Ein Druck ist der gemessene statische Druck von Gasen und Flüssigkeiten in Rohrleitungen oder Druckbehältern gegenüber der Atmosphäre (Pa, mbar, bar).

Ruhedruck > Statischer Druck, wenn kein Medium fliesst.
Ruhedruck = Füllhöhe über den jeweiligen Messpunkt + Vordruck im Membranausdehnungsgefäss.

 

 

 

Fliessdruck > Dynamischer Druck wenn ein Medium fliesst.
Fliessdruck = dynamischer Druck - Druckverlust.

 

 

 

 
Differenzdruck > Erzeugter Druck durch die Kreiselpumpe zur Überwindung der Summe aller Widerstände in einer Anlage. Gemessen zwischen Saug- und Druckseite der Kreiselpumpe. Durch die Abnahme des Pumpendrucks aufgrund der Verluste entlang der Rohrleitungen, der Armaturen des Kessels und der Verbraucher, herrscht an jeder Anlagenstelle ein anderer Betriebsdruck.

Betriebsdruck > Druck, der beim Betrieb einer Anlage oder einzelner Teilabschnitte herrscht bzw. entstehen kann.

 

 

Zulässiger Betriebsdruck > Aus Gründen der Sicherheit festgelegter Höchstwert des Betriebsdruckes.


 
Pumpendruck > Druck, der an der Druckseite der Kreiselpumpe bei Betrieb erzeugt wird. Dieser Wert kann anlagenbedingt vom Differenzdruck abweichen.

Flüssigkeitsanlagen (Warmwasserheizung, Heißwasserheizung, Thermoölanlage, Kühlsysteme, Thermische Solaranlage) funktionieren nur richtig, wenn die Druckhaltung stimmt.
Die Ausdehnungs- und Druckhalteanlagen müsssen folgende Aufgaben erfüllen:
• Der Druck an jeder Stelle einer Anlage muss den Mindestdruck (statische Höhe [plus Vordruck plus Wasservorlage],
temperaturabhängig (Heißwasser-, Thermoölanlage) sicherstellen, damit kein Unterdruck auftreten kann und der zulässige Betriebsüberdruck (0,5 bar unter Ansprechdruck des Sicherheitsventils) nicht überschritten wird. Die Drücke sollten auf der Skala des Manometers markiert sein.
• Die Volumenschwankungen der Flüssigkeit, die durch die Temperaturschwankungen auftreten, müssen kompensiert (ausgeglichen) werden.
• Eine berechnete Wasservorlage soll systembedingte Wasserverluste ausgleichen.
Wenn die Aufgaben der Druckhaltung nicht erfüllt, dann sind Betriebsstörungen der Gesamtanlage, so z. B. ständiges Nachspeisen bzw. Nachfüllen, Luftprobleme (z. B. Lufteinsaugung) und erhöhtem Anlagenverschleiß (Kavitation an den Pumpen und Rohrverengungen), nicht zu vermeiden.
Um die Druckhaltung zu gewährleisten gibt es verschiedene Systeme.

• Druckerzeugung mit festem Gaspolster (Stickstoff) - Membrandruckausdehnungsgefäß (bis 1.000 kW)

• Fremddruckerzeugung durch einen Kompressor und Überströmventil - Kompressor-Druckhaltesysteme (100 bis 10.000 kW)

• Fremddruckerzeugung durch eine Pumpe und Überströmventil - Pumpen-Druckhaltesysteme (ab 100 kW)

 
 
Membrandruckausdehnungsgefäß (MAG)
Da in Heizungsanlagen, Solaranlagen und Kühlkreisläufen ständig ändernde Temperaturen auftreten, müssen die dadurch auftretenden Wasservolumenschwankungen kompensiert werden, damit der Druck annähernd gleich bleibt. Dies wird durch ein richtig ausgelegtes Membrandruckausdehnungsgefäß (MAG) sichergestellt.
Quelle: Reflex Winkelmann GmbH + Co. KG
1 Stahlbehälter
2 Gasfüllventil
3 Blase aus Butyl
4 Wasseranschluss
5 Gas-/Luftraum
6 Blaseneinspannung
Quelle: TA Heimeiner GmbH
MAG-Luftdruckprüfer
Gefäßfüller
Adapter für Gefäßfüller mit Manometer
Quelle: Klostermann Chemie GmbH und Co. KG

 

 

