Druckerhöhungsanlage: Wie viel bar Luftdruck muss das Ausdehnungsgefäß haben?

Die Antwort auf die Frage, wie viel bar Druck der Behälter der Druckerhöhungsanlage haben muss, hängt vom Anlagentyp ab und lässt sich auf zwei Regeln zurückführen. Bei klassischen Druckerhöhungsanlagen, die über einen Druckschalter im Ein-Aus-Betrieb arbeiten, wird der Vordruck 0,2-0,3 bar unter dem Einschaltdruck des Schalters eingestellt. Bei Druckerhöhungsanlagen mit Frequenzumrichter, die den Druck konstant halten, wird der Vordruck dagegen mit etwa 70 Prozent des Einstelldrucks angesetzt. Eine dritte Methode außerhalb dieser beiden Regeln gibt es nicht; das Werksschild auf dem Behälter zeigt nur den Lieferwert an, nicht die Einstellung Ihrer Anlage.

Bei der Ein-Aus-Druckerhöhungsanlage ist die Rechnung der Regel einfach. Schaltet die Pumpe bei 2,5 bar ein und bei 4,0 bar aus, wird das Luftpolster des Behälters auf 2,2-2,3 bar eingestellt. So bleibt im Behälter noch ein kleines Wasserpolster, wenn der Anlagendruck auf 2,5 bar fällt, und die Membran schlägt nicht gegen den Metallflansch. Steigt der Anlagendruck auf 4,0 bar, wird die Luft komprimiert, der Behälter füllt sich mit Wasser und speichert Energie für die nächste Entnahme. Solange der Vordruck des Ausdehnungsgefäßes knapp unter diesem Bereich liegt, arbeitet der Behälter über seine gesamte Lebensdauer störungsfrei.

Bei der Druckerhöhungsanlage mit Frequenzumrichter ändert sich die Logik, weil dort der Anlagendruck konstant gehalten wird und die Aufgabe des Behälters nicht darin besteht, die Zahl der Ein- und Ausschaltvorgänge zu verringern, sondern bei kleinen Volumenströmen Druckschwankungen zu glätten. Bei einer Grundfos-CMBE-Einheit mit einem Einstelldruck von 4,0 bar wird der Vordruck auf etwa 2,8 bar eingestellt. Dieselbe Logik gilt auch für Grundfos Hydro Multi-E-Gruppen; die Inbetriebnahmeunterlagen des Herstellers nennen den Bereich von 70 Prozent. Bei solchen Anlagen ist auch das Behältervolumen deutlich kleiner und bleibt im Bereich von 8-24 Litern.

In beiden Fällen erfolgt die Messung bei vollständig entleerter Wasserseite. Solange sich Wasser im Behälter befindet, ist der am Ventil abgelesene Wert nicht der tatsächliche Vordruck; das Wasser drückt die Membran und verdichtet die Luft, sodass das Manometer einen zu hohen Wert anzeigt. Die große Mehrheit der fehlerhaften Messungen, die wir vor Ort sehen, geht darauf zurück, dass dieser eine Schritt ausgelassen wurde. Für die richtige Auswahl von Pumpe und Behälter müssen außerdem die Angaben zu Volumenstrom und Förderhöhe der Anlage stimmig sein (Details: Was ist mWS bei Pumpen? Wie viel bar sind 10 mWS?).

Wird der Vordruck gleich dem Einschaltdruck eingestellt, ist der Behälter in dem Moment, in dem die Pumpe zuschaltet, vollständig entleert. Die Membran legt sich an dieser Stelle an die gegenüberliegende Fläche an, schlägt bei jedem Zyklus gegen den Flansch, und das Elastomermaterial ermüdet an der Knicklinie. Die Differenz von 0,2-0,3 bar lässt im Behälter stets ein dünnes Wasserpolster stehen; die Membran berührt nie die harte Fläche. Die Lebensdauer der Membran bestimmt nicht die Literzahl, sondern die Zahl der Faltungen und die Härte der Faltung.

Der zweite Grund ist die Messtoleranz. Der Einschaltpunkt mechanischer Druckschalter weicht typischerweise um plus minus 0,1-0,15 bar ab; auch die Reifenfüllmanometer, die am Behälterventil verwendet werden, haben eine ähnliche Unsicherheit. Stellen Sie den Vordruck gleich dem Einschaltdruck ein, liegt der Vordruck an einem Tag, an dem sich beide Toleranzen in entgegengesetzter Richtung addieren, tatsächlich über dem Einschaltdruck, und der Behälter fällt aus. Der Spielraum von 0,2-0,3 bar ist die ingenieurtechnische Marge, die beide Toleranzen auffängt.

Der dritte Grund ist das Nutzvolumen. Je höher der Vordruck, desto mehr Wasser liefert der Behälter, aber nur solange er unter dem Einschaltdruck bleibt. Senken Sie den Vordruck auf 1,0 bar unter den Einschaltdruck, sinkt das Nutzvolumen spürbar; steigern Sie ihn bis auf 0,05 bar unter den Einschaltdruck, gefährden Sie die Gesundheit der Membran. Der Bereich von 0,2-0,3 bar ist der optimale Punkt zwischen Nutzvolumen und Lebensdauer der Membran, und auch die Inbetriebnahmeanleitungen der Behälterhersteller geben diesen Bereich an.

Der vierte Grund ist die Gasdurchlässigkeit. Membranen aus EPDM oder Butyl lassen mit der Zeit im Millimeterbereich Luft entweichen; bei einem typischen Behälter gilt ein Rückgang von 0,1-0,3 bar pro Jahr als normal. Stellen Sie den Vordruck 0,2-0,3 bar unter den Einschaltdruck ein, bringt der natürliche Verlust eines Jahres die Anlage nicht in einen gefährlichen Bereich, sondern verringert lediglich das Nutzvolumen ein wenig. Damit wird die jährliche Kontrolle zu einem notwendigen, aber nicht dringenden Wartungsposten (Details: Pumpenwartung).

Die Antwort auf die Frage, wie der Vordruck eines Ausdehnungsgefäßes gemessen wird, lässt sich in einem Satz zusammenfassen: Die Wasserseite wird vollständig entleert, danach wird am Ventil gemessen. Jeder Liter, der während der Messung in der Wasserkammer des Behälters verbleibt, zieht den abgelesenen Wert nach oben. Die folgenden neun Schritte gelten sowohl für stehende als auch für liegende Membran-Ausdehnungsgefäße und dauern durchschnittlich fünf Minuten.

