Membrandruckbehälter in der Versorgungstechnik (Teil 1)

Ausgabe 11/2002 Seite 12 f.

Ausbildung

Fachbericht (Beschreibung/Skizze) Nr.: 11 Woche: 46

Thema: Membrandruckbehälter in der Versorgungstechnik (Teil 1)

Wasser dehnt sich bei Erwärmung von 0°C auf 100°C um ca. 4,3% aus. In geschlossenen Anlagen hat man hierbei das physikalische Problem, dass sich Wasser nicht bzw. nur ganz minimal komprimieren lässt. Die Volumenausdehnung bei der Erwärmung von Wasser führt so in geschlossenen Anlagen zu einem erheblichen Druckanstieg.

Zunächst konnte man dem Druckanstieg abhelfen, indem man am höchsten Punkt der Anlage einen offenen Behälter (offenes Ausdehnungsgefäß) zur Aufnahme des Ausdehnungsvolumens installierte. Bei Erwärmung füllt das Ausdehnungsvolumen dieses offene Ausdehnungsgefäß und beim Abkühlen fließt dieses Wassers in die Anlage zurück. Die Nachteile wie Korrosion, geringe Anlagendrücke oder Druckhaltung von offenen Anlagen führten zu Überlegungen, die im Laufe der Zeit weiterentwickelt wurden und zu dem Bauteil eines geschlossenen Ausdehnungsgefäßes führten.

Am Anfang stand ein geschlossener Behälter, in dem ein Luftpolster bevorratet war, das sich unter Druck zusammenpressen ließ. Da bei diesem jedoch die Kontrolle des Luftpolsters im Betrieb nicht möglich war, wurde dieses bald vom Druckausdehnungsgefäß mit Membrane abgelöst.

Membran-Druckausdehnungsgefäß (MAG) in Heizungsanlagen

Dieses besteht meist aus einem Stahlgehäuse mit einer Elastomer-Membrane und trennt das Gefäß in einen Gas- und Wasserraum.

Gasraum

Der Gasraum ist mit einem Gas, meist Stickstoff, vorgepresst. Der Druck dieses Stickstoffpolsters soll mindestens dem statischen Druck der kalten Anlage am Membran-Druckausdehnungsgefäß entsprechen. Zur Sicherung der Druckhaltung ist der Vordruck jedoch um ca. 0,2 bar über dem statischen Druck der Anlage zu pressen.

Wasserraum

Steigt der Anlagendruck über den Anfangsdruck des MAG an, wird das Stickstoffpolster komprimiert und Wasser dringt in den Wasserraum ein. Sinkt der Druck wieder, drückt das Gaspolster hinter der Membrane das Wasser zurück in das Anlagensystem.

Die Vorteile des MAG gegenüber dem offenen Ausdehnungsgefäß sind:

Das Wasser kommt nicht mehr mit der Atmosphäre in Berührung, deshalb wird kein zusätzlicher Sauerstoff aufgenommen. (Verhinderung von Korrosion).
Das Ausdehnungsgefäß muss nicht mehr an der höchsten Stelle angebracht werden.
Die Anlagenerwärmung kann auch über 100°C betragen.

Funktionsweise

	Die Membrane wird im Einbauzustand durch das Gaspolster an die Gefäßwand gepresst und füllt den Wasserraum vollständig aus.
	Das Gaspolster wird durch das Füllwasser der Anlage teilweise zusammengedrückt.
	Gaspolster wird durch das Ausdehnungswasser bis zum Maximaldruck zusammengepresst.

Der Einbauort (Keller, Dach), das Füllvolumen der Anlage sowie die vorgesehenen Betriebstemperaturen sind wesentliche Faktoren, die bei der Größenbestimmung des MAG beachtet werden müssen.

Größenbestimmung von MAG

Ausführungsbeispiel einer Heizungsanlage.

Für die Größenbestimmung sind 4 Faktoren erforderlich:

Anlagenvolumen V_A

Vorlauftemperatur J_v
Anfangsdruck der Anlage p_a
Enddruck der Anlage p_e

ANLAGENVOLUMEN

Das Anlagenvolumen setzt sich aus den Wassermengen in Wärmeerzeugern, Rohrleitungen und Wärmeverbrauchern zusammen. Spezielle Einbauteile z.B. Pufferspeicher mit großem Volumen sind besonders zu berücksichtigen.

Ausdehnungsfaktoren für die Temperaturänderung können aus Tabellen entnommen werden. Hierbei ist ein evtl. Zusatz von Frostschutzmitteln zu berücksichtigen.

Vorlauftemperatur

Dies ist die Temperatur, mit der die Anlage maximal betrieben werden kann.

Anfangsdruck der Anlage p_a

Der Gasvordruck des MAG muss dem Anfangsdruck der Anlage p_a entsprechen. Dieser setzt sich zusammen aus

p_st dem statischen Druck aus dem Höhenunterschied zwischen höchstem Punkt der Anlage und der Aufstellebene des MAG

p_D Dampfdruck nach Tabelle
Druckwert p_NPSH, der besonders bei tiefliegenden Heizungsanlagen mit geringem statischem Druck und bei Dachheizzentralen von Bedeutung ist

p_dyn dem dynamischen Druck, der sich jedoch nur auswirkt, wenn das MAG auf der Druckseite der Pumpe installiert ist.

Enddruck der Anlage pe

Dieser entspricht dem max. Arbeitsdruck der Anlage und soll 0,3 bar unter dem Ansprechdruck des Sicherheitsventils liegen.

Prozentuale Nutzbarkeit eines MAG in Abhängigkeit der Betriebsdruckwerte (Auswahl)

Ansprechdruck des Sicherheits- ventils	Anfangsdruck
	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	7,0	7,5	8,0
1,5	25	-	-	-	-	-	-	-	-
2,0	40	20	-	-	-	-	-	-	-
2,5	50	33	16	-	-	-	-	-	-
3,0	57	43	28	14	-	-	-	-	-
3,5	62	50	37	25	12	-	-	-	-
4,0	67	55	44	33	22	11	-	-	-
4,5	70	60	50	40	30	20	-	-	-
5,0	72	64	55	45	36	27	-	-	-
5,5	75	66	58	50	41	22	-	-	-
9,0	83	78	72	67	61	56	12	7	-
9,5	84	79	74	68	63	58	16	11	6
10,0	85	80	75	70	65	60	20	15	10

(Fortsetzung folgt)

B i l d e r : Fa. Flamco, Genthin

Fachbericht (Beschreibung/Skizze) Nr.: 11 Woche: 46

Thema: Membrandruckbehälter in der Versorgungstechnik (Teil 1)