Wie funktioniert ein Druckbehälter und wann ist er sinnvoll?
Ein Druckbehälter, oder auch Ausdehnungsgefäß bzw. Druckkessel ist ein aus zwei Kammern bestehender Behälter. Er wird an der Druckausgangsseite der Pumpe durch ein T-Stück angeschlossen. Im Ausgangszustand ist die erste Kammer mit Druckluft oder Stickstoff gefüllt, die auf einen bestimmten Vordruck gebracht wurden, die zweite Kammer ist leer. Die Druckluft- bzw. Stickstoffkammer ist durch eine Membrane von der Wasserkammer getrennt und nimmt im Ausgangszustand den kompletten Druckkessel ein.
Wird die Pumpe nun gestartet und pumpt Wasser, dann wird der Druckbehälter automatisch angefüllt. Dabei drückt das einfließende Wasser auf die Membrane und verdichtet somit die Kammer, in der sich das Gas bzw. die Luft befindet. Die wassergefüllte Kammer wird größer und im Gegenzug die Kammer mit Gas bzw. Luft kleiner. Die Folge ist ein steigender Druck, mit dem die Luftkammer gegen die Wasseroberfläche drückt und damit ein steigender Druck im Druckbehälter. Dieser Druck steigt solange an, bis der definierte Ausschaltdruck erreicht ist und der im Druckbehälter verbaute Druckschalter die Pumpe abschaltet.
Wird nun abermals ein Verbraucher aktiviert, sei es durch Öffnen eines Gartenschlauchs oder Betätigung einer Toilettenspülung, dann wird das benötigte Wasser aus dem Druckbehälter bereitgestellt. Das funktioniert durch Nutzung des dort im Schritt zuvor aufgebauten Drucks. Die Pumpe bleibt somit abgeschaltet, der Druck im Druckbehälter drückt das Wasser aus dem Kessel und fällt parallel zur entnommenen Wassermenge. Die Wasserentnahme aus dem Druckbehälter funktioniert solange, bis der Druck im Druckbehälter auf den definierten Einschaltdruck gesunken ist und die Kammer mit Luft bzw. Stickstoff wieder den (fast) kompletten Druckkessel einnimmt. Bei Erreichen des Einschaltdrucks startet der Druckschalter automatisch die Pumpe und diese übernimmt die weitere Wasserversorgung. Der Druckbehälter wird sodann wieder für den nächsten Einsatz angefüllt.
Hinweis: Eine Pumpe, die in einer fixen Kombination mit Druckbehälter sowie integriertem mechanischen Druckschalter verkauft wird, nennt man Hauswasserwerk. Wenn man zu einer Pumpe nachträglich einen Druckbehälter samt Druckschalter hinzufügt, dann macht man demnach aus einer Gartenpumpe ein Hauswasserwerk.
Ein Druckbehälter ist von Vorteil, wenn man eine der folgenden Situationen hat:
Die Wasserquelle reicht nicht aus, um das Wasser durchgehend aus dieser zu fördern, bzw. kann das Wasser zwar durchgehend aber immer nur in sehr geringem Umfang entnommen werden.
Das abgepumpte Wasser wird zur Brauchwassernutzung im Haus genutzt und für den Betrieb von Toilette, Waschmaschine, Spülmaschine bzw. Dusche werden oftmals kleine Wassermengen benötigt
Es wird mit der Pumpe neben der gewöhnlichen Bewässerung auch ein Mikrobewässerungssektor betrieben und der Wasserdurchlauf bei der Mikrobewässerung ist sehr gering
Man hat im Haus oder in einer Wohnhausanlage einen zu geringen Wasserdruck bzw. einen sehr stark schwankenden Wasserdruck und möchte mit Hilfe eines Hauswasserwerks das Wasser mit einem konstant hohen Wasserdruck bereitstellen.
Man möchte eine Absicherung gegen mögliche Druckschläge einbauen (“Wasserschlag”) und so die Installation vor Schaden schützen.
Im Anschluss eine detailliertere Beschreibung der fünf Fälle:
Wasserquelle ist zu wenig ergiebig
Im erst Fall dient der Druckbehälter zur Anlage eines größeren Wasservorrats, der dann in kurzer Zeit auf einmal entnommen werden kann. Dementsprechend wäre der Druckkessel hier entsprechend groß zu bemessen, so dass dieser genügend Wasser für die geplanten Anwendungsfälle fasst.
Brauchwassernutzung im Haus
Der zweite Fall, die Nutzung des Druckbehälters als Pufferspeicher für kleine Wasserabnahmemengen, wird in den Verkaufsangeboten von Druckbehältern bzw. Hauswasserwerken sehr oft als Paradebeispiel für die Sinnhaftigkeit eines Druckbehälters angeführt. Trotzdem sollte man die Notwendigkeit hier aus meiner Sicht sehr kritisch hinterfragen. Zuerst einmal ist die Nutzung von Brauchwasser im Haushalt mit größeren Investitionen verbunden, da Brauchwasserkreislauf und Trinkwasserkreislauf streng voneinander getrennt werden müssen. Möchte man mit dem Brauchwasser auch duschen, dann bräuchte man zudem zusätzlich eine separate Möglichkeit das Brauchwasser zu erwärmen.
Die zweite Frage ist, was man sich damit tatsächlich ersparen kann. Eine Waschmaschine verbraucht 50 bis 80 Liter je Waschgang, moderne Geräte eher 30 bis 50 Liter. Eine Spülmaschine benötigt bei jedem Geschirrwaschen ca. 15 Liter Wasser, je Toilettengang kann man mit 6 bis 9 Litern Wasserverbrauch rechnen. Für das Duschen kann man mit 12 bis 15 Litern Wasser pro Minute kalkulieren. Punkto Waschmaschine und Spülmaschine ist zu berücksichtigen, dass diese das Wasser nicht auf einmal, sondern in mehreren Durchgängen beziehen, bei der Spülmaschine kann man grob mit 3 Durchgängen rechnen (kaltes Vorspülen, warme Spülung, Klarspülen), bei der Waschmaschine abhängig vom Waschprogramm mit 3 bis 5 Durchgängen (Hauptwaschgang, mehrere Spülvorgänge, evtl. Weichspülung).
Der Zweck des Druckbehälters ist es nun, einen Puffer bereitzustellen, damit die Pumpe nicht jedes mal anspringen muss, wenn es zu einem Wasserverbrauch im Haus kommt. Die meisten der angebotenen Druckbehälter fassen ca. 22 bis 24 Liter, davon ist aber nur rund die Hälfte effektiv nutzbar, da die andere Hälfte von der Gas- bzw. Luftkammer belegt wird. Bei einem 24 Liter Behälter lassen sich also effektiv ca. 12 Liter nutzen. Damit ist es in der Praxis dann zum Beispiel möglich, einmal das Geschirr zu waschen, ein bis eineinhalb mal aufs Klo zu gehen oder einen Spüldurchgang der Waschmaschine durchzuführen, ohne dass die Pumpe anspringen muss. Die Dusche lasse ich einmal außen vor, da diese in der Praxis nur sehr selten jemand mit Brauchwasser realisiert.
Eine durchschnittliche, aus 4 Personen bestehende Familie, geht am Tag ca. 16 mal aufs Klo, startet alle 2 Tage die Spülmaschine und führt wöchentlich 5 Waschgänge mit der Waschmaschine durch. Auf einen Tag umgerechnet kommt man damit auf eine Anzahl von 22 notwendigen Pumpenstarts. Der Einsatz eines Druckbehälters würde diese Zahl aufgrund des Puffers auf ca. 14 Pumpenstarts verringern.
