Ausbildung

Wird Wasser erwärmt, so dehnt es sich aus. Findet dies in offenen Behältern statt, beginnt es bei ca. 100°C zu kochen; es entsteht Dampf, der frei über den Behälterrand in den Raum austritt. In geschlossenen „Erwärmungsanlagen“ jedoch käme es ohne besondere Sicherheitseinrichtungen und Sicherungsmaßnahmen zu einem erheblichen Druckanstieg, der zum Platzen des Behälters und/oder dessen Anschlussleitungen führen kann. Während Gase sich bei Erwärmung in geschlossenen Behältern verdichten können, sind Flüssigkeiten nicht komprimierbar. Würde man versuchen, in einen bei atmosphärischem Druck vollständig mit Wasser gefüllten geschlossenen Behälter auch nur einen weiteren Tropfen hineinzupressen, wäre ein Druck von mehreren 1000 bar notwendig. Der Druck in dem Behälter würde entsprechend dem aufzuwendenden Fülldruck ansteigen.

Flüssigkeiten wie Wasser sind nicht komprimierbar. Würde der Behälter mit Wasser von z.B. 20°C gefüllt und in die Sonne gelegt werden, würde jedes Grad Celsius bzw. Grad Kelvin Erwärmung den Druck im Inneren immens zunehmen lassen, bis dieser platzen würde. Deshalb sind hydraulische Anlagen durch sicherheitstechnische Bauteile gegen unzulässige Temperaturen und Drücke abzusichern. Deren Funktionen sind turnusmäßig zu überprüfen (Wartung/Instandsetzung).
Die physikalischen Faktoren wie Druck, Temperaturen sowie die Wasserinhalte einer Anlage sind bei der Absicherung unbedingt zu beachten. Die DIN EN 12828 beschreibt in allgemeiner Form die Entwurfs- und Auslegungskriterien von Warmwasserheizungsanlagen. Insbesondere werden die Bereiche Wärmeerzeugungsanlagen, Wärmeverteilsysteme und Wärmeabgabesys­teme behandelt.

Versuch zur Bestätigung
Eine Plastikflasche wird mit Kaltwasser von z.B. 12°C randvoll gefüllt, dicht verschlossen und in die Sonne gelegt. Es kann be­obachtet werden, wie sich diese bei der Temperaturerhöhung durch den Druckanstieg bauchförmig aufbläht. Beim Öffnen schießt/spritzt „überflüssiges“ Wasser heraus. Der Druck kann die ­Flasche sogar zum Platzen bzw. Explodieren bringen.
Füllt man eine gleichartige Flasche randvoll mit z.B. 50°C warmem Wasser und lässt diese im Kühlschrank abkühlen, so wird sich diese durch den entstehenden Unterdruck (Vakuum) zusammenziehen. Beim Öffnen wird die Flasche Luft ansaugen und nicht mehr randvoll sein. Wird der Versuch mit einer nur zu 80% mit Wasser und 20% Luft gefüllten Flasche wiederholt, sind die Auswirkungen der Aufbauchung und des Zusammenzuges wesentlich geringer.

Sicherheitstechnische Ausrüstung
Da diese Phänomene in hydraulischen Warmwasseranlagen wesentlich stärker vorhanden sind, müssen entsprechend der Anlagenausführung sicherheitstechnische Geräte wie Armaturen, die mechanisch, hydraulisch oder elektrisch/elektronisch gesteuert sind, eingebaut werden. Die Ausstattung richtet sich nach der Bauart, des Wärmeerzeugers, dem Energieträger, der Beheizungsart, der Anlagengröße sowie deren möglichen Betriebs- bzw. deren Höchst-Temperaturen.

Kurzbeschreibung der Bauteile
Die tatsächlich erforderlichen Bauteile sind nach dem Einzelfall bzw. der Anlagenkonzeption, den Normen und örtlichen Situation einzubauen.

Sicherheitsventil
Seine Aufgabe ist es, die Anlage vor unzulässigem Überdruck zu schützen und damit Schäden vorzubeugen. Das Membran-Sicherheitsventil öffnet bei Überschreitung des zulässigen Anlagendruckes (Ansprechdruck) selbsttätig und baut so den Druck ab. Nach erfolgter Druckabsenkung schließt es automatisch (Schließdruck).
Die Ventile sind an eine mit Gefälle versehene Abblaseleitung anzuschließen. Die Leitungen dürfen nicht absperrbar sein. Der Ansprechdruck sowie der Schließdruck sind werkseitig eingestellt. In den versorgungstechnischen Berufen kommen voreingestellte Sicherheitsventile von 0,5; 1,5; 2,5; 3,5; 6,0; 10,0; 15,0 bar u.a. auf bestimmte Anforderungen fest eingestellte SV zur Anwendung. Auf der Prüfkappe ist der zulässige Druck eingeprägt.

