Warum erwärmtes Heizungswasser einen Volumenausgleich braucht
Ein geschlossener Heizkreis ist im Normalbetrieb vollständig mit Heizungswasser gefüllt. Das Wasser kann sich innerhalb dieses Systems nicht einfach zusätzlichen Raum suchen. Gleichzeitig nimmt sein Volumen mit steigender Temperatur zu.
Bei einem wasserführenden Kamin- oder Pelletofen passiert genau das regelmäßig: Der Ofen erwärmt das Wasser in seinem Wärmetauscher. Pumpen transportieren die Wärme anschließend beispielsweise zum Pufferspeicher. Kühlt die Anlage später wieder ab, verringert sich das Wasservolumen.
Ohne einen geeigneten Volumenausgleich würde sich diese Veränderung unmittelbar auf den Druck auswirken.
Vereinfacht sieht der Ablauf so aus:
- Der Heizkreis ist im kalten Zustand mit einem bestimmten Anlagendruck gefüllt.
- Der Ofen erwärmt das Heizungswasser.
- Das Wasservolumen nimmt zu.
- Das zusätzliche Volumen strömt in das Ausdehnungsgefäß.
- Dort wird ein Gaspolster zusammengedrückt.
- Beim Abkühlen drückt das Gaspolster Heizungswasser zurück in den Kreislauf.
Der Anlagendruck bleibt dabei nicht vollkommen identisch. Zwischen kalter und warmer Anlage ist eine gewisse Veränderung normal. Das Ausdehnungsgefäß soll vielmehr verhindern, dass die Schwankungen zu groß werden und der Druck unzulässig steigt oder beim Abkühlen zu weit absinkt.
Ohne funktionierende Druckhaltung könnte beim Erwärmen das Sicherheitsventil ansprechen und Heizungswasser abgeben. Nach dem Abkühlen würde anschließend Wasser im System fehlen. Aus einem ursprünglich temperaturbedingten Druckproblem kann dadurch ein tatsächlicher Wasserverlust entstehen.
So funktioniert ein Membran-Ausdehnungsgefäß
In geschlossenen Heizungsanlagen wird üblicherweise ein Membran-Ausdehnungsgefäß verwendet, häufig kurz MAG genannt. Sein Innenraum ist durch eine flexible Membran in einen Wasserbereich und einen Gasbereich getrennt.
Der Wasserbereich steht mit dem Heizkreis in Verbindung. Auf der anderen Seite der Membran befindet sich ein komprimierbares Gaspolster, bei Heizungsgefäßen meist Stickstoff beziehungsweise eine vom Hersteller vorgesehene Gasfüllung.
Der Unterschied zwischen Wasser und Gas ist entscheidend: Heizungswasser lässt sich praktisch nicht komprimieren, ein Gas dagegen schon.
Was während des Aufheizens passiert
Steigt die Wassertemperatur, gelangt ein Teil des zusätzlichen Volumens in das MAG. Das Heizungswasser bewegt die Membran und verkleinert den Raum auf der Gasseite.
Das Gas wird dadurch stärker komprimiert und sein Druck steigt. Auf diese Weise kann das Gefäß zusätzliches Wasservolumen aufnehmen, ohne dass der Druck im gesamten Heizkreis sofort stark zunimmt.
Beim Abkühlen läuft der Vorgang in die andere Richtung. Das Gas dehnt sich wieder aus und bewegt die Membran zurück. Dabei wird Wasser aus dem Gefäß zurück in die Anlage gedrückt.
Das MAG ist deshalb kein Speicher, der im normalen Betrieb einfach dauerhaft mit einer bestimmten Menge überschüssigen Wassers gefüllt wird. Es arbeitet bei jedem größeren Temperaturwechsel mit.
Pufferspeicher, Sicherheitsventil und Ausdehnungsgefäß haben verschiedene Aufgaben
Bei wasserführenden Feuerstätten sind mehrere Bauteile an der hydraulischen und sicherheitstechnischen Einbindung beteiligt. Ihre Funktionen sollten nicht miteinander verwechselt werden.
Bauteil |
Hauptaufgabe |
|---|---|
Ausdehnungsgefäß |
Nimmt temperaturbedingte Volumenänderungen des Heizungswassers auf und begrenzt Druckschwankungen |
Sicherheitsventil |
Öffnet bei einem unzulässig hohen Anlagendruck und lässt Heizungswasser kontrolliert austreten |
Pufferspeicher |
Speichert erzeugte Wärme in einer größeren Wassermenge zwischen |
Thermische Ablaufsicherung |
Schützt entsprechend dem jeweiligen Anlagen- und Ofenkonzept vor einer gefährlichen Überhitzung des Wärmeerzeugers |
Manometer beziehungsweise Drucksensor |
Zeigt oder erfasst den Druck des Heizkreises |
Besonders wichtig ist die Unterscheidung zwischen MAG und Sicherheitsventil. Das Ausdehnungsgefäß arbeitet während des normalen Anlagenbetriebs. Das Sicherheitsventil ist dagegen eine Schutzeinrichtung für Situationen, in denen der zulässige Druck überschritten wird.
Ein Sicherheitsventil ersetzt daher kein zu kleines oder defektes Ausdehnungsgefäß.
Auch ein großer Pufferspeicher übernimmt diese Aufgabe nicht. Zwar kann er viel Heizungswasser und damit viel Wärme aufnehmen, aber er schafft innerhalb eines geschlossenen, vollständig gefüllten Systems keinen komprimierbaren Raum für dessen Wärmeausdehnung.
