Wasseraufbereitung von Kühl- und Kaltwassernetzen

In größeren geschlossenen Kaltwassernetzen gibt es teilweise erhebliche biologische und chemische Belastungen, die zu Korrosion führen. Betreiber und Eigentümer dieser Anlagen müssen oft bereits nach wenigen Jahren für erhebliche Beträge das Umlaufwasser reinigen lassen und die Korrosionsschäden beseitigen. Die BTGA-Regel 3.003 beschreibt probate Lösungen, dies zu unterbinden.

Eine brauchbare Richtlinie für den Betrieb geschlossener Kalt- und Kühlwasserkreisläufe existierte bis 2017 nicht. In der Praxis konnte daher häufig beobachtet werden, dass – in Ermangelung einer geeigneten Regel – die VDI 2035 auch für Kältesysteme angewendet wurde – mit durchaus fatalen Folgen. Deshalb wurde die BTGA-Regel 3.003 entwickelt (demnächst als VDI/BTGA 6044 verfügbar)¹).

Dipl.-Ing. Stefan Tuschy, Technischer Referent beim BTGA (Bundesindustrieverband Technische Gebäudeausrüstung), beschreibt die Philosophie hinter dem Papier so: „Die Regel versteht sich als Hilfestellung für Auftraggeber (Betreiber), Planer und Anlagenbauer geschlossener Kälte- und Kühlkreisläufe, um die bislang in verschiedenen Richtlinien und Normen beschriebenen Vorgehensweisen zu vereinheitlichen und zu ergänzen. Das gilt insbesondere hinsichtlich der auch von den Herstellern vorgegebenen Max- und Min-Werte für Inhaltsstoffe und physikalische Parameter des Wassers.“

Kühl- und Kaltwasser optimal aufbereiten

Die Vorteile eines geschlossenen Kühlkreislaufs kann man so zusammenfassen: Das Kühlwasser durchströmt einen Wärmeübertrager und kommt nicht wie beim Nasskühler (Achtung: Legionellen) mit Außenluft in Berührung (außer über eventuell vorhandene Zwischenbehälter). Somit entfällt der beim Nasskühler systemisch bedingte Wasserverlust (Verdunstungskühlung). Der Kreislauf wird im Grunde nur einmal befüllt; es sind nur lediglich geringe Nachspeisemengen von Ergänzungswasser erforderlich.

Allerdings ist klar: Für den Betrieb schädliche physikalische, chemische oder mikrobiologische Konstellationen bleiben auf Dauer vorhanden – müssen also gegebenenfalls korrigiert werden. Deshalb sind die in der BTGA-Regel 3.003 gestellten Anforderungen an die wasserchemischen Parameter umfangreicher und zum Teil auch schärfer als in allen das Thema tangierenden Normen.

Auch Veolia Water Technologies (Celle) bestätigt: Bei geschlossenen Kühlkreisläufen verbleibt das Wasser sehr lange im System, es wird praktisch nicht erneuert. Das Hauptaugenmerk der Kühlwasseraufbereitung liege auf der Verhinderung von Korrosion mithilfe von Enthärtung bzw. Entsalzung und Chemikaliendosierung. Ein Produktbeispiel: Mit der Entsalzungsanlage „Sirion Advanced“ deckt der Anbieter einen Volumenstrom zwischen 100 und 5000 l/h ab, je nach Anwendung liegen die Entsalzungsraten bei 98 %. Durch die hohe Ausbeute und die optional erhältliche Frequenzregelung, sieht Veolia die Kosten für Wasser, Abwasser und Strom effektiv reduziert.

Die Umkehrosmose-Anlage „osmoliQ“ von Grünbeck (Höchstädt) gibt es in acht Größen: von 4000 bis 30 000 l/h Leistung. Die Druckrohre bestehen aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) und sind mit Ultra-Low-Pressure-Umkehrosmosemembranen bestückt. Für den notwendigen Druck sorgt eine Pumpe aus Edelstahl inklusive Frequenzumformer. Eine Regelung überwacht die gesamte Anlage. „osmoliQ“ verfügt über eine berührungslose Durchflussmessung mittels Ultraschall bzw. Wirbelstrom. Die Qualitätskontrolle des gefilterten Wassers erfolgt durch eine temperaturkompensierte Leitfähigkeitsmessung.

