Druckhaltung in Heizungsanlagen

Die Druckhaltung gehört zu den unverzichtbaren Bestandteilen einer jeden Heizungsanlage, um Unterdruck und Kavitation zu vermeiden sowie eine Überschreitung der maximal zulässigen Drücke zu verhindern. Während im kleinen und mittleren Leistungsbereich überwiegend Ausdehnungsgefäße zur Druckhaltung genutzt werden, ist aufgrund deren begrenzter Kapazität in Bezug auf die Wasseraufnahme in größeren Anlagen die dynamische Druckhaltung, die mittels Pumpen oder Kompressoren erfolgt, die bevorzugte Variante. Darüber hinaus werden solche Systeme in Fällen eingesetzt, in denen sehr konstante Druckverhältnisse nötig sind. Geräte zur Pumpendruckhaltung kommen überwiegend in Großanlagen zum Einsatz, da sie über einen höheren Leistungsbereich verfügen als die Modelle zur Kompressordruckhaltung. 

Diese hingegen zeichnet sich durch Kompaktheit und Präzision aus, sodass der Anwendungsbereich vorrangig bei Anlagen bis 800 kW bzw. Nenndrücken von bis zu 6 bar liegt. Ein System mit Kompressor kommt mit kleineren Ausdehnungsgefäßen aus, und aufgrund der natürlichen Elastizität des Luftpolsters kann der Anlagendruck bis auf ± 0,1 bar konstant gehalten werden. Kritisch gesehen wird bei der Kompressordruckhaltung allerdings, dass Luft auf die Blase gedrückt wird und durch diese in das Ausdehnungswasser gelangen könnte. Abhilfe schaffen hier Geräte mit einer Butyl-Kautschuk-Blase, die am Markt angeboten werden und das Wasser zuverlässig gegen Sauerstoffdiffusion schützen.

Einstieg in den kleinen Leistungsbereich

Waren bisher die kleinen und mittleren Leistungsbereiche bei Heizungsanlagen die Domäne der statischen Druckhaltung, dringt jetzt auch die dynamische Druckhaltung in diesen Bereich vor. In kleinen und mittleren Anlagen ist der Einsatz der Kompressordruckhaltung vor allem bei beengten Platzverhältnissen von Vorteil, wenn zum Beispiel keine Möglichkeit vorhanden ist, große Ausdehnungsgefäße zu platzieren; oder die entsprechenden Einbringmaße im Gebäude nicht gegeben sind, beispielsweise bei Sanierungen. Auch in Konstellationen, in denen eine volle Kontrolle über den Anlagendruck erforderlich ist, bietet sich diese Technologie an. Zudem ist die präzise Druckhaltung und die Kontrollmöglichkeit der Kompressorsysteme eine gute Alternative bei Heizungsanlagen mit Solarunterstützung oder Biomasse-Wärmeerzeugern, da hier Pufferspeicher eingesetzt und somit häufig auch große Ausdehnungsgefäße installiert werden.

Viele Hersteller haben den Trend in ihrer Produktentwicklung berücksichtigt und bieten in ihrem Sortiment kompressorgesteuerte Druckhaltestationen für kleine und mittlere Leistungsbereiche an, die sich beispielsweise für den Einsatz in Mehrfamilienhäusern und kleineren Gewerbeobjekten, wie etwa Kindergärten oder Supermärkten, eignen. Modular aufgebaute Systeme wie die Neuentwicklung Simply Compresso der Marke IMI Pneumatex, dessen Nennvolumen durch ein zusätzliches Ausdehnungsgefäß verdoppelt werden kann, sind aufgrund der kompakten Maße sowie ihrer Flexibilität eine optimale Lösung bei sehr beengten Platzverhältnissen. Ausgestattet mit einem der leisesten Kompressoren am Markt, kann die Druckhaltestation des Unternehmens aus Erwitte sogar in Technikräumen eingesetzt werden, die an Aufenthaltsbereiche angrenzen. Um die Installation so schnell und einfach wie möglich zu gestalten, empfehlen sich Produkte mit integrierter Steuerung, die nach dem Plug&Play-Prinzip Systemparameter automatisch erkennt und den Inbetriebnahmeprozess selbstständig durchführt. Ein weiteres Merkmal, das moderne und hochwertige Druckhaltestationen auszeichnet, sind Verbindungsschnittstellen, die eine Kommunikation mit Gebäudemanagementsystemen sowie die Fernsteuerung des Druckhaltungssystems über das Internet ermöglichen.

Weitere technische Varianten der Kompressordruckhaltung

Für Heizungsanlagen im hohen Leistungsbereich steht eine Vielzahl verschiedener Modelle zur Kompressordruckhaltung zur Verfügung. Durch besonders einfache Montage zeichnen sich in diesem Bereich vorgefertigte Geräte aus, in denen alle nötigen Komponenten der Pneumatik wie Kompressor, Ablass- und Sicherheitsventil oder Relais integriert sind. IMI Pneumatex beispielsweise hat die „TecBox“ entwickelt, die nicht nur alle wichtigen Einheiten zur sicheren Druckhaltung beinhaltet, sondern auch die unternehmenseigene BrainCube Connect Steuerung. Beim Modell „Compresso Connect“, das für große Leistungsbereiche ausgelegt ist, wird die „TecBox“ je nach Volumen des Basisgefäßes entweder daneben oder sogar direkt darauf montiert. Letzteres ist insbesondere bei beengten Platzverhältnissen von Vorteil.

