Dampfheizungen

Dampfheizung

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen im SHK-Handwerk
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Niederdruck-Dampfheizung	Hochdruck-Dampfheizung	Vakuum-Dampfheizung

Allgemein wird Wasserdampf als sichtbare Dampfschwaden von teilweise bereits kondensierendem Wasserdampf (Nassdampf), wie er als Nebel oder in Wolken vorkommt, wahrgenommen. Im technisch- naturwissenschaftlichen Bereich ist Wasserdampf gasförmiges Wasser, das in diesem Aggregatzustand wie Luft unsichtbar ist. ist auch ein Klimagas Wasserdampfs.
Die Vorausetzung für eine Dampfbildung ist das Sieden ¹Wasser siedet bei einem normalen Umgebungsdruck von 1,013 bar (101,325 kPa) bei 100 °C. Bei anderen Umgebungsdrücken ist der Siedepunkt² bzw. Kondensationspunkt höher oder niedriger. Wenn dem Wasser weiter Energie (Wärme) zugeführt wird, verdampft es. Dabei kommt es zu keinem weiteren Temperaturanstieg. Aus 1 Liter (ca. 1 kg) Wasser entstehen 1.673 Liter Wasserdampf, wofür eine Energiezufuhr von 2.256 kJ benötigt wird. Mit steigendem Druck nimmt die Verdampfungswärme des Wassers ab, bis sie im kritischen Punkt gleich Null ist.

¹ Sieden ist der der Übergang einer Flüssigkeit (z. B. Wasser) in den gasförmigen Zustand (z. B. Wasserdampf), wenn der Dampfdruck der Flüssigkeit gleich dem Umgebungsdruck ist. Reine Stoffe sieden isotherm am Siedepunkt, der auch der Kondensationspunkt ist, also die Temperatur, bei der sich ein Gas mit dem gleichen Druck in die Flüssigkeit umwandelt. Den Phasenübergang von der flüssigen in die gasförmige Phase unterhalb des Siedepunktes nennt man Verdunstung.
² Der Siedepunkt (Wasser) von 100 °C gilt bei dem normalen Luftdruck von 1,013 bar (101,325 kPa) auf Höhe des Meeresspiegels. Der Siedepunkt nimmt alle 285 bis 300 Meter um 1 °C ab. Bei einer Druckerhöhung (Wasserdampf im Sättigungszustand) steigt der Siedepunkt.

>>>> hier ausführlicher - Wasserdampf <<<<

Dampfheizungen werden für Wohn- und Bürogebäude heutzutage kaum noch eingesetzt. Für kurzfristig oder periodisch benutzte Räume, so z. B. Messehallen, Ausstellungsräume, besonders, wenn in den Betriebspausen Frostgefahr besteht, sowie für Kochküchen, Wäschereien und für die Industrie, die Dampf für andere Zwecke benötigen, wird weiterhin Dampf als Wärmeträger verwendet.

Der in einem Kessel erzeugte Dampf wird durch Dampfleitungen zu den Heizkörpern oder Wärmeaustauschern geleitet. Hier kondensiert der Dampf und das entstehende Kondensat fließt durch die Kondensatleitungen zum Kessel zurück.

Heizungsanlagen unterscheidet man

offene Dampfheizungen
geschlossene Dampfheizungen

nach dem Druck:

Niederdruck-Dampfheizungen
Hochdruck-Dampfheizungen
Vakuum-Dampfheizungen

nach der Lage der Kondensleitung:

obere (trockene) Kondensatleitungen
untere (nasse) Kondensatleitungen

nach der Lage der Hauptverteilleitung:

obere Verteilung
untere Verteilung

nach dem Rohrsystem:

Einrohrsysteme
Zweirohrsysteme

nach der Art der Kondensatrücklauf:

Rückführung mit natürlichem Gefälle
Rückführung durch Pumpe

Niederdruckdampfheizungen (NDDH)

Der Betriebsüberdruck einer NDDH hat höchstens 1 bar. Der Druck ist ist zur Überwindung der Widerstände in der Anlage notwenig und beträgt für Gebäude mit einer waagerechten Ausdehnung bis zu 200 m etwa 0,05 bis 0,1 bar, bis zu 300 m etwa 0,15 bar und bis zu 500 m etwa 0,2 bar. Die Temperatur des Dampfes ist dann bis zu 105 °C.

Für Raumheizungen ist 0,1 bar Dampfdruck (102 °C) fast immer ausreichend, bei Dampf für gewerbliche Zwecke (Wäschereien, Küchen u.a.) auch Drücke bis 0,5 bar (111 °C).

