Heizungswasser-Aufbereitung: Auf was der Planer achten muss

Selbst im Einfamilienhaus ist der Wärmeerzeuger heute ein kleines, leistungsfähiges Kraftwerk, das teilweise sogar die integrierte Solarthermienutzung ermöglicht. Nur exakt geregelte und aufeinander abgestimmte Kreisläufe, Pufferspeicher, Mischer, Wärmetauscher, Regelventile, Pumpen und vieles mehr sichern die hohe Energieeffizienz solch moderner Heizsysteme.
Wasserinhaltsstoffe im Wärmeträgermedium können hingegen Probleme verursachen:

• durch wärmedurchgangshemmende Ablagerungen,
• aufgrund von Korrosionsvorgängen,
• wenn Korrosionsschlamm Komponenten verstopft.

Die Heizungswasserqualität wird aus diesen Gründen immer wichtiger – vor allem auch deshalb, weil einerseits das Wasservolumen wächst, andererseits die Metalloberflächen und auch die „Wasserräume“ in der Anlagentechnik selbst immer kleiner werden. Wie wichtig der spezifische Wasserinhalt des Wärmeerzeugers und das Gesamtvolumen des Heizungssys­tems sind, kann dem Vergleich „Verlust an Wasserraum im Primärwärmetauscher“ entnommen werden (die Bilder 2 und 3 zeigen den Unterschied der Steinbildung zwischen einer älteren Nieder-Temperatur-Heizung und einem neuen Brennwertsys­tem mit Pufferspeicher).
Es ist ein wesentlicher Unterschied, ob 0,21% oder 13,5% (das ist das 64-Fache) des Wasserraumes schon beim ersten Befüllen verloren gehen können (siehe Bild 2 – Wasserraumreduktion durch Kalkausfall bei 15°dH /Alt & Neu). Dass ein 5-facher Schmutzeintrag auf nur ein Zwölftel eines Raumes eine größere Wirkung erzielt, ist selbst optisch erkennbar.
Vor allem Brennwertkessel zeichnen sich durch eine hohe Energieeffizienz aus. Wärmeerzeuger mit einem spezifischen Wasserinhalt im Primärwärmetauscher (also dort, wo die Flammenwärme an das Wasser abgegeben wird) von kleiner 0,3 l des Gerätes je kW Heizleistung werden als Umlaufwasserheizer bezeichnet und bedürfen besonderer Aufmerksamkeit. Der spezifische Wasserinhalt kann 0,29 bis 0,04 l/kW betragen. Das ergab eine Auswertung einiger im Markt befindlicher Systeme.
Leider fällt der Kalk nicht gleichmäßig in einer Ecke des Primärwärmetauschers aus, sondern besonders intensiv an den Wärmeübergangsflächen Flamme/Wasser. Der Befund, wonach sich häufig die gesamte Kalkmenge nur auf einer verhältnismäßig kleinen Fläche ablagert, hängt damit zusammen, dass die Kalkabscheidung auf einer belagfreien glatten Fläche sehr stark gehemmt ist und sehr viel leichter auf einer Fläche erfolgt, auf der bereits Kalk abgeschieden wurde. Erfahrungsgemäß sind das die Bereiche mit der höchs­ten Heizflächentemperatur.
Sicherlich wird die Heizfläche nicht gleich groß wie bei NT-Kesseln sein, wenn – um möglichst kleine Primärwärmetauscher einsetzen zu können – Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie z.B. Alu-Legierungen eingesetzt wurden; aber die Notwendigkeit der Kalkmengenreduzierung lässt sich so eindeutig erkennen.
Die Vorgaben der VDI 2035 Blatt 1 an die Härte des Füllwassers in Abhängigkeit des spezifischen Anlagevolumens sind sinnvoll und notwendig (die Kalkmenge ist bei 1000 l Füllwasser anstelle von 200 l um den Faktor 5 höher!) und müssen daher vom Planer in einem ersten Schritt unbedingt beachtet werden. Auch der Wasserinhalt des Kessels ist extrem wichtig: Kleiner 0,3 l/kW kann schließlich 0,29 l/kW bis 0,04 l/kW bedeuten (siehe hierzu die vom Zentralverband Sanitär Heizung Klima zusammen mit Kesselherstellern neu erarbeiteten Parameter für wandhängende Umlaufwasserheizer).
Um das Ganze zu verdeutlichen: Wird ein Raum mit der 5-fachen Menge an Schmutz verunreinigt, so erkennt man das schnell. Wird diese 5-fach größere Menge an Schmutz in einem Raum mit nur 1/5 Größe verteilt, so ist die Staubschicht unübersehbar. Auch der Trend zu Mehrkesselanlagen bedarf besonderer Aufmerksamkeit, damit nicht der Gesamtschmutz, bestehend aus korrosionsfördernden Wasserinhaltsstoffen und Kalk, in einem Kessel landet.
Um möglichst kleine Primärwärmetauscher einsetzen zu können, werden Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit eingesetzt, z.B. Aluminium (Bilder 4 und 5). Das hat Auswirkungen auf den zulässigen pH-Wert; und auch geringe Kalkbeläge im Primärwärmetauscher bedeuten eine wesentliche Veränderung (Bild 6).
Die Auswirkung dieser Ablagerungen sind vielfältig: Werden abgeplatzte Ablagerungen in das Heizsystem eingespült, könnten die möglichen Folgen durch den Einbau eines Heizungsfilters im Vorlauf des Kessels vermieden werden. Die hohen Materialbeanspruchungen an abgeplatzten Stellen und der dadurch mögliche schnelle Verschleiß sind so jedoch nicht behoben. Die teilweise hörbaren Siedegeräusche können in etwa mit dem Aufbringen von Wassertropfen auf einer heißen Herdplatte verglichen werden.

