Druckhaltung in Heizungs- und Kühlungsanlagen – was zu beachten ist

Welche Faktoren rund um die Druckhaltung eine Rolle spielen, soll im folgenden Beitrag erläutert werden.

Die physikalische Größe "Druck" ist in jedem geschlossenen wasserführenden Heizungs- und Kältesystem die Grundlage für einen reibungslosen Betrieb. Durch das Ausgleichen von Druckschwankungen wird ein guter Wärme- oder Kälteübergang im Netz gewährleistet. Dafür werden Membranausdehnungsgefäße (MAG) oder wassergeführte Druckhalteanlagen eingesetzt. Maßgebliche Normen sind die DIN EN 12828 ("Heizungsanlagen in Gebäuden – Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen"), die VDI 2035 ("Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen – Steinbildung und wasserseitige Korrosion") und die VDI 4708 ("Druckhaltung, Entlüftung, Entgasung").

Grundsätzlich muss eine angemessene Druckhaltung für jede Anlagengröße installiert werden, vom Einfamilienhaus bis zur Industrieanlage. Eigentlich sind das allseits bekannte Tatsachen – und doch treten in zahlreichen Anlagen Probleme auf. Und die sind für jeden Betreiber ein Ärgernis und schlimmstenfalls ein unangenehmer Kostenfaktor.

Mögliche Fehlerquellen

In Bestandsanlagen gibt es einige Faktoren, die immer wieder zu beobachten sind, etwa eine falsche Dimensionierung, fehlende Wartung oder falsche Druckeinstellung. Entsteht zum Beispiel ein Überdruck, löst das Sicherheitsventil aus. Bei Unterdruck kann Luft in das System gesaugt werden, was wiederum mangelhaft durchströmte Heizflächen und Korrosion nach sich zieht.

Zudem ist wichtig, dass bei einem Druckabfall eine Nachspeisung durchgeführt wird. Hier lauern dann die nächsten "Fallstricke": nicht angepasste Qualität des Nachspeise- bzw. Ergänzungswassers, Luft im System und daraus resultierend Schlammbildung. Das wirkt sich zusätzlich negativ auf die Heizungs- oder Kühlungsanlage aus. Außerdem sind im Bestand Komponenten zu finden, die in die Jahre gekommen und daher zu erneuern sind. Oft werden dann alte MAG durch eine zeitgemäße Druckhaltung ersetzt.

Erster Schritt: Dimensionierung

Um die richtige Druckhaltung einzusetzen, benötigt der Planer oder SHK-Fachhandwerker belastbare Daten. Das betrifft Neubauten ebenso wie Bestandsgebäude. Dies sind die Leistungsdaten des Gebäudes sowie des wassergeführten Netzes.

Dazu zählen:

• Leistung des Systems in kW,
• Auslegungsvor- und Rücklauftemperatur,
• maximale Betriebstemperatur,
• statische Anlagenhöhe,
• Anlagenvolumen: wird überschlägig berechnet, eventuell mit Kesselvolumen und Pufferspeicher,
• Anschlussgröße und maximaler Betriebsdruck des Sicherheitsventils,
• Nenndruckstufe,
• Ansprechdruck des Sicherheitsventils.

Nur wenn diese Daten anlagenbezogen erhoben werden und in die Berechnung einfließen, kann die Expansion bzw. die Druckhaltung auch korrekt funktionieren. Schon an dieser Stelle bieten namhafte Unternehmen als Spezialisten auf dem Gebiet ihre Unterstützung an. Gerade bei größeren und großen Projekten wird die Anlage genau begutachtet, damit die Ausgangswerte korrekt sind und die Auslegung stimmt.

MAG oder Druckhalteanlage

In kleinen Heizungsanlagen ist in der Regel ein MAG für die statische Druckhaltung installiert, der Gasdruck wird voreingestellt. Durch eine Membran im Gefäß sind Flüssigkeit und Gaspolster voneinander getrennt. Druckschwankungen werden über die Membran aufgefangen – dehnt sich die Flüssigkeit aus, wird das Gaspolster verdichtet, bei sinkender Temperatur dehnt es sich wieder aus. Fremdenergie ist dabei nicht erforderlich, es kann aber nur rund 50 Prozent des MAG-Volumens genutzt werden.

Ab einer gewissen Anlagengröße kommt daher die dynamische Druckhaltung ins Spiel, auch aus Platz- und Kostengründen. Der Gasraum muss dann – wegen der Kompressibilität von Gasen – im Verhältnis zum Wasserraum größer sein. Das führt dann zu noch größeren Gefäßen. Empfohlen wird üblicherweise, ab einer Heiz- oder Kühlleistung von 100 kW oder einem Anlagenvolumen von 5.000 Litern, eine pumpengeregelte Druckhaltung einzusetzen.

