Pufferspeicher/Brauchwasserspeicher ,Membranausdehnungsgefäße

Pufferspeicher

 

Warum einen Pufferspeicher?

Pufferspeicher sind Hauptbauelemente von Heizungsanlagen, welche alternative Energien wie Solarenergie, Erdwärme, Biomasse (Holz), Fernwärme und Elektroenergie zur Wärmeerzeugung nutzen.
Pufferspeicher sollen erzeugte Energie schnell aufnehmen, möglichst verlustfrei speichern und entsprechend des jeweiligen Bedarfes in Form von Heizungswärme oder warmen Wasser wieder abgeben.
Besonders bei Verwendung von Holz als Brennstoff trägt der Einsatz von Pufferspeichern zu einer hohen Ausnutzung der Brennstoffenergie bei.Festbrennstoffkessel können konstant mit optimaler Verbrennung arbeiten (besserer Wirkungsgrad) und das führt zu einer Senkung der Emissionen an CO², NOx und Staub .

 

 

 


Brauchwasserspeicher

 

Der Vorteil einer Heizung mit Pufferspeicher:

die Heizungsanlage muss nicht wegen Überhitzung getaktet (zwischenzeitlich abgeschaltet) werden (hohe Taktung gleich übermäßiger Energie Verbrauch)

bei Solaranlagen (Solarthermie) werden Tagesschwankungen beim Lichteinfall ausgeglichen (besserer Wirkungsgrad)

bei Wärmepumpen wird fast immer ein Pufferspeicher vorgeschrieben um Taktung zu Verhinden und Sperrzeiten der EVUs zu Überbrücken.

Pufferspeicher

machen den Einsatz von Feststoff Heizkesselanlagen fast so einfach und komfortabel wie Öl- oder Gasheizkessel. Dieser dient sowohl dem Umweltschutz, da der Kessel stets bei Nennlast, also im optimalen Betriebszustand, arbeiten kann, als auch dem Komfort, da der Kessel nicht ständig angefeuert bleiben muss, sondern nur bedarfsweise zum Aufheizen des Pufferspeichers in Betrieb genommen wird. Ab einer Kesselleistung von 15 kW sind sie gesetzlich vorgeschrieben, aber auch  bei kleineren Leistungen ist der Einsatz aus wirtschaftlichen Aspekten zu empfehlen. Nicht benötigte Heizwärme die beim Einsatz von Feststoffbrennkesseln unweigerlich entsteht kann so problemlos zwischengespeichert werden. Insbesondere im noch kalten Zustand sind die Abgaswerte einer Holzheizung nicht optimal. Der Pufferspeicher ermöglicht hier eine längere Befeuerungsdauer und vermindert so die Zeitanteile mit nicht optimaler Verbrennung im zu kalten Brennraum.

Bei richtiger Dimensionierung muss ein Pufferspeicher in Kombination mit einer Festbrennstoffheizung nur höchstens einmal pro Tag vollständig aufgeladen werden und gibt danach die gespeicherte Wärme bedarfsgerecht wieder in den Heizkreislauf ab.

 

Die Puffergröße sollte aber oberhalb 50 l je kW Kesselleistung liegen.(BAFA Förderung erst ab 55 ltr./kW) Komfort wird ab 100 l/kW und mehr erreicht.Diese Richtwerte dienen nicht für eine optimale Auslegung, sondern nur zur Orientierung.Eine Grenze setzt meistens der vorhandene Platz im Heizraum (es gibt Sonderformen/maße zb.eckig) oder die Einbringtürbreite,Höhe des Aufstellraumes (Kippmaß beachten) oder schlicht die Kellertreppe.

Einen gewissen Ausgleich könnte man dann z. B. durch die Auswahl eines modulierenden Vergaserkessels mit Leistungs- und Feuerungsregelung und langer Brenndauer erreichen und besonders auch durch die Auswahl möglichst niedriger Heizflächentemperaturen. Dazu sollte auch die Kesselleistung nicht zu klein gewählt werden, um vernünftige Pufferladezeiten zu erreichen und auch im Winter genügend Heizleistung für den Heizkreis zu erzeugen und auch die Puffer aufheizen zu können. Der Richtwert ist: Leistung eines Öl / Gaskessels nach herkömmlicher Berechnung + ca.50%.