Die Vorteile der Niederdruckdampfheizung gegenüber Warmwasserheizung sind

Geringe Trägheit - schnelles Hochheizen
geringere Anlagekosten
einfache Wärmemengenmessung durch Kondensatmesser
geringe Einfriergefahr

Die Nachteile sind

größere Wärmeverluste
hohe, hygienisch ungünstige Oberflächentemperatur der Heizkörper
keine Wärmespeicherung in den Heizkörpern
Korrosionsgefahr (in den Kondensatleitungen)
nur Gußradiatoren möglich
hohe Raumhöhe des Heizkellers erforderlich
keine zentrale Regelung vom Kesselhaus aus, daher in der Übergangszeit häufig Überheizung
und dadurch höherer Wärmeverbrauch

Bei dem Einrohrsystem strömt der Dampf und Kondensat in derselben Leitung. Der vom Kessel gelieferte Dampf fließt zuerst bei der unteren Verteilung an der Kellerdecke und bei der oberen Verteilung im Dachboden liegt. Bei größerer Ausdehnung stufenförmige Verlegung (sägeförmige Verlegung) mit Entwässerungsschleifen oder Kondensatableiter an den Steigstellen. Die Heizkörper sind an die Steig- bzw. Fallstränge nur mit einer Abzweigleitung angeschlossen. Das Kondensat wird entweder oberhalb der Druckzone (trocken) oder unterhalb (naß) zum Kessel mit natürlichem
Gefälle zurückgeführt. Bei trockener Kondensleitung werden die Steig- und Fallstränge durch Wasserschleifen entwässert, die die dampfführenden Rohre von den kondensatführenden trennen.

Jeder Heizkörper erhält ein automatisches Luftventil, das nur Luft, aber keinen Dampf entweichen lässt. Außerdem sind an den tiefsten Stellen der Dampfleitungen ebenfalls Luftventile vorhanden. Die Ventile an den Heizkörpern dürfen nur auf „auf“ oder „zu“ gestellt werden, Zwischenstellungen sind nicht zulässig, weil sonst der Kondensatabfluß behindert wird.

Die Kessel sollten nur mit Gas oder Öl betrieben werden, weil bei festen Brennstoffen die Regelung schwierig ist. Die Einrohrsysteme werden in Deutschland selten ausgeführt, da eine gleichmäßige Temperaturerhaltung bei höheren Außentemperaturen nicht möglich ist.

Das Zweirohrsystem wird am häufigsten eingesetzt. Hier strömt der Dampf und das Kondensat in verschiedenen Leitungen. Die Verteilung des Dampfes gleicht dem Einrohrsystem. Aber zur Trennung von Dampf und Kondensat ist an jedem Heizkörper ein Kondensat-Ableiter angebracht. Das Kondensat aus den Heizkörpern wird mit natürlichem Gefälle zu dem Kessel zurückgeführt. Zwischen Kondensatrücklauf und Heizkessel ist/kann ein Kondensatsammelbehälter – bei Festbrennstoffkessel außerdem noch ein hochliegender Kondensathochbehälter dazwischengeschaltet werden.

Die Luft wird bei Dampffüllung der Anlage von dem leichteren Dampf durch die Heizkörper in die Kondensatleitung gedrückt. Bei hochliegender Kondensatleitung Abführung der Luft ins Freie an der tiefsten Stelle. Bei tiefliegender Kondensatleitung sind die senkrechten Kondensatstränge durch eine besondere Luftleitung zu entlüften.

Sicherheitstechnischen Ausstattung eines Niederdruck-Dampfkessels

Das Überschreiten des höchstzulässigen Betriebsüberdruckes wird durch ein bauteilgeprüften Sicherheitsventil bis max. 1,0 bar oder einem unabsperrbarem Standrohr bis zu einem höchstzulässigen Betriebsüberdruck von 0,5 bar verhindert, außerdem sind folgende Bauteile einzubauen:

1 Druckwächter
2 Druckregler je nach Art der vorgesehenen Feuerung
1 Manometer entsprechend dem Betriebsdruck der Anlage
1 Wassermangelschalter

gewichtsbelastetes Sicherheitsventil

Quelle: Thies Armatur GmbH & Co KG

Eine Niederdruckdampfanlage (DIN 4750) wird bis 0,5 bar durch ein Standrohr und bis 1 bar aufgrund der großen Abmessungen eines Standrohres durch ein gewichtsbelastetes Sicherheitsventil gegen das Überschreiten des zulässigen Betriebsüberdruckes abgesichert.

Das Standrohr funktioniert im Prinzip wie ein U-Rohr-Manometer. Wenn der Dampfdruck im Kessel den Gegendruck der Wasservorlage (Sperrwasser) überschreitet, wird das Wasser in den Überschütttopf verdrängt und überschüssiger Dampf wird durch die Ausblasleitung abgeleitet. Nachdem sich der Dampfdruck wieder absenkt, gelangt das Wasser wieder aus dem Überschütttopf in das U-Rohr (Standrohrschenkel).