Des Weiteren ist zu beachten, dass MAG praktisch den ganzen verfügbaren Arbeitsbereich zur Druckhaltung nutzen. Die große Schwankung zwischen niedrigen und hohen Werten – im Rahmen der Vorgaben – ist sozusagen systembedingt. Soll eine Anlage mit möglichst konstanten Druckverhältnissen arbeiten, ist die dynamische Druckhaltung die bessere Lösung. Zusätzlich kann die Betriebssicherheit die Auswahl der Komponenten beeinflussen. Im Vergleich zu einem MAG mit geringer oder womöglich gar keiner Kontrolle liefert eine Druckhalteanlage bei problematischen Situationen durch die Überwachung schnell Hinweise, das System kann so zügig korrigiert werden.

Kompakte Geräte für alle Fälle

Moderne Druckhalteautomaten stehen in verschiedenen Größen und Ausführungen zur Verfügung. So kann zum Beispiel ein "SpiroPress Picocontrol Kompakt" vom Hersteller Spirotech bei Anlagen zwischen 80 und 530 kW bzw. bei einer statischen Höhe von 5 bis 30 m eingesetzt werden.

Die Spirotech-Baureihe "Multicontrol" deckt in den Standardausführungen alle Systemvolumina sowie Drücke bis zu 16 bar ab. Objektbezogen lassen sich Heizungs- und Kälte-Druckhaltungsanlagen bis 200 MW und 40 bar bauen.

Die Geräte sind in platzsparender Weise weitgehend vorgefertigt, was gerade bei einem Austausch im Bestand wichtig ist und die rasche Installation begünstigt. Die Anschlüsse zur Einbindung in die Anlage sind beidseitig am Gerät vorgesehen. Der Inhalt der Ausdehnungsgefäße kann zur Gänze genutzt werden, weil kein festes Gaspolster erforderlich ist. Das wirkt sich ebenfalls günstig auf die Platzverhältnisse aus, denn die Gefäße fallen kleiner aus. Die Behälter verfügen über eine hochwertige, austauschbare "Sack-Membrane" aus Butyl-Kautschuk, die das Anlagenmedium von der Atmosphäre trennt. Auch eine kurzzeitige Rücklauftemperatur von über 70 °C wird durch die Qualität der Dichtungen und der Membrane toleriert.

Beispiel: Umbau im Rechenzentrum

In einem Rechenzentrum wurde die Druckhaltung ausgetauscht. Wesentliche Punkte für die Neuanlage waren dabei die Zuverlässigkeit, der Umbau im laufenden Betrieb sowie eine rasche Inbetriebnahme.

Für die Heizung wurde ein "SpiroPress Multicontrol Modular Maxi" mit einem Druckbereich von 2,4 bis 6,2 bar gewählt. Bei der Ausführung handelt es sich um eine Doppelpumpenanlage, mit der zweimal 100 Prozent der Pumpenleistung zur Verfügung steht.

Diese Variante bietet also die komplette Leistungsreserve und garantiert damit die vom Kunden gewünschte Ausfallsicherheit, weil jede Pumpe den vollen Volumenstrom liefern kann. Der Druckhalteautomat in Modulbauweise wird mit drucklosen Expansionsgefäßen kombiniert, wobei die Größe exakt dem Anlagenvolumen angepasst werden kann.

Im Objekt kamen ein primäres Bauteil mit 4.000 l sowie ein Vorschaltgefäß von 1.500 l zum Einsatz. Ergänzt wurde das Konzept mit einem Systemtrenner, einem Nachspeisemodul sowie einer Erweiterung für binäre Fernmeldungen und Fernquittieren.

Letzteres bietet insgesamt 15 Zustandsmeldungen, die über die Gebäudeleittechnik (GLT) abgefragt werden können. Das reicht unter anderem vom Behälterniveau über den Systemdruck und Angaben zu Über- bzw. Unterschreiten von Werten bis zur Quittierung von Störungen. Sie sind als potentialfreie Kontakte ausgeführt. Damit kann die elektrische Verdrahtung zur GLT hin einfach erfolgen.

Entgasung und Schlammabscheidung mitdenken

Zusätzlich zu einer Druckhaltung lässt sich ein Vakuumentgaser einbinden, etwa den "SpiroVent Superior". Sobald ein Druckabfall registriert wird und eine Nachspeisung erfolgen soll, wird dieser in Gang gesetzt.

Die Vakuumentgaser arbeiten nach Bedarf, prüfen also regelmäßig, ob entgast werden muss. Durch diese Anpassungsfähigkeit verlängert sich die Lebensdauer der Geräte und sie benötigen weniger Energie. Darüber hinaus wirken sich Schlammabscheider positiv auf die Wasserqualität im System aus.

Die sach- und fachgerechte Kombination von Druckhaltung, Entgasung und Schlammabscheidung gewährleistet also dauerhaft gute Betriebsbedingungen, eine hohe Zuverlässigkeit und eine Einsparung an Energiekosten.