• Schritt 1 — Schalten Sie die Druckerhöhungsanlage spannungsfrei. Legen Sie den Schalter im Schaltschrank um, bei Anlagen mit Stecker ziehen Sie den Stecker. Ein Zuschalten der Pumpe während der Messung ist sowohl gefährlich als auch verfälscht die Ablesung.
• Schritt 2 — Schließen Sie den Kugelhahn zwischen Behälter und Verteiler. Ist dieser Kugelhahn nicht vorhanden, schließen Sie das Hauptabsperrventil am Ausgang der Anlage; für künftige Kontrollen ist es eine richtige Investition, unter dem Behälter einen Kugelhahn nachzurüsten.
• Schritt 3 — Senken Sie den Druck in der Anlage ab. Öffnen Sie die nächstgelegene Zapfstelle oder den Entleerungshahn unter dem Behälter und lassen Sie das Wasser ab, bis das Manometer null bar anzeigt.
• Schritt 4 — Vergewissern Sie sich, dass die Wasserseite des Behälters vollständig entleert ist. Der Behälter ist leer, wenn aus dem Ablass kein Wasser mehr kommt und das Manometer auf null stehen bleibt. Bei liegenden Behältern können Sie den Behälter leicht schütteln und hören, ob noch Wasser darin ist.
• Schritt 5 — Schrauben Sie die Kunststoffkappe des Ventils des Ausdehnungsgefäßes ab. Das Ventil ist dasselbe wie ein Autoreifenventil und sitzt meist am oberen Deckel des Behälters, bei liegenden Behältern an der Rückseite.
• Schritt 6 — Setzen Sie das Reifenfüllmanometer senkrecht und in einer einzigen Bewegung auf das Ventil. Verwenden Sie ein Manometer mit Skala 0-10 bar, vorzugsweise ein digitales; Geräte mit Skala 0-4 bar, wie sie für Fahrzeugreifen hergestellt werden, reichen bei Druckerhöhungsanlagen mit hohem Druck nicht aus.
• Schritt 7 — Lesen Sie den Wert ab und ziehen Sie das Manometer sofort wieder ab. Hält man das Manometer lange auf dem Ventil, entweichen bei jeder Ablesung 0,05-0,1 bar Luft; messen Sie dreimal hintereinander, verändern Sie das, was Sie messen.
• Schritt 8 — Kommt am Ventil Wasser, brechen Sie die Messung ab. Tritt am Ventil Wasser statt Luft aus, ist das ein sicheres Zeichen dafür, dass die Membran gerissen ist und der Behälter ersetzt werden muss (Details: Was passiert, wenn die Membran des Ausdehnungsgefäßes platzt? Symptome und Lösung).
• Schritt 9 — Ziehen Sie nach Abschluss der Messung die Ventilkappe fest. Die Kappe ist nicht nur ein Staubschutz, sondern ein sekundäres Dichtelement; eine nicht aufgesetzte Kappe vervielfacht den jährlichen Luftverlust.

Bei der Bewertung des Messergebnisses ist Ihre Referenz nicht das Werksschild, sondern die Einstellung des Druckschalters Ihrer Anlage. Die 1,5 bar oder 2,0 bar auf dem Schild sind nur der Lieferwert. Wenn Sie den Behälter an eine Druckerhöhungsanlage angeschlossen haben, die bei 3,5 bar einschaltet, erfüllt der Behälter seine Aufgabe nicht, wenn der Wert auf dem Schild unverändert bleibt. Die Wahl des richtigen Behältervolumens ist eine eigene Berechnungsfrage (Details: Berechnung des Ausdehnungsgefäßes).

Führen Sie die Messung möglichst morgens durch, wenn das Anlagenwasser Umgebungstemperatur hat. Der Druck des Luftpolsters ändert sich mit der Temperatur; eine Temperaturdifferenz von 10 Grad Celsius ergibt im absoluten Druck einen Unterschied von etwa 3,4 Prozent. Bei einem absoluten Druck von 3,3 bar entspricht das einer Abweichung von etwa 0,11 bar. In warmen Räumen wie dem Heizraum kann dieser Unterschied zwischen Sommer- und Wintermessungen dazu führen, dass unnötig Luft nachgefüllt wird.

Die Antwort auf die Frage, wie der Druckbehälter einer Druckerhöhungsanlage aufgepumpt wird, ist die Fortsetzung des Messverfahrens: Ist der Behälter auf der Wasserseite leer, wird am Ventil mit einem Kompressor oder einer Fußpumpe Luft bis zum Zieldruck eingebracht. Die verwendete Luft muss trocken sein; gelangt Kondensat aus dem Kompressorbehälter in den Behälter, entstehen auf der Luftseite der Membran Korrosions- und Geruchsprobleme. Als Vorsorge genügt es, vor dem Vorgang die Wasserablassöffnung des Kompressors zu entleeren.

Das Erhöhen des Drucks läuft so ab. Berechnen Sie den Zielwert; ist der Schalter beispielsweise auf 3,0/4,5 bar eingestellt, beträgt der Zielwert 2,7-2,8 bar. Stellen Sie den Regler des Kompressors auf etwa 0,5 bar über dem Zielwert ein, verbinden Sie den Schlauch mit dem Ventil und geben Sie in kurzen Abständen Luft zu, wobei Sie zwischendurch messen. Wer versucht, den Zielwert in einem Zug zu überschreiten und danach wieder Luft abzulassen, verschwendet Zeit, und bei jedem Ablassen wird die Membran unnötig gedehnt. Einen 100-Liter-Behälter von 1,5 bar auf 2,8 bar zu bringen, dauert mit einem kleinen 8-bar-Kompressor 1-2 Minuten.

Das Senken des Drucks ist einfacher. Drücken Sie mit einem Werkzeug mit feiner Spitze oder mit dem Ablasshebel des Manometers auf den Stift in der Mitte des Ventils, verfolgen Sie das Entweichen der Luft am Geräusch, belassen Sie den Wert etwas über dem Ziel und nehmen Sie mit der letzten Messung die Feineinstellung vor. Dieser Vorgang muss bei leerer Wasserseite des Behälters erfolgen; lassen Sie bei vorhandenem Wasser Luft ab, füllt das Wasser den Behälter, die Membran öffnet sich vollständig, und die Messung wird noch einmal verfälscht.