Salzarme Fahrweise vielfach empfohlen

Nicht nur beim Heizungswasser gilt: Die salzarme Fahrweise ist auch beim Kühlwasser aus korrosionstechnischer Sicht zu empfehlen – doch ist sie weniger strikt ausgelegt und eher praxisnah definiert. Beispielsweise ist es durchaus möglich, manche Stadtwässer ohne weitere Behandlung als Füll- und Umlaufwasser zu verwenden. Doch Achtung: Das Gros der Stadtwässer schützt Kühlsysteme nicht vor Korrosion, Kalk oder biologischen Ablagerungen. Speziell die Härte führt häufig zu Problemen.

Vorläufiges Fazit: Bei der Kühlwasserbehandlung und -aufbereitung geht es für das komplette System um vier markante Ziele:

• Schutz vor Korrosion,
• Vermeidung von Ablagerungen (Kalk),
• Eingrenzung biologischen Wachstums,
• Minimierung von Verschmutzungen (Feststoffe).

Im Vordergrund steht laut Grünbeck klar die Korrosionsgefahr durch im Kreislaufwasser gelösten Sauerstoff – entweder über den Eintrag aus der Luft oder durch das Frischwasser. Die BTGA-Regel 3.3003 ist da recht pragmatisch: „Bei nicht vermeidbarem Sauerstoffeintrag sollte ein Korrosionsschutzmittel verwendet werden.“ Allerdings wird vom Einsatz von Sauerstoffbindemitteln abgeraten. Ungelöste Korrosionsprodukte können durch Filter entfernt werden.

Zudem warnt das Regelwerk, dass der Einsatz von Korrosions- und/oder Frostschutzmitteln zu erhöhter elektrischer Leitfähigkeit führen kann. Gegen mineralische Ablagerungen sei zur Nachspeisung enthärtetes oder entsalztes Wasser geeignet. Entsalztes Wasser hilft auch gegen biologische Ablagerungen (durch Reduktion des Nährstoffangebots). Als weitere Maßnahmen werden die Zugabe von Bioziden und der Einsatz einer UV-Entkeimung genannt. Bei anhaltend großen Problemen ist zu überlegen, das Umlaufwasser auszutauschen und das System zu reinigen.

Aufbereitung im laufenden Betrieb

Eine praktische Lösung für die Aufbereitung im laufenden Betrieb bietet die Inline-Entsalzung von perma-trade (Leonberg). Das System „permaLine“ ist sowohl für den mobilen wie den stationären Einsatz geeignet (Tiefenfilter, Mischbettpatrone). Ohne Betriebsunterbrechung kann das Kühlwasser damit so aufbereitet werden, dass es den Anforderungen der BTGA 3.003 entspricht. Dabei arbeitet das System weitgehend automatisch und muss nicht über den gesamten Prozess beaufsichtigt zu werden.

Praxis-Beispiel: Um den Kühlkreislauf einer Fernkälteanlage vor Korrosion zu schützen, sollte das Systemwasser entsprechend aufbereitet werden (Hintergrund: Die Anlage wurde zuvor mit einem 30%igem Glykol-Wasser-Gemisch betrieben). Es war nicht möglich, die Anlage zeitweise abzuschalten und vollständig zu entleeren. Deshalb wurde das Systemwasser schrittweise mit Stadtwasser nachgefüllt. Wie sich nach gut zwei Jahren herausstellte, blieb das nicht ohne Folgen. Eine Wasseranalyse zeigte, dass der Leitwert des Kühlwassers mit gut 1350 μS/cm viel zu hoch war, während der pH-Wert mit 5 zu niedrig lag. Die schlechte Kühlwasserqualität zeigte sich auch dem Auge deutlich. Die starke gelbliche Verfärbung deutete auf viel gelöstes Eisen hin. Mit „permaLine“ von perma-trade fand sich eine Lösung zur Systemwasseraufbereitung (salzarme Betriebsweise). Auch der pH-Wert ließ sich korrigieren. Nach der Aufbereitung lagen alle Systemwasserwerte wieder im optimalen Bereich: Leitfähigkeit unter 100 μS/cm, Wasserhärte ‹ 1 °dH, pH-Wert von 8,8.

Judo hat für die Aufbereitung des Wassers diese Lösung im Programm: Die Anlage „Heifi-Pure & Clean“. Sie bereitet Wasser auch in geschlossenen Kreisläufen auf – ohne Entleerung, ohne Neubefüllung und ohne Betriebsunterbrechung. Sie filtriert und entsalzt bzw. enthärtet Kühlwasser in einem Schritt. Auch ein über die Zeit verunreinigtes Kreislaufwasser kann auf diese Weise aufbereitet werden. Das System muss dabei nicht abgeschaltet werden. Nach Erreichen des Behandlungsziels geht die Anlage auf Stand-by und überwacht die Einhaltung der eingestellten Grenzwerte.

