Für den effektiven und sicheren Betrieb einer Heizzirkulation muss die Wasserausdehnung bei Erhitzung ausgeglichen werden. Diesen Zweck erfüllt ein Ausdehnungsgefäß. Beim Berechnen des Außdehnungsgefäßes ist es wichtig, das benötigte Volumen zu ermitteln. Bei der Ermittlung des Vordrucks stellt der errechnete Wert den Auslösepunkt für eine automatische Nachspeisung dar. Auf der gegenüberliegenden Seite des Druckbereichs liegt der Enddruck, der in der Heizungsanlage entstehen darf. Durch das Berechnen des Drucks wird der Anschaltzeitpunkt eines Druckbegrenzers und gegebenenfalls das Auslösen eines Sicherheitsventils festgelegt. Ziel der Dimensionierung ist die kontinuierlich angemessene Druckentwicklung im Sollbereich.
Faustformel und Überschlagsrechnung
Um eine grobe Orientierung zu erhalten, in welcher Größenklasse das passende Bauteil zu wählen ist, dient eine einfache Faustformel für die Berechnung des Ausdehnungsgefäßes: Pro Kilowatt Leistung der Heizung entsteht etwa ein Liter Ausdehnung.
Faustformel: Größe Ausdehnungsgefäß = kW Heizleistung * 1 Liter
Um eine etwas präzisere überschlägige Berechnung anzustellen, reichen drei Parameter bei der der Berechnung des Aufnahmevolumens des Ausdehnungsgefäßes aus:
- Das Ausdehnungsvolumen des Wassers beziehungsweise des Wassergemischs
- Der Anfangs- oder Vordruck
- Der Enddruck
Als Berechnungseinheiten werden das Hohlmaß Liter und das Druckmaß bar verwendet. Für den Anfangs- oder Vordruck muss die Höhe der Anlage in Metern bekannt sein. Das Wasserausdehnungsvolumen wird in Litern pro 100 Liter Gesamtvolumen der Anlage im Bezug auf die höchste Temperatur definiert. Als Enddruck wird der anlagenspezifische Zielwert verwendet. Das Ausdehnungsvolumen wird mit dem Enddruck multipliziert.
Als zweiter Rechenfaktor wird der Wert des Anfangsdrucks vom Enddruck abgezogen. Das Ergebnis stellt den Teiler für den Multiplikationswert dar. Die Überschlagsformel lautet:
Formel: Nennvolumen des Ausdehnungsgefäßes = (Volumen Ausdehnung (V) in Liter * Enddruck in bar (Eb)) / (Enddruck – Anfangsdruck in bar (Ab))
Erweiterte Berechnungsfaktoren
Sowohl Faustformel als auch Überschlagsrechnung vernachlässigen mehrere spezifische Berechnungsfaktoren, die bei einer präzisen Berechnung berücksichtigt werden müssen. Herausragende Bedeutung hat die tatsächlich verwendete Heizflüssigkeit und deren spezifischen Ausdehnungswerten. Die Werte für reines Brauch- und Trinkwasser müssen beim Ausdehnungsgefäß für die Warmwasserberechnung zugrunde gelegt werden. In Heizwasserkreisläufen werden in unterschiedlichen Anteilen Frostschutzmittel beigemischt, die den Ausdehnungskoeffizienten verändern. Abgleichslisten sind für Berechnungen unerlässlich.
Weiterer wichtiger Kennwert zur präzisen Berechnung ist die Gesamtmenge an Flüssigkeit im Zirkulationskreislauf. Einfluss auf das Ausdehnungsvolumen nehmen auch die Werkmaterialien, aus denen Verrohrung und Wärmeausgabegeräte bestehen.
- Das Ausdehnungsgefäß ist in das sogenannte Druckhaltesystem der Heizanlage integriert
- Hydraulische Kräfte variieren durch die Leistung der Umwälzpumpe und müssen bei der präzisen Berechnung einbezogen werden
- Die gängigen Membranausdehnungsgefäße können wasser- oder gasseitig gesteuert werden, was einen zusätzlichen Einfluss auf die Dimensionierung hat
Ausdehnungsgefäß berechnen: Technische Normen und Regeln
Das Planen und Berechnen des passenden Ausgleichbehälters ist immer Teil einer Gesamtberechnung der kompletten Anlage. Je nach Art und Konstruktionsweise ergeben sich weitere spezifische technische Anforderungen an ein Ausdehnungsgefäß. Nicht lineare Ausdehnungskoeffizienten und unterschiedliche Brennstoffe beeinflussen den Wasserdruck der Anlage und die erforderliche Regelung.
Zielgerichtete Normen für Membranausdehnungsgefäße sind in der EN 13831 niedergelegt. Die DIN 4807 regelt Ausdehnungsgefäße allgemein. Speziell für Brauch- und Trinkwasseranlagen sind die DIN 1988 und 4807 ausgelegt. Technische Richtlinien für Druckgeräte, allgemeine Vorgaben für Heizungsanlagen und Energieeffizienzvorgaben beeinflussen die Berechnung der Dimensionierung eines Ausdehnungsgefäßes zusätzlich.