IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 21/1999, Seite 66 ff.

HEIZUNG

Ausdehnungsgefäße in Heizungsanlagen

Dipl.-Ing. Dietrich Uhlmann*

Mit Beginn der sechziger Jahre haben sich Membrandruckausdehnungsgefäße durchgesetzt. Jährlich werden mehrere hunderttausend in Heiz-, Kühl- und Trinkwassersysteme eingebaut. Über die fachmännische Installation, Inbetriebnahme und Wartung sowie über Neuigkeiten und Entwicklungstendenzen wird berichtet. Zunächst soll das Thema Ausdehnungsgefäße in Heizungsanlagen behandelt werden. Ausdehnungsgefäße in Trinkwasserinstallationen stehen in einem der nächsten Hefte im Mittelpunkt. Die wichtigsten fachlichen Begriffe sind zum schnellen Nachlesen in dem Kasten "Fachbegriffe" zusammengefaßt.

Ausdehnungsgefäße in Wasserheizungsanlagen

Je nach Ausführung des Ausdehnungsgefäßes wird in offene und geschlossene Wasserheizungsanlagen unterschieden (Bilder 1 und 2). Anlagen mit offenen, hochliegenden Ausdehnungsgefäßen wurden seit den sechziger Jahren fast vollständig durch geschlossene Ausdehnungsgefäße verdrängt. Diese haben den wesentlichen Vorteil, daß sie nicht direkt mit der Atmosphäre in Verbindung stehen und die Aufnahme von Luftsauerstoff und den damit verbundenen Korrosionsproblemen unterbunden wird.

Bild 1: Heizungsanlage mit offenem, hochliegendem Ausdehnungsgefäß.

Geschlossene Ausdehnungsgefäße werden heute fast ausschließlich als Membrangefäße angeboten. Man unterscheidet in Membrandruckausdehnungsgefäße, auch MAG genannt (Bild 3), und Ausdehnungsgefäße mit Fremddruckerzeugung (Bild 4).

Während beim MAG der Druck durch ein "festes" Gaspolster erzeugt wird (statische Druckhaltung, ohne Hilfsenergie), versteht man unter Fremddruckerzeugung Druckhalteanlagen, die pumpen- oder kompressorgesteuert sind (dynamische Druckhaltung, mit Hilfsenergie). Diese setzt man meist erst in größeren Anlagen ein.

Bild 2: Heizungsanlage mit geschlossenem, tiefliegendem Ausdehnungsgefäß.

Moderne pumpengesteuerte Druckhalteanlagen mit drucklosen Auffangbehältern werden heute auch als Multifunktionseinheit mit integrierter Entgasung und Nachspeisung angeboten. Natürlich gilt auch hier das Prinzip, nur geschlossene Ausdehnungsgefäße (Auffangbehälter) einzusetzen.

Nach wie vor ist aber das Membranausdehnungsgefäß die meist verwendete Druckhalteeinrichtung. In Kombination mit einer automatischen Funktionsüberwachung, auf die später eingegangen wird, sind MAG-H eine mehr als gleichwertige Alternative zu Druckhalteanlagen mit Fremddruckerzeugung.

Membrandruckausdehnungsgefäße (MAG)

Membrandruckausdehnungsgefäße in Heizungsanlagen werden als MAG-H bezeichnet, um sie von den MAG in Trinkwasseranlagen (MAG-W) zu unterscheiden. Sie werden mit einem Nennvolumen (Vn) von ca. 8 Liter bis über 10.000 Liter angeboten. In der Praxis konzentriert sich der Einsatzbereich auf Gefäße < 1000 Liter, darüber werden meist dynamische Druckhaltesysteme mit Fremddruckerzeugung eingesetzt.

Bild 3: Membrandruckausdehnungsgefäße.

Der unbestrittene Vorteil der MAGs ist ihre einfache, robuste Bauweise. Das Ausdehnungsvolumen (Ve) der Anlage wird in einem Membranraum mit dem Nutzvolumen (V0) gespeichert. Den Membranraum trennt eine Gummimembrane vom Gasraum. Es wird in Blasenmembranen und in Umstülpmembranen unterschieden (Bilder 5 und 6). Blasenmembranen haben den Vorteil, daß sie in der Regel austauschbar sind. Bei einem Membranschaden muß so nicht das gesamte Gefäß gewechselt werden.

