Ausdehnungsgefäß berechnen: Anleitung und Vordruck-Tabelle

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Warum ein richtig dimensioniertes Ausdehnungsgefäß wichtig ist

Ausdehnungsgefäß berechnen

Schritt 1: Wasserinhalt der Anlage ermitteln

Schritt 2: Ausdehnungsvolumen berechnen

Schritt 3: Vordruck bestimmen

Schritt 4: Enddruck bestimmen

Schritt 5: Nutzfaktor berechnen

Vordruck-Tabelle: Die Abkürzung zur richtigen MAG-Größe

Warum ein richtig dimensioniertes Ausdehnungsgefäß wichtig ist

Gemäß DIN EN 12828 ist die Auslegung des Ausdehnungsgefäßes Pflicht. Sollte es durch ein falsch dimensioniertes MAG zu einem Schadensfall kommen, haftet der ausführende Heizungsbauer. Doch nicht nur deshalb ist die richtige Dimensionierung bei der Planung einer Heizung von entscheidender Bedeutung. 

Wenn das MAG zu klein ist, dehnt sich das Wasser beim Aufheizen aus und das Anlagevolumen steigt unkontrolliert. Im besten Fall greift dann das Sicherheitsventil und lässt den überschüssigen Druck ab, im schlimmsten Fall versagt ein Bauteil der Anlage. Bläst das Sicherheitsventil aufgrund eines zu gering dimensionierten Ausdehnungsgefäßes regelmäßig ab, geht Wasser verloren und Sauerstoff kommt nach. Pumpe und Ventile leiden und die Anlage korrodiert von innen. 

Ein zu groß dimensioniertes MAG ist zwar weniger gefährlich, führt jedoch dennoch zu einem unnötig hohen Verschleiß und vermeidbaren Fehlermeldungen der Anlage. So kann es dazu führen, dass der Systemdruck während des Betriebs zu weit abfällt und es zu Druckfehlermeldungen bis hin zur Abschaltung der Anlage kommt.

Ausdehnungsgefäß berechnen

Wichtig vorab: Für die Auslegung des Ausdehnungsgefäßes gibt es in der DIN EN 12828 einen klar vorgegebenen Rechenweg. Die folgende Anleitung kann eine Lektüre der Norm und damit einhergehendes Fachwissen nicht ersetzen, sondern fasst wesentliche Inhalte der Norm vereinfacht zusammen. 

Um das Ausdehnungsgefäß berechnen zu können, sind die folgenden vier Größen relevant:

• Wasserinhalt der Anlage (V_System): Das ist die Gesamtmenge an Wasser, die sich im Heizsystem befindet vom Kessel über Rohrleitung bis hin zu Heizkörpern und Speicher. Je mehr Wasser im System ist, desto mehr dehnt es sich beim Aufheizen aus, desto größer muss das MAG sein.
• Ausdehnungsvolumen (V_e): Das Ausdehnungsvolumen beschreibt, um wie viel Liter das Wasser zunimmt, wenn es von der Fülltemperatur auf die maximale Betriebstemperatur erwärmt wird. Je heißer die Anlage läuft, desto größer fällt das zusätzliche Volumen aus. 
• Vordruck (p_0): Dabei handelt es sich um den voreingestellten Gasdruck des Ausdehnungsgefäßes. Dieser muss mindestens so hoch sein wie der statische Druck der Anlage.  
• Auslegungs-Enddruck (p_e): Das ist der höchste Druck, den das System im Betrieb erreichen darf, ohne dass das Sicherheitsventil anspricht. Er wird mit 0,5 bar Sicherheitsabstand unterhalb des Ansprechdrucks des Sicherheitsventils festgelegt.

Schritt 1: Wasserinhalt der Anlage ermitteln

Idealerweise werden die Wasserinhalte aller Bauteile aus den technischen Datenblättern zusammengerechnet. Liegen diese nicht vor, lässt sich der Wasserinhalt wie folgt näherungsweise berechnen. 

Wasserinhalt (V_System) = Spezifischer Anlagenwasserinhalt (v) × Nennwärmeleistung des Kessels (kW)

Der spezifische Anlagenwasserinhalt (v) wird in Litern pro Kilowatt angegeben und ergibt sich aus der Art der Wärmeverteilung. Folgende Tabelle dient als Orientierung:

Beispiel: Angenommen, es handelt sich um eine Anlage mit einer Nennwärmeleistung von 25 kW, die moderne Radiatoren verfügt. Dann lautet die Berechnung wie folgt:

11 l/kW Spezifischer Wasserinhalt x 25 kW Nennwärmeleistung des Kessels = 275 Liter Wasserinhalt (V_System)

Schritt 2: Ausdehnungsvolumen berechnen

Beim Erwärmen von Wasser gilt: Je heißer es wird, desto stärker nimmt das Volumen zu. Die Temperatur des Heizungswassers kann dabei durchaus über die Betriebstemperatur der Anlage hinausgehen. So hört der Kessel nach dem Abschalten nicht direkt auf, Wärme abzugeben, sondern schießt kurzfristig über die Betriebstemperatur hinaus. Dieses Phänomen wird als Überschwingtemperatur bezeichnet. Sie beträgt üblicherweise 10 °C mehr als die Betriebstemperatur beim Abschalten des Kessels. 

