Erklärt: Das Ausdehnungsgefäß berechnen

Die Aufgaben eines Membranausdehnungsgefäßes

Das MAG ist ein runder Behälter, dessen Innenraum durch eine flexible Membran in zwei Kammern unterteilt ist. Während die eine mit Gas befüllt ist, befindet sich in der zweiten Kammer Wasser.

Kommt das Gefäß in einer Heizungsanlage zum Einsatz, muss es die Volumenänderungen des Heizungswassers aufnehmen. Diese entstehen durch die unterschiedlichen Temperaturen in Betriebs- und Absenkphasen der Anlage. Würden Experten das  Ausdehnungsgefäß  falsch berechnen oder nicht einbauen, hätte das Wasser keinen Platz, um sich auszudehnen. Der Druck würde steigen und Heizungswasser über das Sicherheitsventil auslaufen. Bei einer niedrigen Vorlauftemperatur der Heizung wäre dann zu wenig Wasser im System und die Heizung würde nicht mehr richtig funktionieren. Wichtig: Bei einem Defekt sollten Anlagenbesitzer niemals selbst Hand anlagen und beispielsweise das  Sicherheitsventil austauschen. Diese Aufgabe übernimmt ein Fachmann.  

Das Ausdehnungsgefäß berechnen: Drei Möglichkeiten

Damit eine Heizung unter allen Umständen sicher und zuverlässig funktioniert, muss ein Heizungsfachmann das Ausdehnungsgefäß berechnen. Neben der richtigen Größe sind dabei auch die entsprechenden Druckwerte zu ermitteln. Mit überschlägigen Daumenwerten, detaillierten Rechengängen oder intuitiven Apps gibt es heute verschiedene Möglichkeiten, um ein MAG zu berechnen.  

Tabellen und Daumenwerte zur Ermittlung der richtigen Größe

Ganz einfach lässt sich das Ausdehnungsgefäß berechnen, wenn Experten auf Tabellen und Daumenwerte zurückgreifen. Diese vereinfachen den Rechengang sehr stark und liefern schnelle Ergebnisse. Da die Methode viele Parameter außer Acht lässt, können Werte jedoch von der Realität abweichen. Zum Einsatz kommen sie etwa bei der groben Anlagenplanung oder der Suche nach Fehlern.  

Ein Ausdehnungsgefäß detailliert berechnen und dimensionieren

Deutlich genauere Ergebnisse liefert die detaillierte MAG-Berechnung. Diese bezieht sämtliche Einflussfaktoren ein und ermöglicht es, neben der Größe auch die Betriebsdrücke der Heizung zu ermitteln. Da der Rechengang sehr umfangreich ist, eignet er sich jedoch nicht für eine schnelle Überprüfung.

Intuitive Apps und Softwarelösungen zum MAG berechnen

Genaue Ergebnisse in kürzester Zeit liefern intuitive Apps und Programme. Diese lassen sich mit Smartphone, Tablet oder PC von jedem Ort bedienen und berücksichtigen zahlreiche Einflussgrößen. Im Kern basieren auch diese auf detaillierten Rechengängen.  

Anleitung zum Berechnen von Ausdehnungsgefäßen

Wer ein Ausdehnungsgefäß berechnen möchte, hält sich in der Regel an die Vorgaben nach DIN EN 12828 „Heizungsanlagen in Gebäuden - Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen“. Dabei sind folgende Faktoren zu berücksichtigen:

• das Wasser- und Ausdehnungsvolumen der Heizung
  
• der Druck durch die statische Höhe vom Heizkreislauf
  
• der Ansprechdruck des installieren Sicherheitsventils
  
• der Vordruck vom Membranausdehnungsgefäß
  
• der Auslegungsdruck der gesamten Heizungsanlage
  

Im Folgenden erklären wir in fünf Schritten, wie ein  Installateur  das Ausdehnungsgefäß berechnen kann:  

Schritt 1: Wasserinhalt der Heizung ermitteln    

Möchten Experten ein MAG berechnen, müssen sie im ersten Schritt das Füllvolumen der Anlage feststellen. Denn nur so können sie herausfinden, wie viel Wasser das Gefäß im Betrieb aufnehmen muss. Ganz einfach funktioniert das mit spezifischen Kennwerten, die von den Temperaturen der Heizung und der Art der Heizflächen abhängen. Einige Beispiele:

• Röhrenheizkörper bei 70/50 Grad Celsius (VL/RL): 26,1 Liter pro Kilowatt
  
• Röhrenheizkörper bei 60/40 Grad Celsius (VL/RL): 36,2 Liter pro Kilowatt
  
• Plattenheizkörper bei 70/50 Grad Celsius (VL/RL): 11,4 Liter pro Kilowatt
  
• Plattenheizkörper bei 60/40 Grad Celsius (VL/RL): 14,6 Liter pro Kilowatt
  
• Fußbodenheizsysteme (temperaturunabhängig): 20 Liter pro Kilowatt
  

Das Anlagenvolumen ergibt sich dann durch die Multiplikation der Kennwerte mit der Leistung der Heizungsanlage. Gibt es besonders große Pufferspeicher, müssen Experten deren Volumen zusätzlich addieren.  