Tragen Sie nach Abschluss des Vorgangs Seifenschaum rund um das Ventil auf und warten Sie dreißig Sekunden. Bilden sich Blasen, sitzt der Ventilstift nicht richtig; meist löst sich das Problem, wenn man noch einmal Luft ablässt und loslässt; andernfalls wird der innere Mechanismus des Ventils durch ein handelsübliches Reifenventil-Ersatzteil ersetzt. Öffnen Sie anschließend den Kugelhahn, nehmen Sie die Druckerhöhungsanlage in Betrieb und beobachten Sie am Manometer die Zuschalt- und Abschaltpunkte. Halten die erwarteten Werte nicht, liegt das Problem nicht am Behälter, sondern am Druckschalter.

Bei einigen Behältern mit großem Volumen wird anstelle von Luft Stickstoff verwendet. Der Vorteil von Stickstoff besteht darin, dass er keinen Sauerstoff enthält und seine Diffusionsgeschwindigkeit durch die Membran geringer ist; bei geschlossenen Kreisläufen über 500 Litern sinkt der jährliche Druckverlust deutlich. Bei Druckerhöhungsanlagen im Wohnbereich genügt für Behälter im Bereich von 24-300 Litern trockene Druckluft, und Stickstoff bietet keinen praktischen Vorteil.

Die Einstellung des Druckschalters besteht aus zwei Werten: dem Einschaltdruck und dem Ausschaltdruck. Bei mechanischen Schaltern bestimmt die große Feder den gesamten Bereich, die kleine Feder die Differenz zwischen den beiden Werten. Der Vordruck richtet sich immer nach dem Einschaltwert, nicht nach dem Ausschaltwert. Diese Unterscheidung liegt genau im Zentrum des Fehlers, der vor Ort am häufigsten gemacht wird.

Gehen wir von einem konkreten Beispiel aus. In der Druckerhöhungsanlage eines dreigeschossigen Mehrfamilienhauses sei der Schalter auf den Einschaltwert 2,5 bar und den Ausschaltwert 4,0 bar eingestellt. Der Bereich zwischen Start- und Stoppdruck beträgt 1,5 bar. Der richtige Vordruck liegt zwischen 2,5 minus 0,3, also 2,2 bar, und 2,5 minus 0,2, also 2,3 bar. In der Praxis wird 2,2 bar bevorzugt; so sinkt der Wert selbst nach dem natürlichen Luftverlust eines Jahres nicht unter 2,0 bar.

Das zweite Beispiel sei ein fünfgeschossiges Gebäude. Der Schalter ist auf 3,5/5,0 bar eingestellt, der Bereich beträgt wieder 1,5 bar. Der richtige Vordruck beträgt 3,2-3,3 bar. Zu beachten ist hier die Druckklasse des Behälters; die meisten auf dem Markt erhältlichen Membran-Ausdehnungsgefäße haben die Klasse PN10, also 10 bar, einige preisgünstige Baureihen können jedoch PN6 sein. Bei einer Anlage mit einem Ausschaltdruck von 5,0 bar muss ein PN10-Behälter verwendet werden, und das Sicherheitsventil wird auf etwa 8 bar eingestellt.

Auch die Entscheidung zwischen engerem und weiterem Schaltbereich beeinflusst den Vordruck. Verengen Sie den Bereich auf 2,5/3,5 bar, verringern sich die Druckschwankungen an der Zapfstelle und der Komfort steigt; da das Nutzvolumen sinkt, schaltet die Pumpe jedoch häufiger ein. Weiten Sie den Bereich auf 2,5/4,5 bar, schaltet die Pumpe seltener ein, aber an der Dusche ist ein Druckunterschied spürbar. In beiden Fällen bleibt der Vordruck bei 2,2-2,3 bar, weil sich der Einschaltwert nicht geändert hat. Haben Sie beim Ändern des Bereichs auch den Einschaltwert verschoben, müssen Sie den Vordruck neu einstellen.

Bevor Sie die Schaltereinstellung ändern, vergewissern Sie sich, dass die Anlage der Zapfstelle im obersten Geschoss genügend Druck liefert. Die einfache Regel lautet: Der erforderliche Einschaltdruck ist das Bar-Äquivalent der Höhe der obersten Armatur plus 1,5-2,0 bar Fließdruck plus 0,3-0,5 bar Rohrreibungsverlust. Bei 15 Metern Höhe ergibt das 1,5 plus 1,5 plus 0,4, also etwa 3,4 bar, und bestätigt den Einschaltwert von 3,5 bar. In Gebieten mit hohem Netzdruck kann auch die umgekehrte Rechnung erforderlich sein (Details: Auf wie viel bar den Druckminderer einstellen? Ratgeber für Haus und Gebäude).

Das Nutzvolumen ist die Wassermenge, die der Behälter in einem Zyklus tatsächlich liefern kann, und es ist deutlich kleiner als das Behältervolumen. Ein 100-Liter-Behälter liefert niemals 100 Liter Wasser; bei typischen Einstellungen liegt die gelieferte Menge im Bereich von 20-35 Litern. Die Berechnung ergibt sich aus dem Gesetz von Boyle-Mariotte unter der Annahme isothermer Verdichtung und wird mit absoluten Drücken durchgeführt.

Die Formel lautet: Nutzvolumen gleich Behältervolumen mal Vordruck absolut, mal Differenz zwischen Ausschalt- und Einschaltdruck, geteilt durch Einschaltdruck absolut mal Ausschaltdruck absolut. Der absolute Druck ergibt sich, indem man zum Manometerwert etwa 1 bar addiert. Gehen wir Schritt für Schritt vor.

• Daten — Behältervolumen 100 Liter, Vordruck 2,3 bar, Einschaltdruck 2,5 bar, Ausschaltdruck 4,0 bar.
• Schritt 1 — Absolute Drücke: Vordruck 3,3 bar, Einschaltdruck 3,5 bar, Ausschaltdruck 5,0 bar.
• Schritt 2 — Zähler: 100 mal 3,3 mal (5,0 minus 3,5) gleich 100 mal 3,3 mal 1,5 gleich 495.
• Schritt 3 — Nenner: 3,5 mal 5,0 gleich 17,5.
• Schritt 4 — Ergebnis: 495 geteilt durch 17,5 gleich 28,3 Liter.
• Auswertung — Der 100-Liter-Behälter liefert pro Zyklus etwa 28 Liter Wasser; das sind 28 Prozent des Behältervolumens.

