Vom Füllwasser zum sicheren Anlagenwasser

Dass geschlossene, wasserführende Heizungssysteme unter bestimmten Umständen korrodieren können, sollte inzwischen bekannt sein. Um das zu verhindern, ist das Füll- und Ergänzungswasser aufzubereiten. Ein sicheres Anlagenwasser ist salzarm (Leitfähigkeit ‹100 μs/cm) und leicht alkalisch (pH-Wert 8 - 9). Wenn zudem noch wenig Sauerstoff eindringt, ist das Anlagenwasser weitestgehend stabil und es ist keine Korrosion zu erwarten. Was es dazu in der Praxis zu beachten gilt, das erläutert Tino Sarro, Geschäftsführer der Elysator Engineering GmbH, im Gastbeitrag.

Retrospektiv bestanden alte Heizungsanlagen hauptsächlich aus schwarzem, geschweißtem Stahlrohr und aus Guss- oder Stahlheizkörpern. Selbst Übergänge und Rohrverbindungen wurden geschweißt. Das waren noch nahezu korrosionstechnisch geschlossene (sauerstoffdichte) Anlagen mit Bedingungen (hohe Vorlauftemperaturen, kaum Sauerstoffeintrag, Stahlflächen), welche so günstig waren, dass sich das Füllwasser in kürzester Zeit von selbst in den salzarmen, alkalischen und sauerstoffarmen Bereich konditionierte. Heute ist das nicht mehr der Fall. Dazu später mehr.

Vom Füll- zum Umlaufwasser

Blicken wir zunächst auf das Wasser selbst: Füllwasser enthält grundsätzlich drei Gruppen von problematischen Inhaltsstohhen, welche sich verändern müssen, um einen störungsfreien Betrieb der Anlage dauerhaftzu gewährleisten: Sauerstoff (O₂), Säure (pH-Wert) und Salze (elektrische Leitfähigkeit). Als einfache Merkregel kann man von den drei „S“-Faktoren sprechen. Bei der Säure handelt es sich in der Hauptsache um das durch den atmosphärischen Druck gelöste Luftgas CO₂, das im Trinkwasser enthalten ist. Dieses, wie auch der Sauerstoff, sind aber im Füllwasser nur in begrenzter Menge vorhanden und bauen sich rasch und einmalig durch Korrosion an Stahlflächen ab, sofern die Anlage korrosionstechnisch geschlossen ist und einen korrekten Überdruck aufweist (Druckhaltung).

Bereits die erste Aufheizung der Heizungsanlage unterstützt die Ausgasung der Restkohlensäure und minimiert dadurch die Anfangskorrosion. Dies erweist sich bei modernen Heizsystemen jedoch etwas schwieriger, da die Vorlauftemperaturen (etwa bei Wärmepumpen) deutlich niedriger sind, als dies bei fossilen Wärmerzeuger der Fall ist. Eine Verschleppung der gelösten Gase und eine entsprechende Vorschädigung von Rohrwerkstoffen können die Folgen sein. Zudem begünstigen niedrige Vorlauftemperaturen mikrobiologisches Wachstum, welches dann wiederum tiefe pH-Werte zur Folge haben kann (MIC-Microbiological Induced Corrosion). Bestimmbar ist dieser Wert über den TOC-Gehalt (Total-Organic-Carbon - Gesamtkohlenstoffgehalt).

TOC und der Einfluss auf die Wasserqualität

TOC-Werte ab 10 mg/l können bereits Einfluss auf die Wasserqualität nehmen, wenn es sich um Kälte- oder Klima-Kreisläufe handelt. Ab 30 mg/l wird es auch bei Heizkreisläufen signifikant, da dies ein Beleg für biologisches Wachstum sein kann. In der Praxis kommen nicht selten Werte › 100 mg/l vor, was man an einer gelblichen Trübung, unangenehmen Geruch und meist tiefe pH-Werte ‹ pH 7 festmachen kann. Hier sollte das Anlagenwasser kräftig gespült werden oder eine Umlauffiltration mit Aktivkohle, zum Beispiel die „dToc“-Kartusche für den „PUROTAP leader“ von Elysator, vorgenommen werden. Eine Alternative wäre die Zugabe eines Biozid-Mittel. Dieses erhöht die elektrische Leitfähigkeit allerdings signifikant, so dass der salzarme Betrieb in diesem Falle nicht eingehalten werden kann. Es gilt hier ein Abwägen der Kernproblematik.