Die notwendigen Maße (Nennweiten, Standrohrschenkel, Überschütttopf, Voraus- und Rückströmung) des Standrohres richten sich nach dem gewünschten Dampfbetriebsdruck.Alle Leitungen (Kesselanschluss, Ausblasleitung) müssen mit Gefälle verlegt und müssen unabsperrbar, ohne Verengungen, ausgeführt werden. Die Ausblasleitung wird so ausgeführt, dass Personen nicht gefährdet werden können. Natürlich sind die Standrohre gegen Einfrieren zu schützen.

Der Dampf- und Kondensatkreislauf - Spirax Sarco GmbH

Hochdruckdampfheizung (HDDH)

Hochdruckdampfheizungen arbeiten mit Überdrücken >1,0 bar (Sattdampf und Heißdampf [überhitzter Dampf - 300 bis 600 °C]). In der Praxis wird Hochdruckdampf in Heizungsanlagen nicht mehr eingesetzt. Aber in der Fernwärmeversorgung, in Fabriken (Luftheizgeräte) und bei der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) wird der Vorteil des hohen Dampfdruckes weiterhin angewendet., wobei Strömungsgeschwindigkeiten bei Sattdampf von 20 bis 30 m/s und bei Heißdampf von 30 bis 50 m/s gefahren werden.

Der Heizdampf ist entweder ein im Dampfkessel erzeugter Dampf, der direkt aus dem Kessel entnommen wird, oder Abdampf bzw. Entnahmedampf aus Kraftmaschinen. Die Wahl des Dampfdruckes (1- bis 10 bar) ist von der Art der Heizkraftkupplung und der Ausdehnung des Rohrnetzes abhängig. Zunehmend werden Fernwärmesysteme mit Sattdampf (bis 10 bar - 180 °C) auf Heißwasser umgestellt. Diese Systeme sind nicht so störungsanfällig und benötigen keinen hohen Wartungsaufwand.

Wärmeübertrager und Trinkwassererwärmer im Dampfnetz

Vakuumdampfheizung (VDH)

Bei einer Vakuumdampfheizung bzw. Unterdruckdampfheizung wird durch eine Vakuumpumpe (Luftpumpe) in den Kondensatleitungen ein Unterdruck aufgebaut. Dabei ist der absolute Dampfdruck je nach der Außentemperatur zwischen 0,2 bis ca. 1,0 bar (60 bis 100 °C). Der Atmosphärendruck wird nur bei sehr niedriger Außentemperatur erreicht oder auch überstiegen.

Im Gegensatz zum Ausland werden in Deutschland die Vakuumdampfanlagen nicht oder nur sehr selten eingesetzt. Diese Anlagen können, besonders in großen Gebäuden und bei Fernheizungen, gegenüber dem Niederdruckdampf auch Vorteile haben, da sie auch über die Außentemperatur geregelt werden können.

Die Funktion einer einfachen Vakuumdampfheizung ist relativ einfach. Mit einer Vakuumpumpe wird durch Absaugen von Luft und Dampf in den Kondensatleitungen dauernd ein bestimmtes Vakuum aufrechterhalten und der Kreislauf des Wassers beschleunigt. In der Dampfleitung je nach der geforderten Heizlast der Anlage ein entsprechend großer Unterdruck oder auch Überdruck vorhanden. Das Kondenswasser wird durch die Vakuumpumpe von der Luft getrennt und fördert das Wasser zurück zum Kessel oder Kondensatbehälter und bläst die Luft ins Freie.
Die Heizkörper haben stopfbuchsenlose Regulier-ventile und einen Kondensatableiter (Stauer). Durch den Dampfdruck und des Vakuums wird die Heizleistung dem Bedarf angepasst. Die Vakuumpumpe wird von einem Vakuummeter gesteuert, das bei dem Überschreiten des eingestellten Vakuums die Pumpe einschaltet und bei dem Unterschreiten ausschaltet. Da das Kondensat schnell zum Kessel zurücktransportiert wird, wird auch die Anlage schnell aufgeheizt und entlüftet.

Bei einer außentemperaturgesteuerten Vakuumdampfanlage wird zwischen der Dampf- und Kondensatseite eine konstante Druckdifferenz von ca. 0,1 bar automatisch aufrechterhalten. Der Dampfdruck wird je nach der Außentemperatur geändert. Dabei ist bei einer sehr niedrigen Außentemperatur der Dampfdruck in den Heizkörpern in der Höhe des Atmosphärendruck oder leicht darüber. Bei einer höheren Außentemperaturen wird der Druck bis auf ca. 0,20 bar abgesenkt. Hiebei ergeben sich Dampftemperaturen von ca. 100 °C bis auf ca. 60 °C. Bei einer richtigen Auslegung kann bei einer sehr geringen Wärmeanforderung die Dampfmenge verringert werden. In diesem Fall sind die Heizkörper nur zum Teil mit Dampf gefüllt. Wenn das nicht ausreicht, kann auch periodisch geheizt werden.

Diese Heizungsart wird hauptsächlich bei der Fernwärmeverorgung eingesetzt.


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