Welche Funktion hat der Druckausgleichsbehälter?

Die technische Aufgabe Ihres Hauswasserwerk ist es, den Wasserdruck an den Entnahmestellen kontinuierlich ausreichend hoch zu halten. Bei Verbrauchern, die ihren Wasserbedarf ausschließlich über das öffentliche Leitungsnetz decken, wird ein Hauswasserwerk nur in Ausnahmefällen benötigt. Wenn aber die Wasserversorgung über einen eigenen Brunnen erfolgt oder zum Beispiel durch eine Regenwassersammelanlage ergänzt wird, ist immer ein Hauswasserwerk für die einwandfreie Funktion notwendig.

Die Bestandteile eines Hauswasserwerks

Jedes Hauswasserwerk besteht zunächst einmal aus drei Komponenten: der Pumpe, dem Druckausgleichsbehälter und der Drucksteuerung (Druckschalter). Die Pumpe fördert das Wasser aus dem Vorratsbehälter, beispielsweise dem Regenwassersammeltank. Je nach Anforderung werden unterschiedliche Pumpentypen verbaut: Tauchpumpen werden direkt im Vorratsbehälter angeordnet, mehrstufige Kreiselpumpen oder – seltener – auch Jetpumpen in der Zuleitung zum Druckbehälter. Der Druckausgleichsbehälter ist ein geschlossener Behälter mit einer Membran, die das Wasser vom Druckmedium, zum Beispiel Stickstoff, trennt. Die Drucksteuerung schaltet die Pumpe in Abhängigkeit vom gemessenen Druck im Druckausgleichsbehälter ein und aus.

Funktion und Arbeitsweise von Hauswasserwerken

Die Pumpe fördert das Wasser in den Druckausgleichsbehälter, dadurch wird das Gas hinter der Membran komprimiert. Ist der voreingestellte Druck – meistens etwa 3 bis 3,5 bar – erreicht, erhält die Drucksteuerung ein Signal vom Messfühler im Behälter und schaltet die Pumpe aus. Wird dann an einer Zapfstelle Wasser entnommen, drückt das komprimierte Gas im Druckausgleichsbehälter das Wasser heraus. Sobald der Druck den voreingestellten Minimalwert erreicht, erhält die Drucksteuerung abermals ein Signal vom Messfühler, welches dazu führt, dass die Steuerung die Pumpe einschaltet.

Durch den zwischengeschalteten Druckausgleichsbehälter wird der Druck an den Entnahmestellen weitgehend konstant gehalten. Beim Öffnen des Hahns fließt auch sofort Wasser, denn es muss nicht erst von der Pumpe aus dem Vorratsbehälter oder dem Brunnen heran geschafft werden. Zudem wird die Pumpe geschont, da sie nicht jedes Mal an- und abgeschaltet werden muss, wenn Wasser benötigt wird, sondern immer erst dann automatisch anspringt, wenn der Minimaldruck unterschritten wird.

Da ein Hauswasserwerk mobil ist, kann es ebenso gut für die Außenanlagen, wie zum Beispiel für die Bewässerung von Pflanzen in Gewächshäusern, genutzt werden. Druckausgleichsbehälter auch Membranausdehnungsgefäße sind demnach mit einer flexiblen Gummimembran ausgerüstet, die Flüssigkeit und Gaspolster trennt, so wird weitestgehend der Gasübergang in die Flüssigkeit vermieden. Eine sonst regelmäßig notwendig werdende Anlagenwartung entfällt, weswegen in modernen Hauswasserwerken, Heizungs- und Sonnenkollektoranlagen ausschließlich diese Bauart verwendet wird.

Bei Erwärmung dehnt sich die nahezu nicht komprimierbare (inkompressible) Flüssigkeit aus und verdichtet das Gaspolster auf der anderen Membranseite. Aufgrund der flexiblen Membran besteht ein Druckausgleich zwischen Flüssigkeit und Gaspolster, soweit der Anlagendruck bei der niedrigsten Temperatur über dem Vorspanndruck der Membran liegt. Das Gaspolster kann als ideales Gas betrachtet werden. Die relative Druckänderung im System bei Temperaturänderung ist dann proportional zur relativen Volumenänderung der Flüssigkeit (dies nennt man auch „hydraulische Kapazität“).

Bei der Dimensionierung eines Membranausdehnungsgefäßes müssen berücksichtigt werden:

  • Flüssigkeitsvolumen
  • geringste und höchste Temperatur des Wärmeträgers
  • kubischer Ausdehnungskoeffizient der Flüssigkeit sowie
  • der höchst zulässige Anlagendruck.
  • Das Ausdehnungsgefäß muss vom Volumen her so dimensioniert sein, dass der Druck bei der höchsten und niedrigsten Temperatur in der Anlage nicht unzulässig unter- oder überschritten wird. Bei Verwendung anderer Flüssigkeiten als Wasser (z. B. Ethylenglykol/Wasser-Gemisch) ist zu beachten, dass der Ausdehnungskoeffizient deutlich über dem von Wasser liegt und das Volumen des Ausdehnungsgefäßes entsprechend größer sein muss.

Grundsätzlich sind vier Zustände von Membranausdehnungsgefäßen zu unterscheiden:

  • Wasserseitig drucklos: Der Stickstoff hat die Membran vollständig an die Behälterwand gedrückt. Der Druck kann kontrolliert und eingestellt werden gemäß den Herstellerangaben und der Berechnung.
  • Wasserseitig druckbelastet im kalten Anlagenzustand: Der Stickstoff und das Wasser halten sich die „Waage“, das Wasser hat die Membran von der Behälterwand gelöst.
  • Wasserseitig druckbelastet im warmen Anlagenzustand: Der Stickstoff ist komprimiert durch die Volumenänderung des Heizungswassers.
  • Wasserseitig druckbelastet ohne Stickstoffpolster: Der Stickstoff ist entwichen und das ADG kann seine Aufgabe nicht erfüllen.

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