Windkessel
Geschichte
der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen
im SHK-Handwerk
Bosy-online-ABC Der Windkessel
ist ein mit Luft gefüllter Behälter. Er wird
in der zentralen Trinkwasserversorgung
und bei der Einzelwasserversorgung (Eigenwasserversorgung)
in Hauswasseranlagen (Hauswasserwerke) eingesetzt. Er soll Druckstöße
dämpfen und Druckschwankungen ausgleichen. |
Das Windkesselprinzip
ist der Natur entnommen. In unserem Arteriensystem werden
die Arterien je nach Bedarf streckenweise geweitet oder
verengt. Das Prinzip der Aufweitung
wird mit dem Windkessel punktuell gelöst und als
Strömungswiderstand dient der Ausgang
des Windkessels. |
| In dem Kessel
(Behälter, Gefäß) wird ein Vordruck mit
Druckluft oder Stickstoff hergestellt. Wenn Wasser (z. B. von einer Brunnenpumpe)
in den Windkessel gepumpt wird, verdichtet sich das Gas, weil es komprimiert
wird. (Wasser wird spürbar erst unter sehr hohen Drücken komprimiert).
In dem Gasraum befindet sich ein Druckmesser, der bei
einem Mindest- oder Maximalwert die
Pumpe schaltet.
Das durch den eingestellten Wasserdruck komprimierte Gas drückt nicht
nur auf die Wandung des Windkessels, sondern auch auf die Wasseroberfläche.
Bei einem Zapfvorgang strömt das Wasser aus der Leitung und der Druck
fällt ab, der Wasserstand im Kessel sinkt und das Gas im Kessel dehnt
sich aus, wodurch auch der Druck sinkt. Bei Erreichen eines eingestellten
Mindestdruckes schaltet der Druckschalter ein Relais, welches dann die
Pumpe betätigt um den Kessel zu füllen und schaltet bei dem
eingestellten Maximaldruck ab. |
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Quelle:
VAG-Armaturen GmbH |
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Zentrale
Trinkwasserversorgung |
Besonders in
Versorgungssystemen ohne Wasserspeicher werden
Druckschwankungen bei einem Pumpenausfall
und bei Rohrbrüchen durch entsprechend große Windkessel
ausgeglichen. Sie werden im Wasserwerk an der Einspeisung
in das Versorgungsnetz eingebaut. |
Auch Druckstöße,
die sich in die Hausinstallationen übertragen können,
werden gemindert bzw. aufgenommen. |
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Hauswasserwerk
mit Windkessel |
Quelle:
Grundfos Pumpenfabrik GmbH |
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Eigenwasserversorgung |
In Hauswasseranlagen
wird der Windkessel zur Steuerung der Wasserpumpe
verwendet. Hierbei wird der Effekt, dass Wasser nicht komprimierbar
ist, ausgenutzt, indem das Luftpolster den Druck einigermaßen
konstant hält. |
Normalerweise
ist der Luft- und Wasserraum nicht durch eine Membran
getrennt. Wenn das Wasser aber keinen Kontakt zur Luft haben
soll, dann wird eine Trennung durch eine elastische Membran
oder eine Gummiblase vorgenommen. Diese Membrangefäße
sind aus dem Heizungsbau bekannt. |
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Windkessel
werden auch im Hydraulischen Widder und bei der Plungerpumpe
eingesetzt. |
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Windkessel
mit Tauchpumpe |
Quelle:
Xylem Water Solutions Austria GmbH |
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| Arbeitsweise |
Pumpe
und Windkessel
Die mehrstufige Kreiselpumpe saugt das Wasser aus dem Brunnen
an, fördert es in den Windkessel und durch die Druckleitung
zu den Verbrauchsstellen. Fördert die Pumpe mehr als
gerade verbraucht wird, so presst das überschüssige
Wasser die im Windkessel befindliche Luft zusammen und wird
dort unter Druck gespeichert. Ist der am Druckschalter einstellbare
Ausschaltdruck erreicht, schaltet der Druckschalter die Pumpe
ab. Das in die Saugleitung eingebaute Fußventil verhindert,
dass Wasser in den Brunnen zurückfließt.
Wird nun Wasser aus dem Windkessel entnommen, sinkt der Druck
in diesem solange ab, bis der Druckschalter bei Erreichen
des Einschaltdruckes die Pumpe wieder in Betrieb setzt.
Belüfter
Da das Wasser stets geringe Luftmengen aufnimmt, muss der
Luftpolster im Windkessel ergänzt werden. Dies erfolgt
durch den automatischen Belüfter, der im Lagerbock der
Pumpe eingebaut ist (erforderliche Saugspannung mind. 1,5
m; bei weniger als 1,5 m Drosselblende einbauen). Bei jedem
Einschalten der Pumpe wird durch die Saugwirkung im Belüfterdeckel
ein Unterdruck erzeugt, die Membrane gegen die Federkraft
zur Saugseite gezogen und durch ein Schnüffelventil Luft
eingesaugt. Nach dem Abschalten der Pumpe drückt die
Feder die Membrane wieder in die Ausgangsstellung zurück
und es wird dadurch die Luft durch das Drosselrohr in den
Windkessel gedrückt.
Dieser Vorgang wiederholt sich bei jedem Schaltspiel so oft,
bis der Windkessel mit Luft gefüllt ist. Das in den Windkessel
ragende Rohr der Fülldrossel verhindert eine Überbelüftung
und wirkt als Wasserstandsregler.