Man erspart sich im Endeffekt im Fallbeispiel also gerade einmal 8 Pumpenstarts. Selbst wenn man davon ausginge, dass die Pumpe bei jedem angeforderten Wasserbedarf aus dem Haus zwei mal anlaufen müsste, wären es täglich nur 30 ersparte Pumpenstarts. Wenn man dem gegenüberstellt, dass das Hauptargument für den Einsatz eines Druckbehälters die Schonung der Pumpe durch weniger Pumpenstarts ist, fällt die Bilanz hier sehr mager aus. Zusätzlich als positives Argument ins Treffen führen könnte man noch, dass die Versorgung aus dem Druckbehälter leiser ist, als wenn die Pumpe anspringt. Inwieweit das eine bedeutende Rolle spielt, hängt von den örtlichen Gegebenheiten ab.
Meine Meinung: Von den meisten Herstellern werden zwischen 20 und 30 Pumpenstarts pro Stunde als für die Pumpe unbedenklich angeführt, manchmal aber auch bis zu 100, das hängt von der konkreten Pumpe ab. Schaltet diese öfter, dann ist sie in der Regel auch nicht am nächsten Tag kaputt, aber muss man mit einer verkürzten Lebensdauer rechnen. 8 oder auch 30 Pumpenstarts mehr oder weniger pro Tag spielen also keine sehr große Rolle, die Argumente warum man hier einen Druckkessel benötigt, sind für mich daher schwer nachvollziehbar. Ersparen tut man sich damit auf jeden Fall nichts, da der Druckkessel zusätzliches Geld kostet und auch regelmäßig gewartet werden muss. Die minimale Stromkosteneinsparung durch eine geringere Anzahl von energieintensiven Pumpenstarts gleicht das nicht aus, da geht es nur um ein paar Cent, siehe meinen Beitrag zur Wirtschaftlichkeit eines Brunnens. Wenn man zur Brauchwassernutzung im Haus schon einen Druckkessel verwenden möchte, dann sollte es zumindest ein deutlich größerer, zumindest 50 Liter fassender sein, mit dem man dann deutlich mehr der täglichen Pumpenstarts einsparen kann. Aber auch hier ist die Sinnhaftigkeit aus meiner Sicht schwer darstellbar.
Mikrobewässerung mit sehr geringem Wasserdurchlauf
Der dritte Fall kann vorkommen, wenn man seine automatische Bewässerung in mehrere Sektoren unterteilt betreibt und neben der gewöhnlichen Bewässerung auch einen Sektor mit Mikrobewässerung hat. Und dieser zudem auch noch sehr wenig Wasser pro Stunde verbraucht. Problem: Die Pumpe ist auf die Sektoren mit viel Wasserbedarf ausgelegt und daher für den Mikrobewässerungssektor überdimensioniert. Da sie viel mehr Wasser liefert, als für die Mikrobewässerung benötigt wird und bei Nutzung für diesen nicht den notwendigen Mindestdurchfluss erreicht, muss sie sich in kurzen Abständen ab- und wieder anschalten. Dieses sehr häufige Schalten ist für die Lebensdauer der Pumpe ganz schlecht.
Dieses Problem kann man auf unterschiedliche Weisen lösen:
Man lässt den Mikrobewässerungssektor parallel zu einem gewöhnlichen Bewässerungssektor bewässern, so dass die Wasserabnahmemenge groß genug ist.
Man erhöht den Wasserbedarf des Mikrobewässerungssektors, indem man diesen vergrößert oder schneller beregnen lässt (Verwendung von Tropfern bzw. Sprühern mit größerer Literleistung).
Man verwendet einen Druckbehälter, damit die Mikrobewässerung auf diesen Puffer zurückgreifen kann und die Pumpe damit seltener anlaufen muss. Damit das einen sinnvollen Effekt hat, muss der Druckbehälter im Verhältnis zum Wasserbedarf der Mikrobewässerung groß genug sein.
Wasserdruck im Haus oder in der Wohnhausanlage ist zu gering oder schwankt
Das ist vor allem bei älteren Häusern ein Thema. Hier kann ein Druckbehälter verwendet werden, um den Wasserdruck zu erhöhen und zu gewährleisten dass das Wasser immer mit einem ausreichend hohen Druck zur Verfügung gestellt wird. Auch in diesem Fall wird in der Regel ein recht großer Druckkessel sinnvoll sein. Sobald der Kessel für Trinkwasser benutzt wird, ist zudem ein trinkwasserkonformer Druckkessel zu verwenden und zusätzliche Bestimmungen zu beachten.
