Ausdehnungsgefäß

Ausdehnungsgefäße und deren Funktion

Ein Ausdehnungsgefäß ist ein Bauteil, welches im Bereich der Solartechnik in hydraulischen Systemen Verwendung findet. Als Abkürzung ist für das Ausdehnungsgefäß auch das Kürzel "ADG" im Heizungsbau gebräuchlich während die Sonderform des Membranausdehnungsgefäßes mit "MAG" abgekürzt wird. Aufgrund seiner Form wird es umgangssprachlich auch als "Bombe" bezeichnet.

 Ausdehnungsgefäß

Ausdehnungsgefäß

Ein Ausdehnungsgefäß dient dem Zweck, sich ändernde Volumen in einem geschlossenen System aufzunehmen und so die Druckverhältnisse in einem hydraulischen System zu regulieren.


Ausdehnungsgefäße in der Solarthermie

Notwendig ist dies bei einer Solarthermie-Solaranlage, da sich durch die Temperaturänderungen das Heizwasser der Solaranlage ausdehnen oder zusammenziehen kann. Ohne ein Ausdehnungsgefäß könnten hierdurch Druckwerte innerhalb des Kreislaufes einer solchen Solaranlage entstehen, die nicht im technischen Arbeitsbereich der Solarthermieanlage liegen. Im schlimmsten Falle könnte ohne so ein Ausdehnungsgefäß eine Solaranlage für Solarthermie beschädigt und zerstört werden. Der Grund hierfür liegt darin gegründet, dass das hydraulische System einer Solarthermie-Solaranlage - abgesehen vom Ausdehnungsgefäß, in der Regel nicht in der Lage ist, ausreichende Dehnungskapazitäten für den Betrieb mit Temperaturschwankungen bereitzustellen. Hierzu ist das üblicherweise für thermische Solaranlagen verwendete Rohrmaterial nicht dehnungsfähig genug und sollte daher vorab exakt berechnet und geprüft werden.

Das Ausdehnungsgefäß im Heizungsbau (Heizungen)

Da es sich bei einem Heizungskreislauf (wie der Solarkreislauf) um ein hydraulisches  System mit unterschiedlichen Druckverhältnissen handelt, kommen im allgemeinen Heizungsbau ebenfalls Ausdehnungsgefäße und Ventile zur Sicherheit zum Einsatz. Dies ist allerdings nicht nur ein Problem von thermischen Solaranlagen. Das Problem ist auch bei konventionellen Heizsystemen wie einer umweltfreundlichen Pelletsheizung bekannt und üblich, so dass das Ausdehnungsgefäß ein gängiges Bauteil im Heizungsbau ist.

 

Ausführungen von Ausdehnungsgefäßen

Es gibt dabei auch verschiedene Ausführungen für ein Ausdehnungsgefäß. Grundsätzlich wird hier zwischen einem offenen und einem geschlossen Ausdehnungsgefäß unterschieden. Ein offenes Ausdehnungsgefäß kommt regelmäßig in der Solartechnik und bei modernen Heizungsanlagen nicht zum Einsatz. Der Nachteil dieses Systems liegt nämlich darin, dass Sauerstoff in den Zirkulationskreislauf der Heizungsanlage eindringen kann und so für ungünstige Korrosionsbedingungen sorgt.

Für moderne Heizungen kommt hingegen ein geschlossenes Ausdehnungsgefäß zum Einsatz. Ein geschlossenes Ausdehnungsgefäß kann wiederum in unterschiedlichen Ausführungen realisiert werden. Eine Ausführung für ein Ausdehnungsgefäß ist eines mit einer direkten Stickstoffüberlagerung, welches allerdings den Nachteil besitzt, einer regelmäßigen Wartung zu bedürfen. Komplexer gelöst ist hingegen das Membranausdehngefäß, welches vornehmlich bei Solarthermie-Solaranlagen Verwendung findet. Die übliche Abkürzung für ein Membranausdehnungsgefäß lautet demnach ["MAG"] .