Stellen Sie den Vordruck am selben Behälter falsch ein, verschlechtert sich das Ergebnis rasch. Ist der Vordruck auf 1,5 bar gefallen, beträgt der absolute Wert 2,5 bar, und das Nutzvolumen sinkt auf 100 mal 2,5 mal 1,5 geteilt durch 17,5, also auf 21,4 Liter. Das bedeutet einen Verlust von 24 Prozent und erhöht die Zahl der Starts der Pumpe pro Stunde unmittelbar im gleichen Verhältnis. Fällt der Vordruck auf 1,0 bar, sinkt das Nutzvolumen auf 17,1 Liter, also auf 60 Prozent des Ausgangswerts.

Auch in der Gegenrichtung gibt es eine Grenze. Erhöhen Sie den Vordruck auf 2,4 bar, beträgt das Nutzvolumen 29,1 Liter; der Gewinn beträgt nur 0,8 Liter, aber bis zur vollständigen Entleerung der Membran bleibt nur noch eine Marge von 0,1 bar. Erhöhen Sie den Vordruck auf 2,6 bar, also über den Einschaltwert, verliert die Formel ihre Gültigkeit; der Behälter ist im Moment des Einschaltens bereits vollständig leer, und obwohl das Nutzvolumen mit 100 mal (1 minus 3,6 geteilt durch 5,0), also 28 Litern, scheinbar gleich bleibt, wird dieses Wasser um den Preis erkauft, dass die Membran bei jedem Zyklus vollständig gefaltet wird.

Auch der Einfluss der Bereichsbreite lässt sich aus derselben Formel ablesen. Bleibt der Einschaltdruck bei 2,5 bar und erhöhen Sie den Ausschaltwert auf 4,5 bar, steigt das Nutzvolumen auf 100 mal 3,3 mal 2,0 geteilt durch (3,5 mal 5,5), also auf 34,3 Liter. Ein Gewinn von 21 Prozent, der allein durch Drehen der kleinen Feder des Schalters erzielt wird und keinerlei Hardwarekosten verursacht. Im Gegenzug nehmen die Druckschwankungen an der Zapfstelle zu; bei Wohnbauprojekten ist ein Bereich von 1,5-2,0 bar meist ein guter Kompromiss.

Wie oft die Pumpe einer Druckerhöhungsanlage pro Stunde zuschalten darf, hängt von Motorleistung und Typ ab. Bei kleinen Einphasenmotoren werden 20-30 Starts pro Stunde, bei Drehstrommotoren von 1,5-4 kW 15-20 Starts und bei Motoren über 5,5 kW 10-15 Starts als Obergrenze angesetzt. Bei Anlagen, die diese Grenze überschreiten, verkürzt sich die Motorlebensdauer durch Erwärmung der Wicklung und Ermüdung des Kondensators.

Das erforderliche Nutzvolumen wird von der zulässigen Zahl der Starts rückwärts berechnet. Die Formel lautet: Nutzvolumen in Litern gleich Pumpenvolumenstrom in Litern geteilt durch Stunde, geteilt durch vier mal Starts pro Stunde. Die Teilung durch vier ergibt sich daraus, dass der ungünstigste Fall der Moment ist, in dem die Laufzeit der Pumpe der Stillstandszeit entspricht. Rechnen wir ein Beispiel: Beträgt bei einer Druckerhöhungsanlage mit einem Volumenstrom von 6 Kubikmeter geteilt durch Stunde die Grenze 20 Starts pro Stunde, so beträgt das erforderliche Nutzvolumen 6000 geteilt durch 80, also 75 Liter.

Um dieses Nutzvolumen in das Behältervolumen umzurechnen, kehren wir die Formel des vorigen Abschnitts um. Bei der Einstellung 2,5/4,0 bar betrug das Verhältnis des Nutzvolumens 28,3 Prozent; 75 geteilt durch 0,283 ergibt etwa 265 Liter. In der Praxis wählt man einen einzelnen Behälter mit 300 Litern oder 2 Behälter mit je 150 Litern. Weiten Sie den Bereich auf 2,5/4,5 bar, steigt das Verhältnis auf 34,3 Prozent, und das erforderliche Behältervolumen sinkt auf 219 Liter, also auf die Größenordnung von 2 mal 100 Litern plus 1 mal 24 Litern.

Dieselbe Berechnung führen Sie bei einer Anlage mit Frequenzumrichter nicht durch, weil dort die Pumpe dem Volumenstrom folgt und die Zahl der Starts nicht vom Behältervolumen, sondern von der Ruheschwelle des Regelalgorithmus bestimmt wird. Deshalb genügt bei einer Grundfos-Hydro-Multi-E-Gruppe mit einem Volumenstrom von 6 Kubikmeter geteilt durch Stunde ein Behälter mit 8-24 Litern; bei einer Ein-Aus-Anlage mit gleichem Volumenstrom können Sie nicht unter 250 Liter gehen. Der Platz, den der Frequenzumrichter bei Behälterkosten und Heizraumvolumen einspart, rechtfertigt in den meisten Projekten die Investition selbst (Details: Pumpe mit Frequenzumrichter: Was ist das? Spart sie wirklich Strom?).

Der erste Diagnoseschritt bei der Beschwerde, die Druckerhöhungsanlage laufe zu oft, ist diese Berechnung. Zählen Sie bei einer einstündigen Beobachtung die Starts; liegen sie über der Grenze, gibt es drei Möglichkeiten. Der Vordruck ist gefallen, das Behältervolumen wurde von vornherein zu klein gewählt, oder in der Anlage gibt es eine Leckage. Alle drei lassen sich leicht unterscheiden: Fällt der Druck bei geschlossenen Zapfstellen, handelt es sich um eine Leckage; liegt die Vordruckmessung unter dem Zielwert, um Luftverlust; sind beide normal, ist das Behältervolumen unzureichend (Details: Druckerhöhungsanlage läuft ständig und schaltet nicht ab: 10 mögliche Ursachen und Lösungen).

