Ausdehnungsgefäß für Solaranlagen berechnen – wie geht das?

Haben Sie schon einmal etwas vom „Ausdehnungsgefäß“ für Solaranlagen gehört? Eventuell nicht, denn obwohl Solaranlagen ein sehr beliebtes Thema sind, fällt dieses Stichwort eher selten. Dabei sind Ausdehnungsgefäße gerade bei solarthermischen Anlagen absolut unabdingbar, um die reibungslose Funktion und Sicherheit dieser Anlagen zu gewährleisten. Doch um was genau handelt es sich dabei und welche technische Funktion erfüllt ein Ausdehnungsgefäß? Wie können Sie die Größe des Ausdehnungsgefäßes für Ihre Solaranlage richtig berechnen und worauf müssen Sie dabei achten? Diese und weitere Fragen klärt der folgende Blogartikel.

Was ist ein Ausdehnungsgefäß für Solaranlagen, welchen Zweck erfüllt es und wie kann ich die Größe richtig berechnen?

Wir alle kennen die Regel noch aus dem Physikunterricht: Wenn Flüssigkeiten erwärmt werden, nehmen sie an Volumen zu – sie dehnen sich also aus. Kein Wunder also, dass dieses Thema bei Solarthermieanlagen wichtig ist. Schließlich wird auch hier ein Trägermedium mithilfe von Sonnenlicht erwärmt, sodass die Anlage anschließend zur Beheizung von Gebäuden etc. genutzt werden kann.

Das Ausdehnungsgefäß ist dazu da, die Volumenschwankungen des Trägermediums, das meistens aus Wasser und Frostschutzmittel besteht, auszugleichen. So können Druckschäden und im schlimmsten Fall ein Bersten der Anlage vermieden werden und ein gleichmäßiger Betrieb der Anlage wird möglich.

Die richtige Größe berechnen

Wie groß das Ausdehnungsgefäß sein sollte, ist für Laien allerdings nicht ganz einfach zu erkennen und erfordert etwas komplizierte Berechnungen. Dabei sind verschiedene Parameter ausschlaggebend: Das Volumen des Wärmeträgermediums, die Temperaturdifferenz und der Druck in der Anlage.

Um die passende Größe zu berechnen, müssen Sie folgende Schritten durchführen:

1. Zunächst müssen Sie das Gesamtvolumen der Flüssigkeit in Ihrer Solaranlage ermitteln. Dieses können Sie den technischen Unterlagen der Anlage entnehmen. Wenn Sie keine Informationen dazu finden, können Sie es auch durch eine Abschätzung der Rohrlängen und des Volumens der Kollektoren berechnen, allerdings sollten Sie hier unbedingt auf den richtigen Rechenweg achten.
2. Wichtig ist auch, zu wissen, welche Temperaturdifferenzen in Ihrer Solaranlage auftreten können. Relevant ist dafür, welches die höchste Betriebstemperatur ist und wie stark diese sich von der Temperatur der Umgebung unterscheidet. Mithilfe des Ausdehnungskoeffizienten können Sie dann das Ausdehnungsvolumen der Flüssigkeit berechnen. Bei Wasser liegt dieser bei 0,00045 pro Grad Celsius.
3. Außerdem muss der Vordruck des Ausdehnungsgefäßes bekannt sein. Dieser entspricht in der Regel dem statischen Druck der Anlage. Auch der Enddruck, also der maximal zulässige Druck, muss bekannt sein. Auch hierfür ist ein Blick in die Betriebsanleitung notwendig.

Nachdem Sie die notwendigen Parameter ermittelt haben, geht es ans Rechnen. Dafür können Sie folgende Formel nutzen:

Mindestvolumen = (Ausdehnungsvolumen + Wasservorlage) x [(Enddruck + 1 bar) / (Enddruck – Vordruck)]

Hier ein Beispiel: Das Gesamtvolumen des Wärmeträgermediums beträgt 300 Liter, die maximale Temperaturdifferenz ist 60°C (zum Beispiel von 10°C bis 70°C), der Ausdehnungskoeffizient für Wasser ist 0,00045, der Vordruck beträgt 2 bar und der maximale Betriebsdruck liegt bei 4 bar. In diesem Fall wäre ein Ausdehnungsgefäß mit einem Volumen von 20.25 Litern ausreichend.

Ein Sicherheitstipp: Wenn Sie sich nicht gut auskennen, sollten Sie immer Experten oder Expertinnen um Hilfe bitten. Planen Sie bei Ihrer Berechnung sicherheitshalber außerdem auch immer einen Puffer ein.

Was passiert, wenn ich das Ausdehnungsgefäß falsch berechne?

Bei der Berechnung des Ausdehnungsgefäßes sollten Sie sorgfältig vorgehen, denn eine falsche Dimensionierung ist nicht nur ärgerlich, sie kann auch erhebliche Sicherheitsrisiken für Sie bedeuten. Das Risiko liegt darin, dass der Druck im Gerät unter Umständen nicht mehr stabil bleibt oder zu stark steigt. Das bedeutet eine enorme Belastung für die verwendeten Rohre und Dichtungen und kann dazu führen, dass diese bersten oder undicht werden. Der hohe Druck kann dazu führen, dass es auch an anderen Teilen der Solaranlage zu Schäden kommt und häufige Wartung oder kostspielige Reparaturen erforderlich sind. Nicht zuletzt wird auch die Effizienz der Anlage durch eine falsche Größe des Ausdehnungsgefäßes beeinträchtigt.