Anders hingegen verhält es sich mit den gelösten Salzen (Mineralien) im Füllwasser. Der Hauptteil davon ist Kalk (Karbonathärte). Dieser würde sich binnen einiger Betriebswochen von selbst durch Inkrustierung und ausgasen der Kohlesäure (eine Folge wäre die Verkalkung des Wärmetauschers) dem Wasser entziehen und den Salzgehalt somit nahe dem Sollwert für Umlaufwasser bringen. In der Vergangenheit war dies zumindest der Normalfall – doch heute würden die Kalkablagerungen die modernen und filigranen Bauteile nachhaltig schädigen. Zumal der Wasserinhalt bei sanierten Anlagen in der Regel durch den Pufferspeicher deutlich größer wird – und damit steigt auch die Menge an Kalk im System. Um Schäden sicher zu vermeiden, müssen die im Füllwasser gelösten Mineralien oder auch Salze dem Füllwasser entzogen werden. Dies kann direkt beim Befüllvorgang geschehen oder im Nachgang via Umlaufentsalzung und Filtration.

Entfernen der gelösten Salze…

Beim Füllwasser ist somit das ausschlaggebende Kriterium die Kontrolle des Salzgehaltes, weil sie automatisch auch die Härtebildner (Kalk) miteinschließt. Gemessen wird der Salzgehalt über die elektrische Leitfähigkeit des Füllwassers in Mikrosiemens pro cm [μs/cm]. Der Wert sollte deutlich unter 100 μs/cm liegen (max. 60 μs/cm), dann spricht man von einer salzarmen Fahrweise. Beim Umlaufwasser, also dem im System befindlichen Heizungswasser, kommen zu den Salzen die beiden Qualitätsfaktoren Säure (pH-Wert) und Sauerstoff (mg/l) hinzu. Durch die ebenfalls in der VDI 2035 Blatt 1 erwähnte Eigenalkalisierung des Systemwassers und die thermisch bedingte Ausgasung erreichen diese in der Regel ihre Zielwerte innert wenigen Wochen von selbst. Ob dem so ist, sollte aber mit einer Wasseranalyse überprüfr und dokumentiert werden. Was die pH-Wert-Bestimmung angeht, ist diese laut VDI 2035 frühestens nach 10 bis 12 Wochen sinnvoll. Bis dahin werden sich die gelösten Gase zunächst am Werkstoff, sofern genügend unlegierter Stahl verbaut ist, abreagieren und diesen im Idealfall passivieren. Gleichzeitig bewegt sich der pH-Wert in Richtung Alkalität (pH 7,5 bis 8). Hierbei sei angemerkt, dass nur unlegierter Stahl einen leicht alkalischen pH-Wert benötigt. Metalle wie Aluminium, Kupfer, Messing, Rotguss oder gar Edelstahl kommen mit einem pH-Wert von 7 vollkommen klar.

Normen und Vorgaben….

Aus den verschiedenen national und international gültigen Richtlinien und den meisten Herstellervorgaben (VDI, SWKI, SIA, ÖNORM) ist ein Konsens bezüglich nachfolgender Qualitätsmerkmale herauskristallisierbar. Die Wasserhärte selbst tritt als Qualitätsmerkmal in den Hintergrund, da sie über den Salzgehalt miterfasst ist. Salzarmes Wasser von ‹ 100 μS/cm elektrischer Leitfähigkeit kann rechnerisch max. noch etwa 3 °dH enthalten. Anderslautende Herstellervorgaben haben jedoch grundsätzlich Vorrang gegenüber den nachfolgend zusammengefasst dargestellten Qualitätsanforderungen, wenn der salzarme Betrieb einer Anlage gewählt wurde (Auszug aus VDI 2035 Blatt 1).

Sauerstoffals Korrosionstreiber…

Luftgase wie Sauerstoff und Kohlendioxid werden beim Füllvorgang einmalig eingebracht, ca. 10 mg/l. Diese bauen sich dann aber rasch ab und belasten später das Heizungswasser und die umgebenden Materialien nicht mehr. Dies gilt zumindest für alle korrosionstechnisch geschlossenen schwarzstahl-geschweißten Anlagen. Bereits nach kurzer Betriebsdauer stellt sich in der Regel ein Sauerstoff gehalt von etwa 0,02 mg/l ein. Bei Anlagen in denen Presssysteme eingesetzt wurden oder auch bei diffusionsdichten Kunststoffrohre dringt dagegen permanent Luftsauerstoff in die Heizungsanlage ein. Vor allem während der Nachtabsenkung aufgrund der geringeren Temperaturen und insbesondere bei ungenügend ausgelegtem oder schadhaftem Membranausdehnungsgefäß (MAG).