Das erforderliche Speichervolumen wird bei Festbrennstoffkesseln von mehreren Faktoren bestimmt:

die Leistungsmodulation (lastvariabler oder Volllast-Kessel), das Volumen des Brennstoff-Füllraums

der Energiegehalt und die Abbrandzeit einer Füllung,dem Heizwert des Brennstoffes,die wirksame Temperaturdifferenz im Speicher,die Komfortansprüche (Nachlegeintervalle) die Auslegung der Heizflächen (optimal < 35°C Vorlauf) die Außentemperatur,die Wärmeverluste des Puffers (Isolierung, Form).

Auslegung Pufferspeicher nach Brennstoffaufnahme:

  Hier bei wird davon ausgegangen, das die durch Abbrand entstehende Wärmeenergie voll an den Pufferspeicher abgegeben wird .Für die Bestimmung der Pufferspeichergröße sind nun zwei Daten erforderlich, die Kesselnennleistung in kW und die Nenn-Abbranddauer in Stunden.

 Volumen Puffer=13.5 x Kesselnennleistung(kW) x Abbrandzeit(Stunden)

Der  Faktor 13,5 beinhaltet verschieden Einheiten Umrechnungen sowie die Näherungswerte für Dichte und spezifische Wärme. Sollte ein vom berechneten Volumen abweichendes kleineres Volumen für den Pufferspeicher gewählt werden, so ist darauf zu achten , dass eine Wärmeabnahme oder eine eingeschränkte Befüllung des Brennraumes sichergestellt ist.

  Für die Berechnung des minimalen Pufferspeicher Inhalt kann nach DIN EN 303-5 folgende Formel verwendet werden. VPI,min = 15 x QK x (1 - 03 x QH / Qkmin) wobei QH  Heizlast des Gebäudes in kW und QKmin Kleinste einstellbare Kesselleistung in kW ist.

Diese Auslegung der Pufferspeicher bezieht sich auf Holzspezial Heizkessel und berücksichtigt die kleinste mögliche Kesselleistung im Verhältnis Gebäude Heizlast. Dabei wird davon ausgegangen,

das bei einer Heizlast unter 30%, keine Beheizung über den Heizkessel mehr erfolgt, sondern der Bedarf über den Pufferspeicher gedeckt wird.

 

 


 

Für große Puffervolumen können mehrere Pufferspeicher hydraulisch miteinander verbunden werden. Mehrere Puffer können in Reihe, parallel und nach Tichelmann verbunden werden.

 

Während Parallel und Reihenschaltung sich selbst erklären ist es bei dem Tichelmann-Prinzip doch etwas anderes.

 

Das Tichelmann-Prinzip ist eine bestimmte Art der Zusammenschaltung von Heizkörpern, Ölbatterietanks oder Speichern. Das Prinzip besteht darin, dass das durchfließende Wasser überall die gleiche Weglänge zurücklegen muss (gleiche Rohrdurchmesser, gleiche Länge). In Folge dessen entstehen über jedem Element die gleichen Druckverluste, so dass alle Teile gleichmäßig durchströmt und warm werden oder aber gleichmäßig befüllt bzw. entladen werden (z.B. bei zusammengeschalteten Speichern).

 

 

 

Bei Verwendung von mehreren Puffern ist die Wärmekapazität in der Praxis nicht direkt proportional zur Wassermenge. Ein 1000 l Puffer hat eine größere Wärmekapazität als zwei 500 l Puffer,und weniger Oberfläche,wodurch die Stillstandsverluste geringer sind.

 

Isolierung von Pufferspeichern

Eine gute Isolierung wären mindestens

100 mm Hartschaum.Weichschaumisolierungen wie sie überall angeboten werden, haben sich aber nicht als optimal herausgestellt,da die Isolierwirkung des Weichschaumes bei höhere Temperaturen nachläßt.

Eine gute und preiswerte Isolierung für Pufferspeicher(durch Verfasser getestet) wie folgt:

1.Vollständiges Isolieren(auch oben und unten) mit dünner alukaschierten Mineralfasermatte(Aluseite nach außen)dann eine zweite dickere Schicht mit mindestend 120 mm darüber.Oben gleiche Stärke.Unten soviel wie möglich.Kleben der Stöße mit Aluband.

2.Wer möchte kann dann noch einen Rahmen aus Holz oder Blechständern darum Bauen und diese mit Gipskartonplatten Verkleiden.Die Hohlräume sollten mit Glaswolle ausgestopft werden.

