Wie funktioniert eine thermische Ablaufsicherung?

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Was genau ist eigentlich eine thermische Ablaufsicherung (TAS), wie funktioniert sie und worauf muss der Anlagenmechaniker beim Einbau achten? Unser Experte Elmar Held klärt im Beitrag auf.

Eine Feuerung für Festbrennstoffe wie Holz oder Koks kann man nicht mal eben ein- und kurz darauf wieder ausschalten. Einmal angezündet läuft die Pyrolyse des Festbrennstoffs und sollte nach Möglichkeit nicht mehr unterbrochen werden, bis die gesamte Füllmenge im Brennraum ordentlich verbrannt ist. Eine Unterbrechung, also das Abwürgen der Flamme durch Sperrung der Luftzufuhr, würde bedenkliche Abgaswolken erzeugen und den Brennstoff nur sehr schlecht ausnutzen.

Wenn aber ein Festbrennstoff-Kessel vollgepackt ist und tatsächlich niemand den Flammen Einhalt gebietet, dann kann es zu einer unkontrollierten Überhitzung kommen. Das Heizungswasser in den äußeren Guss- oder Stahltaschen um den Flammenraum könnte bedenklich nahe an die Dampftemperatur erhitzt werden. Und Dampfbildung, also eine schlagartige Volumenzunahme, könnte zerstörerisch auf das Heizungssystem wirken. Dies gilt es selbstverständlich zu verhindern.

Thermische Ablaufsicherung in zwei Varianten

Zwei Varianten mit demselben Effekt können für den Einbau der TAS unterschieden werden.

Variante A

Die Variante A ergibt sich, indem im Heizwasser des Festbrennstoffkessels ein Wärmetauscher angeordnet wird. Dieser ist an die Kaltwasserleitung angeschlossen und mündet mit seinem Ende in Form eines freien Auslaufs über einem Entwässerungsanschluss. Der Kaltwasserzulauf ist über die TAS abgesperrt.

Wird der Festbrennstoffkessel trotz fehlenden Wärmebedarfs üppig befeuert und seine Heizwasser-Temperatur erreicht so um die 95 °C, wird diese Überhitze von einem Temperaturfühler erfasst. Die Ausdehnungsflüssigkeit in diesem Fühler kommt in Wallung, die dann das federbelastete Ventil aufdrückt. Dadurch rauscht kaltes Wasser durch den Wärmetauscher, der im Heizwasser des Kessels angeordnet ist.

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Wohlgemerkt, das Frischwasser vermengt sich nicht mit dem Heizungswasser, kühlt dieses aber herunter. Dieses Kühlwasser mit seiner enormen spezifischen Wärmekapazität nimmt die Wärme auf und verabschiedet sich mit dieser Abfallenergie in die Kanalisation. Klar, so gehen Wasser und Energie gewissermaßen verloren, aber auch die Heizwassertemperatur sinkt, was den Festbrennstoffkessel vor der Dampfbildung bewahrt und ihm so das Leben rettet.

Wenn man die Situation richtig betrachtet, ist der beschriebene Vorgang also eher eine thermische „ZULAUFsicherung“, was bei der folgenden zweiten Variante nicht der Fall ist.

Variante B

Bei der selteneren und etwas veralteten Variante B dient der Festbrennstoffkessel zur Trinkwassererwärmung. Hierzu muss also ein ständiger Trinkwasserdruck auf dem Kessel lasten, will man doch zwischendurch warmes Wasser zapfen. Bei Überhitzung reagiert die TAS im Warmwasseranschluss dieses Kessels, also auf der Entnahmeseite, und entlässt Warmwasser in einen Abfluss. Die TAS simuliert quasi eine Warmwasserentnahme, was zum Zufluss kalten Wassers und somit zur Temperaturabsenkung führt.

Einbaurisiken und Tipps

Position: vor oder hinter den Kessel?

Die TAS gehört normalerweise in den Kaltwasserzulauf, also in Fließrichtung vor den Kessel.

Nur in Ausnahmefällen, wenn der Kesselhersteller es fordert, wird das Bauteil in den abfließenden Teil, also in Fließrichtung hinter den Kessel geschaltet. Die Kapillarleitung zwischen Fühler und Ventilkopf sollte zum Schutz vor falschem Alarm nicht an den heißen Bauteilen der Feuerstätte entlanggeführt werden.