Es gibt aber noch andere Eintragspfade für Luft. Gerade bei Wärmepumpenheizungen mit oftmals hohen Volumenströmen kann es u. a. durch hohe Differenzdrücke (z. B. vor/nach Thermostatventilen) zur Ansammlung von Mikroblasen kommen. Vereinfacht ausgedrückt fällt der Druck hinter demermostatventil bei großem Durchfluss so stark ab, dass sich einzelne Gasblasen lösen. Die Folge: Heizkörper müssen regelmäßig entlü et werden. Ein Lösungsansatz ist es, den Druck im System zu erhöhen (Wichtig: Vordruck im MAG ebenfalls erhöhen bzw. anpassen).

Grundsätzlich wäre es von Vorteil, wenn Sauerstoff und Kohlensäure rasch und vor Allem nachhaltig und dauerha aus dem System entfernt werden können. Eine seit über 50 Jahre bewährte Methode ist hierbei die Schutzanodentechnologie mit Reinstmagnesium-Anoden (99,9 %). Sauerstoff (O₂) und Kohlensäure (H₂CO₃) reagieren sehr rasch mit dem Magnesium und bilden unter Aufzehrung beider Stoffe Magnesiumhydroxid (Mg(OH)2). Sauerstoff und Kohlensäure werden reduziert, was auch die Reduktion von Lu polster und die Anhebung des pH-Wertes zur Folge hat. Ein Effekt, welcher sich seit über 50 Jahren in der Praxis sehr gut bewährt hat und zudem in der VDI 2035 als elektrochemische Wasseraufbereitung unter Punkt 8.4.6 „Sauersto § indung als praxistaugliche Methode“ aufgeführt wird.

Ohne passende Wasserqualität keine Gewährleistung

Damit die Gewährleistung der Hersteller greift, müssen das Füll- und Ergänzungswasser sowie das Umlaufwasser gewisse Qualitätsmerkmale aufweisen. Nach VDI 2035 Blatt 1 ist der Installateur verantwortlich für die geforderte (regelkonforme) Wasserqualität. Das Problem: Er kann noch so gewissenha Abklärungen treffen und Vorschri en einhalten – im Schadenfall benötigt er den Nachweis für die ursprünglich korrekte Befüllung der Heizungsanlage. In diesem Sinne ist eine sichere Messung und Dokumentation der Heizwasseranalyse der eigentliche Schutzbrief für den Installateur im Schadensfall. Zudem bietet eine jährliche Kontrolle im Zuge der Heizungswartung auch ein gutes Kundenbindungsinstrument und gibt allen Parteien die nötige Sicherheit.

Was es am Umlaufwasser zu prüfen gibt:

1. Salzgehalt: die elektrische Leitfähigkeit kann mit einem Handleitfähigkeitsmessgerät einfach und sicher gemessen werden (‹ 100 μs/cm)
2. pH-Wert: Dieser lässt sich ebenso mit einem Handmessgerät bestimmen und sollte je nach verbautem Werkstoffzwischen pH 8 – 8,5 liegen.
3. Sichtkontrolle: Ist das Heizungswasser schwach trüb oder glasklar, so kann davon ausgegangen werden, dass kein aktiver Korrosionsprozess abläuft. Sollte es stark trüb oder sogar rotbräunlich sein, so müssen Salzgehalt und pH-Wert sorgfältig geprü werden. Meist ist dies ein Indiz für einen hohen permanenten Sauerstoffeintrag bei gleichzeitig hoher elektrischer Leitfähigkeit oder starker TOC-Belastung. Hinweis! Bei der salzarmen Fahrweise unter 100 μs/cm können leichte Abweichungen des geforderten pH-Wertes in Kauf genommen werden.

Gut zu wissen: Die salzarme Fahrweise erfüllt die Vorgaben der meisten Kessel- und Komponentenhersteller und entspricht der VDI 2035 Blatt 1 und den meisten europäisch gültigen Normen. Dabei werden alle gelösten Feststoffe wie Kalk, Chloride, Nitrate, Sulfate herausfiltriert. Auf Wasserzusätze und Stabilisatoren kann dabei verzichtet werden, da die Eigenalkalisierung des Systemwassers in der Regel von selbst stattfindet und Stabilisatoren den Salzgehalt nur wieder erhöhen würden. Auch das in Trinkwassersystemen übliche Verfahren der Enthärtung eignet sich aufgrund der Salzzugabe nicht produktiv, da bei hohen Wasserhärten und der Verwendung von Aluminiumwerkstoffen durch den resultierenden hohen pH-Wert-Anstieg bei gleichzeitig hoher elektrischer Leitfähigkeit diese Werkstoffe gefährdet sind.

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