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Windkessel

Autoren
OldBo
07.12.2012
Der Windkessel ist ein mit Luft gefüllter Behälter. Er wird in der zentralen Trinkwasserversorgung und bei der Einzelwasserversorgung (Eigenwasserversorgung) in Hauswasseranlagen eingesetzt.
Windkessel in einem Wasserversorgungssystem
 Windkessel in einem Wasserversorgungssystem
Quelle: VAG-Armaturen GmbH
Hauswasserwerk mit Windkessel
 Hauswasserwerk mit Windkessel
Quelle: Grundfos
Der Windkessel ist ein mit Luft gefüllter Behälter. Er wird in der zentralen Trinkwasserversorgung und bei der Einzelwasserversorgung (Eigenwasserversorgung) in Hauswasseranlagen eingesetzt. Er soll Druckstöße dämpfen und Druckschwankungen ausgleichen.

Das Windkesselprinzip ist der Natur entnommen. In unserem Arteriensystem werden die Arterien je nach Bedarf streckenweise geweitet oder verengt. Das Prinzip der Aufweitung wird mit dem Windkessel punktuell gelöst und als Strömungswiderstand dient der Ausgang des Windkessels.

In dem Kessel (Behälter, Gefäß) wird ein Vordruck mit Druckluft oder Stickstoff hergestellt. Wenn Wasser (z. B. von einer Brunnenpumpe) in den Windkessel gepumpt wird, verdichtet sich das Gas, weil es komprimiert wird. (Wasser wird spürbar erst unter sehr hohen Drücken komprimiert). In dem Gasraum befindet sich ein Druckmesser, der bei einem Mindest- oder Maximalwert die Pumpe schaltet.
Das durch den eingestellten Wasserdruck komprimierte Gas drückt nicht nur auf die Wandung des Windkessels, sondern auch auf die Wasseroberfläche.  Bei einem Zapfvorgang strömt das Wasser aus der Leitung und der Druck fällt ab, der Wasserstand im Kessel sinkt und das Gas im Kessel dehnt sich aus, wodurch auch der Druck sinkt. Bei Erreichen eines eingestellten Mindestdruckes schaltet der Druckschalter ein Relais, welches dann die Pumpe betätigt um den Kessel zu füllen und schaltet bei dem eingestellten Maximaldruck ab.

Zentrale Trinkwasserversorgung

Besonders in Versorgungssystemen ohne Wasserspeicher werden Druckschwankungen bei einem Pumpenausfall und bei Rohrbrüchen durch entsprechend große Windkessel ausgeglichen. Sie werden im Wasserwerk an der Einspeisung in das Versorgungsnetz eingebaut.
Auch Druckstöße, die sich in die Hausinstallationen übertragen können, werden gemindert bzw. aufgenommen.

Eigenwasserversorgung

In Hauswasseranlagen wird der Windkessel zur Steuerung der Wasserpumpe verwendet. Hierbei wird der Effekt, dass Wasser nicht komprimierbar ist, ausgenutzt, indem das Luftpolster  den Druck einigermaßen konstant hält.
Normalerweise ist der Luft- und Wasserraum nicht durch eine Membran getrennt. Wenn das Wasser aber keinen Kontakt zur Luft haben soll, dann wird eine Trennung durch eine elastische Membran oder eine Gummiblase vorgenommen. Diese Membrangefäße sind aus dem Heizungsbau bekannt.

Windkessel werden auch im Hydraulischen Widder und bei der Plungerpumpe eingesetzt.
Arbeitsweise
Windkessel mit Tauchpumpe
 Windkessel mit Tauchpumpe
Quelle: Xylem Water Solutions Austria GmbH
Pumpe und Windkessel
Die mehrstufige Kreiselpumpe saugt das Wasser aus dem Brunnen an, fördert es in den Windkessel und durch die Druckleitung zu den Verbrauchsstellen. Fördert die Pumpe mehr als gerade verbraucht wird, so presst das überschüssige Wasser die im Windkessel befindliche Luft zusammen und wird dort unter Druck gespeichert. Ist der am Druckschalter einstellbare Ausschaltdruck erreicht, schaltet der Druckschalter die Pumpe ab. Das in die Saugleitung eingebaute Fußventil verhindert, dass Wasser in den Brunnen zurückfließt.
Wird nun Wasser aus dem Windkessel entnommen, sinkt der Druck in diesem solange ab, bis der Druckschalter bei Erreichen des Einschaltdruckes die Pumpe wieder in Betrieb setzt.
Belüfter
Da das Wasser stets geringe Luftmengen aufnimmt, muss der Luftpolster im Windkessel ergänzt werden. Dies erfolgt durch den automatischen Belüfter, der im Lagerbock der Pumpe eingebaut ist (erforderliche Saugspannung mind. 1,5 m; bei weniger als 1,5 m Drosselblende einbauen). Bei jedem Einschalten der Pumpe wird durch die Saugwirkung im Belüfterdeckel ein Unterdruck erzeugt, die Membrane gegen die Federkraft zur Saugseite gezogen und durch ein Schnüffelventil Luft eingesaugt. Nach dem Abschalten der Pumpe drückt die Feder die Membrane wieder in die Ausgangsstellung zurück und es wird dadurch die Luft durch das Drosselrohr in den Windkessel gedrückt.
Dieser Vorgang wiederholt sich bei jedem Schaltspiel so oft, bis der Windkessel mit Luft gefüllt ist. Das in den Windkessel ragende Rohr der Fülldrossel verhindert eine Überbelüftung und wirkt als Wasserstandsregler.
Evomat-Fülldrossel (nur bei 25 Liter Windkessel)
In der unteren Windkesselöffnung ist eine Fülldrossel eingebaut. Das zusätzlich beigepackte Drosselrohr aus rotem Kunststoff wird nicht benötigt. Eine Kugel verschließt den größten Teil der Öffnung und verzögert damit die Füllung des Windkessels. Dadurch wird erzielt, dass die Pumpe auch bei geringem Wasserverbrauch eine gewisse Mindestlaufzeit einhalten muss, bis der Ausschaltdruck im Windkessel erreicht ist und die Pumpe vom Druckschalter abgeschaltet wird. Bei Wasserentnahme aus dem Windkessel senkt sich die Kugel und gibt den vollen Querschnitt frei. Das im Windkessel gespeicherte Wasser steht ohne Drosselwirkung sofort zur Verfügung. Die durch die Fülldrossel erwirkte Beschränkung der Schalthäufigkeit erlaubt die Verwendung des kleineren 25 Liter Windkessels und bietet den Vorteil, dass infolge geringeren Speichervolumens stets frisches Wasser zur Verfügung steht.
Beim 150 Liter Windkessel bewirkt das Drosselrohr aus rotem Kunststoff die Wasserstandsregelung für den Belüfter.
Wahlschalter
Wird längere Zeit hindurch eine größere Wassermenge entnommen, so kann die Pumpe zur Schonung der Anlage auf Dauerlauf geschaltet werden. Dies erfolgt durch Einstellen des Wahlschalters am Motorschutzschalter auf Stellung I. Quelle: Xylem Water Solutions Austria GmbH
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