Druckschläge

Wasserschlag - Dampfschlag - Druckstoß

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen im SHK-Handwerk
Bosy-online-ABC

Ein Wasserschlag (Wasserhammer - Druckstoß) in Wasserleitungen entsteht durch das plötzliche bzw. schlagartige Schließen eines Kugelhahns bzw. einer Auslaufarmatur (Einhebelarmatur oder Druckspüler). Aufgrund der Massenträgheit des strömenden Wassers in der Rohrleitung kommt es zu einer Druckerhöhung. Unter ungünstigen Verhältnissen können für eine 1/100 Sekunde Drücke von 70 bis 90 bar auftreten.

 

Ein Wasserschlag in Dampfheizungen entsteht durch Wasserpfropfen, die mit der hohen Dampfgeschwindigkeit mitgerissen werden. Diese führen zu Schlägen in Anlagen, die zum Platzen von Armaturen, Abnutzung von Rohrleitungsbögen oder Ventilsitzen und zum Brechen von Rohrleitungen führen können.

 

Der Wasserschlag kann in allen Anlagen auftreten, in denen Flüssikeiten transportiert werden. Hier wird die Zeit der Änderung des Massenstroms bzw. der Strömungsgeschwindigkeit gegenüber einer Grenzwertzeit unterschritten. Es handelt sich hier um alle Anlagen, in denen flüssige Medien (Wasser, Wasser mit Frostschutzmittel, Wärmeträgeröl) durch Rohrleitungen, Armaturen, Behälter und Strömungsmaschinen fließen. Hierzu gehören Wasserversorgungs-, Heizungs-, Kühl- und Solarsysteme aber auch Pipelines. Es ist möglich, Rohrleitungen mit Wasserschlagsicherungen (Wasserschlagdämpfer) zu versehen bzw. durch Querschnittserweiterungen und Gaspolster so zu gestalten, daß der Druckstoß einen Grenzwert nicht überschreitet bzw. aufgefangen wird.

Druckstöße sind also normale Erscheinungen in Flüssigkeitssystemen, die erst wahrgenommen werden, wenn Montagefehler (z. B. falsche oder fehlende Rohrbefestigungen, lose Schrauben) vorliegen oder defekte bzw. nicht gewartete Bauteile (z. B. festsitzende Rückflussverhinderer, falsche Rückschlagklappen) in der Anlage vorhanden sind. Diese Geräuschquellen müssen beseitigt werden. Anschließend sollte die Höhe des Druckstoßes überprüft und evtl. Gegenmaßnahmen (WSD, Geräusch- und Druckschlagdämpfer, Druckminderer, Nachrechnen der Rohrweiten) ergriffen werden.

1. Der Wasserschlag tritt in Systemen auf, die vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sind. Er tritt meist in Rohrleitungssystemen, so z. B. Pipelines, Wasserinstallationen, auf und wird durch Öffnen und Schließen von Auslaufarmaturen (z.B. Hahn, Einhebelmischer, Druckspüler). Hier handelt sich um den Übergang einer stationären in eine instationäre Strömung.
Wasserschläge können auch über das Versorgungsnetz in die Hausinstallation kommen, was aber immer wieder von den Versorgern abgestitten wird.

2. Der Wasserschlag tritt in Systemen auf, in denen die Flüssigkeit vor der Problemstelle (Hahn) mit "hohem" Druck anliegt und nach der Problemstelle Gas mit "geringem" Druck vorliegt oder Vakuum vorhanden ist. Dieser Fall tritt z. B. bei der ersten Inbetriebnahme verfahrenstechnischer Anlagen auf. Hier spricht man vom "Priming"-Fall (Reaktionszeit), dabei ist im stationären Zustand der Phasenwechsel an der Problemstelle.

3. Druckstöße (Druckerhöhung, aber auch Druckabsenkung) treten besonders in Pumpenanlagen mit (sehr) langen Rohrleitungen auf. Bei schnellen Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit, z. B. durch einen plötzlichen Pumpenausfall, einer Drehzahländerungen von Pumpen oder ein schlagartiges Schließen eines Schiebers geht die Bewegungsenergie der Flüssigkeit in Verformungsarbeit über. In Kleinanlagen (Heizung, Trinkwasser) sind diese Art von Druckstößen eher selten.

Druckstoß (eine umfangreiche Erklärung) - KSB Aktiengesellschaft

 
Schäden durch Wasserschläge und Druckstöße
Drucksteigerungen
•  Schäden an Rohrbefestigung
•  Rohrbrüche aufgrund von zu hohen Drücken oder durch "Kaltbrüche"
•  Schäden an  Rohrarmaturen und Messgeräten

•  Schäden an Pumpen und deren Fundamente
Druckabsenkungen
•  Verformen von Kunststoff- und dünnwandigen Stahlleitungen
•  Einsaugen von Luft an Flansch- und Muffenverbindungen, Stopfbuchsen oder Leckstellen

•  Einsaugen von Schmutzwasser an Flansch- und Muffenverbindungen, an Stopfbuchsen oder an Leckstellen
•  Abplatzen von Innenbeschichtungen (Zementmörtelauskleidung, Kunststoff) in Rohrleitungen
•  Abreißen der Wassersäule und Makrokavitation (nach hoher Drucksteigerung schlägt die Flüssigkeitssäule wieder zusammen)
Wasserschlagdämpfer (WSD)