Auch ein zu niedriger Druck kann übrigens problematisch sein. Hierdurch können sich Blasen bilden, die die Leistungsfähigkeit der Pumpe beeinträchtigen.

In der Regel ist es immer am sinnvollsten, beim Kauf einer Solaranlage Komplettset auf seriöse Hersteller zu achten, die Ihnen in der Regel auch eine gute Beratung bieten. In so einem Fall kommen Sie eher nicht in die Verlegenheit, die Größe des Ausdehnungsgefäßes selbst berechnen zu müssen, und können sich entspannt zurücklehnen. Etwas Ahnung vom Thema zu haben, schadet aber nie. Schließlich können Sie so die Arbeit der Installateure besser einschätzen und auch die Kosten bereits im Vorfeld genauer kalkulieren.

Haben nur solarthermische Anlage ein Ausdehnungsgefäß?

Während Ausdehnungsgefäße bei Solarthermieanlagen üblich sind, sind sie bei Photovoltaikanlagen mit Solarpanels in der Regel nicht nötig. Sie können sich als Faustregel merken, dass es immer dann ein solches Gefäß geben muss, wenn es zu Ausdehnung von Flüssigkeiten kommt. Oft handelt es sich dabei um Vorrichtungen zum Kühlen oder zum Heizen. Notwendig sind Ausdehnungsgefäße z. B. bei Heizungen – egal, ob es sich um klassische Wandheizkörper oder eine Fußbodenheizung handelt. Boiler und Wasserspeicher müssen mit einem solchen System ausgestattet sein. Auch Kühl- und Klimaanlagen verfügen in der Regel über ein solches Gefäß. Ferner kommen Ausdehnungsgefäße bei Geothermieanlagen und Fernwärmesystemen zum Einsatz und werden auch bei der Erwärmung von Trinkwasser genutzt.

Wie sind Ausdehnungsgefäße aufgebaut?

In der Regel bestehen Ausdehnungsgefäße aus stabilen Materialien wie Stahl oder Edelstahl. Oft befindet sich im Inneren eine Membran zur Trennung von Luft und Wasser/Flüssigkeit, die aus Kautschuk oder Gummi besteht. Zudem gehören zu einem Ausdehnungsgefäß auch Ventile, die ebenfalls aus stabilen Materialien wie z. B. Metall bestehen. Meistens sind die Materialien zudem antikorrosionsbeschichtet, sodass eine lange Lebensdauer des Systems gewährleistet ist. Gerade bei Trinkwasseranlagen wird darauf geachtet, dass die Systeme keine schädlichen Partikel an das Wasser abgeben können.

Wie teuer ist ein defektes Ausdehnungsgefäß bei einer Solaranlage?

Kaputte Ausdehnungsgefäße müssen unbedingt ersetzt werden, um die Leistung der Solaranlage aufrechtzuerhalten und langfristige Schäden an anderen Komponenten abzuwenden. Dabei sollten Sie möglichst schnell sein, denn verglichen mit dem Tausch von größeren Bestandteilen der Anlage – etwa den Kollektoren – ist der Tausch des Ausdehnungsgefäßes noch nicht so teuer. Bei Gefäßen mit einem Volumen von über 50 Liter können Sie mit Kosten über 300 Euro rechnen, bei kleineren Gefäßen ist es entsprechend weniger. Wichtig ist auch zu prüfen, ob Schäden am Ausdehnungsgefäß von der Garantie gedeckt sind – in diesem Fall kann sich der Hersteller zu einem kostenlosen Ersatz bereiterklären.

Auch die Installationskosten unterscheiden sich von Anlage zu Anlage. Dabei gilt: Je kleiner und je leichter zugänglich die Anlage ist, desto geringer fallen die Installationskosten in der Regel aus.

Fazit

Es ist auch als Laie möglich, die Größe des Ausdehnungsgefäßes für eine Solaranlage zu berechnen. Dabei sollten Sie allerdings bedenken, dass Vorsicht hier das oberste Gebot ist. Ein Ausdehnungsgefäß ist entscheidend für die Sicherheit und Effizienz Ihrer Anlage – wenn Sie sich bei der Berechnung unsicher fühlen, setzen Sie also unbedingt auf Hilfe durch Experten.

Bevor Sie das Ausdehnungsgefäß berechnen können, müssen Sie verschiedene Parameter ermitteln. Hierzu zählen das Ausgangsvolumen, der Ausdehnungskoeffizient der verwendeten Flüssigkeit sowie der Druck. Wichtig ist, dass Sie die Rechnung mehrfach überprüfen und am besten einen Puffer einbauen – aber Achtung, auch ein zu niedriger Druck ist problematisch und beeinträchtigt die Anlage.

Falls Sie Schäden am Ausdehnungsgefäß bemerken, sollten Sie schnell handeln. Ein Austausch, bevor andere Teile der Solaranlage Schaden nehmen, lässt sich meistens noch relativ günstig durchführen. Seriöse Hersteller unterstützen Sie dabei, dass solche Probleme gar nicht erst aufkommen.