Membran-Ausdehnungsgefäß
Ein Membran-Ausdehnungsgefäß (MAG) hat die Aufgabe, die temperaturbedingten Volumenänderungen des Wassers aufzunehmen bzw. auszugleichen, wodurch der erforderliche Betriebsdruck in der Heizungsanlage bzw. die Druckhaltung gewährleistet wird. In dem Stahlgehäuse des MAGs ist eine Elastomer-Membrane eingesetzt. Durch diese wird der Behälter in einen Gas- und Wasserraum getrennt. Der im Gasraum aufgebrachte „Vordruck“ presst die Mem­brane in Richtung „Wasserraum“ mit dem Heizungsanschlussstück. Mit zunehmendem „Füllruck“ der Heizungsanlage wird das Gaspolster bei Überschreiten des Vordruckes zusammengedrückt. Der Wasserraum füllt sich und es bildet sich eine Wasservorlage. Die Drücke in den Gas- und Wasser führenden Räumen sind gleich hoch. Entsprechend stellt sich ein Betriebs- bzw. Anlagendruck ein. Der maximale Anlagendruck muss hierbei jedoch mindestens 0,3 bar unter dem Ansprechdruck des Sicherheitsventils liegen. Zudem ist vor dem Anschluss des MAG ein „Kappenventil“ für die Wartung und Reparatur einzubauen, das gegen unbefugtes Verschließen zu sichern ist.
Entsprechend des Füllvolumens, der Betriebstemperatur und der statischen Höhe ist die Größe des MAGs zu wählen und der Vordruck einzustellen. Ist das MAG zu klein, der Vordruck zu gering oder liegt dieser über dem Betriebsdruck, kann sich keine ausreichende Wasservorlage bilden. Beim Aufheizen steigt der Druck über den Ansprechdruck des Sicherheitsventils, dass das Füllwasser abbläst. In der Abkühlphase sinkt der Druck unter den erforderlichen Anlagendruck. Das kann zu Geräuschen und Pumpenschäden führen. Wird die Anlage wegen Wassermangels dann mehrmals während der Heizperiode nachgefüllt, können auch Korrosionsschäden hinzukommen.
MAGs finden auch an großen Warmwasserbereitern Anwendung. Sie müssen aus hygienischen Gründen so gebaut sein, dass sie immer durchströmt werden. Die Membranen und die Innenbeschichtung müssen den Anforderungen für Lebensmittel entsprechen.

Manometer
Mit ihnen werden Anlage­drücke gemessen und Dichtheitsprüfungen von Leitungen, Geräteprüfungen sowie Wartungen z.B. an Feuerstätten durchgeführt. Mit einfachen mechanischen Manometern werden die Anlagendrücke beim Füllen und im Betrieb überwacht. Diese besitzen eine schnecken­förmige Rohrfeder, die sich entsprechend dem anstehenden Druck aufrollt. Über eine leicht gekrümmte Zahnstange wird die Bewegung auf ein Zahnrad, auf dem ein Zeiger befestigt ist, übertragen. Der Zeiger bewegt sich über einer Skala, die den anstehenden physikalischen Druck von Flüssigkeiten und Gasen anzeigt.
Die meisten Manometer benutzen den Außenluftdruck als Referenzdruck. Sie messen den Überdruck gegenüber der Atmosphäre (Relativdruck). Der absolute Druck ist ca. 1 bar höher als der gemessene Druck.
Elektronische bzw. digitale Manometer arbeiten mithilfe des Piezzo-Effektes. Über Spannungssensoren oder Widerstandsmessung werden diese elektronisch erfasst und ausgewertet. Das Messgerät überträgt die Werte (mV/Ω) als Druckwert in mbar, bar oder psi auf das Gerätedisplay. Die Auswahl der Messeinrichtung richtet sich nach der Messaufgabe. Zum Messen von geringen Drücken oder negativem Druck wie Kaminzug werden U-Rohrmanometer oder digitale Messgeräte eingesetzt.

Thermische ­Ablaufsicherung
Thermische Ablaufsicherungen (TAS) sind Sicherheitsarmaturen, die in hydraulischen Heizanlagen mit Festbrennstoffen (Kohle, Holz) einzubauen sind. Da Festbrennstoffe durch ihr Abbrennverhalten nicht sofort abschaltbar sind und „nachheizen“, ist ein Schutz vor Überhitzen in derartige Anlagen (Festbrennstoffkessel, Kaminöfen mit Wassertaschen) einzubauen. Bei Überschreiten der zulässigen Höchsttemperatur z.B. 95°C wird ein Kaltwasserventil geöffnet. Das Kaltwasser strömt durch einen im „Heißwasserbereich“ eingesetzten Rohrwärmetauscher oder eine Kühlschlange. Die Wärme des in der Kesselanlage befindlichen „Heizwassers“ wird auf das „Kühlwasser“ im Wärmetauscher übertragen, wodurch es sich abkühlt. Das aufgeheizte Kühlwasser wird über eine Ableitung dem Abwassersystem zugeführt. Hat das Heizungswasser eine Temperatur, die ca. 5 bis 10 K tiefer als die Ansprechtemperatur der thermischen Ablaufsicherung liegt, wird das Kaltwasserventil wieder geschlossen. Die Aufheizung wird hierbei nicht unterbrochen. Dies ist die Aufgabe der Regelung bzw. von Temperaturreglern der Festbrennstoff-Kesselanlage.

Temperaturregler
Der Temperaturregler (TR) bzw. -Wähler wird auf die gewünschte Solltemperatur eingestellt. Bei Erreichen der Solltemperatur wird die Energiezufuhr verringert oder ganz unterbrochen, die Sensoren geben die Anlage/Beheizung nach dem Unterschreiten einer eingestellten Mindesttemperatur selbstschaltend wieder „frei“ (Regelabschaltung).

Sicherheitsemperaturbegrenzer (STB)
Dieses Bauteil hat die Aufgabe, beim Überschreiten der höchstzulässigen Temperatur (Temperaturgrenzwert) die Wärmezufuhr zu unterbrechen. Der STB wird nur dann wirksam, wenn der Temperaturregler ausfällt. Der höchste Schaltpunkt des Temperaturreglers liegt ca. 5 bis 10 K niedriger als der Sicherheitsschaltpunkt des STBs. Zur Weiter-Beheizung muss der Fehler beseitigt und manuell entriegelt bzw. die Anlage wieder von Hand eingeschaltet werden (Störabschaltung).