MAG werden im Werk beim Hersteller auf einen bestimmten Vordruck (p0) mit Gas über ein Füllventil (analog Autoreifen) gefüllt. In der Regel wird Stickstoff verwendet.

Je nach Ausdehnungsvolumen (Ve) wird das Gas mehr oder weniger komprimiert. So steigt und fällt der Druck in Abhängigkeit der Vorlauftemperatur. Es lassen sich drei wesentliche Aufgaben für ein MAG-H ableiten:

Bild 4: Multifunktionseinheit mit Fremddruckerzeugung, integrierter Entgasung und Nachspeisung.

Installation von MAG

Die Installation des MAG hat nach den Montageanleitungen der Hersteller zu erfolgen. Darin ist unter anderem beschrieben, welche Einbaulage und welche Anwendung zulässig ist. Die üblichen Druckabstufungen betragen 3/5/6/10 bar.

MAG müssen für einen ausreichenden Betriebsdruck bemessen und für den Anwendungszweck zugelassen sein.

Die Volumenschwankungen in einer Heizungsanlage werden überwiegend durch die Betriebsweise des Kessels bestimmt. Steigt die Kesselvorlauftemperatur, muß das MAG Wasser aufnehmen. Fällt die Kesselvorlauftemperatur, muß das MAG Wasser abgeben. Die DIN 4751 T 2 schreibt deshalb vor:

"Jeder Wärmeerzeuger muß durch mindestens eine Ausdehnungsleitung mit einem oder mehreren Ausdehnungsgefäßen verbunden sein".

In der Praxis bedeutet dies, daß das Ausdehnungsgefäß stets dem Wärmeerzeuger (Kessel) zugeordnet ist (Bild 2). Ausdehnungsgefäße müssen absperrbar und entleerbar sein, um die nach DIN 4807 T 2 geforderten jährlichen Wartungsarbeiten durchführen zu können. Die Absperrungen müssen gegen unbeabsichtigtes Schließen gesichert sein (Kappenventile oder Kappenkugelhähne, Bild 7).

Bild 5: MAG-H mit nicht tauschbarer Umstülpmembrane.

Ausdehnungsgefäße müssen gesichert, absperrbar und entleerbarsein.

Äußerst wichtig ist die richtige Einbindung des MAG in den Anlagenkreis (Bild 2). Da für die Membrane eine Dauerbelastung von max. 70°C festgelegt ist und die Haltbarkeit mit steigender Temperatur sinkt, gilt:

MAG in Heizungsanlagen stets in den Anlagenrücklauf einbauen.

Von entscheidender Bedeutung ist die Einbindung des MAG bezüglich der Umwälzpumpe. Hier gilt für den Praktiker:

MAG stets auf der "Saugseite" der Umwälzpumpe einbinden (Saugdruckhaltung).

Bild 6: MAG-H mit tauschbarer Blasenmembrane.

Damit wird garantiert, daß sich bei laufender Umwälzpumpe der statische Druck im gesamten Kreislauf erhöht. Unterdruck – und somit das gefürchtete Einsaugen von Luft – wird vermieden.

Wird das MAG-H dennoch auf der Druckseite der Umwälzpumpe eingebunden (Enddruckhaltung), muß bei der Vordruckbestimmung der Differenzdruck der Umwälzpumpe je nach Anlage mit 60 - 100% aufaddiert werden.

Inbetriebnahme und Funktion von MAG

Damit das MAG seine zugedachte Funktion ordnungsgemäß erfüllen kann, ist es auf die anlagenspezifischen Werte abzustimmen. So ist der Gasvordruck p0 auf den gleichen Wert einzustellen, wie er bei der Auswahl und Berechnung zugrunde gelegt wurde.

In der Regel muß das Gas am MAG über das Füllventil (analog Autoreifen) abgelassen werden, da Kleingefäße meist mit einem einheitlichen Vordruck von 1,5 bar angeboten werden. Der korrigierte Gasvordruck ist auf dem Typenschild zu vermerken. Dies ist für spätere Wartungsarbeiten sehr wichtig.

MAG müssen auf den richtigen Vordruck eingestellt werden.