Wenn eine in Bewegung befindlichen Wassermasse schlagartig gestoppt wird, so z. B. bei schnellschließenden Armaturen, dann führt das zu einer kurzzeitigen Druckspitze (Schlag) am Ort, an der die Wassermasse auftrifft.
Druckschläge können auch bei starker Beschleunigung von Wasser (so z. B. Einschalten von Pumpen) oder durch plötzliche Richtungsänderung von strömendem Wasser hervorgerufen werden
Da die Druckspitzen ein Mehrfaches der  vorhandenen Leitungsdrücke erreichen (bis zu 90 bar), ist abgesehen von Lärm auch mit der Zerstörung von Anlagenteilen (Kaltbrüche) zu rechnen.
Bei Druckschlägen kann durch spezielle Wasserschlagdämpfer, aber auch mit einem TW-MAG, Abhilfe geschaffen werden. > mehr

Geräusch- und Druckschlagdämpfer
Quelle: AW AG

Geräusch- und Druckschlagdämpfer
Dieser Geräusch- und Druckschlagdämpfer kann Druckstöße und Fließgeräusche mindern, die aufgrund von knapper Leitungs-Dimensionierung, ungenügenden Befestigungen, schwierige Verlegungen bei komplexer Bausituation, Schnellschluss von Keramikscheiben-Mischern, defekten Magnetventilen und schwingenden Druckminderern entstehen können.

Dies ist besonders wichtig, wenn die Druckstöße und Geräusche nachträglich nicht mehr zu orten und zu beheben sind.

Die Mini-Patrone für Geräusch- und Druckschlagdämpfung

 

Trinkwasser - ein Lebensmittel
Die Errichtung einer Trinkwasserinstallation und wesentliche Veränderungen an diesen dürfen nur von Installationsbetrieben durchgeführt werden, die in das Installateurverzeichnis eines WVU eingetragen sind.

Der Wasserschlag wird auch gezielt angewendet. So wird z. B. der Druckstoß in der Rohrleitung als hydraulischer Widder (Stoßheber) angewandt, um eine geringe Menge Wasser auf eine größere Höhe zu bringen, in dem eine größere Menge Wasser mit geringer Fallhöhe eingesetzt wird. > mehr

Wasserschlag in Dampfleitungen
Bei dem Einströmen des Dampfes in die Dampfleitung entsteht an den kühlen Rohrwandungen Kondensat. Dieses muss entfernt werden, damit es sich nicht ansammeln kann. Der schnellströmende Dampf bewegt die Wasseransammlung bis das Kondensat den Dampfstrom stark behindert und als Wasserpfropfen mitgerissen wird. Dieser Wasserpfropfen wird mit Dampfgeschwindigkeit durch die Leitung gedrückt. In Sattdampfleitungen kann eine Geschwindigkeit bis 25 m/s (90 km/h) - in Heißdampfleitungen bis 60 m/s (216 km/h) - vorkommen.
Wird dieser Wasserpfropfen durch ein Hindernis oder durch seine eigene Größe plötzlich abgebremst, entsteht ein Wasserschlag. Hierbei können Drücke von mehreren tausend bar auftreten. Armaturen, Rohrbogen und Rohrabzweigungen werden zerrissen. Durch diese Wasserschläge sind schon viele Unfälle mit tödlichen Verletzungen durch ausströmenden Dampf vorgekommen.

Deswegen ist es auch in Niederdruckdampfheizungen notwenig, dass die Dampfleitungen gut gedämmt und längere Leitungen (ab 2 m) immer mit Gefälle und sägeförmig zur nächsten Entwässerung verlegt werden. In Hochdruckdampfheizungen sind hohe sicherheitstechnische Anforderungen vorgegeben.

Wasserschlag in Dampfleitungen - Ursache und Ort des Auftretens - TLV


Dampfschlag
Eine implosionsartige Kondensation von Dampfblasen, die in einer kälteren Flüssigkeit entstehen, ist ein Dampfschlag. Dampfschläge treten auf, wenn Dampf in eine Flüssigkeit transportiert wird oder in einer Flüssigkeit entsteht, die eine niedrigere Temperatur hat (Kavitation).
Die Dampfblasen kondensieren durch den Wärmeübergang in einer Flüssigkeit. Dieser Vorgang läuft schlagartig ab. Die Dampfschläge können mit einer Überschallgeschwindigkeit ablaufen. Die Flüssigkeit nimmt das Volumen des Dampfes ein, sodass ein Vakuum entsteht. Die entstehenden Druckschläge können kurzzeitige Drücke bis zu 100 bar haben.
Dampfschläge können in einem Kessel entstehen, wenn der Dampfdruck überschritten wird, d. h. die Kesseltemperatur ist höher als der Anlagendruck, der das Wasser im flüssigen Zustand halten kann. Durch die Druckerhöhung aufgrund der Volumensänderung geht der Dampf wieder in den flüssigen Zustand über.
Auch in thermischen Solaranlagen können Dampfschläge beobachtet werden. So kann z. B. bei einer anlaufenden Stagnation der entstehende Dampf in die noch bestehende kältere Flüssigkeit gelangen. Aber auch in Anlagen, in denen ein Unterdruck (Vakuum) entstehen kann (z. B. in Drain-Back-Systemen) oder der Dampfdruck unterschritten wird, weil der Anlagendruck nicht mehr dem notwendigen Dampfdruck entspricht (z. B. defektes MAG, zu starke Pumpe, zu niedriger Anlagendruck), entstehen Dampfschläge.
Die Errichtung einer Trinkwasserinstallation und wesentliche Veränderungen an diesen dürfen nur von Installationsbetrieben durchgeführt werden, die in das Installateurverzeichnis eines WVU eingetragen sind.
 
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