Ausdehnungsgefäß
Wo wird das Ausdehnungsgefäß eingesetzt?
Die häufigsten Einsatzbereiche sind:
- Heizungsanlagen
- Trink- und Brauchwasseranlagen
- Hydraulikölkreisläufe
- Solarkreisläufe mit Wasser-Glykol-Gemisch
In Trink- und Brauchwasseranlagen würde ohne Ausdehnungsgefäß (Druckausgleichsbehälter) bei jeder Aufheizung Wasser aus dem Sicherheitsventil austreten. Dasselbe geschähe beispielsweise bei Heizungsanlagen. Neben dem Effekt des verlorenen Wassers würde bei der nachfolgenden Abkühlung und Volumenverkleinerung die Anlage Luft einsaugen.
Ausführung als Membranausdehnungsgefäß
Sehr oft werden Ausdehnungsgefäße als Membranausdehnungsgefäß (MAG) ausgeführt. Sie sind technisch analog den Membranspeichern aufgebaut, deren Einsatzzweck die Dämpfung von höheren Druckstößen und die Energiespeicherung ist. Membranausdehnungsgefäße für Hydraulikanwendungen nennt man Blasenspeicher. Grundsätzlich gehören Ausdehnungsgefäße zur sicherheitstechnischen Ausrüstung, weshalb die DIN EN 12828 ihre jährlich Wartung vorschreibt. In der Ausführung als Membranausdehnungsgefäß ist ein Sicherheitsventil vorgeschrieben, um den Überdruck bei einer möglichen Beschädigung der Membran ableiten zu können. Auch darf die Betriebstemperatur im System einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten, der vom Medium und der Bauart der Membran abhängt. Richtwerte sind:
- Trinkwasser & Heizung: ~90 °C
- Solaranlagen: ~130 °C
Bei möglichen höheren Betriebstemperaturen ist vor das Membranausdehnungsgefäß ein Vorschaltgefäß zu installieren, in welchem sich die Temperatur schichtet. Dadurch kühlt das Medium ab. In Trinkwassernetzen ist für Membranausdehnungsgefäße ein Zwangsdurchlauf vorgeschrieben, der die Legionellenbildung unterbindet.
Physikalischer Hintergrund
Flüssigkeiten erhöhen mit steigender Temperatur ihr Volumen. Das gilt in begrenztem Umfang auch für Wasser trotz seiner Dichteanomalie bei 4 °C, die bedeutet, dass es bei dieser Temperatur sein kleinstes Volumen annimmt und sich darunter wieder ausdehnt. Die Ausdehnung bei einer Temperaturerhöhung ist ansonsten bei Wasser nicht sehr groß. Das Volumen steigt beispielsweise
- bei 10 K (Kelvin = Temperaturdifferenz in °C) auf das 1,0004-Fache,
- bei 40 K (üblich in Trink- und Brauchwasseranlagen) auf das 1,0079-Fache und
- bei 100 K auf das 1,0435-Fache.
Dennoch ist bei den hohen Volumina in einer Brauchwasser- oder Heizungsanlage diese Ausdehnung durchaus zu beachten. Die verwendeten Rohre verfügen in der Regel nur über geringe Dehnungskapazitäten. Daher würde auch eine geringe Temperaturerhöhung schon den Druck relativ stark erhöhen. Dieser könnte ohne Ausdehnungsgefäß zu Schäden führen.
Offene oder geschlossene Ausführung von Ausdehnungsgefäßen
Ausdehnungsgefäße können offen oder geschlossen ausgeführt sein. Bei der offenen Ausführung kann sich das Medium mangels Membransperre mehr oder weniger unbegrenzt ausdehnen. Solche Systeme sitzen im Kreislauf ganz oben, sie sind beispielsweise bei Leistungstransformatoren zu finden. Das verwendete Medium ist Transformatorenöl mit einem relativ hohen Ausdehnungskoeffizienten.
Für Solar-, Brauchwasser- oder Heizungsanlagen kommen geschlossene Systeme zum Einsatz. In der Bauart als Membranausdehnungsgefäß trennt eine flexible Gummimembran das Wasser von einem Gaspolster, was die Anlage wartungsfrei macht, wenn die Membran intakt bleibt. Bei Erwärmung drücken das Wasser oder die Flüssigkeit in der Solaranlage durch die Volumenvergrößerung gegen die Membran, das Gas verdichtet sich. In der Regel kommt in Membranausdehnungsgefäßen als Gas Stickstoff zum Einsatz. Luft wäre bei einfacher Bauart auch eine Möglichkeit, jedoch greift der Sauerstoff schneller die Membran an.
Quellen:
