Wasserschlag im Wasserversorgungs- und Heizungssystem: Ursachen + vorbeugende Maßnahmen

Eines der Hauptprobleme beim Betrieb von autonomen Heizungs- und Wasserversorgungssystemen ist der Druckabfall. Ein Wasserschlag in der Wasserversorgung und Warmwasserheizung, der durch diesen plötzlichen Druckabfall entsteht, kann schwere Schäden verursachen. Das gilt es zu verhindern, stimmen Sie nicht auch zu?

Wir erklären Ihnen, wie Sie das Phänomen verhindern und seine negativen Folgen neutralisieren können, um einen unterbrechungsfreien Betrieb der Kreisläufe zu gewährleisten. Bei uns erfahren Sie, welche Methoden eingesetzt werden, um Wasserschläge in Systemen zu vermeiden, die Wasser zu den Wasserhähnen und Heizgeräten transportieren.

In dem hier vorgestellten Artikel wird die Natur des Wasserschlags detailliert analysiert. Es werden vorbeugende Maßnahmen aufgelistet, die das Auftreten einer gefährlichen Situation ausschließen. Zur anschaulichen Darstellung des komplexen Themas sind Diagramme, Fotoillustrationen und Videos beigefügt.

Was ist ein Wasserschlag?

Ein Wasserschlag ist ein kurzzeitiger, aber erheblicher Drucksprung in einem mit Flüssigkeit gefüllten System. Dieses Phänomen tritt auf, wenn ein Flüssigkeitsstrom auf ein Hindernis trifft. Typische Beispiele für solche Hindernisse sind das abrupte Schließen eines Absperrventils, ein plötzlicher Pumpenstopp, eine Luftblase usw.

Nach dem Aufprall auf ein Hindernis setzt der Wasserstrahl aufgrund der Trägheit seine Bewegung mit der gleichen Geschwindigkeit fort, die er vor dem Hindernis hatte. Die ersten Schichten, die mit dem Hindernis in Kontakt kommen, werden durch die nachfolgenden Schichten mit derselben Geschwindigkeit verdichtet.

Durch das ständige Nachströmen neuer Schichten steigt der Druck rapide an, und die Flüssigkeit “sucht” nach einer Möglichkeit, einen Teil abzulassen, um den Druck abzubauen.

Eine ähnliche Situation tritt fast immer bei einem Abriss des Durchflusses durch eine Kugelhahn oder einen Schieber auf. Auf den ersten Blick mag das Phänomen harmlos erscheinen. Und daher schenken viele Hausbesitzer ihm keine besondere Aufmerksamkeit.

Aber in Wirklichkeit sollte man bei Feststellung von Anzeichen eines sich anbahnenden Defekts an Rohren und Armaturen diesen so schnell wie möglich beheben. Denn durch einen Druckstoß in der Heizungsanlage entstehen Risse und Sprünge sowie Schäden an der Ausrüstung.

Diesem ernsthaften Problem können Klick- und Klopfgeräusche sowie Fremdgeräusche in den wasserzuführenden Rohren vorausgehen, die von einem charakteristischen „Knurren“ begleitet werden.

Das Klicken tritt hauptsächlich an den Stellen auf, an denen Rohre größeren Durchmessers mit Rohrstutzen kleineren Querschnitts verbunden sind. Das an den Innenwänden entlangströmende Wasser trifft auf ein wenn auch unvollkommenes, so doch Hindernis.

Das regelmäßige Auftreten von hydraulischen Stößen wirkt sich negativ auf den Betrieb der Anlage aus und verkürzt deren Lebensdauer erheblich.

Bei Auftreten von Notfallsituationen durch den Effekt eines Druckstoßes können betroffen sein:

• Ausrüstung (die Dichtheit der Rohrleitungen wird beeinträchtigt und Heizgeräte werden zerstört);
• Eigentum (das aus dem beschädigten Netz auslaufende Wasser überschwemmt die Wohnung und führt zur Beschädigung von Möbeln);
• Haushaltsmitglieder (wenn die Störung in der Wärmeversorgungsanlage aufgetreten ist, besteht die Gefahr schwerer thermischer Verbrennungen).

Laut statistischen Daten entfällt der „Löwenanteil“ der Rohrleitungsunfälle, der etwa 60 % beträgt, auf Druckstöße. Häufiger sind die negativen Folgen eines solchen Effekts bei verschlissenen und korrodierten Rohren zu beobachten.

Die Folgen regelmäßiger hydrodynamischer Schläge können unvorhersehbar sein, und die häufigste davon ist ein Durchbruch.

Am meisten Ärger bereitet es langen Rohrleitungen, zum Beispiel bei der Installation einer „Fußbodenheizung“, in deren Kreisläufen eine auf eine bestimmte Temperatur erhitzte Flüssigkeit zirkuliert.

Der Schadensgrad hängt weitgehend vom Ort des Hindernisses ab: Befindet es sich am Anfang einer langen Rohrleitung, ist der Druckanstieg gering, am Ende dagegen deutlich höher.

Am häufigsten tritt der Effekt auf, wenn bei der Verlegung der Heizungsanlage Rohre unterschiedlicher Durchmesser verwendet wurden. Wenn die 'verschiedenkalibrigen' Rohre mit Hilfe von Übergangsstücken nicht auf einen gemeinsamen 'Nenner' gebracht werden, ist ein Druckanstieg im Heizsystem unvermeidlich. In dieser Situation wird der Kreislauf zum Schutz des Systems mit einem speziellen Ventil – einem Thermostat – ausgestattet.

Ursachen von Wasserschlägen

Die physikalische Natur dieses Phänomens liegt im vollständigen Verlust oder einer erheblichen Verringerung der Durchflusskapazität der Wasserleitungen, wodurch der Flüssigkeitsdruck im System ansteigt.

In Häusern, in denen die technischen Anlagen unzureichend geplant und installiert wurden, sind in der Rohrleitung häufig charakteristische Klopf- und Klickgeräusche zu hören.

Sie sind die äußere Erscheinung eines Wasserschlags und treten auf, wenn in einem geschlossenen System die Flüssigkeitszirkulation plötzlich stoppt und dann ebenso plötzlich wieder beginnt.

Als natürliche Hindernisse in der Rohrleitung treten häufig Luftblasen, Übergangsstücke von größerem auf kleineren Durchmesser oder installierte Absperrarmaturen auf.

Wenn auf dem Weg eines mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegten Wasserstroms ein Hindernis auftritt, verlangsamt sich seine Bewegungsgeschwindigkeit, während das Volumen weiter zunimmt. Da es keinen Ausweg findet, bildet sich eine Rückwelle, die beim Aufeinandertreffen mit der Hauptwassermasse den Druck im System erhöht. Manchmal kann dieser die Schwelle von 20 Atm erreichen.

Aufgrund der Dichtheit der Hauptleitung hat das angesammelte Volumen keinen Ausweg, aber die starke Energie sucht dennoch einen Weg in die Umgebung. Die durch diesen Zusammenstoß entstehende Schlagkraft stellt eine Gefahr des Rohrbruchs dar, wenn das Rohr nicht über eine ausreichende Festigkeitsreserve verfügt.

Aus diesem Grund müssen für die Installation des Systems nahtlose Wasser- und Gasrohre verwendet werden, die an die Wassernetze angepasst sind und GOST 3262-75 entsprechen, oder druckfeste Metall-Kunststoff-Alternativen, die gemäß GOST 18599 hergestellt wurden.

Durch die permanente Einwirkung der Wasserenergie werden sowohl die Rohrleitung selbst als auch die starren Elemente des Systems allmählich oder schnell zerstört.

Die Hauptfaktoren, die einen Wasserschlag in Rohren auslösen, sind:

• Störungen im Betrieb oder Ausfall der Umwälzpumpe;
• Vorhandensein von Luft im geschlossenen Kreislauf des Systems;
• Unterbrechungen der Stromversorgung;
• bei plötzlichem Schließen der Absperrarmaturen.

Ein kurzzeitiger Druckanstieg im geschlossenen Kreislauf durch übermäßiges Fördern von Flüssigkeit kann auftreten, wenn das Laufrad beim Einschalten der Pumpe mit hoher Drehzahl zu laufen beginnt.

In letzter Zeit werden bei der Installation einer unabhängigen Heizungsanlage anstelle von alten Ventilen und Schiebern immer häufiger Kugelhähne verwendet, deren Konstruktion keinen sanften Gang vorsieht.

Ihre Fähigkeit, schnell zu wirken, hat eine Kehrseite und ist eine der häufigsten Ursachen für Wasserschlag.

Wenn beim Inbetriebnehmen des Systems die Luft nicht abgelassen wurde, kommt es im Moment des Öffnens des Kugelhahns zu einer Kollision der Luft mit der praktisch inkompressiblen Flüssigkeit.

In Bezug auf die Sicherheit sind Schraubventile vorzuziehen, da sie durch schrittweises Aufdrehen der Buchse ein sanftes Öffnen/Schließen der Absperrarmatur ermöglichen.

Eine ähnliche Situation tritt auf, wenn vor dem Start des Systems die Luft aus dem Kreislauf nicht abgelassen wurde. Im Moment des Öffnens des Hahns stößt das Wasser auf eine Luftblase, die in einem geschlossenen System eine Art pneumatischen Dämpfer darstellt.

Wie lässt sich das Problem vermeiden?

Eine fachgerechte Absicherung der Wasserversorgungsleitungen hilft, die Intensität zu verringern und die Auswirkungen von Überdruck zu neutralisieren.

Schutzmechanismen für autonome Systeme gegen Wasserschlag zielen in den meisten Fällen darauf ab, die Kraft des Wasserflusses zu glätten.

Zur Vorbeugung von einmaligem und dauerhaftem Überdruck sowohl in einem einzelnen Kreislaufabschnitt als auch im gesamten System werden eine Reihe grundlegender Maßnahmen ergriffen.

Variante #1. Sanftes Absperren des Systems

Dies ist eine der grundlegenden Anforderungen beim Inbetriebnehmen und Abschalten von Rohrleitungssystemen, die in den Normen klar festgelegt ist.

Die Sache ist, dass die Energie des hydraulischen Schlags aufgrund der Elastizität der Rohrwände nicht sofort mit ihrer gesamten Kraft wirkt. Durch die Kompensation elastischer Verformungen wird sie auf mehrere Zeitintervalle verteilt.

Daher wird bei gleicher Gesamtschlagkraft die Wirkungsintensität zu einem bestimmten Zeitpunkt erheblich verringert. Durch sanftes Einschalten kann der Druckanstieg zeitlich verlängert werden, wodurch wesentliche Schäden am System minimiert werden.

Bei der Auswahl von Absperrarmaturen sollten Sie solchen Produkten den Vorzug geben, die eine relativ lange Schließzeit haben.

Ventile, deren Konstruktion eine lange Schließzeit vorsieht, werden bereits während der Montage der Anlage installiert.

Variante #2. Einsatz automatischer Vorrichtungen

Die Automatik sollte auf eine sanfte Korrektur des statischen Drucks im System eingestellt sein. Um den gewünschten Effekt zu erzielen, hilft die Installation von Pumpen mit automatischer Drehzahlregelung oder von Aggregaten mit elektronischer Steuerung, die mit integrierten Frequenzumrichtern ausgestattet sind.

Der Einsatz automatischer Systeme ermöglicht es, den Flüssigkeitsstrom zu überwachen und den Druck in der Rohrleitung abzulesen.

Pumpen mit automatischer Drehzahlregelung des Elektromotors können den Druck im System sanft erhöhen/senken. Dabei übernimmt die Software gleichzeitig zwei Aufgaben: Sie überwacht die Druckänderung in der Wasserleitung und regelt automatisch den Förderdruck.