Gültigkeit der DIN EN 14868

BWT (Schriesheim) bemängelt, dass die BTGA-Regel 3.003 die DIN EN 14868 nicht ausreichend beachte. Dort werde beispielsweise der Frage nach Anlagentyp I bzw. II eine wesentliche Rolle zugeteilt – das fehle in der 3.003. Aus Sicht von BWT kommt es beim Einsatz von Inhibitoren mit dispergierenden Komponenten sehr häufig zu hohen Korrosionsprodukten wie Eisen, die zu Störungen führen können. Deshalb sollte mit dem Auftraggeber eine maximale Eisenkonzentration vereinbart werden (z. B. 10 mg/l).

Das Thema MIC (mikrobiologisch induzierte Korrosion), vor allem unter Ablagerungen oder stagnierenden Teilleitungen, muss laut BWT – neben der bakteriellen Kontamination bei Einsatz organischer Stoffe (Inhibitoren, Komplexbildner) – ebenso beachtet werden. Auch das sei anzumerken: Das Festfressen von beweglichen Teilen und andere schädliche Effekte sowie die Verminderung des Wirkungsgrades würden in der 3.003 nicht so gut beschrieben wie in der DIN EN 14868. Positiv bewertet BWT hingegen, dass in beiden Regeln der salzarmen Fahrweise Respekt gezollt werde.

BWT hat eine ganze Reihe von Lösungen im Produktsortiment, um jegliches Wasser zu konditionieren. Für Kühlbzw. Kaltwasser sieht der Anbieter grundsätzlich ähnliche Herausforderungen wie beim Heizwasser: Ein Materialmix aus Eisen, Stahl, Aluminium oder Kupfer führt zu elektrochemischen Reaktionen und somit zu Korrosion. Daneben spielen auch der pH-Wert des Wassers sowie der Sauerstoff- und Salzgehalt eine wichtige Rolle. Saures Wasser, dessen pH-Wert unter 7 liegt, greift metallische Teile an. Sind der Salzgehalt – also die elektrische Leitfähigkeit – und die Konzentration an Sauerstoff zu hoch, werden Korrosionsvorgänge beschleunigt. Diverse von BWT entwickelte Befüllwerkzeuge auf Basis der Umkehrosmose-Technologie helfen dem Betreiber, diese Probleme zu lösen.

Produkt-Beispiel: „Move“ ist eine mobile Umkehrosmoseanlage auf Rollen, die salzarmes Wasser zum Befüllen von Kühlsystemen erzeugt. Das Rohwasser wird durch zwei parallel durchströmte Membran-Kartuschen aufbereitet. Ein Stromanschluss ist entbehrlich, da der Leitungsdruck für die Aufbereitung des Befüllwassers ausreicht. Kalk und aggressive Stoffe werden in den Membran-Kartuschen reduziert. Mit dem „Speed Connection System“ sei der Wechsel beider Membran-Kartuschen ohne Werkzeug unkompliziert und schnell durchzuführen.

Fazit

Planung, Installation und Betrieb sind die drei wichtigsten Lebenszyklusphasen eines gebäudetechnischen Systems. Entsprechend ist die BTGA-Regel 3.003 aufgebaut und enthält Hinweise für alle drei Bereiche. Eine Besonderheit stellt dabei die umfangreiche Prüfung von Füll- und Umlaufwasser während der Inbetriebnahme dar – hierzu werden entsprechende Vorgaben gemacht.

Während die Vorgaben für Heizungswasser für Temperaturen bis 100 °C im Umlaufwasser gelten, beschränkt sich die BTGA-Regel 3.003 beim Kühlwasser auf Temperaturen zwischen 25 und 40 °C bzw. Temperaturen unter 25 °C bei Kaltwasser. Schon allein aufgrund dieses anderen Temperaturbereichs unterliegen die Härtebildner in Kühlwässern abweichenden Richtwerten wie im Heizungswasserbereich. Dafür ist mit mikrobiologischen Problemen (MIC: mikrobiologisch induzierter Korrosion) zu rechnen.

Derzeit dient die BTGA-Regel 3.003 als Basis einer neu zu formulierenden VDI/BTGA 6044 (erschient vermutlich Anfang 2021 im Entwurf). Wer als Auftraggeber Wert darauf legt, dass die Richtwerte und Vorgaben der 3.003 bei der Planung und Errichtung seiner Anlage berücksichtigt werden, sollte dies vertraglich vereinbaren, rät Stefan Tuschy.

Autor: Hans-Jürgen Bittermann, freier Journalist mit Pressebüro bitpress