Das Ausdehnungsvolumen richtet sich nach der maximalen Überschwingtemperatur der Anlage. Diese liegt typischerweise 10 Kelvin über der eingestellten Abschalttemperatur am Sicherheitstemperaturbegrenzer. Der Begrenzer darf laut EN 12828 maximal auf 110 °C eingestellt sein. 

Die Formel lautet:

Ausdehnungsvolumen (V_e) = Wasserinhalt (V_System) × Wasserausdehnung (e) / 100

Der Ausdehnungskoeffizient e (in Prozent) ist abhängig von der maximalen Überschwingtemperatur und lässt sich anhand folgender Tabelle ermitteln:

Beispiel: Basierend auf Schritt 1 nehmen wir an, dass die Anlage ein Wasserinhalt (V_System) von 275 Litern hat. Außerdem nehmen wir an, dass sie einem maximale Überschwingtemperatur von 110 °C erreicht. Dann lautet die Berechnung wie folgt:

275 Liter Wasserinhalt (V_System) x 5,03 Wasserausdehnung (e) / 100 = 13,8 Liter Ausdehnungsvolumen (V_e)

Schritt 3: Vordruck bestimmen

Der Vordruck entspricht dem statischen Druck der Anlage zuzüglich einem Sicherheitszuschlag von 0,3 bar. Das MAG befindet sich meist im Keller und somit am tiefsten Punkt der Anlage. Über ihm befindet sich die gesamte Wassersäule der Heizung mitsamt Rohren und Heizkörpern, oft über mehrere Stockwerke. 

Das Gewicht des Wassers erzeugt Druck, der in die Berechnung des Ausdehnungsgefäßes mit einfließen muss. Nur so lässt sich gewährleisten, dass das MAG dem Druck standhält. 

In der Heizungstechnik gilt hier eine Faustregel: 10 Meter Wasserhöhe entsprechen 1 bar Druck. Eine Anlage, deren höchster Punkt 8 Meter über dem MAG liegt, erzeugt demnach einen statischen Druck von 0,8 bar. Hinzu kommt ein pauschaler Sicherheitszuschlag von 0,3 bar.

Für den Vordruck ergibt sich demnach die folgende Formel:

Vordruck (p_0) = Statischer Druck (p_st) + 0,3 bar

Beispiel: Angenommen, der höchste Punkt der Heizung liegt 10 Meter über dem MAG. Dann beträgt der Statische Druck 1,0 bar und die Berechnung lautet:

1,0 bar Statischer Druck + 0,3 bar = 1,3 bar Vordruck (p_0)

Schritt 4: Enddruck bestimmen

Der Enddruck liegt 0,5 bar unter dem Ansprechdruck des Sicherheitsventils. Die Formel lautet entsprechend: 

Auslegungs-Enddruck (p_e) = Ansprechdruck des Sicherheitsventils (p_SV) − 0,5 bar

Beispiel: Die Formel zur Berechnung des Enddrucks für ein Sicherheitsventil mit 3,0 bar lautet: 

3,0 Ansprechdruck des Sicherheitsventils (p_SV) − 0,5 bar = 2,5 bar Auslegungs-Enddruck (p_e)

Schritt 5: Nutzfaktor berechnen

Das Ausdehnungsgefäß verfügt über ein Gaspolster, weshalb dessen Volumen nie vollumfänglich genutzt werden kann. Deshalb wird ein sogenannter Nutzfaktor f_N berechnet, der angibt, welcher Anteil des Gefäßvolumens tatsächlich zur Verfügung steht. Dabei gilt folgende Formel:

Nutzfaktor (f_N) = (Auslegungs-Enddruck (p_e) + 1) / (Auslegungs-Enddruck (p_e) − Vordruck (p_0))

Beispiel: Nehmen wir die Zahlen aus den vorherigen Schritten mit einem Auslegungs-Enddruck (p_e) von 2,5 bar und einen Vordruck (p_0) von 1,3 bar an, dann gilt folgende Berechnung:

(2,5 bar Auslegungs-Enddruck (p_e) + 1) / (2,5 bar Auslegungs-Enddruck (p_e) − 1,3 bar Vordruck (p_0)) = 3,5 / 1,2 = 2,92 Nutzfaktor (f_N)

Vordruck-Tabelle: Die Abkürzung zur richtigen MAG-Größe

Zugegeben: Die Berechnung des Membran-Ausdehnungsgefäßes nach DIN EN 12828 ist durchaus komplex. Dabei gibt es für bestimmte Standardfälle eine deutlich schnellere Abkürzung: Die sogenannte Vordruck- oder Auslegungstabelle. 

Die Tabelle ist eine vorberechnete Zusammenfassung der vollständigen MAG-Auslegungsformel. Das bedeutet: Jemand hat diese Berechnung für alle 20 Wasserinhalt-Stufen mal neun Vordruck-Stufen, mal zwei Sicherheitsventil-Varianten mit 2,5 und 3  bar durchgeführt. Das sind insgesamt 360 einzelne Berechnungen, deren Ergebnisse in einer Tabelle zusammengefasst wurden. Die einzige Annahme, die dabei fest eingebaut ist, ist die Überschwingtemperatur von 110 °C, die für die überwiegende Mehrheit der Warmwasser-Heizungsanlagen gilt. 

Wer also über die entsprechenden Werte verfügt, kann die passende Größe des Ausdehnungsgefäßes anhand der Tabelle ablesen: