Ausdehnungsgefäß für Heizungsanlagen: Aufbau, Berechnung und Auswahl der besten Option
Ein richtig ausgewähltes und fachgerecht installiertes Ausdehnungsgefäß für die Heizungsanlage verhindert deren Ausfall und hält den Druck auf dem erforderlichen Niveau. Es wird als Reserve für das sich bei Erwärmung ausdehnende Wasser benötigt. Je nach Art der Anlage kann der eingebaute Ausdehnungsbehälter offen oder geschlossen sein.
Wir erklären, wie Sie den Reservebehälter je nach erstelltem Heizschema auswählen. In dem von uns vorgestellten Artikel werden die konstruktiven Besonderheiten und die spezifische Installation von Ausdehnungsgefäßen beschrieben. Es werden Empfehlungen gegeben, deren Beachtung den einwandfreien Betrieb des Heizkreislaufs jeglicher Art gewährleistet.
Inhalt des Artikels:
Ausdehnungsgefäße offener Bauart
Ein konstruktives Merkmal von Ausdehnungsgefäßen offener Bauart ist der Kontakt des Wärmeträgers mit der Atmosphäre. Die Zirkulation in Systemen mit diesem Ausdehnungstyp ist konvektionsbedingt. Beim Erhitzen nimmt das Flüssigkeitsvolumen zu, der Überschuss wird vom Behälter aufgenommen.
Bei sinkender Temperatur fließt die Flüssigkeit durch die Schwerkraft von selbst zurück.
Aufgrund des Null-Drucks im Behälter ist keine robuste Metallkonstruktion erforderlich, daher:
- Für die Herstellung des Gehäuses kann jedes beliebige Metall verwendet werden;
- Es kann ein fertiger Behälter aus hitzebeständigem Kunststoff verwendet werden;
- Die Form des Behälters ist nicht entscheidend.
In Landhäusern kann solche Ausrüstung aus vorhandenen Materialien zusammengebaut werden. Als Behälter kann ein Kunststoffkanister oder ein Fass verwendet werden, das mit einem Einlassstutzen und einem Überlaufauslass ausgestattet ist.

Äußerlich handelt es sich um einen gewöhnlichen Metallbehälter, dessen Oberseite mit einer Öffnung für Wartung und Nachfüllen von Flüssigkeit versehen ist. Schutz vor Verschmutzung bietet eine nicht dichte Abdeckung. Im unteren Teil oder an der Seitenfläche sind Befestigungspunkte vorgesehen.
Offene Heizsysteme werden in Gebäuden mit wenigen Stockwerken eingesetzt, in denen das Volumen des Wärmeträgers und die Länge der Heizungsleitungen vergleichsweise gering sind.
Die Anforderungen an die Installation sind einfach:
- Das Ausdehnungsgefäß wird an der höchsten Stelle, in der Vorlaufleitung, installiert;
- Der Vorlauf wird über einen Stutzen an das Gefäß angeschlossen;
- Zum Ablauf des Flüssigkeitsüberschusses wird ein Überlauf oberhalb des berechneten Niveaus eingefügt.
Um eine Schwerkraftzirkulation zu gewährleisten, wird für die Installation die Verwendung von Rohren mit vergrößertem Querschnitt empfohlen.

In der Regel wird das Gefäß in einem beheizten Raum, einem gedämmten Dachboden, montiert; ist dies nicht möglich, muss der Behälter isoliert werden. Die Isolierung verhindert das Einfrieren der Flüssigkeit und den Funktionsverlust des Systems.
Ausdehnungsgefäße geschlossener Bauart
Das konstruktive Merkmal geschlossener Behältervarianten ist die vollständige Abdichtung, die es ermöglicht, den für die Zirkulation erforderlichen Druck an jeder Stelle des Systems aufrechtzuerhalten.
Der Behälter ist innen durch eine Membran in einen Luft- und einen Flüssigkeitsteil getrennt. Jeder der Abschnitte ist vollständig abgedichtet – das stickstoffhaltige Gemisch aus dem Luftteil vermischt sich niemals mit dem Wärmeträger, der den Flüssigkeitsabschnitt füllt.
Das Funktionsprinzip eines geschlossenen Ausdehnungsgefäßes besteht darin, dass die erhitzte Flüssigkeit aus dem System in den Flüssigkeitsteil des Behälters gedrückt wird und von ihrer Seite auf die dichte Membrane zu drücken beginnt. Die Trennwand verformt sich und wirkt auf den Luftteil ein, indem sie ihn zusammendrückt.
Infolgedessen verringert sich das Volumen der Luftkammer des Behälters, und das Gas darin wird komprimiert. Diese Situation trägt zur Druckerhöhung im System bei. Sobald sich der Druck normalisiert, wird das Wärmeträgermedium aus der Flüssigkeitskammer zurückgedrückt.
Steigt der Druck jedoch schnell an, wird bei Erreichen eines kritischen Flüssigkeitsvolumens im Behälter das Sicherheitsventil ausgelöst. Infolgedessen wird überschüssiges Wärmeträgermedium aus dem Behälter entfernt.

Je nach Form werden alle geschlossenen Ausdehnungsgefäße für den Einbau in die Heizungsanlage in folgende Typen unterteilt:
- Kugelförmige – eine Variante der Membrankonstruktion mit einer elastischen Trennwand. Bei Flüssigkeitszufuhr dehnt sie sich aus und nimmt das gesamte überschüssige Volumen auf. Der Behälter selbst hat die Form einer kugelförmigen Kapsel.
- Ovale – eine weitere Art von Membran-Hydrokompensatoren. Der Ausdehnungsbehälter wird traditionell durch eine flexible Membran in eine Gas- und eine Flüssigkeitskammer geteilt, aber die Gehäusekonfiguration hat eine etwas längliche vertikale Form.
Äußerlich stellen ovale Ausdehnungsgefäße einen zylindrischen, rot lackierten Behälter dar. Auf der einen Seite befindet sich ein Nippel zum Aufbau des Drucks in der Gaskammer, auf der anderen Seite ein Stutzen, über den der Anschluss an das System erfolgt.
Auf dem Gehäuse sind Befestigungselemente aufgeschweißt, die eine hängende Montage des Geräts ermöglichen und sein Betriebsgewicht tragen können. Die kugelförmige Ausführung des Behälters unterscheidet sich von der ovalen nur durch die Form.

In Systemen geschlossener Bauart kann die Schwerkraftzirkulation nicht den erforderlichen Druck liefern. Daher wird in die Konstruktion eine Umwälzpumpe integriert.
Das Ausdehnungsgefäß selbst kann an jeder beliebigen Stelle des Systems installiert werden, bei der Montage sollten jedoch die folgenden Empfehlungen beachtet werden:
- Der beste Installationsort ist die Rücklaufleitung vor dem Pumpenanschlusspunkt.
- Die Zufuhr des Wärmeträgers sollte von oben erfolgen, um das Eindringen von Luft zu reduzieren und die Funktionsfähigkeit bei Membranschäden zu erhalten.
- Der Mangel an Hauptvolumen kann durch die Installation eines zusätzlichen Ausdehnungsgefäßes mit geringerem Fassungsvermögen ausgeglichen werden.
Bei der Installation kann die Raumgestaltung berücksichtigt werden, falls erforderlich. Zur Kontrolle des Drucks im Heizsystem muss das Ausdehnungsgefäß mit einem Manometer ausgestattet sein.

Die Möglichkeit der Platzierung in der Nähe des Kessels macht eine Isolierung des Behälters überflüssig. Die Anlage befindet sich in einem warmen Raum, was die Bedienung erleichtert.
Welche Konstruktion ist besser?
Systeme unterscheiden sich je nach Bauart und Material des Ausdehnungsgefäßes in ihren Vor- und Nachteilen. Laut Experten und erfahrenen Benutzern liegen die funktionalen Vorteile jedoch bei den geschlossenen Varianten.
Vor- und Nachteile des offenen Behälters
Ein Schwerkraftsystem benötigt Rohre mit größerem Durchmesser, was wiederum direkt die Kosten erhöht. Das Budget für die Einrichtung eines offenen Heizsystems mit einem nicht dichten Ausdehnungsgefäß steigt geringfügig, bleibt aber relativ gering.
Die Hauptvorteile dieser Variante sind die Einfachheit sowie die niedrigen Kosten für Komponenten und Montage. Ein weiterer positiver Aspekt ist, dass keine Drucküberwachung erforderlich ist.

Allerdings gibt es deutlich mehr Nachteile:
- Die Verwendung von Frostschutzmittel ist aufgrund giftiger Dämpfe gefährlich;
- Die Installationsmöglichkeiten sind auf den höchsten Punkt des Systems beschränkt;
- Der ständige Kontakt mit der Atmosphäre erhöht das Risiko von Luftblasen und Korrosion;
- Langsames Aufheizen;
- Temperaturschwankungen bei der Konvektionszirkulation beschleunigen den Verschleiß der Anlage;
- Wird in der Heizung von Gebäuden mit niedriger Geschosszahl, maximal zwei Stockwerken, eingesetzt;
- Hohe Wärmeverluste und Energieverbrauch zum Aufheizen.
Ein weiterer Nachteil des offenen Systems sind Verluste durch Verdunstung und Überlauf. Daher sollte bei der Montage des Tanks darauf geachtet werden, dass die Nachfüllöffnung zugänglich ist.
Vor- und Nachteile des geschlossenen Behälters
Wenn offene Ausdehnungsgefäße hinsichtlich der Preise und der Einfachheit der Montagearbeiten gewinnen, so ist die Funktionalität die Stärke des geschlossenen Behälters, der auch Expansomat genannt wird. Genau diese werden beim Bau von geschlossenen Heizsystemen ohne direkten Kontakt zur Atmosphäre verwendet.
Expansomaten haben die folgenden Vorteile:
- vollständige Dichtheit ermöglicht die Verwendung von Frostschutzmittel;
- der Aufstellort des Ausdehnungsgefäßes beeinflusst die Funktionsfähigkeit des Systems nicht;
- die Isolierung des Innenraums des Behälters minimiert die Wahrscheinlichkeit von Luftblasen und Korrosion;
- nach dem Start erwärmt sich das System schneller und ist empfindlicher für die Regelung der Temperaturbereiche;
- geringere Differenz zwischen den Betriebsbedingungen von Vor- und Rücklauf, was letztlich die Lebensdauer erhöht;
- erfordert keine Montage von Rohren mit großem Durchmesser, was Baukosten spart;
- erfordert keine ständige Überwachung des Füllstands und Zustands der Flüssigkeit;
- Einsatzmöglichkeit in mehrstöckigen Anlagen;
- geringe Wärmeverluste, die die Betriebskosten senken.
Bei der Auswahl von Ausdehnungsgefäßen dieses Typs können hermetisch abgeschlossene Behälter mit nicht zerlegbarer Konstruktion vorkommen. Bei einer Defekten Membran muss der Behälter durch einen neuen ersetzt werden.

Zu den Nachteilen zählen die komplexe Konstruktion und die besonderen Materialanforderungen, die die Kosten erhöhen. Hinzu kommt die Notwendigkeit einer ständigen Drucküberwachung und gegebenenfalls Wiederherstellung.
Regeln zur Berechnung des Behältervolumens
Ein Ausdehnungsgefäß jeglicher Art ist nur bei richtiger Volumenwahl effektiv. Hierbei ist die Fähigkeit der Flüssigkeit zu berücksichtigen, sich beim Erwärmen auszudehnen. Wasser in Heizkreisläufen dehnt sich um mindestens 3 % des Gesamtvolumens des Wassersystems aus, Frostschutzmittel um fast 5 %.
Flüssigkeiten gehören zu den inkompressiblen Medien, daher muss der Behälter ihnen ausreichend Reserve für die thermische Ausdehnung mit etwas Spielraum bieten. Unter der Bedingung einer vollständigen Befüllung des Kreislaufs mit Wärmeträger kann selbst die thermische Ausdehnung in den berechneten Volumina zum Ausstoß von Flüssigkeit durch das Sicherheitsventil und zum Verschütten von Wärmeträger auf den Boden führen.
Damit die Volumenüberschreitung des sich ausdehnenden Wärmeträgers nicht zu Unfällen führt, werden geschlossene Behälter für kleine Kreisläufe in Privathäusern so gewählt, dass ihr Volumen 10 % des gesamten zirkulierenden Wärmeträgervolumens beträgt. Diese Regel gilt für Systeme mit einem Fassungsvermögen von bis zu 150 l.
Wenn sich in einem Heizkreislauf mehr als 150 l Wärmeträger bewegen, wird das Volumen des geschlossenen Behälters berechnet, indem das Gesamtvolumen der Flüssigkeit mit ihrem Ausdehnungskoeffizienten bei den spezifischen Betriebstemperaturen multipliziert wird.
Zu dem erhaltenen Wert muss die statische Vorlage hinzugefügt werden, d. h. das Volumen des Wärmeträgers, das sich im Behälter infolge des standardmäßigen statischen Drucks der Flüssigkeit gebildet hat. Bei großen Heizkreisläufen beträgt dieser Wert in der Regel 0,5 % des gesamten Wärmeträgervolumens, bei kleinen mit einem Fassungsvermögen von bis zu 150 l wird er mit 20 % angenommen.
Die erhaltene Summe wird mit einem Korrekturfaktor multipliziert, der sich aus den Werten des Vor- und Enddrucks im Heizsystem ergibt. Der Vordruck wird angenommen, dass auf 10 m Höhe des Kreislaufs 1 bar entfallen. Der Enddruck ergibt sich aus dem Betrieb des Systems.
Die Berechnung des Volumens eines geschlossenen Behälters für große, komplexe Heizungsanlagen sieht wie folgt aus:

Das Volumen eines offenen Ausdehnungsgefäßes ist nicht streng durch Normen geregelt, es gilt jedoch die Regel: Das Volumen des offenen Gefäßes bis zum Überlaufstutzen sollte 3,5 – 4 % des gesamten Wärmeträgervolumens im Heizkreislauf betragen.
Eine solche Schätzung reicht für ein kleines Ferienhaus aus, aber ein Gebäude für dauerhaftes Wohnen erfordert eine genauere Berechnung. Zunächst muss das Gesamtvolumen der Heizungsanlage ermittelt werden.
Möglichkeiten zur Berechnung des Gesamtvolumens der Heizungsanlage
Dieser Wert kann mit unterschiedlicher Genauigkeit auf drei wesentliche Arten ermittelt werden. Erstens anhand der Passdaten des Heizkessels. So werden pro Leistungseinheit der Kesselausrüstung etwa 15 Liter Flüssigkeit benötigt. Um die erforderlichen Daten zu erhalten, müssen Sie 15 mit der im technischen Datenblatt angegebenen Kesselleistung multiplizieren.
Zweitens kann das Volumen beim Befüllen der Anlage mit einem Wasserzähler ermittelt werden. Dabei wird die verbrauchte Flüssigkeitsmenge erfasst. Dies ist eine genauere und aufwändigere Variante.
Die dritte Methode besteht darin, das Gesamtvolumen aller Elemente der Heizungsanlage zu berechnen. Dies ist die genaueste Variante. Das Volumen des Wärmetauschers des Heizkessels, der Heizkörper, Konvektoren und Messgeräte kann den Passdaten entnommen werden. Zur Berechnung des Rohrvolumens werden Daten aus der Tabelle verwendet.

Die Tabelle zeigt das Rohrvolumen pro Meter Länge für die gängigsten und modernsten Materialien. Der Innendurchmesser ist in Zoll von 0,5 bis 1,5 Einheiten angegeben.
Eine weitere Methode, die eine hohe Genauigkeit beansprucht, ist die Berechnung nach der Formel:
Vges = π x D2 x L / 4
wobei:
- π – entspricht 3,14;
- D – bezeichnet die Parameter des Innendurchmessers der Rohre;
- L – gibt die Länge der Rohrleitung der Anlage an.
Nachdem die erforderlichen Daten ermittelt wurden, werden diese summiert und man erhält das Gesamtvolumen der Anlage, das in weiteren Berechnungen verwendet wird.
Schritte und Formeln des vollständigen Berechnungszyklus für die Planung und Organisation der Heizung eines Einfamilienhauses sind hier aufgeführt. Wir empfehlen, sich die nützlichen Informationen anzusehen.
Auswahl des Ausdehnungsgefäßes anhand einer Tabelle
Wenn die erforderlichen Daten vorliegen, kann das optimale Ausdehnungsgefäß anhand der Tabelle mit Volumina und Auslegungsdruck ausgewählt werden.
Das Gesamtvolumen der Anlage wird nach der beschriebenen Methode berechnet, die Druckparameter gelten nur für geschlossene Ausführungen und sind in den Passdaten des Geräts angegeben.

Diese Variante erfordert keine speziellen Berechnungen, außer der Berechnung des Gesamtvolumens des Systems. Die Verwendung der Tabelle erleichtert und beschleunigt die Auswahl eines Ausdehnungsgefäßes mit der erforderlichen Tankkapazität erheblich.
Verwendung von Formeln zur Berechnung
Falls die Daten aus der Tabelle nicht ausreichen, besteht die Möglichkeit, den erforderlichen Wert des Tankvolumens selbst zu berechnen.
Dafür verwenden Sie die folgende Formel:
Vb = Vc x k/D,
wobei:
- Vb – bezeichnet das gesuchte Volumen des Ausdehnungsgefäßes;
- Vc – das Gesamtvolumen des Systems;
- k – der Ausdehnungskoeffizient der Flüssigkeit bei Erwärmung;
- D – der Effizienzkoeffizient des Ausdehnungsgefäßes.
Von den für die Berechnung erforderlichen Daten bleiben die Koeffizienten k und D unbekannt. Ersterer ist ein Tabellenwert, letzterer wird mit einer separaten Formel berechnet.
Es gibt auch eine Tabelle für die Temperaturausdehnung, die verwendet wird. Sie ermöglicht die Bestimmung des Koeffizienten für Systeme mit Wasser oder Frostschutzmittel. Der Wert ist nicht linear und ändert sich bei Erwärmung in Abhängigkeit vom Vorhandensein und der Konzentration von Glykol in der Flüssigkeit.

Für Wasser wird die Ethylenglykolkonzentration als «0» angenommen, für Frostschutzmittel wird die Konzentration anhand der vom Hersteller angegebenen Daten bestimmt. Als Erwärmungstemperatur gilt die Betriebstemperatur für das jeweilige System.
Um den Effizienzkoeffizienten des Ausdehnungsgefäßes selbst zu berechnen, wird die folgende Formel verwendet:
(Qm – Qb) : (Qm + 1),
wobei:
- Qm – der maximale Systemdruck gemäß dem im Datenblatt angegebenen Ansprechdruck des Sicherheitsventils;
- Qb – der Vordruck in der Luftkammer des Ausdehnungsgefäßes gemäß dem technischen Datenblatt.
Falls der letzte Parameter unbekannt ist, wird er beim Befüllen oder durch Ablassen über das Nippel des Behälters gemessen.
Andere Berechnungsmethoden
Neben eigenen Berechnungen mit Formeln und Tabellen gibt es alternative Methoden. Eine zugängliche Berechnungsmöglichkeit ist die Hilfe eines Online-Rechners.

Eine weitere Möglichkeit, die benötigten Daten zu erhalten, ist die Konsultation professioneller Planer. Dies ist die zuverlässigste Methode, aber die Genauigkeit der erhaltenen Informationen wird recht teuer sein.
Über die Installations- und Anschlussregeln für Ausdehnungsgefäße geschlossener und offener Art informiert der folgende Artikel, der diesen Themen gewidmet ist.
Wie wählt man das richtige Ausdehnungsgefäß aus?
Es wird empfohlen, sich bereits in der Planungsphase für den Typ der Heizungsanlage zu entscheiden. Die Auswahl des Tanks wird in der Regel auf die Zeit nach der Errichtung des Gebäudes verschoben, wenn das System installiert und sein Volumen bekannt ist.
Bei der Auswahl der optimalen Variante eines Ausdehnungsgefäßes wird empfohlen:
- sich am Volumen des geschlossenen Ausdehnungsgefäßes zu orientieren, das den Wert der thermischen Ausdehnung des Wärmeträgers übersteigt;
- beim Kauf auf den Anschluss, die Form des Behälters und die Position der Befestigungsanschlüsse zu achten – dies hilft, Überraschungen während der Montage zu vermeiden;
- es ist wichtig, der Anleitung auf dem Gehäuse Beachtung zu schenken, die nützliche Informationen zur Installation und technische Parameter enthält.
Beim Kauf ist es besser, sich an einen bewährten Hersteller zu halten, auch wenn seine Behälter teurer sind. Dies ist der Garant für die Langlebigkeit der Heizungsanlage, allerdings unter der Voraussetzung des ordnungsgemäßen Betriebs und der regelmäßigen Wartung.
Vor dem Anschluss wird der Vordruck im Gasraum des Membranbehälters auf einen Wert eingestellt, der dem statischen Druck der Wärmeträgersäule im Heizkreislauf entspricht. Die Einstellung erfolgt mit einer gewöhnlichen Autopumpe und wird mit einem Manometer überwacht.

Man darf Ausdehnungsgefäße für Heizsysteme nicht mit Hydrospeichern für Kaltwasserleitungen verwechseln. Sie unterscheiden sich im Aussehen und in den konstruktiven Merkmalen. Erstere sind rot lackiert und in der Regel nicht demontierbar, letztere haben eine blaue Farbe und sind mit einem abnehmbaren Flansch zur Reparatur der Membrane ausgestattet.
Fazit und nützliche Videos zum Thema
Das Video hilft Ihnen, die Parameter des geschlossenen Ausdehnungsgefäßes zu bestimmen und die Unterschiede zwischen Heizungstanks und Boilersystemtanks zu verstehen:
Das Funktionsprinzip und die Besonderheiten der Auswahl des Behälters im Video:
Die Heizungsanlage eines Einfamilienhauses kann nach einem offenen oder geschlossenen Schema ausgeführt werden, was den Einbau eines entsprechend konstruierten Ausdehnungsgefäßes erfordert. Der entscheidende Faktor für seine Funktionsfähigkeit ist das Volumen, das Sie selbst berechnen oder professionellen Planern überlassen können.
Ein gut ausgewähltes Gerät hilft, das erforderliche Flüssigkeitsvolumen in einem offenen System zu erhalten und in einer geschlossenen Heizung den Betriebsdruck aufrechtzuerhalten.
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