Schutz vor Druckstößen (“Wasserschlag”)
Zu Druckstößen in einer Leitung kann es bei plötzlichem Ein- bzw. Ausschalten der Pumpe oder bei schnellem Schließen von Ventilen kommen. Es bewegen sich Wellen entgegen der ursprünglichen Strömungsrichtung rückwärts und prallen auf einen festen Widerstand. Das erzeugt einerseits ein sehr unangenehmes Geräusch, den “Wasserschlag” und kann in Extremfällen auch zur Beschädigung der Installation führen. Der Einbau eines Druckbehälters verringert dieses Risiko. Der Druckbehälter nimmt bei Druckstößen Wasser auf bzw. gibt es ab und federt so die Druckstöße ab.
Einstellen und Wartung des Druckbehälters
Damit der Druckbehälter korrekt funktioniert, müssen am zugehörigen mechanischen Druckschalter 3 verschiedene Druckwerte eingestellt werden:
Vordruck
Mindestdruck
Maximaldruck
Bei einem gekauften Hauswasserwerk sind diese 3 Druckwerte normalerweise voreingestellt. Hier empfiehlt es sich, zuerst einmal auszuprobieren, ob diese nicht wie voreingestellt passen und nur im Negativfall diese abzuändern.
Der Vordruck ist jener Druck, der im Ausgangszustand, also wenn sich kein Wasser im Druckbehälter befindet, in der Luftkammer herrscht. Er kann nach Herstellerangaben durch Befüllen bzw. Ablassen von Luft bzw. Gas eingestellt werden und sollte ca. 90 Prozent des Mindestdrucks betragen. Beträgt der Mindestdruck also zum Beispiel 1,5 bar, dann wäre der passende Vordruck in etwa 1,3 bar. Damit beginnt die Pumpe zu arbeiten, kurz bevor der letzte Tropfen Wasser aus dem Druckbehälter gedrückt wurde und der Wasserlauf wird kontinuierlich fortgesetzt.
Mit dem Mindestdruck definiert man, bei Unterschreiten welcher Druckhöhe die Pumpe angeschaltet wird. Er liegt im Normalfall zwischen 1 und 2 bar und muss auf jeden Fall geringer sein als der kleinste Druck, der bei betriebsbedingtem Fluss des Wassers im System vorkommen kann.
Mit dem Maximaldruck definiert man, bei welchem Druck die Pumpe abschalten soll. Vor allem wenn man den Druckbehälter auch zur Gartenbewässerung nutzen möchte, ist darauf Acht zu geben, den Maximaldruck hoch genug einzustellen. Das heißt so hoch, dass die Pumpe während der Bewässerung durchläuft und nicht immer wieder abschaltet und die Bewässerung sodann mit dem Wasser aus dem Druckkessel fortgesetzt wird. Die Folge wären viele Schaltvorgänge an der Pumpe während der lange dauernden Beregnung und große Druckschwankungen (Einfluss auf Wurfweiten). Die Differenz zwischen Ein- und Ausschaltdruck hat auch Einfluss darauf, wie viel Wasser im Kessel gespeichert wird.
Eingestellt werden der Mindest- und Maximaldruck über einen Federmechanismus des mechanischen Druckschalters. Die große Feder ist in der Regel für den Mindestdruck zuständig, die kleinere bestimmt den Differentialdruck zwischen Mindestdruck und Maximaldruck und legt somit den Maximaldruck fest.
