Ausdehnungsgefäß: Funktion und Berechnung

Welchen Zweck hat ein Ausdehnungsgefäß für Heizung-, Solar- und Trinkwasseranlagen? Ausdehnungsgefäße sind ein unverzichtbarer Bestandteil in einem System, die wie ein Polster bei der Volumenveränderung von Wasser wirken. Wasser kann nicht komprimiert werden und der Druck, der entsteht, wenn Wasser die Temperatur ändert, muss konstant gehalten werden. Ausdehnungsgefäße, die mit einer Membran arbeiten, werden auch als Membranausdehnungsfäße bezeichnet und mit den Buchstaben MAG abgekürzt. Sie werden bei Heizungs- oder Solaranlagen und Trinkwasserleitungssystemen eingesetzt. Ihr Zweck dient dem gleichmäßigen Druck in einem hydraulischen System und dazu, die Rohrleitungen sowie den Druckbehälter zu schonen.

Die Funktion eines Ausdehnungsgefäßes

Wenn sich Wasser erwärmt, nimmt sein Volumen zu. Umgekehrt wird das Volumen von Wasser kleiner, wenn die Temperatur fällt. Wasserrohre sind nicht flexibel und können sich der Volumenänderung durch aufheizen bzw. abkühlen nicht anpassen. So ist es möglich, dass der Druck des Wassers bereits bei niedrigen Temperaturen steigt. Bei einem Medium, wie Wasser, das nicht komprimiert werden kann, müsste man bei hohem Druck Wasser ablassen und bei niedrigem Druck Wasser zuführen. Bei ständiger Wasserzufuhr in Heizungsanlagen kommt aber vermehrt Sauerstoff in das System, was dazu führt, dass Metallrohre schneller korrodieren. Ein Ausgleichsgefäß sorgt für perfekten „Druckausgleich“ in hydraulischen Systemen.

Wie funktioniert ein Ausdehnungsgefäß?

Man unterscheidet Gefäße mit einer flexiblen Membran von denen ohne Membran. Ein Druckausdehnungsgefäß mit Membran ist in zwei Bereiche unterteilt, einen mit Gasfüllung, den sogenannten Gasraum, wasserseitig findet sich der sogenannte Wasserraum. Die Membran bewirkt, dass das Gas nicht in das Wasser diffundiert. Im Gegensatz zum Wasser kann das Gas komprimiert werden, das Druckausdehnungsgefäß kann somit Druck aufnehmen.

Bei Druckverlust auf der Wasserseite ist durch den Gasdruck sichergestellt, dass das Ausdehnungswasser in die Anlage zurückgeführt wird. Haben die Gefäße keine Membran, werden sie auch als offene Systeme bezeichnet. Die Geräte werden dann an der höchsten Stelle des Kreislaufes montiert, zum Beispiel auf dem Dachboden. Laufen sie bei zu hohen Temperaturen und steigendem Druck über, wird das Wasser in das Kanalsystem abgeleitet. Diese offenen Systeme werden heute fast nicht mehr benutzt und wurden durch Membran-Ausdehnungsgefäße ersetzt.

Ausdehnungsgefäße für Heizung

Ausdehnungsgefäße in Heizungen sind seit Beginn der 60er-Jahre Membrangefäße. Bei Membrandruckausdehnungsgefäßen wird der Druck durch Gas ohne zusätzliche Energie ausgeglichen. Sie unterscheiden sich von Geräten mit Fremddruckerzeugung, bei denen der Druck durch eine Pumpe oder einen Kompressor konstant gehalten wird. Volumenschwankungen sind abhängig von der Art, wie der Heizkessel arbeitet.

Wenn die Vorlauftemperatur ansteigt, nimmt das MAG Wasser auf. Es gibt das Wasser ab, wenn die Vorlauftemperatur des Kessels sinkt. Deshalb muss ein Heizkessel durch eine Ausdehnungsleitung mit mindestens einem Ausdehnungsgefäß verbunden sein. Diese Vorschrift ist in der DIN 4751 T2 dokumentiert. Membranausdehnungsgefäße kommen auch in Verbindung mit einem Pufferspeicher zum Einsatz, wenn dieser über einen oder mehrere Wärmetauscher verfügt und somit einen Wärmeerzeuger darstellt. Ein Druckausdehnungsgefäß für Heizanlagen wird mit einem bestimmten Vordruck ausgeliefert. Dieser Gasvordruck kann mittels Ventil an die örtlichen Anlagenverhältnisse angepasst werden. Der Fülldruck der Heizungsanlage im kalten Zustand liegt knapp über dem Gasvordruck.