Die Geschosszahl bestimmt den erforderlichen Einschaltdruck; der Vordruck wird wiederum aus dem Einschaltdruck abgeleitet. Jedes Geschoss bedeutet etwa 3 Meter Höhe und 0,3 bar statischen Druck. Die folgenden Werte wurden mit der Annahme von 1,5-2,0 bar Fließdruck an der obersten Armatur und 0,3-0,5 bar Rohrreibungsverlust berechnet; sie variieren je nach Baureihe, Steigleitungsdurchmesser und Zahl der Armaturen.

• Freistehendes Wohnhaus mit 2 Geschossen, oberste Armatur etwa 6 m — Druckschalter 2,5/4,0 bar, Vordruck 2,2-2,3 bar
• Gebäude mit 3 Geschossen, oberste Armatur etwa 9 m — Druckschalter 3,0/4,5 bar, Vordruck 2,7-2,8 bar
• Gebäude mit 5 Geschossen, oberste Armatur etwa 15 m — Druckschalter 3,5/5,0 bar, Vordruck 3,2-3,3 bar
• Gebäude mit 8 Geschossen, oberste Armatur etwa 24 m — Druckschalter 4,5/6,0 bar, Vordruck 4,2-4,3 bar
• Gebäude mit 12 Geschossen, oberste Armatur etwa 36 m — Druckschalter 5,8/7,3 bar, Vordruck 5,5-5,6 bar, PN10-Behälter und Zonentrennung zwingend erforderlich
• Eingeschossige Villa, einschließlich Gartenbewässerung — Druckschalter 2,0/3,5 bar, Vordruck 1,7-1,8 bar

Bei Gebäuden mit mehr als acht Geschossen ist der Betrieb mit nur einer Zone in der Regel nicht richtig. Die Armaturen in den unteren Geschossen stehen unter 6-7 bar, Dichtungen und Sicherheitsgruppen der Warmwasserbereiter ermüden früh, und der Wasserverbrauch steigt. Die richtige Lösung besteht darin, das Gebäude in zwei Zonen zu teilen und in der unteren Zone einen Druckminderer einzusetzen; jede Zone erhält ihre eigene Druckerhöhungsanlage und ihren eigenen Vordruck des Ausdehnungsgefäßes (Details: Verwendung von Druckminderern).

Bei Villen verändert die Gartenbewässerung den Volumenstrom in der Berechnung. Eine 15-20 Meter lange Bewässerungsleitung kann unabhängig vom Hauptgebäude 1,5-3 Kubikmeter geteilt durch Stunde entnehmen und drängt die Druckerhöhungsanlage in den Dauerbetrieb. Bei solchen Anlagen ist es richtiger, das Behältervolumen nicht nach dem Bewässerungsvolumenstrom, sondern nach den kurzen Entnahmen der Innennutzung zu wählen; die Bewässerung lässt die Pumpe ohnehin dauerhaft laufen, und für den Behälter bleibt keine Aufgabe (Details: Druckerhöhungsanlage für die Villa: Empfehlung für leise, leistungsstarke und stromsparende Modelle).

Bei Mehrfamilienhäusern bestimmt die Zahl der Wohnungen über den Gleichzeitigkeitsfaktor den Volumenstrom. In einem Gebäude mit 20 Wohnungen kann der gesamte Armaturenvolumenstrom über 30 Kubikmeter geteilt durch Stunde liegen, während der Auslegungsvolumenstrom nach der Gleichzeitigkeitskorrektur auf 6-9 Kubikmeter geteilt durch Stunde sinkt. Das Behältervolumen wird aus diesem korrigierten Volumenstrom berechnet; berechnen Sie es aus der Rohsumme, ergibt sich eine Behältergruppe, die nicht in den Heizraum passt (Details: Wie wählt man eine Druckerhöhungsanlage für ein Mehrfamilienhaus? Wie viele HP bei wie vielen Wohnungen?).

Der Behälterdruck einer Druckerhöhungsanlage mit Frequenzumrichter wird auf etwa 70 Prozent des Einstelldrucks eingestellt. Bei einer Anlage mit einem Einstelldruck von 4,0 bar beträgt der Vordruck 2,8 bar, bei einer Anlage mit 5,0 bar 3,5 bar. Die Regel von 0,2-0,3 bar aus Ein-Aus-Anlagen gilt hier nicht, weil es in einer Anlage mit Konstantdruckregelung keinen definierten Einschaltdruck gibt.

Der Grund für die Regel ist die geänderte Aufgabe des Behälters. In einer Anlage mit Konstantdruckregelung beschleunigt die Pumpe, wenn der Anlagendruck etwa 0,3-0,5 bar unter den Einstellwert fällt, und stellt den Druck wieder her; ein vollständiger Stillstand tritt nur ein, wenn der Volumenstrom gegen null geht. Die Aufgabe des Behälters ist es, bei sehr kleinen Volumenströmen, etwa beim Füllen eines Reservoirs oder bei einem tropfenden Wasserhahn, das unnötige Aufwachen der Pumpe zu verzögern. Dafür muss der Behälter in der Nähe des Einstelldrucks weiterhin Wasser aufnehmen und abgeben können; der Bereich von 70 Prozent erfüllt diese Bedingung.

Nähern Sie den Vordruck dem Einstelldruck an, bleibt der Behälter faktisch leer, und der Umrichter wacht bei jeder kleinen Entnahme auf. Senken Sie den Vordruck zu stark, etwa auf 40 Prozent des Einstelldrucks, kann der Behälter im Ruhebereich kaum noch Wasser aufnehmen und abgeben; diesmal bleibt der Behälter gefüllt und erfüllt wiederum keine Polsterfunktion. Der in den Inbetriebnahmeanleitungen von Grundfos CMBE und Grundfos Hydro Multi-E angegebene Wert von 70 Prozent beschreibt das Gleichgewicht zwischen diesen beiden Extremen.

Das Behältervolumen ist bei diesen Anlagen sehr klein. 8 Liter, 18 Liter und 24 Liter sind die gängigsten Optionen; bei großen gewerblichen Gruppen geht man bis auf 60-80 Liter. Integrierte, selbstansaugende Typen wie Grundfos SCALA2 benötigen in den meisten Wohninstallationen kein externes Membran-Ausdehnungsgefäß; ein zusätzlich eingebauter kleiner Behälter wird wiederum nach der 70-Prozent-Regel eingestellt. Die Auswahlkriterien dieser Familie sind ein eigenes Thema (Details: Grundfos SCALA1 oder SCALA2? Welche sollten Sie kaufen? Detaillierter Vergleich).