Zugang zur Wartung erhalten

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Nicht selten verschwindet eine TAS hinter einem Kaminofen, der dann nachträglich eingemauert wird. Danach kann man dieses sicherheitsrelevante Bauteil oft nur noch erahnen.

Der Zugang zu einer TAS muss jedoch erhalten bleiben. Einmal soll selbstverständlich eine Inspektion möglich sein, ­andererseits auch der Austausch einer defekten TAS. Des Weiteren sollte eine TAS bei einer jährlichen Wartung über den Prüfknopf ausgelöst werden können. Die Prüfung erfolgt gemäß der DIN 806-5. Also sollte frühzeitig auf eine gute Zugänglichkeit der TAS nach dem Einbau geachtet werden.

Kapillarrohr sorgfältig behandeln

Obwohl das Kapillarrohr, also die Verbindung zwischen Temperaturfühler und Balgsystem, in einem knicksicheren Stahlschutzrohr geführt wird, kommt es immer wieder zum Abtrennen oder Knicken der Kapillarleitung während der Montage der TAS.

Bei einigen Herstellern lässt sich daher diese Einheit, also Fühler, Kapillarleitung und auslösender Balg, für die Rohrmontage entfernen. In jedem Fall ist unbedingte Sorgfalt geboten.

Anschluss ans Trinkwasser

Wenn man sich vorstellt, dass eine TAS nur einmal im Jahr während einer Wartung ausgelöst wird und ansonsten vor sich hin schlummert, kann man wohl erahnen, wie es im Trinkwasserzulauf vor der geschlossenen TAS aussieht.

Das Wasser stagniert hier und ernsthaft trinken möchte wohl niemand diesen Schluck Wasser am Tage der Wartung. Noch dazu wird dieses Stagnationswasser in einem Milieu von erhöhten Temperaturen quasi bebrütet.

Die DIN 1988 im Teil 100 und 200 weist ausdrücklich auf eine kurze Anbindungsleitung zum Trinkwasser hin. Eine TAS ist daher unmittelbar an eine durchströmte Leitung anzuschließen. Als Maximum für die Anbindung wird sogar konkret 10 mal DN genannt.

Eine übliche Anschlussgröße einer TAS ist ¾ Zoll und damit DN 20. Entsprechend darf die stagnierende Zuleitung max. 200 mm betragen, also 20 cm.

Dabei ist bspw. ein wasserführender Kaminofen im Wohnzimmer eines Wohnhauses nicht unbedingt in der Nähe einer Zapfstelle aufgestellt. Als Anlagenmechaniker kommt man daher nicht um ein cleveres Durchströmen der Zuleitung herum.

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Im Neubau kann sicherlich eine ausgeklügelte Verlegung erdacht werden. Bspw. kann eine Küche oder ein Gäste-WC in Fließrichtung hinter dem Anschluss der TAS eingebunden werden. Im Bestand, also bspw. beim Nachrüsten eines Kamineinsatzes wird es ein wenig schwieriger in der Planung. Die Phantasie des Profis, also des Anlagenmechanikers, ist dann gefragt.

Nicht kalt- neben warmgehend

Im Bestand muss man ohnehin eine Vor- und Rücklaufleitung als Heizungsleitung zur eigentlichen Heizzentrale neu verlegen. Naturgemäß werden diese Heizleitungen sich also erwärmen. Eine Leitung mit kaltem Trinkwasser könnte sich in der unmittelbaren Nähe dieser Vor- und Rückläufe erheblich erwärmen. Daher ist hier besonders auf eine akkurate Dämmung und einen Mindestabstand zwischen der kalten Trinkwasserleitung und dem warmgehenden Vor- und Rücklauf zu achten.

Der Fluch, der über diesem Szenario liegt, ist nämlich die Vorgabe, dass letztlich an der kalten Zapfstelle, also jener, die für den Wasseraustausch der TAS-Speiseleitung sorgt, kaltes Wasser entnommen werden kann. Nach 30 Sekunden sollte dieses Wasser mit maximal 25 °C austreten. Vorausgesetzt wird natürlich der sogenannte bestimmungsgemäße Betrieb des Trinkwassersystems. Das kann eine sehr sportliche Aufgabe sein.