 

Je schlanker und höher der Speicher, um so besser die Wärmeschichtung. Das Verhältnis Höhe zu Durchmesser sollte > 2,5 : 1 sein.

 

Wer seine Wärme in Zukunft mit einem Feststoffbrennstoff Heizkessel, einer thermischen Solaranlage oder sogar einer Kombination von beiden Anlagensystemen erzeugen, benötigt für einen optimalen Betrieb seiner Anlage einen Schichtspeicher mit intelligenter Schichtung und effizienter Energieausnutzung.

Je nach Nutzung der Wärme kommen Pufferspeicher, bivalenter Speicher sowie Kombispeicher zum Einsatz.

Zu jedem System mit Pufferpeichern gehört ein dem Wasservolumen angepasstes Ausdehnungsgefäß!!!!

 

Heizwasser Pufferspeicher gibt es in verschiedenen Varianten:  

 

Schichtenspeicher
Ein „intelligenter“ Speicher. Er nutzt die natürliche Schichtung von warmem Wasser (oben) zu kaltem Wasser (unten) energetisch optimal aus. Aufwändiges und teures Innenleben(Leitbleche,Lanzen etc.)

Beim Wärmeleitrohr steigt das von der Sonnenenergie, im unteren Speicherbereich, aufgewärmte Wasser innerhalb des Wärmeleitrohres nach oben und tritt an Schwerkraftgesteuerten Klappen im passenden Temperaturbereich aus. Eine Vermischung zwischen kaltem und warmem Wasser wird so vermieden. Im Oberen Bereich des Speichers steht so die notwendige Temperatur schnell zur Verfügung und kann im Bedarfsfall über den Heizkessel nachgeheizt werden.

 

Kombispeicher sind kombinierte Warmwasser / Pufferspeicher, die bereits einen kompletten Trinkwasserspeicher integriert haben. Umgeben von heißem Heizwasser enthält er einen kleinen Trinkwasserspeicher. (Tank in Tank-Lösung).Nachteil: Risiko der Bakterienbildung (Legionellen) im gespeicherten Trinkwasser. Bei hartem Wasser,schnelle Verkalkung durch die hohe Temperatur (Kalk fällt ab 55° extrem aus) 

Oder er kann einen zusätzlichen Wärmetauscher besitzen der die Trinkwassererwärmung im Durchflussprinzip gewährleistet,ein sogenannter Frischwasserspeicher.Das heiße Heizwasser wärmt das Brauchwasser nur bei Bedarf. Bedarf aber große Tauscherflächen.

Besonders Vorteilhaft an Kombispeichern ist der deutlich geringere Platzbedarf und häufig auch ein gutes Preis- Leistungsverhältnis.

 

Prinzipdarstellungen Kombispeicher(Tank in Tank System)

 

 

Bivalente Trinkwasser Speicher eigenen sich besonders für Heizungsanlagen die zusätzlich über eine thermische Solaranlage verfügen. In diesen Speichern befinden sich zwei Wärmetauscher, wobei der untere direkt von der Solaranlage gespeist und der obere bei zu geringer Sonnenergie über den Heizkessel.

Prinzipdarstellung für Wärmepumpenspeicher

Sonderformen von Pufferspeicher

 Ovalspeicher                                      Tiefenspeicher(Liegendspeicher)

Ovalspeicher mit Feststoffisolierung             Rechteckspeicher bis 1800 Liter

                Pufferspeicher eckige Form=geringe Aufstellfläche,mit               Hartschaumisolierung=geringe Wärmeabstrahlung ,alle Anschlüsse von Vorn

eckiger Speicher mit Isolation            ohne Verkleidung und Isolation

 

Membranausdehnungsgefäße (MAG)verschiedene Ausführungen

 

   MAG normalausführung,rot                durchströmtes MAG für Trinkwasser,grün

 

Aufbau MAG                                         Kappenabsperrventil mit Entwässerung

 

 

Aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Ausdehnungsgefäße dienen der stabilen Druckhaltung von Flüssigkeiten in technischen Systemen. Wichtige Anwendungen sind Ausdehnungsgefäße für Heizungswasser in Zentralheizungsanlagen , Solarausdehnungsgefäße für das Solarkreismedium (Wasser--Gemisch) in Sonnenkollektoranlagen oder für Kaltwasserkreisläufe z. b. für die Raumklimatisierung.