Qualität des Wassers entscheidet über Zuverlässigkeit der Technik
Eine Beachtung der Qualität des Füllwassers ist aus den genannten Gründen und den Vorgaben der Kesselhersteller und des VDI notwendig. Nur so ist ein wirtschaftlicher Betrieb möglich. Zudem sind bei einem nicht spezifisch aufbereiteten Heizungswasser zentrale Funktionsbauteile gefährdet:

Temperaturfühler
Temperaturfühler an Schlüsselpositionen im System liefern Daten zur optimalen Steuerung des Systems. Ablagerungen durch Kalk und Schlamm stören die Messung. Das Ergebnis ist eine ineffiziente Fehlsteuerung des Gesamtsystems.

Ventile und Mischer
Ventile und Mischer für den hydraulischen Abgleich sorgen für die gewünschte Wärmeverteilung z.B. an Heizkörpern. Fallen diese durch Kalk oder Schlamm aus, bleiben einzelne Heizkörper kalt oder bringen nur teilweise ihre volle Leistung.

Pumpen
Umwälzpumpen sorgen dafür, dass die Wärme an die entscheidenden Stellen im System kommt. Ablagerungen durch Kalk und Schlamm gefährden den störungsfreien Betrieb. Der Ausfall oder die sinkende Leistung bereits einer Pumpe kann das Gesamtsystem gefährden.

Wärmeübertrager
Sie sorgen durch Materialien wie Kupfer für eine hohe Wärmeleitfähigkeit mit geringen Wärmeverlusten bei der Übertragung. Ablagerungen wie Kalk isolieren die Wärmetauscher und behindern die Wärmeübertragung. Das Resultat sind erhöhte Heizkosten bis hin zu Ausfällen.

Korrosion: Einfluss von Sauerstoff und pH-Wert
Die VDI 2035 Blatt 2 „Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen – Heizwasserseitige Korrosion“ beschreibt, wie durch fachgerechte Planung, Installation und Inbetriebnahme sowie vor allem durch den richtigen Betrieb und die korrekte Instandhaltung ein Sauerstoffeintrag in das Heizungssystem zu verhindern ist. Denn wenn metallische Werkstoffe einer Heizanlage korrodieren, ist stets Sauerstoff im Spiel. Auch der pH-Wert und der Salzgehalt spielen eine tragende Rolle.
Woher stammt der unerwünschte Sauerstoff? Vor allem Fehler in der Druckhaltung sorgen bei vielen Installationen bei jeder Nachtabsenkung für ein „Atmen der Heizungsanlage“ und somit zum Eintrag von Luft-Sauerstoff. Dieser Sauerstoff spielt die wesentliche Rolle bei der Korrosionswahrscheinlichkeit von Metallkomponenten im Heizkreis.
In Abhängigkeit der gewählten Fahrweise werden nach VDI 2035 Blatt 2 unterschiedliche Mengen an Sauerstoff toleriert:
Generell gilt: Die Korrosionswahrscheinlichkeit nimmt mit steigender elektrischer Leitfähigkeit des Heizwassers zu. Der Salzgehalt des Wassers spielt also eine wichtige Rolle. Eine niedrige Leitfähigkeit behindert den Fluss des Korrosionsstroms, eine hohe Leitfähigkeit erleichtert Korrosionsvorgänge.
Ein weiterer Punkt, den es zu beachten gilt: Vor allem bei Aluminium bzw. Aluminium-Legierungen muss zusätzlich auf den pH-Wert geachtet werden: Für Aluminium sollte der optimale pH-Wert nicht höher als 8,5 sein (für Aluminium-Legierungen: max. 9,0).
Da enthärtetes bzw. teilenthärtetes Wasser in Abhängigkeit des Carbonathärte-Anteils des Füllwassers unterschiedliche Mengen an versteckter Alkalität besitzt, die beim Erwärmen auf Betriebstemperatur eine pH-Wert-anhebende Wirkung zeigt (Bild 7), muss dies vor allem bei Aluminiumwerkstoffen mit berücksichtigt werden. Ein entsalztes Wasser stellt sich nach 4 bis 8 Wochen auf natürliche Weise auf einen pH-Wert von 8 bis 8,5 ein.

