Ausdehnungsgefäße

Ratgeber Ausdehnungsgefäß

Ausdehnungsgefäße, kurz ADG oder auch Bombe genannt, sind Bauteile in Hydrauliksystemen, die dort den Druck weitgehend konstant halten sollen. Dies geschieht dadurch, dass sie Volumenänderungen der Hydraulikflüssigkeit zwischen Mindest- und Maximaltemperatur aufnehmen. Meist findet man Druckausdehnungsgefäßee als MAGs, also als Membranausdehnungsgefäße.

Ein Heizung-Ausdehnungsgefäß wird für jeden verbauten Wärmeerzeuger benötigt, damit das Ausdehnungsvolumen des jeweiligen Wärmeerzeugers aufgenommen werden kann. Es muss jeweils über ein Kappenventil absperrbar sein, damit man es für die jährliche Wartung drucklos schalten kann. Pufferspeicher zählen ebenfalls zu den Wärmeerzeugern, vorausgesetzt sie sind mit einem oder mehreren Wärmetauschern ausgestattet und können vom Kesselkreislauf abgesperrt werden. Das sollte in Hinblick auf zusätzliche Expansionsgefäße berücksichtigt werden.

Druckausdehnungsgefäße kommen vor allem in Heizungsanlagen, Hydrauliköl-, Brauchwasser-, Solar- und Kaltwasserkreisläufen zum Einsatz.

Das richtige Ausdehnungsgefäß auswählen

Die Auswahl von passenden Ausdehngefäße ist zunächst einmal vordergründig von der benötigten Größe abhängig. Um diese zu bestimmen, muss zunächst einmal der Inhalt der Anlage berechnet werden. Eine Schätzung ist nicht ausreichend. Ist der Inhalt genau ermittelt, können die ADGs auch fachgerecht ausgelegt werden. Ist das Gefäß zu klein ausgelegt, kann der Druck beim Aufheizen zu sehr ansteigen, wodurch es möglicherweise zum Abtropfen des Sicherheitsventils kommt. Beim Abkühlen der Anlage entsteht ein Unterdruck und es wird Luft eingesaugt, was nicht unbedingt vorteilhaft ist. Grundsätzlich gilt, besser zu groß, als zu klein, am besten ist jedoch die genaue Berechnung.

Sinn und Zweck eines Ausdehnungsgefäßes

Steigt die Temperatur in einem Wärmeerzeuger, nimmt das Volumen der dort befindlichen Flüssigkeiten zu. Sinkt die Temperatur ab, reduziert sich auch das Volumen der Flüssigkeit. Jedoch besitzen Rohrmaterialien in der Regel nur eine geringe Dehnungskapazität, wodurch sich der Druck durch die innenliegende Flüssigkeit schon dann stark erhöhen kann, wenn die Temperatur nur leicht erhöht wird. Ausgleichsgefäße, wie Ausdehnungsgefäße auch genannt werden, dienen, wie der Name schon sagt, dazu, diesen Druck auszugleichen und so der Zerstörung von Rohrleitungen und Druckausgleichsbehältern vorzubeugen.

Membranausdehnungsgefäße

Membranausdehnungsgefäße werden in modernen Heizungs- und Sonnenkollektoranlagen vorwiegend verbaut, da bei ihnen der Gasübergang in die Flüssigkeit im Großen und Ganzen entfällt. Das wird durch eine flexible Gummimembran erreicht, die Gas und Flüssigkeit trennt. Kommt es zu einer Erwärmung verdichtet sich das Gaspolster auf der anderen Seite der Membran und da diese flexibel ist, wird der Druck zwischen Flüssigkeit und Polster ausgeglichen. Das funktioniert so lange, so lange sich der Anlagendruck bei der Mindesttemperatur unter dem Vorspanndruck der Membran befindet. Daher müssen bei Membranausdehnungsgefäßen einige Faktoren berücksichtigt werden.

Zunächst einmal sind hier das Flüssigkeitsvolumen und die Mindest- und Maximaltemperatur des Wärmeträgers zu nennen. Außerdem muss der maximal zulässige Anlagendruck bekannt sein. Die Membranausdehnungsgefäße müssen stets so bemessen sein, dass das Volumen ausreicht, um den Druck bei der Mindest- und Maximaltemperatur der Anlage nicht unzulässig zu unterschreiten oder zu überschreiten. Ebenfalls beachtet werden muss der kubische Ausdehnungskoeffizient der Flüssigkeit, wobei man nicht vergessen sollte, dass die Ausdehnung anderer Flüssigkeiten deutlich über der von Wasser liegen kann. Entsprechend muss das Ausdehnungsgefäß größer bemessen sein. Bei Membranausdehnungsgefäßen können vier Zustände unterschieden werden: wasserseitig drucklos, wasserseitig druckbelastet im kalten Anlagenzustand, wasserseitig druckbelastet im warmen Anlagenzustand und wasserseitig druckbelastet ohne Stickstoffpolster.