Anlagen, die mit elektronischen Durchfluss- und Druckregeleinheiten wie Lowara GENYO arbeiten, bilden eine Zwischenkategorie. GENYO steuert eine Pumpe mit konstanter Drehzahl über die Erkennung des Durchflusses und verwendet je nach Modell einen festen Einschaltdruck von etwa 1,5, 2,2 oder 3,0 bar. Bei diesen Einheiten genügt ein kleiner Behälter mit 2-8 Litern, und der Vordruck wird etwa 0,2 bar unter dem Einschaltwert der Einheit eingestellt. Das heißt, die Regel kehrt zur Ein-Aus-Logik zurück, weil der Einschaltpunkt wieder definiert ist.

Je mehr sich der Vordruck dem Einschaltdruck nähert, desto vollständiger entleert sich der Behälter bei jedem Zyklus; überschreitet er den Einschaltdruck, nimmt der Behälter überhaupt kein Wasser mehr auf. Das erste Symptom ist ein plötzlicher Druckabfall beim Öffnen einer Zapfstelle und ein schwacher Durchfluss von einigen Sekunden, bis die Pumpe zuschaltet. Nutzer beschreiben das meist als Wasserausfall.

Das zweite Symptom ist das vorzeitige Abschalten der Pumpe. Da der Behälter kein Wasser aufnimmt, steigt der Anlagendruck sehr schnell, der Schalter erreicht den Ausschaltpunkt innerhalb von Sekunden, und die Pumpe schaltet ab. Ist die Zapfstelle noch geöffnet, fällt der Druck wieder rasch ab, und die Pumpe läuft erneut an. Das Bild, das sich ergibt, ist das einer Druckerhöhungsanlage, die mehrmals pro Sekunde ein- und ausschaltet; das Schütz des Motors klappert, die Wicklung erwärmt sich, und bei Einphasenmotoren fällt der Kondensator in kurzer Zeit aus.

Das dritte Symptom ist das hörbare Schlagen der Membran. Die vollständig entleerte Membran schlägt bei jedem Zyklus gegen den Metallflansch; im Heizraum ist ein dumpfer Schlaggeräusch zu hören. Dieses Geräusch kündigt an, dass die Membran an der Knicklinie ermüdet, und führt meist innerhalb weniger Monate zum Riss. In einer Anlage, die im Bereich von fünfundvierzig Dezibel leise laufen soll, sind diese Schläge deutlich zu hören.

Die vierte Folge ist der Wasserschlag. Wenn der Behälter keine Pufferfunktion erfüllt, erzeugt das abrupte Abschalten der Pumpe in der Rohrleitung eine Druckwelle; in den Steigleitungen und im Verteiler sind Schlaggeräusche zu hören, und langfristig lockern sich Schweiß- und Gewindeverbindungen. Ein Behälter mit dem richtigen Vordruck absorbiert diese Welle weitgehend und verlängert die mechanische Lebensdauer der Anlage.

Die Diagnose ist einfach: Schalten Sie die Druckerhöhungsanlage ab, schließen Sie alle Zapfstellen, bauen Sie den Anlagendruck auf null ab und messen Sie am Ventil. Entspricht der abgelesene Wert dem Einschaltdruck oder liegt er darüber, lassen Sie die überschüssige Luft ab. Ist die Messung normal, liegt das Problem nicht im Vordruck, sondern in der Einstellung des Druckschalters oder in der Membran des Schalters.

Die Antwort auf die Frage, was passiert, wenn der Luftdruck im Behälter der Druckerhöhungsanlage sinkt, ist zweistufig. Bei einem teilweisen Abfall verringert sich das Nutzvolumen, und die Pumpe schaltet häufiger ein; bei einem völligen Verlust füllt sich der Behälter mit Wasser, es bleibt kein Luftpolster, und die Pumpe schaltet bei nahezu jedem Öffnen einer Zapfstelle zu. Im zweiten Fall unterscheidet sich der Behälter faktisch nicht von einem Rohrstück.

Die zahlenmäßige Wirkung des teilweisen Abfalls ist nicht linear. Bei einer Anlage mit 100 Litern und der Einstellung 2,5/4,0 bar sinkt das Nutzvolumen, wenn der Vordruck von 2,3 bar auf 1,8 bar fällt, von 28,3 Litern auf 24,0 Liter; das ist ein Verlust von 15 Prozent. Bei 1,3 bar sinkt es auf 19,7 Liter, bei 0,8 bar auf 15,4 Liter. Jeder Verlust von 0,5 bar nimmt etwa 4,3 Liter weg und erhöht die Zahl der Starts im gleichen Verhältnis.

Der Luftverlust hat drei Quellen. Die erste ist, dass der Ventilstift nicht richtig schließt oder die Kappe nicht aufgesetzt ist; das ist die häufigste und am leichtesten zu behebende Ursache. Die zweite ist die Gasdurchlässigkeit der Membran; bei EPDM-Membranen ist ein Rückgang von 0,1-0,3 bar pro Jahr normal und wird durch die jährliche Kontrolle ausgeglichen. Die dritte ist ein Membranriss; in diesem Fall tritt am Ventil Wasser statt Luft aus, und der Behälter muss ersetzt werden.

Die Symptome eines Behälters mit gerissener Membran sind charakteristisch. Der Anlagendruck fällt beim Öffnen einer Zapfstelle schlagartig ab, die Pumpe schaltet sehr häufig ein, der Behälter wird ungewöhnlich schwer, und das Gehäuse hat überall dieselbe Temperatur. Bei einem intakten Behälter hat die untere Hälfte des Gehäuses Wassertemperatur, die obere Hälfte liegt nahe an der Umgebungstemperatur; dieser Unterschied ist sogar mit der Hand spürbar und ein schneller Test vor Ort.

Den Druckverlust an einen Jahreskalender zu binden, ist die günstigste Vorsorge. Eine fünfminütige Messung, die einmal im Jahr, vorzugsweise vor der Heizperiode, durchgeführt wird, verlängert sowohl die Lebensdauer des Pumpenmotors als auch die der Membran. Beim selben Wartungsbesuch runden die Kontrolle von Saugsieb, Rückschlagventil und Kontakten des Druckschalters die Arbeit ab.

Da die Aufgabe des Behälters bei den beiden Anlagentypen unterschiedlich ist, unterscheidet sich auch die Vordruckregel. Der folgende Vergleich stellt für denselben Zieldruck von 4,0 bar die Unterschiede bei Einstellung und Dimensionierung der beiden Architekturen nebeneinander.