Genauso wichtig ist die richtige wasserseitige Befüllung des MAG durch die Einbringung der Wasservorlage VV. Die Wasservorlage VV deckt systembedingte Wasserverluste der Heizungsanlage über einen längeren Zeitraum (1/2 bis 1 Jahr). Die Wasservorlage VV komprimiert das Gasvolumen im MAG auf den Fülldruck pF. Die optimale Wasservorlage VV erhält man, wenn man die Heizungsanlage auf max. Vorlauftemperatur aufheizt, entgast und entlüftet und danach bis auf den Enddruck pe (0,5 bar unter Sicherheitsventilansprechdruck) nachspeist. In der Praxis wird leider oft erst zu spät oder aus Unkenntnis überhaupt nicht nachgespeist.

MAG benötigen zur Funktion eine ausreichende Wasservorlage, die über den Fülldruck kontrolliert wird.

Bild 8: Automatische Fülldrucküberwachung mit digitaler Druckanzeige und Nachspeisung.

Unbedingt beachtet werden muß, daß die Heizungsanlage absolut dicht zu installieren ist. Tropfende Stellen haben den kurzfristigen Verlust der Wasservorlage VV zur Folge. Das MAG funktioniert nicht mehr.

Sowohl die falsche Einstellung des Gasvordruckes p0 als auch die oft fehlende oder zu geringe Wasservorlage VV (Fülldruck pF) sind Hauptverursacher für die in der Praxis viel zu oft zu beobachtende ungenügende Arbeitsweise von MAG.

Automatische Funktionsüberwachung von MAG-H

Als äußerst nützlich für einen störungsfreien automatischen Betrieb erweisen sich Geräte für die Funktionsüberwachung von MAG-H (Bild 8). Diese Geräte eignen sich auch für die Nachrüstung bestehender Anlagen.

Mit direkter Druckanzeige und -überwachung ausgerüstet, sichern sie den Fülldruck (Wasservorlage VV) und damit die Funktion des Ausdehnungsgefäßes. Die gefürchtete Unterdruckbildung mit direktem Einsaugen von Luft wird so vermieden.

Fachbegriffe

MAG-H

Membrandruckausdehnungsgefäß für Heizungsanlagen

MAG-W

Membrandruckausdehnungsgefäß für Trinkwasseranlagen

Ausdehnungsleitung

Verbindungsleitung zwischen Ausdehnungsgefäß und Wärmeerzeuger bzw. Versorgungsanlage

Nennvolumen Vn

Gesamtinhalt eines Ausdehnungsgefäßes

Nutzvolumen V0

Maximal vom Ausdehnungsgefäß aufnehmbares Wasservolumen (z.B. Volumen einer Blasenmembrane)

Ausdehnungsvolumen Ve

Die Volumenänderung, die durch Aufheizen von tiefster Systemtemperatur auf max. zulässige Vorlauftemperatur entsteht

Wasservorlage VV

Bevorratungsmenge im Ausdehnungsgefäß zur Deckung von Wasserverlusten

Vordruck p0

Gasüberdruck im MAG im wasserlosen Zustand (Anlieferung)

statischer Druck pst

Überdruck, der sich aus der Höhendifferenz zwischen dem Ausdehnungsgefäß und dem höchsten Punkt der Anlage ergibt

Fülldruck pF

Druck, auf den die Anlage wasserseitig befüllt werden muß

Enddruck pe

Druck im MAG, der sich nach dem Einbringen der Wasservorlage VV und dem Aufheizen der Anlage auf die max. zulässige Vorlauftemperatur einstellt.

Noch mehr Komfort und Betriebssicherheit bieten Geräte mit zusätzlicher zentraler Entlüftungs- und Entgasungsfunktion (Bild 9).

Der Einbau von konventionellen Luftabscheidern sowie das Nachentlüften an unzähligen dezentralen Entlüftungsstellen entfällt. Ein Service, der Zeit, Geld und Ärger spart – nicht nur für den Installateur, sondern vor allem auch für den Betreiber.

Die automatische Funktionskontrolle von MAG sichert vor allem in Kombination mit zentralen Entlüftungsgeräten einen optimalen kostensparenden Service.