Evomat-Fülldrossel (nur bei 25 Liter
Windkessel)
In der unteren Windkesselöffnung ist eine Fülldrossel
eingebaut. Das zusätzlich beigepackte Drosselrohr aus
rotem Kunststoff wird nicht benötigt. Eine Kugel verschließt
den größten Teil der Öffnung und verzögert
damit die Füllung des Windkessels. Dadurch wird erzielt,
dass die Pumpe auch bei geringem Wasserverbrauch eine gewisse
Mindestlaufzeit einhalten muss, bis der Ausschaltdruck im
Windkessel erreicht ist und die Pumpe vom Druckschalter abgeschaltet
wird. Bei Wasserentnahme aus dem Windkessel senkt sich die
Kugel und gibt den vollen Querschnitt frei. Das im Windkessel
gespeicherte Wasser steht ohne Drosselwirkung sofort zur Verfügung.
Die durch die Fülldrossel erwirkte Beschränkung
der Schalthäufigkeit erlaubt die Verwendung des kleineren
25 Liter Windkessels und bietet den Vorteil, dass infolge
geringeren Speichervolumens stets frisches Wasser zur Verfügung
steht.
Beim 150 Liter Windkessel bewirkt das Drosselrohr aus rotem
Kunststoff die Wasserstandsregelung für den Belüfter.
Wahlschalter
Wird längere Zeit hindurch eine größere Wassermenge
entnommen, so kann die Pumpe zur Schonung der Anlage auf Dauerlauf
geschaltet werden. Dies erfolgt durch Einstellen des Wahlschalters
am Motorschutzschalter auf Stellung I. Quelle:
Xylem Water Solutions Austria GmbH |
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Druckbehälter
Die Druckbehälter sind mit einem
Gas, meist Stickstoff bzw. Luft, gefüllt. Fließt Wasser in
den Druckbehälter komprimiert es das Gas bis zu einem bestimmten
Wert. Wird der eingestellte Wert erreicht, schaltet sich die Pumpe automatisch
aus. Sobald an einem Hahn Wasser entnommen wird, dehnt sich das Gas aus.
Erst wenn der Minimalwert des Drucks erreicht wird, schaltet sich die
Pumpe wieder ein. Damit wird der Druck in der Leitung konstant gehalten
und verhindert, dass die Pumpe wegen kleinsten Wasserentnahmen ständig
anspringt.
Durch diesen Vorgang wird das Wasser
quasi gespeichert. Der Druckbehälter dient damit als Pufferspeicher
und ermöglicht, dass das Wasser an den Hähnen in Haus und Garten
so zur Verfügung steht, wie es im öffentlichen Wassernetz auch
der Fall wäre. Umso größer der Druckbehälter ist,
desto seltener muss eine Pumpe anspringen. Bei einem großen Druckbehälter
muss die Pumpe aber dafür länger laufen, um ihn mit Wasser zu
füllen. Bei vielen Pumpen wird der Druck mit einem eingebauten Manometer
kontrolliert.
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| Hydraulischer Widder |
| Ein Wasserschlag
(Druckstoß, Wasserstoß), der sich in der Trinkwasserinstallation
negativ auswirken kann, wird gezielt eingesetzt, um Wasser auf eine größere
Höhe zu bringen, in dem Wasser mit geringer Fallhöhe eingesetzt
wird. So wird ein Druckstoß in einer Rohrleitung als hydraulischer
Widder angewandt. Je abrupter das Stoppen erfolgt, desto größer
die Stoßenergie. |
| Der
hydraulische Widder (Stoßheber, Staudruck-Wasserheber, Wasserwidder)
arbeitet ohne Motor, also ohne elektrische Energieverogrung.
Er kann bis 700 l/min auf 300 m pumpen (heben). Die Leistung
kann durch eine Anordnung in Reihe erhöht werden.
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Quelle:
Norbert Samweber-WAMA-Widder |
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Funktionsschema |
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Windkessel
- Widder |
Quelle:
Norbert Samweber-WAMA-Widder |
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Funktion
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Der Widder
besteht aus einem Wasserbehälter (Treibwasserschacht),
in dem sich Wasser sammelt. Dieser Behälter befindet
sich über dem Widder und ist mit einer Treibwasserleitung
verbunden. Ein gewichts- oder federabhängiges Stoßventil
des Widders öffnet sich bei einem bestimmten Fließduckes
und schließt sofort wieder. Das Wasser strömt durch
die Treibleitung ins Freie. Durch das schlagartige Schließen
entsteht ein Druckstoß, der das Wasser durch ein Rückschlagventil
(Druckventil) in einen Kessel und weiter
durch eine Steigleitung nach oben stößt. Wenn der
Wasserfluss stark genug wird, dann drückt dieser das
Stoßventil zu. Es bleibt geschlossen bis der Druck wieder
nachlässt. |
Die Bewegungsenergie
(Pumpleistung) ist von der Fallhöhe
und der Wassermenge in der Treibleitung abhängig. |
Ein Windkessel,
der ein kleines Luftpolster zwischen Pumpe und Steigleitung
hat, kann die Wirkung des Widders verbessern. Der Stoß
wird gedämpft. Dadurch schwankt der Fluss in der Steigleitung
weniger stark und erhöht den Wirkungsgrad. |
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