• Vordruckregel — Ein-Aus: Einschaltdruck minus 0,2-0,3 bar. Mit Frequenzumrichter: 70 Prozent des Einstelldrucks.
• Beispielwert bei einem Ziel von 4,0 bar — Ein-Aus (2,5/4,0 bar): 2,2-2,3 bar. Mit Frequenzumrichter (4,0 bar konstant): 2,8 bar.
• Typisches Behältervolumen bei einem Volumenstrom von 6 Kubikmeter geteilt durch Stunde — Ein-Aus: 200-300 Liter. Mit Frequenzumrichter: 8-24 Liter.
• Druckschwankung an der Zapfstelle — Ein-Aus: schwankt über den Bereich von 1,5 bar. Mit Frequenzumrichter: etwa plus minus 0,2 bar.
• Starts pro Stunde — Ein-Aus: durch das Behältervolumen begrenzt, typisch 15-25. Mit Frequenzumrichter: durch den Ruhealgorithmus begrenzt, typisch 2-6.
• Tendenz beim jährlichen Energieverbrauch — Ein-Aus: hoch, weil im Teillastbetrieb mit konstanter Drehzahl gelaufen wird. Mit Frequenzumrichter: im Teillastbetrieb sinkt die Drehzahl, daher typischerweise 25-45 Prozent weniger kWh geteilt durch Jahr.
• Schallpegel — Ein-Aus: Schlaggeräusch bei jedem Start, typisch 55-65 dB(A). Mit Frequenzumrichter: sanfter Anlauf, typisch 45-55 dB(A).
• Empfindlichkeit gegenüber Vordruckfehlern — Ein-Aus: sehr hoch, der Fehler schlägt direkt auf die Zahl der Starts durch. Mit Frequenzumrichter: gering, der Fehler verkürzt lediglich die Ruhezeit.
• Platzbedarf im Heizraum — Ein-Aus: 1,5-3 Quadratmeter für die Behältergruppe. Mit Frequenzumrichter: 0,5-1 Quadratmeter.
• Welche Lösung passt zu wem? — Wer den Investitionsposten minimieren möchte, bei 2-3 Geschossen und geringer Gleichzeitigkeit der Nutzung, ist mit Ein-Aus gut bedient. Bei Gebäuden mit mehr als 5 Geschossen, hohen Komfortansprüchen oder kritischen Betriebskosten ist die Lösung mit Frequenzumrichter die richtige Entscheidung.

Bei diesem Vergleich ist zu beachten, dass der Frequenzumrichter den Behälter nicht überflüssig macht. Ein Behälter, und sei er noch so klein, ist immer erforderlich; andernfalls wacht der Umrichter bei Volumenströmen nahe null ständig auf, und die Elektronikplatine wird unnötig belastet. Die Auswahl von Marke und Baureihe wird an dieser Stelle entscheidend (Details: Welche sind die besten Marken für Druckerhöhungsanlagen? Grundfos, Wilo, DAB, Lowara, Etna und Sumak im Vergleich).

Membran-Ausdehnungsgefäße werden in drei Hauptbauformen hergestellt; die Wahl ändert die Vordruckregel nicht, beeinflusst aber Wartungsfreundlichkeit und Lebensdauer. Der folgende Vergleich bewertet die drei Typen nach denselben Kriterien.

• Stehender Behälter mit Füßen, 50-1000 Liter — Steht auf dem Boden, Wasseranschluss unten, Ventil oben. Vorteil: Sediment setzt sich am Boden ab, die Membran bleibt sauber, die Messung ist ergonomisch gut. Einschränkung: Höhe 1,2-2,0 Meter, in niedrigen Heizräumen problematisch.
• Liegender Behälter, 24-300 Liter — Wird auf dem Pumpenrahmen oder an der Wand montiert. Vorteil: in Räumen mit niedriger Decke die einzige Lösung, wird in den Rahmen der Druckerhöhungsanlage integriert geliefert. Einschränkung: Da das Ventil an der Rückseite liegt, ist die Messung schwierig, und Sediment sammelt sich an der Seitenfläche der Membran.
• Kleiner Inline-Behälter, 2-24 Liter — Wird direkt an die Rohrleitung angeschlossen. Vorteil: für Anlagen mit Frequenzumrichter und elektronischer Regelung ausreichend, braucht kaum Platz. Einschränkung: Bei Ein-Aus-Anlagen ist das Nutzvolumen unzureichend, die Zahl der Starts sinkt nicht.
• Membranwerkstoff — EPDM: trinkwassergeeignet, 0-70 Grad Celsius, am gebräuchlichsten. Butyl: geringere Gasdurchlässigkeit, geeignet für Anlagen mit langen Wartungsintervallen.
• Membrantyp — Austauschbare Blasenmembran: wird durch Abschrauben des Flansches erneuert, bei Behältern mit großem Volumen bevorzugt. Fest eingebaute Membran: nicht austauschbar, der Behälter wird komplett erneuert, bei kleinen Volumen Standard.
• Druckklasse — PN10: Standard für Wohnanlagen mit einem Ausschaltdruck bis 5,0-6,0 bar. PN16: erforderlich für Hochhäuser und Zonenausgänge.
• Welche Lösung passt zu wem? — Liegt die Höhe des Heizraums über 2 Metern und überschreitet der Behälter 100 Liter, ist ein stehender Behälter mit Füßen die richtige Wahl. In niedrigen Räumen und bei Paket-Druckerhöhungsanlagen wird ein liegender Behälter bevorzugt. Bei Anlagen mit Frequenzumrichter genügt ein Inline-Behälter mit 8-24 Litern.

Auch die Wahl der Behältermarke kommt zur Sprache. Reflex und Zilmet sind zwei Marken, die auf dem Markt für Membranbehälter häufig genannt werden; Pomeka Mekanik liefert diese beiden Marken nicht. Im geführten Portfolio erfüllen die Behälter, die mit den Druckerhöhungsanlagen von Grundfos, Wilo, Lowara und Standart Pompa geliefert werden, sowie die Sicherheits- und Ausdehnungsausrüstung von Caleffi und Watts eine gleichwertige Funktion. Der technische Vergleich der beiden Marken ist Thema eines eigenen Beitrags (Details: Reflex oder Zilmet? Worauf bei der Auswahl eines Ausdehnungsgefäßes achten?). Welcher Typ in welchem Volumen zu wählen ist, wird dagegen durch Berechnung bestimmt (Details: Wie wählt man ein Ausdehnungsgefäß aus? Wo kommen Gefäße mit 24, 50, 100, 200 und 500 Litern zum Einsatz?).