Die drei Varianten in dem skizzierten Strangschema (rechts) können als Anregung dienen.

Wartung und Sicherheit

Man kann nicht unbedingt sagen, dass mit einer TAS feinste und ausgeklügelte Raketentechnik hinter dem Kessel schlummert. Die TAS kann man unabhängig vom jeweiligen Hersteller als einfache Technik ansehen.

Ein Versagen dieser Technik ist allerdings trotz des einfachen Aufbaus nicht auszuschließen. Daher ist die jährliche Wartung gemäß den Angaben der Hersteller vorgeschrieben. Diese Wartung ist durch einen Fachmann auszuführen.

Was bedeutet das konkret?

Sämtliche Unterlagen, die ich durchwühlt habe, weisen darauf hin, dass man mittels Betätigung des Auslösers der TAS zur Wartung eine Spülung auslöst. Der Hinweis, dass das probeweise Auslösen bei älteren Ventilen oft dazu führt, dass diese danach undicht bleiben, sollte niemanden davon abhalten, dieses Auslösen trotzdem vorzunehmen.

Wenn eine TAS oder auch ein Sicherheitsventil nach dem probeweisen Auslösen undicht bleiben, hat das jeweilige Bauteil seine Nutzungsdauer hinter sich. Dann heißt es: „Raus oder Reparatur!“

Einige Hersteller von TAS bieten einzelne Ersatzteile an, um eine Instandsetzung durchzuführen. Einige TAS-Typen müssen nach einer solchen Fehlschaltung auch komplett erneuert werden.

Watts

Die Wassermenge macht‘s

Für sämtliche Anlagen mit TAS gilt, dass natürlich der Durchfluss an kühlendem Wasser entscheidend ist für die ­Kühlleistung. Und wie jedes Ventil hat auch eine TAS ein charakteristisches Durchflussverhalten für Wasser. Im ­Diagramm (rechts) ist ein klassisches Ventil des Herstellers Watts dargestellt.

Für uns Profis ist aber ohnehin klar, dass ein Volumenstrom in Abhängigkeit vom anstehenden Druck zu sehen ist. Ist der anstehende Druck an einer TAS sehr gering, kann auch die Kühlleistung niedrig ausfallen. Und im Zweifel zu niedrig sein. Es ist unsere Aufgabe, diese Betriebsbedingungen zu checken.

Eigenwasserversorgung

Stückholzkessel werden in meiner Region gerne auch in landwirtschaftlicher Umgebung aufgebaut. Und da wird auch schon mal mit einer Eigenwasserversorgung gearbeitet. Bei Stromausfall würde im Zweifel die Pumpe zur Eigenwasserversorgung wohl nicht mehr anspringen. Im gleichen Moment würden auch Umwälzpumpen des Heizsystems das Kesselwasser nicht mehr tauschen. Es käme eventuell zum Wärmestau im Festbrennstoffkessel, der dann nicht einmal durch die TAS ausreichend gekühlt würde. Mit Abnahme des Drucks in der Eigenwasserversorgung würde dann nämlich auch die Kühlwirkung rapide abnehmen und nach kurzer Notkühlzeit zusammenbrechen.

Mit einem solchen Fall und anschließendem Schaden hatte ich bisher nur einmal zu tun und die Versicherungen haben gegenüber dem betroffenen Betreiber der Anlage großzügig reguliert. Aber bei größeren Schäden zucken unsere Versicherungen und schauen, wer denn wohl für solche fehlenden Sicherheiten verantwortlich ist.

Es muss also sicher sein, dass ein Wasserdruck von mind. 2 bar ansteht, um die TAS zu versorgen. Kann das nicht gewährleistet werden, muss man eventuell aufwendig auf andere Weise den sicheren Betrieb eines Festbrennstoffkessels gewährleisten.

Erklärvideo zur TAS

Dieser Beitrag von Elmar Held ist zuerst im SBZ-Monteur 04-2023 unter dem Titel „Du sollst nicht kochen“ erschienen. ■