Ausdehnung in geschlossenen Heizungsanlagen

Wasser dehnt sich aus, wenn es erwärmt wird. In einer geschlossenen Anlage kann das Wasser nicht entweichen, daher muss die Ausdehnung irgendwo aufgenommen werden — andernfalls steigt der Druck unkontrolliert.

Ein geschlossenes Membran-Ausdehnungsgefäß nimmt die Ausdehnung auf: Wenn sich das Wasser ausdehnt, wird die Membran gegen ein Luft-/Gaspolster gedrückt, sodass der Druckanstieg innerhalb der Grenzen der Anlage gehalten wird.

Der Ausdehnungsfaktor e ist keine feste Konstante — er hängt von den Temperaturen ab und wird in einer Tabelle zur Volumenausdehnung von Wasser nachgeschlagen. Die nominelle Behältergröße hängt zudem vom Vor- und Anlagendruck ab (Boyle'sches Gesetz) und wird nach Anweisung des Behälterherstellers dimensioniert.

• 01Das Sicherheitsventil ist der letzte Schutz gegen Überdruck und bläst bei seinem eingestellten Ansprechdruck ab.
• 02Es ersetzt nicht das Ausdehnungsgefäß — das Ventil darf im Normalbetrieb nicht ansprechen.
• 03Der Ablauf vom Ventil muss sicher und sichtbar nach den geltenden Regelwerken verlegt werden.

Das Ausdehnungsvolumen ΔV sagt, wie viel Wasser das Gefäß aufnehmen muss — die Nenngröße V_n des Gefäßes ist aber größer, weil das Luftpolster hinter der Membran nach dem Gesetz von Boyle (p · V = konstant) komprimiert wird und weil eine kleine Wasserreserve vorhanden sein muss, damit die Membran nie ganz leerläuft. Der Zusammenhang ist die Standardformel der Gefäßhersteller:

• 01Vordruck p_0: wird nach der statischen Höhe der Anlage eingestellt — als Faustregel die Höhe in Metern vom Gefäß bis zum höchsten Punkt der Anlage geteilt durch 10 (+ ca. 0,2 bar in der Praxis), mindestens jedoch ca. 1,0 bar.
• 02Fülldruck: die Anlage wird auf etwas über den Vordruck gefüllt, sodass von Anfang an eine Wasserreserve auf der Membran steht.
• 03Max. Druck p_e: wird mit Abstand unterhalb des Ansprechdrucks des Sicherheitsventils gewählt, damit das Ventil bei normaler Aufheizung nicht abbläst.
• 04Wasserreserve V_v: ein kleiner Puffer (die Hersteller geben typischerweise einen Mindestwert an), damit die Membran im kalten Zustand nicht völlig leer liegt.

Das Ausdehnungsvolumen wird als ΔV = V · (e / 100) berechnet, wobei e die relative Volumenausdehnung von Wasser zwischen Füll- und maximaler Betriebstemperatur ist. e ist keine Konstante, sondern ergibt sich aus der Dichte des Wassers, die mit steigender Temperatur abnimmt. Die Tabelle ist anhand von Standard-Dichtedaten mit einer Fülltemperatur von ca. 10 °C berechnet:

Die Werte sind als (ρ_fylde / ρ_maks − 1) · 100 aus der Dichte des Wassers bei den beiden Temperaturen berechnet (z. B. ergeben 999,7 kg/m³ bei 10 °C und 977,8 kg/m³ bei 70 °C 2,24 %). Ist die Fülltemperatur eine andere, ändern sich die Zahlen entsprechend. (Quelle: physikalische Stoffdaten für Wasser; VDI 2035.)