Der Vordruck sollte mindestens einmal pro Jahr gemessen werden. Bei neu in Betrieb genommenen Anlagen erfolgt die erste Messung im ersten Monat nach der Inbetriebnahme, die folgenden im jährlichen Rhythmus. In Gewerbegebäuden und bei Anlagen mit hoher Zahl der Starts pro Stunde ist ein halbjährlicher Rhythmus besser geeignet.

Die Kontrolle bei der Inbetriebnahme ist die wichtigste. Der Behälter kommt ab Werk typischerweise mit 1,5-2,0 bar Vordruck, und dieser Wert passt für nahezu keine Anlage. Schließt das Montageteam den Behälter an, ohne den Vordruck einzustellen, arbeitet die Anlage vom ersten Tag an falsch, und das Problem zeigt sich meist erst Monate später als Pumpenausfall. Es ist gute Praxis, den gemessenen und eingestellten Vordruck im Inbetriebnahmeprotokoll festzuhalten.

Die Kontrolle im ersten Monat erfasst montagebedingte Leckagen. Ein nicht richtig sitzender Ventilstift oder eine nicht aufgesetzte Kappe zeigt sich in den ersten Wochen durch einen Abfall von 0,3-0,5 bar. Wird dieser Abfall bemerkt, ist er mit einem einfachen Ventilwechsel behoben; wird er nicht bemerkt, fällt der Behälter im Lauf des Jahres faktisch aus.

Halten Sie bei der jährlichen Kontrolle den gemessenen Wert fest. Ein Abfall von 0,1-0,2 bar in zwei aufeinanderfolgenden Jahren ist normale Diffusion. Liegt der Abfall in einem Jahr über 0,5 bar, wird nach einer Leckage gesucht. Tritt am Ventil Wasser aus, ist das zweifelsfrei ein Membranschaden und erfordert den Austausch des Behälters. Messprotokolle sind der günstigste Weg, um vorherzusagen, wann der Behälter ersetzt werden muss.

Beschränken Sie den Wartungsbesuch nicht allein auf den Behälter. Beim selben Besuch werden die Reinigung des Saugsiebs, die Dichtheit des Rückschlagventils, die Oxidation der Kontakte des Druckschalters, die Genauigkeit des Manometers und das Tropfen der Wellendichtung der Pumpe geprüft. Diese fünf Posten decken den größten Teil der Störungen von Druckerhöhungsanlagen ab, und die Gesamtdauer der Arbeiten überschreitet eine Stunde nicht (Details: Pumpensysteme).

Die Vordruckregel ist markenunabhängig, aber die Funktionsweise jeder Baureihe bestimmt, welche Regel anzuwenden ist. Im Folgenden ist angegeben, in welche Kategorie die im Portfolio von Pomeka Mekanik häufig anzutreffenden Baureihen fallen und welcher Vordruckansatz typisch ist; für verbindliche Werte gilt stets die Inbetriebnahmeunterlage der Einheit.

• Grundfos SCALA2 — Mit Konstantdruckregelung, integriert, selbstansaugend. Einstelldruck im Bereich von 1,5-4,5 bar. In den meisten Wohninstallationen ist kein externer Behälter erforderlich; wird einer ergänzt, beträgt der Vordruck 70 Prozent des Einstelldrucks, typisch 8-18 Liter.
• Grundfos CMBE — Mehrstufige Booster-Anlage mit Frequenzumrichter, wird mit einem Behälter von 24 oder 60 Litern geliefert. Vordruck 70 Prozent des Einstelldrucks; bei der Einstellung 4,0 bar sind es 2,8 bar.
• Grundfos Hydro Multi-E — Mehrpumpengruppe mit Frequenzumrichter, für Gewerbegebäude. Auch hier gilt die 70-Prozent-Regel für den Vordruck; Behältervolumen 24-80 Liter je nach Volumenstrom der Gruppe.
• Wilo Comfort CO — Mehrpumpen-Paket-Druckerhöhungsanlage; wird im Ein-Aus-Betrieb oder in der Konfiguration mit Frequenzumrichter angeboten. In der Ein-Aus-Konfiguration beträgt der Vordruck Einschaltdruck minus 0,2-0,3 bar.
• Wilo Economy MHI — Horizontale mehrstufige Edelstahlpumpe, klassisches Gehäuse der Ein-Aus-Druckerhöhungsanlagen. Beim Betrieb mit Schalter gilt die Regel von 0,2-0,3 bar.
• Lowara GENYO — Elektronische Durchfluss- und Druckregeleinheit, steuert eine Pumpe mit konstanter Drehzahl. Einschaltdruck je nach Modell 1,5-3,0 bar; bei einem Behälter mit 2-8 Litern beträgt der Vordruck Einschaltdruck minus 0,2 bar.
• Standart Pompa Paket-Druckerhöhungsanlagen — Im Inland gefertigte Ein-Aus-Gruppen. Da die Schaltereinstellung vor Ort vorgenommen wird, muss der Vordruck bei der Inbetriebnahme unbedingt neu gemessen werden.

Kein Wert in dieser Liste ersetzt das Werksschild. Das Schild zeigt den Lieferdruck an; der für die Anlage richtige Wert wird aus der Schaltereinstellung oder dem Einstelldruck des Umrichters abgeleitet. Die vollständige Liste der Marken im Portfolio finden Sie gesammelt auf einer eigenen Seite (Details: unsere Markenseite).

Bei der Markenwahl ist auch die Einfachheit des Vordrucks ein Kriterium. Bei Gruppen, deren Ventil gut zugänglich ist und die ab Werk mit Kugelhahn und Entleerungshahn unter dem Behälter geliefert werden, dauert die jährliche Wartung fünf Minuten. Bei liegenden Behältern, deren Ventil zur Wand zeigt, kann derselbe Vorgang den Ausbau des Behälters erfordern. Wer bei der Aufstellung im Heizraum auf der Ventilseite mindestens 30 Zentimeter Serviceabstand lässt, beseitigt Kosten, die sich über die gesamte Lebensdauer wiederholen würden.