Wasserseitig drucklos: Die Membran wurde vom Stickstoff gänzlich an die Behälterwand gedrückt, der Druck kann nun entsprechend der Angaben des Herstellers und der erfolgten Berechnung eingestellt und kontrolliert werden.

Wasserseitig druckbelastet im kalten Anlagenzustand: Stickstoff und Wasser sind gleichmäßig verteilt. Die Membran wurde durch das Wasser von der Wand des Behälters entfernt.

Wasserseitig druckbelastet im warmen Anlagenzustand: Das Volumen des Heizungswassers hat sich durch die Temperaturerhöhung verändert. Der Stickstoff wurde komprimiert.

Wasserseitig druckbelastet ohne Stickstoffpolster: Es befindet sich kein Stickstoff mehr im Ausdehnungsgefäß. Ein Betrieb ist in diesem Fall nicht möglich.

Ausdehnungsgefäße in Kühlanlagen

Werden Ausdehnungsgefäße in Kühlanlagen verbaut, sind einige Dinge zu beachten. So müssen immer dann Zwischengefäße vorgesehen werden, wenn es zu Gefäßtemperaturen unter fünf Grad Celsius kommen kann. Frostschutzmittel erhöhen den Ausdehnungsfaktor und müssen bei der Berechnung unbedingt mit einbezogen werden. Um den genauen Ausdehnungsfaktor zu bestimmen, sind das Mischungsverhältnis und der Inhalt der Anlage rechnerisch zu bestimmen. Pauschalwerte, die nur auf Basis der Nennleistung des Kühlaggregats bestimmt werden, sind nicht ausreichend, da unzuverlässig. Die Berechnung des Ausdehnungsvolumens erfolgt auf Basis der maximal erreichbaren Umgebungstemperatur, die bei Ausfall des Kühlaggregats auch auf die Kühlflüssigkeit zutreffen kann.

Beim Membranausdehnungsgefäß (MAG) muss der Vordruck mindestens 1,5 bar betragen, da es sonst passieren kann, dass die angeschlossenen Geräte wegen Niederdrucks den Betrieb einstellen. Das ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Möglichkeit besteht, dass das Kühlmedium weit unter Fülltemperatur absinkt.

Besondere Anforderungen an ein Ausdehnungsgefäß

Ausdehnungsgefäße müssen als sicherheitstechnische Ausrüstung von Warmwasserheizungen jährlich gewartet werden. An geschlossenen Hydraulikkreisen ist ein Sicherheitsventil erforderlich, wenn Druckausgleichgefäße mit integriert werden. Dies ist eine notwendige Sicherheitsmaßnahme, um zu verhindern, dass es, für den Fall, sollte die Membran beschädigt werden, zu einem Überdruck im System kommt. Erreicht der Wärmeträger hohe Temperaturen geht an einem Vorschaltgefäß vor dem MAG kaum ein Weg vorbei. Die Betriebstemperatur der Membranen ist meist auf etwa achtzig Grad Celsius beschränkt, daher muss sichergestellt werden, dass im Fall des Falles eine Abkühlung erfolgen kann. Wird das MAG im Trinkwassernetz verbaut, ist ein Zwangsdurchlauf nötig, um eine Bildung von Legionellen zu verhindern.

Besonderheiten bei Membranausdehnungsgefäßen in Solaranlagen

In Solaranlagen ist im Regelfall nur ein geringer Flüssigkeitsanteil verbaut. Daher ist es notwendig bei der Auslegung des Membranausdehnungsgefäßes nicht mit der Kollektorfläche, sondern mit dem Inhalt der Anlage zu rechnen. Hinzu kommt, dass Wasser einen anderen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, als das in den Kollektoren verbaute Wasser-Glykol-Gemisch. Als Ansatzpunkt für Solaranlagen kann die Berechnung für Membranausdehnungsgefäße in Kühlanlagen hergenommen werden. Die Nennweite muss dem Anschluss des MAGs entsprechen und darf nicht für einen Druckanstieg am Sicherheitsventil oder am Sicherheitsdruckbegrenzungsventil sorgen.

Ausdehnungsgefäße ohne Membran

Geschlossene Ausdehnungsgefäße ohne Membran werden nur in Ausnahmefällen verwendet. Die Einrichtungen verfügen über eine Stickstoffnachspeiseeinrichtung und werden mit einer direkten druckbeaufschlagten Stickstoffüberlagerung ausgeführt.

Offene Ausdehnungsgefäße

Offene Ausdehnungsgefäße sind beispielsweise Wassertürme oder Wasserhochbehälter in Trinkwasserversorgungsanlagen. Sie befinden sich an der höchsten Stelle eines Kreislaufs und sind mit dem Hydrauliksystem über eine Sicherheitsleitung verbunden. Diese Form kommt nur noch in alten Heizungsanlagen zum Einsatz, da der Luftsauerstoff im Wasser löslich ist und daher Rost verursachen kann.