Die Schwachstelle am Druckbehälter ist in der Regel die Membrane, die nach einiger Zeit brüchig und luftdurchlässig werden kann. Man merkt das daran, dass der Vordruck im Druckkessel nicht mehr stimmt bzw. oftmals angepasst werden muss und in Folge die Schaltvorgänge nicht mehr korrekt hinhauen. Prinzipiell ist bei einem Druckbehälter der Vordruck immer wieder zu kontrollieren und ggf. nachzubessern. Es werden auch Druckkessel ohne Membrane verkauft, bei denen das Wasser direkt mit der Luft in Berührung kommt. Diese heißen Windkessel und werden ab einem Fassungsvermögen von 100 Litern und mehr angeboten.
Wann braucht man einen Druckbehälter?
Wirklich zwingend notwendig und sinnvoll ist ein Druckbehälter aus meiner Sicht nur, wenn die Wasserquelle zu wenig Wasser gibt und man sich daher ein Wasserreservoir anlegen muss. Oder wenn der Wasserdruck im Haus zu gering ist und man einen Druckbehälter zur Druckerhöhung und um das Wasser mit einem konstanten Druck bereitzustellen einsetzt. Dafür bedarf es in beiden Fällen aber eines entsprechend großen Druckbehälters.
Relativ einfach vermeiden lässt sich die Notwendigkeit eines Druckbehälters beim beschriebenen Mikrobewässerungsproblem. Entweder man hängt den Mikrobewässerungssektor parallel zu einem gewöhnlichen Bewässerungssektor oder man vergrößert den Wasserdurchlauf im Mikrobewässerungssektor. Wenn beides nicht möglich ist, ist ein Druckbehälter eine sinnvolle Alternative.
Nicht wirklich überzeugt bin ich von der Sinnhaftigkeit eines Druckbehälters zur Brauchwassernutzung im Haus. Die Wassermengen und die Häufigkeit der Entnahme sind im Normalfall so gering, dass das auch mit einem üblichen Hauswasserautomat leicht zu schaffen ist, ohne dass dabei die Pumpe überbeansprucht wird.
Gar keinen Sinn macht ein Druckbehälter sehr oft, wenn man ausschließlich die automatische Gartenbewässerung damit bewerkstelligen möchte und zusätzlich hier und da einmal manuell Wasser zieht (Gießkanne füllen, manuell mit dem Schlauch gießen etc.). Hier würde man sich mit einem Druckbehälter bzw. Hauswasserwerk nur unnötige Komplexität hereinholen, da die Abstimmung des Systems dadurch deutlich schwieriger wird.
Ein Druckbehälter zum Ausgleich von Druckstößen wird von manchen Pumpenherstellern, vor allem bei stärkeren Pumpen empfohlen, um das Risiko einer Beschädigung zu minimieren. In jedem Fall darüber nachdenken sollte man, wenn es in einem bestehenden System bereits zu Wasserschlag kommt. Abhängig vom Grund für den Wasserschlag können hier auch andere Maßnahmen wie langsam schließend Ventile bzw. eine langsam startende bzw. ausschaltende Pumpe helfen.
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Alternative zu Druckbehälter
Mit innovativen neuen Hauswasserwerken wie der Scala2 von Grundfos gibt es eine alternative Möglichkeit zur Nutzung eines Hauswasserwerkes mit Druckbehälter. Diese Art von Hauswasserwerk ist auf den ersten Blick gar nicht als ein solches zu erkennen, denn sie verzichtet auf einen externen Druckbehälter und ermöglicht stattdessen über eine integrierte sehr kleinen Druckkammer und die in der Pumpe verbaute Technik oftmalige Pumpenstarts. Die Pumpe passt ihre Leistung dabei automatisch dem Wasserbedarf an und ist zudem sehr leise. Mehr Infos zu dieser Alternative gibt es im Blogbeitrag zum dem Thema Hauswasserwerke.
Ich bin begeisterter Do-it-yourselfer und betreibe seit mittlerweile mehr als 6 Jahren diesen Blog zum Thema Gartenbewässerung. In über 150 fachspezifischen Artikeln gebe ich meine eigenen Erfahrungen und mein Know How aus jahrelanger Recherche und zahlreichen durchgeführten Produkttests wieder. -> Mehr über mich