Membran Ausdehnungsgefäße für Trinkwasser

Membran Ausdehnungsgefäße für Trinkwasser arbeiten im Prinzip genauso wie bei Heizungsanlagen. Sie werden hauptsächlich bei Druckerhöhungsanlagen in hohen Gebäuden eingesetzt, wo der gelieferte Wasserdruck des Versorgungsunternehmens nicht ausreicht, um die oberen Stockwerke zu erreichen und arbeiten in Kombination mit einem Kompressor, der einen voreingestellten Druck gewährleistet. Oft gibt es auch das Problem von tropfenden Sicherheitsventilen, zum Beispiel am Brauchwasserspeicher. Selbst nach dem Einbau eines neuen Sicherheitsventils kann es vorkommen, dass es hier weitertropft. Da sich das mittels Wärmetauscher im Speicher erwärmte Trinkwasser ausdehnt, entsteht innerhalb des Speichers ein höherer Druck, der zum Auslösen des Sicherheitsventils führt.

Abhilfe könnte hierbei ein Trinkwasserausdehnungsgefäß schaffen, welches den Anlagendruck ausgleicht. Das Druckausdehnungsgefäß gleicht den beim Erwärmen des Wassers entstehenden Druck aus. Da ein solches Druckausdehnungsgefäß wasserseitig mit dem Medium Trinkwasser in Verbindung kommen kann, gelten für Trinkwasserausdehnungsgefäße spezielle Anforderungen an das verwendete Material und die Fertigung. In Trinkwasseranlagen darf nur ein Druckausdehnungsgefäß eingesetzt werden, das für diese Verwendung geeignet und zugelassen ist.

Ausdehnungsgefäß für Solaranlagen

Ausdehnungsgefäße für Solaranlagen gleichen Temperaturschwankungen aus, welche wie bei anderen Heizungsanlagen entstehen. Sie wirken einem Druckanstieg in der Solarleitung entgegen. Die Größe des Ausdehnungsgefäßes wird wie bei allen anderen Systemen anhand des Volumens der Solaranlage bestimmt. Ein solches Ausdehnungsgefäß für die Solarinstallation verfügt in der Regel über eine Membran, die für den erhöhten Temperaturbereich geeignet ist.

Ausdehnungsgefäß Größe berechnen

Hersteller und Monteure bieten Formulare und Programme für die Berechnung und Wahl der Größe des geeigneten Gerätes an. Bei der Auswahl müssen die niedrigste und die höchste Temperatur bedacht werden, sowie das gesamte Flüssigkeitsvolumen und der erlaubte Anlagendruck. Der zulässige Druck darf weder unter- noch überschritten werden. Für die Membran ist eine Druckbelastung von maximal 70 °C vorgeschrieben. Steigt die Temperatur, hält die Membran nicht so lange, wie erwartet.

Der Ausdehnungskoeffizient ist bei Wasser am niedrigsten. Alle anderen Wassergemische, wie Stickstoffe oder Glykole, dehnen sich bei steigenden Temperaturen stärker aus. Der Ausdehnungsfaktor ist höher, wenn eine Zugabe von Frostschutzmittel erfolgt ist. Die Konsequenz ist, dass das MAG größer sein muss. Der Hersteller bestimmt die Art der Installation. Er hat eine Montageanleitung, in der dokumentiert ist, wie das MAG eingebaut werden muss. Sie müssen einen bestimmten Betriebsdruck vorweisen und die Anwendung muss erlaubt sein. Die allgemeinen Abstufungen für den zulässigen Druck bewegen sich in einer Größenordnung von 3/5,6 und 10 bar. Die Ausdehnungsgefäß-Berechnung richtet sich immer nach der vorhandenen Kesselanlage des Wärmeerzeugers.

Das Gefäß muss entleert und abgesperrt werden können. Hierzu kommt in Verbindung mit dem Druckausdehnungsgefäß üblicherweise ein Kappenventil zum Einsatz. Das Kappenventil ist ein Ventil, das mit einer Kappe gegen unbeabsichtigtes oder unerlaubtes Betätigen gesichert ist. Das Kappenventil kann zudem verplombt werden. Ein solches Kappenventil für Druckausdehnungsgefäße verfügt zudem in der Regel über eine Entleerungseinrichtung. Eine regelmäßige Wartung des MAG ist ratsam, denn es könnte über das Sicherheitsventil Wasser auslaufen.

Welches Ausdehnungsgefäß brauche ich?

Ausdehnungsgefäß für Heizungsanlagen 1,5 bar Vordruck 90°C Vorlauftemperatur		Wasserinhalt Heizung
25 Liter	für Heizungsanlagen bis	235 Liter
35 Liter	für Heizungsanlagen bis	320 Liter
50 Liter	für Heizungsanlagen bis	470 Liter
80 Liter	für Heizungsanlagen bis	750 Liter
100 Liter	für Heizungsanlagen bis	850 Liter
140 Liter	für Heizungsanlagen bis	1.210 Liter
200 Liter	für Heizungsanlagen bis	1.620 Liter
250 Liter	für Heizungsanlagen bis	2.020 Liter
300 Liter	für Heizungsanlagen bis	2.400 Liter

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