Das Membrandruckausdehnungsgefäß (MAG) enthält eine gasdichte Blasenmembrane. Diese unterteilt das Gefäss in einen Gas- und einen Wasserraum. Das Gas befindet sich außerhalb der Blase, das Blaseninnere ist mit dem Gefäßanschlussrohr verbunden und nimmt das Ausdehnungswasser der Anlage auf. Einige Hersteller trennen nur den Wasser- und Gasraum, sodass das Wasser mit dem Metall des Gefäßes in Berührung kommt.
Das Gas wird mit dem anlagenbedingten Vordruck versehen. Bei dem Temperaturanstieg in der Anlage dringt das entstehende Ausdehnungswasser gegen den Gasdruck in die Blase ein. Bei der Abkühlung und damit verbundener Volumenminderung stellt der auf die Blasenwandung wirkende Gasdruck sicher, dass der Anlage das Ausdehnungswasser wieder zugeführt wird.
Die Membrandruckausdehnungsgefäße sind für Betriebstemperaturen bis 70 °C (DIN 4807) geeignet. Da Elastomere bei höheren Temperaturen schneller altern, sollten die Gefäße so angeschlossen werden, dass Dauertemperaturen von über 50 °C im Gefäss vermieden werden. Hier bietet bietet sich der Kesselrücklauf an. aber auch der Einbau einer Wärmedämmschleife verhindert eine Erwärmung des Gefäßes.
Inzwischen haben sich in der Praxis wohl die Regeln für den Vordruck eines Membrandruckausdehnungsgefäßes (MAG) dahingehend geändert, dass bei Anlagen bis 10 m Anlagenhöhe grundsätzlich ein Vordruck von 1 bar eingesetzt werden sollte. Dadurch wird die Kavitation am Pumpenlaufrad verhindert. Der Mindestanlagendruck im kalten Zustand sollte 0, 3 bis 0,5 bar über dem Vordruck liegen, damit eine größere Wasservorlage vorhanden ist. Dies bedeutet aber eine genauere Berechnung. Ansonsten bleiben die bekannten Regeln bestehen.

In letzter Zeit kommt bei den thermischen Solaranlagen wieder immer mehr das Steamback-Verfahren zum Einsatz, das lange Zeit in Vergessenheit geraten war, weil die "Hochdruckprediger" in der Überzahl waren. Bei diesem Verfahren wird das Wasser-Glykol-Gemisch weniger beansprucht, weil die Verdampfung aufgrund des geringen Anlagendruckes niedrig gehalten wird. Durch die niedrige Verdampfungstemperatur (ca. 110 °C) kann das Frostschutzmittel nicht auscracken. Der Vordruck des MAG's ist 0.2 bar über dem statischen Druck und der Fülldruck im kalten Zustand liegt 0.1 bar über dem Vordruck.

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Auf Grund der geringen Flüssigkeitsinhalte von Solaranlagen sollte bei der Auslegung des MAG's grundsätzlich nie mit der Kollektorfläche, sondern mit dem Anlageninhalt (Solarflüssigkeit), gerechnet werden. Außerdem hat ein Wasser-Glykol-Gemisch einen anderen Ausdehnungskoeffizient. Hier kann auch die Berechnungsgrundlage für MAG's in Kühlanlagen genommen werden.

 
 
Kompressor-Druckhaltesysteme
Kompressorgesteuerte Druckhaltung;
Ausdehnungsgefäß mit tauschbarer
Blasenmembrane (Vollmembrane)
Quelle: Reflex Winkelmann GmbH + Co. KG
Der Luftdruck im Membrandruckausdehnungsgefäß wird durch einen Kompressor erzeugt. Dadurch wird der zulässige Druck im optimalen Bereich (+/- 0,1 bar) gehalten. So kann das Nennvolumen des Ausdehnungsgefäßes bis zu ca. 90 % zur Aufnahme des Ausdehnungswassers genutzt werden.
 
Diese Systeme werden aber nur in Großanlagen (0,1 bis 10 MW) eingesetzt, wobei die Betriebsdrücke bis 5 bar sind.
 
 
 
 

Pumpen-Druckhaltesysteme

Pumpengesteuerte Druckhaltung
mit Nachspeisung und Entgasung; Ausdehnungsgefäß mit tauschbarer Blasenmembrane (Vollmembrane)
Quelle: Reflex Winkelmann GmbH + Co. KG
Der Anlagendruck wird durch Druckhaltepumpen erzeugt. Dabei übernimmt im Gegensatz zu Kompressoranlagen ein druckloses Membrandruckausdehnungsgefäß den Volumenausgleich. Durch eine wasserseitige Steuereinheit mit Pumpe und Überströmventil wird der richtige Betriebsdruck in Grenzen von ca. +/- 0,2 bar gehalten.
Aufgrund der nahezu trägheitslosen Arbeitsweise wird dieses System in sehr großen Anlagen (Kraft- und Fernwärmeanlagen) eingesetzt. Auch bei diesem System ist fasst das gesamte Nennvolumen des Ausdehnungsgefäßes zur Aufnahme des Ausdehnungswassers nutzbar.
Werden Pumpen mit einer Drehzahlregelung (z.B. über einen Frequenzumrichter) eingesetzt, dann kann die Anlage ohne Membrandruckbehälter betrieben werden. Die Pumpe reguliert dann den Druck selber.
Das drucklose Ausdehnungsgefäß kann zusätzlich zur Entgasung des Heizungswassers eingesetzt werden. Ein kleines Wasservolumen wird abgezweigt und in einen drucklosen Behälter geleitet. Hier sinkt der Druck auf den Umgebungsdruck und ein Großteil der Luft entweicht. Ein gleichgroßes Wasservolumen wird über eine Druckhaltepumpe zurück in die Anlage gefördert, um so den Druck in der Anlage konstant zu halten.
 
 
 
 

 

 
 

Checkliste zur Größenbestimmung eines Membranausdehnungsgefäßes oder Druckhalteanlage
Ausdehnungsgefäße
Sicherheitstechnische_Ausrüstung-Wärmeerzeugungsanlagen

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