Schritt 2: Das Ausdehnungsvolumen berechnen   

Das Ausdehnungsvolumen beschreibt die Volumenänderung, die das Wasser bei Temperaturschwankungen erfährt. Sie ergibt sich aus der Multiplikation des Anlagenvolumens mit einem speziellen Faktor. Dieser ist ebenfalls temperaturabhängig und ergibt sich bei Anlagen ohne Frostschutz wie folgt:

• 0,0093 bei einer Vorlauftemperatur von 40 Grad Celsius
  
• 0,0129 bei einer Vorlauftemperatur von 50 Grad Celsius
  
• 0,0171 bei einer Vorlauftemperatur von 60 Grad Celsius
  
• 0,0222 bei einer Vorlauftemperatur von 70 Grad Celsius
  

Ein Beispiel: Das Heizsystem in einem Haus mit Plattenheizkörpern und einer maximalen Vorlauftemperatur von 70 Grad Celsius hat eine Leistung von zwölf Kilowatt. Infolge dessen ergibt sich ein Anlagenvolumen von rund 175 Litern. Da kein Pufferspeicher vorhanden ist, beträgt das Ausdehnungsvolumen 3,88 Liter.

Schritt 3: Die benötigte Wasservorlage vom MAG berechnen

Für die Auslegung von Membranausdehnungsgefäßen ist außerdem die sogenannte Wasservorlage zu bestimmen. Diese soll die Wasserverluste einer Heizungsanlage ausgleichen, um die Zeit zwischen zwei Wartungseinsätzen ohne Einschränkungen zu überbrücken. Die Reserve entspricht 0,5 Prozent des Anlagenwasserinhalts, mindestens jedoch drei Liter.

Ein Beispiel: Befinden sich 175 Liter Wasser in der Heizungsanlage, beträgt die Wasservorlage drei Liter.  

Schritt 4: Vor- und Enddruck vom Ausdehnungsgefäß berechnen

Ist das Ausdehnungsvolumen bekannt, können Experten auch die Druckwerte vom MAG berechnen. Hier geht es zum einen um den Vordruck des Gefäßes. Dieser ist am Membranausdehnungsgefäß einzustellen, wenn die Anlage nicht befüllt ist. Zum anderen ist der Enddruck, also der Anlagendruck bei maximaler Vorlauftemperatur zu bestimmen.

Der Vordruck ergibt sich aus der Summe des Höhen- und Dampfdrucks und sollte mindestens 0,7 bar betragen. Geht es um den statischen Druck, müssen Experten einfach die Anlagenhöhe durch zehn dividieren. Der Dampfdruck ist hingegen Temperaturabhängig und ergibt sich wie folgt:

• 0,2 bar für Vorlauftemperaturen von 60 Grad Celsius
  
• 0,3 bar für Vorlauftemperaturen von 70 Grad Celsius
  
• 0,5 bar für Vorlauftemperaturen von 80 Grad Celsius
  

Der Enddruck sollte mindestens 0,5 bar unter dem Ansprechdruck des Sicherheitsventils liegen. Möchten Experten ein Ausdehnungsgefäß berechnen, muss also auch dieser Wert bekannt sein.

Ein Beispiel: Die Differenz zwischen dem MAG und dem höchsten Punkt der Anlage beträgt fünf Meter. Der Ansprechdruck des Sicherheitsventils liegt bei 2,5 bar. Aus den gegebenen Größen ergibt sich ein Vordruck von 0,8 bar (5,0 /10 + 0,3). Der Enddruck liegt hingegen bei 2,0 bar (2,5 – 0,5).

Schritt 5: Das Nenn-Volumen vom MAG berechnen

Anschließend geht es um die Berechnung des Nennvolumens, also der tatsächlich benötigten Größe des Gefäßes. Diese lässt sich über die nachfolgende Gleichung ermitteln:

• Mindest-Nennvolumen = (Ausdehnungsvolumen + Wasservorlage) x [(Enddruck + 1 bar) / (Enddruck – Vordruck)]
  

Ziehen Experten alle Beispielwerte heran, um das Ausdehnungsgefäß zu berechnen, ergibt sich eine Mindestgröße von rund 17 Litern. (3,88 Liter + 3 Liter) x [(2,0 + 1) / (2,0 – 0,8)] = 17,2 Liter

Mit diesem Wert kann ein Installateur nun ein Membranausdehnungsgefäß auswählen. Ist kein Gefäß mit dem errechneten Volumen verfügbar, muss das nächstgrößere genommen werden.  

Schritt 6: Fülldruck der Heizungsanlage bestimmen

Wer ein Ausdehnungsgefäß berechnen möchte, interessiert sich in der Regel auch für den Fülldruck der Anlage. Experten müssen dann so lange Heizwasser nachfüllen, bis dieser Wert erreicht ist. Die Berechnung erfolgt über folgende Gleichung:

• Mindest-Fülldruck = {[(Gewähltes MAG-Volumen x (Vordruck + 1)] / (Gewähltes MAG-Volumen – Wasservorlage)} – 1 bar
  

Im Beispiel beträgt der Mindest-Fülldruck also 1,16 bar. {[(18 x (0,8+1)] / (18 – 3)} – 1 = 1,16 bar