Mehr Wasser bedeutet im Gegenteil auch mehr Volumen, dessen temperaturbedingte Ausdehnung bei der Auslegung des MAG berücksichtigt werden muss.
Größe und Vordruck müssen zur gesamten Anlage passen
Bei der Auswahl eines Ausdehnungsgefäßes reicht es nicht, nur die Leistung des wasserführenden Ofens zu betrachten. Entscheidend ist das gesamte hydraulische System, mit dem das Gefäß verbunden ist.
Für eine fachgerechte Dimensionierung spielen unter anderem folgende Punkte eine Rolle:
- Gesamtvolumen des Heizungswassers
- Inhalt von Pufferspeichern
- Rohrleitungsvolumen
- Wasserinhalt von Heizflächen und Wärmeerzeugern
- minimale und maximale Betriebstemperaturen
- statische Höhe der Heizungsanlage
- erforderlicher Mindestdruck
- zulässiger Betriebsdruck der Komponenten
- Ansprechdruck des Sicherheitsventils
- eingestellter Vordruck des MAG
Gerade ein Pufferspeicher kann die notwendige Gefäßgröße deutlich beeinflussen. Ein System mit beispielsweise mehreren hundert Litern Speicherinhalt stellt andere Anforderungen an die Druckhaltung als eine kompakte Heizungsanlage mit geringem Wasserinhalt.
Deshalb lässt sich aus Angaben wie „wasserführender Ofen mit 10 kW“ nicht seriös ableiten, welches MAG benötigt wird.
Warum der Vordruck wichtig ist
Auf der Gasseite des Ausdehnungsgefäßes befindet sich bereits vor dem Befüllen des Heizkreises ein bestimmter Druck. Dieser Vordruck muss zur statischen Höhe und zur geplanten Druckhaltung der Anlage passen.
Ist er falsch eingestellt, kann selbst ein ausreichend großes Gefäß nur eingeschränkt funktionieren.
Ein typisches Beispiel ist ein zu niedriger Vordruck. Dann kann das Gefäß bereits im kalten Zustand zu viel Heizungswasser aufnehmen. Der nutzbare Bereich für die spätere Wärmeausdehnung wird kleiner.
Auch ein zu hoher Vordruck kann problematisch sein, weil unter bestimmten Betriebsbedingungen zunächst kaum Wasser in das Gefäß gelangt. Das MAG beginnt dann erst bei höherem Anlagendruck wirksam zu arbeiten.
Der Vordruck wird daher nicht nach Gefühl gewählt. Seine korrekte Einstellung gehört zur Planung und Inbetriebnahme der Heizungsanlage. Eine zuverlässige Prüfung ist zudem nur unter den dafür vorgesehenen druckseitigen Bedingungen möglich und gehört im Zweifel in die Hände eines Heizungsfachbetriebs.
Welche Anzeichen auf Probleme mit dem Ausdehnungsgefäß hindeuten
Ein defektes oder falsch eingestelltes MAG macht sich häufig nicht dadurch bemerkbar, dass die Heizung sofort ausfällt. Typischer sind auffällige Druckschwankungen.
Ein klassisches Muster sieht beispielsweise so aus:
Anlage kalt:
Der Druck ist vergleichsweise niedrig.
Ofen wird aufgeheizt:
Der Druck steigt ungewöhnlich stark.
Hohe Wassertemperatur:
Das Sicherheitsventil öffnet möglicherweise und gibt Wasser ab.
Anlage kühlt wieder ab:
Der Druck fällt stark oder sogar unter den notwendigen Mindestwert.
Heizungswasser wird nachgefüllt:
Nach einigen Heizzyklen beginnt das gleiche Problem erneut.
In einem solchen Fall sollte nicht automatisch immer wieder Wasser nachgefüllt werden. Wiederkehrender Druckverlust hat eine Ursache, die geklärt werden sollte.
Neben dem MAG kommen allerdings auch andere Fehler infrage, beispielsweise:
- Undichtigkeiten an Verschraubungen oder Rohrleitungen
- ein undichtes Sicherheitsventil
- Probleme an Entlüftungseinrichtungen
- Leckagen an Wärmeerzeuger, Speicher oder Heizflächen
- Arbeiten an der Anlage, bei denen Wasser verloren ging
Starke Unterschiede zwischen warmem und kaltem Zustand sind jedoch ein wichtiger Hinweis darauf, die Druckhaltung überprüfen zu lassen.
Auch austretendes Wasser am Sicherheitsventil bedeutet nicht automatisch, dass dieses Ventil selbst defekt ist. Es kann lediglich auf einen Druckanstieg reagieren, dessen eigentliche Ursache beim Ausdehnungsgefäß liegt.
Ein kleines Bauteil mit großer Bedeutung für die Druckhaltung
Das Ausdehnungsgefäß sorgt dafür, dass die unvermeidliche Wärmeausdehnung des Heizungswassers innerhalb eines geschlossenen Systems kontrolliert aufgenommen werden kann. Bei wasserführenden Öfen betrifft das nicht nur den Wasserinhalt des Ofens selbst, sondern den gesamten verbundenen Heizkreis einschließlich Pufferspeicher, Rohrleitungen und weiterer Komponenten.
Entscheidend sind deshalb eine passende Dimensionierung und ein korrekt eingestellter Vordruck. Auffällige Drucksprünge, häufiges Nachfüllen oder regelmäßig austretendes Wasser am Sicherheitsventil sollten nicht als normaler Begleiteffekt des Ofenbetriebs betrachtet werden. Sie sind ein Anlass, die Druckhaltung und gegebenenfalls weitere Teile des Heizkreises fachlich prüfen zu lassen.