Paradigma Ausdehnungsfäß im Heizungskeller

Paradigma Ausdehnungsgefäß im Heizungskeller, mit Modula 2 - Kaskade und Paradigma Regelung

Das Membranausdehnungsgefäß

Ein Membranausdehngefäß ist dabei nicht einfach nur ein Gefäß, das das überschüssige Volumen der Solarthermie Solaranlage aufnimmt. Es handelt sich bei dem Membranausdehngefäß um ein zweigeteiltes Ausdehnungsgefäß. Dessen zwei Teile durch eine variable und belastbare Membran getrennt sind, was dem Membranausdehngefäß auch seinen Namen gibt. Im Membranausdehngefäß ist dabei ein Teil mit dem Kreislauf der Solarthermie Solaranlage verbunden und kann sich mit dem Heizwasser füllen. Der zweite Teil, über den ein Membranausdehngefäß verfügt, ist mit einem Gas gefüllt. Bei einem Membranausdehngefäß, das als Ausdehnungsgefäß für eine thermische Solaranlage dient, ist das Füllmittel im Heizungsbau in der Regel Stickstoff.

Ausdehnungsgefäß: Zustände

Dabei werden beim Membranausdehngefäß im Allgemeinen vier Zustände unterschieden. Das sind wasserseitig drucklos, wasserseitig druckbelastet bei kaltem Solarkollektor, wasserseitig druckbelastet bei warmer Solaranlage und wasserseitig druckbelastetes Membran-Ausdehnungsgefäß ohne Stickstoffpolster. Bei letzterem handelt es sich sicherlich um ein defektes Membranausdehngefäß und sollte einer Prüfung unterzogen werden.


Funktionsweise eines Ausdehnungsgefäßes

Dehnt sich das Heizwasser im Kreislauf der Solarthermie-Solaranlage durch eine Erwärmung aus, so wird ein Druck auf die Membran ausgeübt und der Stickstoff in dem Membranausdehngefäß wird komprimiert. Die Aufgabe der Membran in einem Membranausdehngefäß ist es, den Gasübergang in den hydraulischen Kreislauf der thermischen Solaranlage nach Möglichkeit weitreichend zu verhindern. Hierdurch bleibt der Stickstoff in dem Membranausdehngefäß annähernd erhalten, was dazu führt, dass ein Membranausdehngefäß gegenüber einem einfachen mit Stickstoff gefüllten Ausdehnungsgefäß weitestgehend wartungsfrei ist. Besonderem Augenmerk bedarf bei einem Ausdehnungsgefäß, egal ob es dabei um ein Modell ohne Membran oder um ein Modell mit Membranausdehngefäß handelt, die Dimensionierung ("Berechnung der optimalen Größe des MAG"). 

 

Dimensionierung eines Ausdehnungsgefäßes

Notwendig ist diese Anpassung an die spezifische Anlage, damit die jeweilige Solarkollektor auch fehlerfrei und sicher im Rahmen ihrer technischen Parameter funktionieren kann. Wird beispielsweise ein einfaches Ausdehnungsgefäß oder ein Membranausdehngefäß zu klein dimensioniert, so kann unter Umständen die Dehnungskapazität der gesamten Solarthermie Anlage nicht ausreichend sein. In einem solchen Fall ist ein sicherer Betrieb der Anlage nicht mehr zwangsläufig gewährleistet. Grundsätzlich gilt bei der Ausdehnungsgefäß bzw. Membranausdehnungsgefäß Dimensionierung, dass der Druck des Solarkollektors sowohl bei der maximalen Temperatur als auch bei der minimalen Temperatur nicht in Bereiche sacken oder steigen sollte, die für die spezifische Anlage unter den zulässigen Werten liegt.

 

Membranausdehnungsgefäß: Berechnung für Paradigma AquaSysteme

Der Hersteller Paradigma bietet hier im Solar Lexikon für die Berechnung eines Membrausdehnungsgefäßes ein Online-Tool zur Berechnung der optimalen Dimensionierung und Größe ("Auslegung"). Anhand der Eingabe zum entsprechenden Parameter der thermischen Solaranlage, der Solarverrohrung und des Heizsystems erhalten Sie das gewünschte Mindestvolumen mit den resultierenden Drücken im Solarwärme-System.

» Excel-Berechnung der optimalen Größe

 

Lexikon

Fachbegriffe der Solarthermie, Photovoltaik, Heizungen und aus dem Themengebiet der erneuerbaren Energien,  komplexe Technik und Funktionsweisen im Online Solar Lexikon von Paradigma, einem führenden Hersteller umweltfreundlicher Gas- und Pelletsheizungen sowie von thermischen Solaranlagen für Warmwasser und solares Heizen.

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