Lernfeld 7 · Prüfung Teil 2

Hydraulik, Pumpe und Druckhaltung

Hydraulik im Heizkreis: Ausdehnungsgefäß auslegen, Vordruck einstellen, Pumpenleistung, kv-Wert und Ventilautorität berechnen.

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Darum geht es

Heizungswasser dehnt sich beim Erwärmen aus. In einer geschlossenen Anlage nimmt das Membran-Ausdehnungsgefäß (MAG) dieses Ausdehnungsvolumen auf und hält den Druck. Das Ausdehnungsvolumen ist Anlageninhalt mal Ausdehnungsfaktor $n$ , den du bei der höchsten Vorlauftemperatur abliest. Dazu kommt eine Wasservorlage, die kleine Verluste ausgleicht.

Der Vordruck des MAG richtet sich nach der statischen Höhe über dem Gefäß: etwa 0,1 bar je Meter plus ein Zuschlag von 0,2 bar, damit am höchsten Punkt kein Unterdruck entsteht. Der Enddruck liegt unter dem Ansprechdruck des Sicherheitsventils. Aus Vordruck, Enddruck und Volumen berechnest du das nötige Nennvolumen.

Die Pumpe muss den Volumenstrom gegen den Druckverlust der Anlage fördern. Ihre hydraulische Leistung ist Volumenstrom mal Förderdruck, der Wirkungsgrad das Verhältnis zur aufgenommenen elektrischen Leistung. Ventile kennzeichnet der $k_{v}$ -Wert: der Volumenstrom bei 1 bar Druckverlust. Die Ventilautorität zeigt, wie gut ein Ventil regeln kann. Rauschende Thermostatventile und kalte ferne Heizkörper deuten auf einen fehlenden hydraulischen Abgleich hin.

Das solltest du dir merken

Ausdehnungsfaktor bei der höchsten Vorlauftemperatur ablesen.
Vordruck gleich statische Höhe in bar plus 0,2 bar.
Halber Förderdruck bei gleichem Volumenstrom heißt halbe hydraulische Leistung.
Der kv-Wert ist der Durchfluss in m³/h bei 1 bar Druckverlust am Ventil.

Formeln

Ausdehnungsvolumen: $V_{e} = \frac{n \cdot V _{A}}{100}$; $V_{e}$ und $V_{A}$ (Anlageninhalt) in l, $n$ Ausdehnungsfaktor in %
Nennvolumen des MAG: $V_{n} = (V_{e} + V_{V}) \cdot \frac{p _{e} + 1}{p _{e} - p _{0}}$; $V_{V}$ Wasservorlage in l, $p_{e}$ Enddruck und $p_{0}$ Vordruck als Überdruck in bar
Hydraulische Leistung der Pumpe: $P_{h y d} = V ˙ \cdot Δ p$; $P_{h y d}$ in W, $V ˙$ in m³/s, $Δ p$ Förderdruck in Pa; $1 m^{3} /h = \frac{1}{3600} m^{3} /s$
Druckverlust am Ventil: $Δ p = (\frac{V ˙}{k _{v}})^{2}$; $Δ p$ in bar, $V ˙$ in m³/h, $k_{v}$ in m³/h
Ventilautorität: $a = \frac{Δ p _{V}}{Δ p _{V} + Δ p _{R es t}}$; $Δ p_{V}$ Druckverlust am geöffneten Ventil, $Δ p_{R es t}$ Druckverlust im übrigen Kreis

Typische Fehler in der Prüfung

Im Nennvolumen mit Überdruck statt mit absolutem Druck gerechnet, also das +1 im Zähler vergessen.
Volumenstrom in m³/h ohne Umrechnung in m³/s mit dem Druck in Pa multipliziert.
Ausdehnungsfaktor bei der Rücklauf- oder Fülltemperatur statt bei der höchsten Vorlauftemperatur abgelesen.
Den Zuschlag von 0,2 bar beim Vordruck vergessen.

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Zufallszahlen

Eine Heizungsanlage hat ein Ausdehnungsvolumen von $12, 0 l$ und eine Wasservorlage von $5, 0 l$ . Vordruck $p_{0} = 0, 8 bar$ , Enddruck $p_{e} = 2, 5 bar$ (jeweils Überdruck). Welches Nennvolumen muss das Membran-Ausdehnungsgefäß mindestens haben? Runden Sie auf eine Nachkommastelle.

Tipps aus der Werkstatt

Pumpenförderhöhe und Druckverlust sind dasselbe in anderer Einheit: Bei Wasser entspricht 1 m Förderhöhe etwa 0,1 bar oder 10 kPa.
Hydraulischer Abgleich: Jeder Heizkörper bekommt über das voreinstellbare Ventil genau seinen berechneten Volumenstrom. Ohne Abgleich werden pumpennahe Heizkörper überversorgt und die entfernten bleiben kalt.
Der kv-Wert ist der Volumenstrom in m³/h, der bei 1 bar Druckverlust durch die Armatur fließt: V̇ = kv · √Δp mit Δp in bar. Ventilautorität als Richtwert 0,3 bis 0,5.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

33 Aufgaben zu „Hydraulik, Pumpe und Druckhaltung“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Anlagenmechaniker/-in SHK (2016), Lernfeld 7 (Wärmeverteilanlagen installieren); DIN EN 12828 sinngemäß. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.