Ein Gefäß für Heizung und Trinkwasser

Der Markt fordert zunehmend bewährte Qualität zum kleinen Preis bei hoher Montage- und Servicefreundlichkeit. Kombinierte Druckausdehnungsgefäße für die Heizungs- und Trinkwasserinstallation erfüllen diese Ansprüche.

In einem äußerlich einheitlichen Druckkörper werden durch das Einbringen eines Zwischenbodens zwei unabhängig voneinander arbeitende Druckräume für Trink- und Heizwasser geschaffen (Bild 10). Diese müssen den jeweiligen Anforderungen der Normen genügen (DIN 4807 T 1-3, 5; DIN 4751 T 2).

Bild 9: Vakuum-Sprührohrentgasung mit integrierter Funktionsüberwachung des Ausdehnungsgefäßes.

Neben der Kostenersparnis bei der Anschaffung schlagen enorme Einsparungen bei der Montage und der geringe Platzbedarf zu Buche. So wird z.B. für die Befestigung nur noch eine handelsübliche Wandhalterung benötigt. Inbetriebnahme und Wartung erfolgen getrennt für beide Druckräume.

Wartung und Prüfung von MAG, Verhalten bei Störungen

Wartungsarbeiten sind jährlich, in der Regel durch den Heizungsbauer, durchzuführen.

MAG sind jährlich zu warten.

Sie umfassen im wesentlichen die folgenden Punkte:

1. Äußere Prüfung

2. Membrane defekt

3. Druckeinstellung

(siehe Inbetriebnahme).

Bild 10: Kombiniertes Ausdehnungsgefäß für Heizung (35 l) und Trinkwasser (18 l).

Man muß leider feststellen, daß MAG häufig überhaupt nicht gewartet werden. Nicht selten rückt das MAG erst nach Betriebsstörungen der Anlage ins Blickfeld. Solche Störungen machen sich wie folgt bemerkbar:

Die Wartungsarbeiten, insbesondere Korrektureinstellungen, am MAG sind zu dokumentieren. Auf dem Typenschild sind in der Regel die entsprechenden Eintragungen vorgesehen. Vorteilhaft sind MAG, die mit einem Servicepaß versehen sind.

Inbetriebnahme und Wartungsarbeiten sind zu dokumentieren.

Größenbestimmung von MAG

Für die exakte Berechnung stellen die Hersteller von MAG Berechnungsformblätter und auch Rechenprogramme zur Verfügung. Für die Installation von Kleinanlagen und für Überschlagsrechnungen ist die angegebene Tabelle ausreichend.

Die EU-Druckgeräterichtlinie – Konsequenzen für MAG-H

Bisher wurden in Deutschland MAG-H für Anlagen bis 100°C nach der Druckbehälter- und über 100°C zusätzlich nach der Dampfkesselverordnung hergestellt und geprüft. Nach dem 29.11.1999 gilt die EU-Druckgeräterichtlinie u.a. auch für Heizungs- und Trinkwasserausdehnungsgefäße.

Für den Installateur ist wichtig zu wissen:

– in einer Übergangszeit bis 2002 dürfen weiterhin nach Druckbehälter- bzw. Dampfkesselverordnung baumustergeprüfte bzw. bauartzugelassene Ausdehnungsgefäße eingebaut werden

– neu konzipierte Gefäße werden nach dem 29. 11. 1999 europaweit einheitlich behandelt

Druck-Inhalt-Produkt (in bar x Liter): < 50

Diese Geräte unterliegen nicht der Druckgeräterichtlinie. Die CE-Kennzeichnung entfällt.

Druck-Inhalt-Produkt (in bar x Liter): > 50 aber

Diese Gefäße dürfen nach einem zugelassenen Konformitätsbewertungsverfahren einer benannten Stelle (z.B. TÜV) vom Hersteller selbst geprüft werden und sind mit einem CE-Kennzeichen zu versehen.

Druck-Inhalt-Produkt (in bar x Liter): > 200

Diese Gefäße unterliegen zusätzlich einer Fertigungskontrolle durch eine benannte Stelle (z.B. TÜV) und erhalten ebenfalls ein CE-Kennzeichen.

*) Dipl.-Ing. Dietrich Uhlmann, Leiter Produktmarketing OTTO Heat GmbH, Wenden

B i l d e r :  OTTO HEAT GmbH, Wenden

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