Interessant vor allem für Industrieanwendungen ist die Kompressordruckhaltung mit Fremdluft. In Industrieanlagen gibt es Kompressoren und Druckluftanlagen, deren Luft auch für die Druckhaltung genutzt werden kann. Installiert wird in diesem Fall kein Kompressor, sondern nur das Ausdehnungsgefäß und eine Steuerung für die Nutzung der Fremdluft. Der Vorteil dieser Variante liegt in den geringeren Investitionskosten: Druckluft ist eine sehr teure Energie, wenn diese aber sowieso in größeren Mengen zur Verfügung steht – wie beispielsweise in der Autoindustrie – kann davon ein im Verhältnis zum Industriebedarf geringer Teil für die Druckhaltung genutzt werden. Auch für diese Anwendungen bietet der Markt entsprechende Lösungen, unter anderem den „Compresso CX“, der speziell für den Betrieb an einem ölfreien externen Druckluftanschluss konzipiert wurde.

Druckhaltung bei Stromausfall

Ein entscheidender Vorteil der Kompressordruckhaltung kommt bei einer Unterbrechung der Stromversorgung zum Tragen. Fällt die Spannung ab, weil kein Strom mehr zur Verfügung steht, oder zum Beispiel eine technische Störung bei der Regelung oder am Kompressormagnetventil vorliegt, bleibt im Kompressorgefäß immer noch ein sogenannter Vordruck enthalten. Das Ausdehnungsgefäß arbeitet in einer solchen Situation vorübergehend als Druckhalt-Ausdehnungsgefäß. Es kann zwar nicht die komplette Druckhaltung, aber zumindest den Anlagenbetrieb übergangsweise sicherstellen. Das Gefäß kann weiterhin Wasser aufnehmen, oder über den noch vorhandenen Vordruck im Gefäß Wasser der Anlage wieder zuführen. Das Kompressorgefäß arbeitet in dem Moment quasi wie ein statisches Ausdehnungsgefäß. Nur die großen Schwankungen werden durch den Kompressor nicht mehr ausgeglichen – dennoch bleibt das Gefäß weiterhin in Betrieb. Anders ist dies in einer Pumpendruckhaltungsanlage. Sollte es einen Spannungsausfall geben oder einen mechanischen Fehler an der Pumpe, dem Magnet- oder Motorventil, hat die Anlage keine Möglichkeit mehr, dem Ausdehnungsgefäß Wasser zuzuführen bzw. zu entnehmen.

Einsatz bei Wärme-Kälte-Wechselsystemen

Moderne Druckhaltestationen zeichnen sich ferner durch umfangreiche Kommunikationseinheiten aus, die nicht nur eine Anbindung an eine übergeordnete Gebäudeleittechnik ermöglichen, sondern auch die Verbindung einzelner Geräte untereinander. Dies ist besonders bei größeren und komplexeren Anlagen vorteilhaft, bei sogenannten Wärme-Kälte-Wechsellastsystemen ist es inzwischen sogar unverzichtbar. Wärme-Kälte-Wechsellastsysteme werden immer häufiger im Objektbereich eingesetzt – beispielsweise in Verbindung mit Konvektoren – und können gleichermaßen heizen und kühlen. Dabei verfügen sowohl die wärmeerzeugende Anlage als auch das Kältesystem über eine eigene Druckhaltung. Eingesetzt werden häufig Kompressordruckhaltung und Pumpendruckhaltung zugleich: zum Beispiel im Heizungssystem die Kompressordruckhaltung und im Kühlsystem – da vielleicht unbedingt eine Entgasung benötigt wird – die Pumpendruckhaltung. Sind beide Druckhaltungssysteme vom selben Hersteller, so erleichtert dies die Kommunikation deutlich, da in diesen Fällen häufig eine Vernetzung über serienmäßig integrierte, herstellereigene Steuerungen möglich ist. Das reduziert die Fehlerquote deutlich.

Können beide Druckhaltestationen hingegen nicht miteinander kommunizieren, besteht die Gefahr, dass das Wasser über die gemeinsamen Verbraucher nach und nach von der Kälteanlage in das Heizungssystem fließt, bis das Ausdehnungsgefäß auf der Wärmeseite überfüllt oder auf der Kälteseite komplett leer ist. Eine zuverlässige Lösung bietet hier eine hydraulische Verbindungsleitung mit Motorventil, über die das Wasser aus dem Wärmesystem kontrolliert zurückgeführt wird. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass die beiden Druckhaltestationen untereinander und mit dem Systemverbindungsventil in der Zusatzleitung kommunizieren können. Auf diese Weise arbeitet die Druckhaltung im Kältesystem solange, bis das Ausdehnungsgefäß fast leer ist. Dann öffnet sich das Ventil automatisch und die Anlage wechselt in den Level-Control-Betrieb (Volumenausgleich), bis der gewünschte Füllstand im Ausdehnungsgefäß auf der Kälteseite wieder erreicht ist.

Einbindung in die Heizungsanlage

Damit die Druckhaltung einwandfrei arbeitet, muss sie hydraulisch in die Heizungsanlage eingebunden sein. Grundsätzlich zu bevorzugen ist dabei die sogenannte Saugdruckhaltung, die schätzungsweise in 90 % aller Anlagen zum Einsatz kommt. Hier wird die Druckhaltung im Rücklauf auf der Saugseite der Umwälzpumpe installiert. Der Arbeitsdruck des Systems liegt nahezu vollständig oberhalb des Ruhedrucks, was bei laufender Umwälzpumpe eine Unterdruckbildung am Hochpunkt der Anlage ausschließt. Daher gilt die Saugdruckhaltung als besonders sicher und ist die Methode der ersten Wahl.