Methoden der umfassenden Systemmodernisierung

Eine umfassende Modernisierung des Systems umfasst die Installation von Geräten, die darauf abzielen, die Auswirkungen von Überdruck zu neutralisieren.

Methode #1. Einsatz von Kompensatoren und Dämpfern

Dämpfer und Hydrospeicher erfüllen gleichzeitig drei Funktionen: Sie sammeln Flüssigkeit, indem sie deren überschüssiges Volumen aus dem System entfernen, und tragen zur Vermeidung eines unerwünschten Phänomens bei.

Die Ausgleichsvorrichtung, deren Rolle der Hydroakkumulator übernimmt, wird in Fließrichtung des Wassers an den Abschnitten des Heizkreislaufs installiert, an denen eine hohe Wahrscheinlichkeit von Druckschwankungen im System besteht.

Ein Hydrospeicher oder Dämpfer ist ein Stahlbehälter mit einem Volumen von bis zu 30 Litern, der zwei durch eine Gummi- oder Kautschukmembran getrennte Abschnitte umfasst.

Bei Auftreten von Überdruck im System drückt die Wassersäule des ersten Abschnitts auf die Trennmembran, wodurch diese sich in Richtung der Luftkammer wölbt.

Bei Druckanstieg werden die Druckstöße in den Behälter abgeleitet. Durch das Wölben der Gummimembran in Richtung der Luftkammer im Moment des Ansteigens der Wassersäule wird eine künstliche Vergrößerung des Konturvolumens erreicht.

Als Dämpfungsvorrichtungen werden Rohre aus hitzebeständigem verstärktem Kautschuk oder flexiblem Kunststoff verwendet.

Das elastische Material der Dämpfungsvorrichtungen absorbiert automatisch die Energie des Druckstoßes an der Stelle, an der der Druck einen kritischen Wert erreicht hat.

Um den gewünschten Effekt zu erzielen, reicht es aus, ein Produkt mit einer Länge von 20-30 cm zu verwenden. Wenn die Rohrleitung jedoch eine große Länge hat, wird der Dämpferabschnitt um weitere 10 cm verlängert.

Methode #2. Installation eines Schutzventils mit Membran

Ein Membran-Sicherheitsventil wird am Rohrabzweig in der Nähe der Pumpe installiert, um bei Überdruck eine bestimmte Wassermenge abzulassen.

Ein Sicherheitsventil mit einer starren Dichtung, das eine schnelle Druckentlastung ermöglicht, ist eine zuverlässige Sicherung des autonomen Systems.

Je nach Hersteller und Modelltyp wird das Sicherheitsventil entweder durch einen elektrischen Befehl der Steuerung oder mithilfe einer schnell wirkenden Pilotvorrichtung betätigt.

Das Gerät spricht an, wenn der Druck die sichere Grenze überschreitet, und schützt die Pumpstation bei einem plötzlichen Stopp der Anlage. Im Moment eines gefährlichen Druckanstiegs öffnet es sich vollständig, und wenn der Druck auf das normale Niveau fällt, schließt sich der Regler langsam.

Methode #3. Ausstattung des Thermoregelventils mit einem Bypass

Der Shunt ist ein schmales Rohr mit einer lichten Weite von 0,2–0,4 mm, das in Richtung der Zirkulation des Wärmeträgers installiert wird. Die Hauptaufgabe des Elements besteht darin, bei Überlastungen allmählich den Druck zu senken.

Ein schmales Rohr, dessen Querschnitt nicht mehr als 0,2-0,4 mm beträgt, wird auf der Seite platziert, von der die Flüssigkeit in das Thermostat gelangt.

Die Shunt-Methode wird bei der Installation unabhängiger Systeme angewendet, deren Rohrleitung nur aus neuen Rohren besteht. Dies liegt daran, dass das Vorhandensein von Rost und Ablagerungen in alten Rohren die Wirksamkeit des Shunts zunichte machen kann. Aus diesem Grund wird bei Verwendung eines Shunts am Eingang des Heizkreislaufs empfohlen, wirksame Wasserfilter zu installieren.

Methode #4. Verwendung eines Thermostats mit Superschutz

Es handelt sich um eine Art Sicherung, die den Druck im System überwacht und den Betrieb verhindert, sobald der Wert einen kritischen Punkt erreicht. Das Gerät ist mit einem Federmechanismus ausgestattet, der zwischen dem Thermostatkopf und dem Ventil angeordnet ist. Der Federmechanismus wird bei Überdruck ausgelöst und verhindert, dass das Ventil vollständig schließt.

Solche Thermostate sind streng nach der auf dem Gehäuse angegebenen Richtung zu installieren.

Durchführung von Wartungsarbeiten

Neben der strikten Einhaltung der Betriebsvorschriften für Rohrleitungen trägt die rechtzeitige Durchführung von Präventionsmaßnahmen dazu bei, Unfälle zu vermeiden. Denn alle Prozesse im Wasserversorgungssystem oder im Heizkreis sind miteinander verbunden. Und der hydraulische Schlag ist lediglich der letzte zerstörerische 'Tropfen', der vor dem Hintergrund eines unbefriedigenden technischen Zustands der Wasserleitung zu negativen Folgen führen kann.

Vibrationen der Rohrleitung und Druckänderungen begünstigen die Bildung von Mikrorissen in der Metallstruktur. Die im Laufe der Zeit entstandenen Defekte treten bei einem hydraulischen Schlag sofort an Stellen mit erhöhter innerer Spannung auf: mechanische Verbindungen, Biegungen und Schweißnähte.

Die Prävention besteht im Abgleich der Heizungsanlage, der nach Abschluss der Installation oder der Heizungsreparatur in einem Privathaus durchgeführt wird.

Der grundlegende Arbeitsumfang, der bei der Prävention durchgeführt wird:

• Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Sicherheitsgruppe: Sicherheitsventil, Entlüfter und Manometer;
• regelmäßige Überprüfung des Drucks hinter der Membran des Ausdehnungsgefäßes und bei Feststellung unbefriedigender Ergebnisse dessen Korrektur;
• Testen des Systems auf Undichtigkeiten und Überprüfung des Verschleißgrades der Rohre;
• Überwachung der Stellung der Ventile der Absperr- und Regelarmaturen auf Leckagen;
• regelmäßige Überprüfung des Zustands der Filter, die Kalk, Sand und Rostpartikel zurückhalten, bei Bedarf – Reinigung und Spülung der Elemente;

Die vorbeugende Wartung zur Aufrechterhaltung des einwandfreien Zustands der Wasserleitungs- und Heizungsanlage umfasst einfache Arbeiten. Aber man sollte sie nicht ignorieren. Denn dies kann zu erheblichen Kosten an Geld und Zeit für die Durchführung umfassender Reparaturarbeiten führen.

Die aufgeführten Schutzmaßnahmen sind am effektivsten, wenn sie umfassend angewendet werden. Dank des ganzheitlichen Ansatzes zur Problemlösung können Sie die negativen Auswirkungen neutralisieren und so die Lebensdauer des Systems verlängern.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Video #1. Wasserschlag, wie es passiert:

Video #2. Wirksamkeitstest des Dämpfers:

Ein hydraulischer Schlag in der Wasserversorgungsanlage ist ein häufiges Phänomen, das ernsthafte Schäden verursachen kann. Ihre Aufgabe ist es, das Problem so schnell wie möglich zu beheben. Denn wenn die Situation wiederholt auftritt, werden die Systemkomponenten bald ausfallen. Die anschließende Reparatur wird dann viel teurer.

Stellen Sie Fragen und schreiben Sie bitte Kommentare in den unten stehenden Block. Wir freuen uns auf Ihre Berichte darüber, wie Sie einen Wasserschlag im System festgestellt oder seine Folgen bemerkt haben. Ihre Meinung zu den präsentierten Informationen ist uns wichtig.