Ausdehnungsgefäße nehmen die Volumenänderungen beim Aufheizen oder Abkühlen der Flüssigkeit auf,da der Druck sonst zu hoch oder zu niedrig wäre. Heizungsbauer kürzen meist mit „MAG“ ab.Die Volumenänderung beim Aufheizen wird durch das geschlossene Ausdehnungsgefäß aufgenommen da Wasser sich nur sehr wenig komprimieren lässt, Gase hingegen lassen sich stark komprimieren.

Es sind vier grundsätzliche Zustände von Membranausdehnungsgefäßen zu unterscheiden:

  1. Wasserseitig Drucklos: Der Stickstoff hat die Membrane komplett im Gefäß an die Behälterwand gedrückt. Der Druck kann kontrolliert und eingestellt werden gemäß den Herstellerangaben und der Berechnung.

  2. Wasserseitig Druckbelastet im kalten Anlagenzustand: Der Stickstoff und das Wasser halten sich die „Waage“, das Wasser hat die Membrane von der Behälterwand gelöst.

  3. Wasserseitig Druckbelastet im warmen Anlagenzustand: Der Stickstoff ist komprimiert durch die Volumenänderung des Heizungswassers.

  4. Wasserseitig Druckbelastet ohne Stickstoffpolster: Der Stickstoff ist entwichen und das ADG kann seine Aufgabe nicht erfüllen.

Als Gas wird in geschlossenen MAG Stickstoff genommen, da die Molekularstruktur ein Diffundieren durch die Membran erschwert. Die Membranen sind meist aus EPDM, aber auch aus Butylen.

Grundsätzlich unterscheidet man offene und geschlossene Ausdehnungsgefäße. Offene Ausdehnungsgefäße werden an der höchsten Stelle des Kreislaufes angebracht. Diese Form findet sich nur noch bei alten Heizungsanlagen mit Schwerkraftumlauf, da durch diese offenen Systeme Sauerstoff ins Wasser eindringen kann und so Korrosionsschäden entstehen können. In modernen Heizungsanlagen und Sonnenkollektoranlagen werden dagegen geschlossene Membranausdehnungsgefäße verwendet (soweit nicht andere Techniken für die Druckhaltung eingesetzt werden).

Zwischengefäße zwecks Kühlhaltung des Ausdehnungsgefäßes

Jedes Elastomer altert. Je höher die Temperaturen liegen, um so schneller erfolgt diese Alterung. Anlagen mit Betriebstemperaturen 90/70°C ergeben normalerweise im Gefäß Durchschnittstemperaturen von unter 50°C, was für den Membranwerkstoff ideal ist. Selbst Dauerbelastungen von 60°C schaden der Blasenmembrane nicht. Voraussetzung ist, daß die Ausdehnungsleitung am Rücklauf des Wärmeerzeugers angeschlossen ist.

In allen anderen Fällen, insbesondere bei Heißwasseranlagen mit mittleren Betriebstemperaturen > 90°C, muß ein Zwischengefäß als kühlende Wasservorlage eingesetzt werden.

Diese aus der Erfahrung ausgesprochene Empfehlung wurde in die DIN 4807 übernommen, die in Teil 3 an Blasen und Membranen in Ausdehnungsgefäßen eine Dauertemperatur von maximal 70°C vorschreibt.

Ein Membranausdehnungsgefäß – kurz MAG – ist ein geschlossenes Gefäß, das mit einer Membran in zwei Hälften geteilt wird. Auf der einen Seite der Membran befindet sich der mit der Anlage verbundene Wasserraum, auf der anderen Seite ein mit Stickstoffgefüllter Gasraum. Auf der Wasserseite wirkt der jeweilige Anlagendruck, auf der Gasseite der dementsprechend aufgebrachte Gasdruck. Bei Erwärmung des Anlagenwassers wird der Druck auf der Gasseite erhöht. Dieser Druckanstieg, welcher von der Menge und von der Temperaturerhöhung des Ausdehnungswassers abhängt, muss unter dem Ansprechdruck des Sicherheitsventilsliegen. Damit ist gewährleistet, dass die Anlage im Aufheizvorgang kein Wasser verliert.