Mobile Osmose-Anlage: Einfaches Handling als Pluspunkt
Entsalztes Wasser (salzarm) gibt für alle Werkstoffe die höchste Sicherheit und stellt selbst bei Änderung der Betriebsweise oder langen Stillstandsphasen (nicht regulärer Betrieb) eine niedrige Korrosionswahrscheinlichkeit sicher. Das besagt auch die DIN EN 14 868 vom November 2005 („Korrosionsschutz metallischer Werkstoffe in geschlossenen Wasserzirkulationssystemen“). Dort heißt es: „Als Füllwasser wird normalerweise Trinkwasser benutzt. Bezüglich des Auftretens aller lokalen Korrosionsarten ist die Verwendung von voll­entsalztem Wasser vorzuziehen.“
Nebenbei: Eine Wasserbehandlung durch Zugabe von Chemikalien soll auf Ausnahmen beschränkt sein. Die VDI 2035 Blatt 2 fordert unter Punkt 8.4.1 sogar, dass alle Wasserbehandlungsmaßnahmen im Anlagenbuch zu begründen und zu dokumentieren sind. Unsachgemäßer Einsatz führe demnach häufig zum Versagen von Elastomerwerkstoffen, zu Verstopfungen und Ablagerungen durch gebildeten Schlamm, zu defekten Gleitringdichtungen an Heizungsumwälzpumpen und zur Bildung von Biofilmen, die eine mikrobiell beeinflusste Korrosion verursachen können bzw. die Wärmeübertragungsvorgänge signifikant beeinflussen. Weiter heißt es: Unterdosierungen beschleunigen den Korrosionsprozess.

Wie sollten Planer und Heizungs­bauer in der Praxis vorgehen?

1. Schritt: Unter Beachtung des spezifischen Anlagenvolumens (z.B. Pufferspeichersysteme) entscheiden, welche Forderungen hinsichtlich der Gesamthärte des Befüllwasser gelten.
2. Schritt: In Abhängigkeit der eingesetzten Materialien (Achtung bei Aluminium!) entscheiden, ob Teilenthärtung oder Vollentsalzung die richtige Aufbereitungsmaßnahme ist.
3. Schritt: Befüllen und dokumentieren.
4. Schritt: Nach 8 bis 12 Wochen den pH-Wert und die Leitfähigkeit kontrollieren und dokumentieren.
5. Schritt: Jährlich Druckhaltung, pH-Wert, Leitfähigkeit und Ergänzungswassermenge kontrollieren und dokumentieren.

Fazit: Zusammenfassend ist die VDI 2035 Blatt 2 eine Aufforderung, durch richtige Planung, Installation, Inbetriebnahme und vor allem richtigen Betrieb und Instandhaltung (für die Wartung ist der Betreiber verantwortlich!) einen Sauerstoffeintrag in das Heizungssystem zu verhindern. Die Erstbefüllung des Heizungssystems kann entscheidend sein für den Wirkungsgrad der Anlage während der gesamten Lebensdauer. Mit der richtigen Wahl des Füll- und Ergänzungswassers entscheidet der Planer, welche Sauerstoffgrenzwerte gelten. Entsalztes Wasser gibt die höchste Sicherheit und stellt selbst bei Änderungen der Betriebsweise oder langen Stillstandphasen (nicht regulärer Betrieb) eine niedrige Korrosionswahrscheinlichkeit sicher. Nicht vergessen darf man bei seinen Überlegungen, dass ein Heizungswasserschutz zum langfris­tigen Wert­erhalt des Gebäudes beiträgt. Denn ein gut funktionierendes Heizsystem begründet maßgeblich den Komfort und den Qualitätseindruck eines Hauses.

Bilder: Wenn nicht anders angegeben, BWT Wassertechnik

Autor: Dipl.-Ing. Willibald Schodorf, Leiter Technische Geschäfte, BWT Wassertechnik GmbH, Schriesheim.

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