung innerhalb der Druckhaltestation nach den Bestimmungen der DIN VDE 0116 für Sicherheitsschaltungen.
Zusammenfassung
Die Überströmeinrichtung von Druckhaltestationen in Heißwassererzeugungsanlagen unterliegt den Anforderungen der DIN 4751-2 Abschnitte 10.4 und 10.3.2. Das zusätzliche bzw. typgeprüfte Absperrventil in der Überströmleitung muß bei Mindestbetriebsdruckunterschreitung vom TÜV-geprüften Mindestdruckbegrenzer geschlossen werden, wenn dieses mit Hilfsenergie arbeitet.
Kostengünstiger erweist sich die in variotec 2-Druckhaltestationen praktizierte Mindestdruckbegrenzung mit einem mechanischen, typgeprüften Überströmventil. Die elektrische Verschaltung des TÜV-geprüften Mindestdruckbegrenzers nach DIN VDE 0116 für die Druckhaltestation entfällt dann.
*) Dipl.-Ing. Dietrich Uhlmann, Leiter Produktmarketing OTTO Heat GmbH, Wenden
**) Dipl.-Ing. Lothar Müller, TÜV Süddeutschland, Niederlassung Dresen
B i l d e r : OTTO Heat, Wenden
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