Membranausdehnungsgefäße gehören zur Ausrüstung von

größeren, geschlossenen Speicherwasser-Erwärmern, wobei das MAG für Trinkwasser einen Zwangsdurchlauf haben muss, damit Legionellen-Gefährdung vermieden wird;

geschlossenen Heizungsanlagen und sonstigen Heizkreisen, wobei das MAG zusätzlich die Aufgabe hat, den Anlagendruck vorzuhalten;

Sonnenkollektoranlagen

Das MAG gehört zur Sicherheitstechnischen Ausrüstung von Warmwasserheizungen und muss gemäß DIN EN 12828 jährlich gewartet werden.

 

Zur Feststellung des erforderlichen Nennvolumens eines Membran-Ausdehnungsgefäßes müssen (nach DIN 4807-2 /2) der gesamte Wasserinhalt der Anlage ,das Ausdehnungsvolumen des Heizwassers bei maximaler Vor­lauftemperatur ,die erforderliche Wasservorlage ,der erforderliche Vordruck ,der Enddruck ermittelt werden.

 

Wasserinhalt

Den gesamten Wasserinhalt  der Anlage erhält man aus den Inhalten der Rohrleitungen (diese können mit Hilfe eines Tabellenbuches ermittelt werden) und den Wasserinhalten des Wärmeerzeugers sowie der Heizkörper (Datenblätter der Hersteller geben hierüber Auskunft).

Ausdehnungsvolumen

Das Ausdehnungsvolumen  des Heizwassers errechnet sich nach DIN 4807-2

Anhaltswerte für die prozentuale Wasserausdehnungen können der Tabelle entnommen werden.

 

Wasservorlage

Um (geringe) Wasserverluste der Heizungsanlage auszugleichen, enthalten Membran-Ausdehnungsgefäße eine Wasservorlage  Laut DIN  4807-2 müssen MAGs bis 15 Liter Nennvolumen mindestens 20 Prozent ihres Volumens als Wasservorlage aufnehmen. Ausdehnungsgefäße müssen mindestens 0,5 Prozent des gesamten Wasser­inhaltes der Anlage , mindestens jedoch drei Liter als Wasservorlage aufnehmen.

Vordruck

Ein Membran-Ausdehnungsgefäß muss einen bestimmten Vordruck  haben. Dieser muss der statischen Höhe der Heizungsanlage (vertikaler Abstand zwischen Mitte MAG und höchstem Punkt der Anlage zuzüglich einem Sicherheitszuschlag von ein bis zwei Metern) bzw. dem da­raus resultierenden statischen Druck das Gleichgewicht halten. Gegebenenfalls ist zusätzlich der Dampfdruck zu berücksichtigen:Dabei lässt sich der statische Druck in der Regel mit ausreichender Genauigkeit aus der statischen Höhe bestimmen, wenn pro Höhenmeter 0,1  bar Druckzunahme zu Grunde gelegt wird.

 

Enddruck

Der Enddruck stellt sich im MAG nach dem Einbringen der Wasservorlage und dem Aufheizen der Anlage auf die maximal zulässige Vorlauftemperatur ein. Er darf nicht höher sein als der am Sicherheitsventil eingestellte maximale Anlagendruck. Üblicherweise wird ein Enddruck gewählt, der 0,5 bar da­runter liegt.

Nennvolumen des MAG

Das mindestens erforderliche Nennvolumen errechnet sich dann nach DIN 4807-2

Berrechnungsformel hat ihr Installateur oder sie finden sie im Internet

Wenn das mindestens erforderliche Nennvolumen ermittelt ist, kann ein passendes Membranausdehnungsgefäß aus den Unterlagen des MAG-Herstellers herausgesucht werden. Ist ein genau passendes nicht im Angebot, wird das nächstgrößere MAG gewählt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Heizungswasser ausreichend Platz hat, sich auszudehnen. Wenn die Größe des MAG zur Heizungsanlage passt, bleibt der Anlagendruck weitgehend konstant, die Heizung läuft störungsfrei und Kunde und Installateur sind zufrieden.

Faustformel:Größe MAG= 10% des Gesamtwasservolumen der Heizanlage

 

TIPP: Von einigen Herstellern gibt es bei größeren MAG`s Ausführungen mit austauschbarer

Membran.

 

 

 

   HOLOX LTD.

Biomassenheiztechnik
Büro: Armbrustweg 5
68163 Mannheim
Telefon: +49(0)621/45477550

Fax:      +49(0)621/45465369

Mail:no-oil@no-oil.eu

Ansprechpartner:

Herr Lutz Watta

 

 

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