IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 23/2003, Seite 27 ff.


SANITÄR-/HEIZUNGSTECHNIK


Moderne Wasseraufbereitung

Teil 4: Heizungswasseraufbereitung

Konrad W. Ernst *

Nachdem die Nation den heißen Jahrhundertsommer vornehmlich im Freien genossen hat, richtet sich in diesen Wochen die Aufmerksamkeit der Hausbesitzer wieder nach Innen. Gerade zu Beginn der kälteren Jahreszeit spielt die Funktionstüchtigkeit der Heizungsanlage eine herausragende Rolle. Brenner, Heizkörper und Flächenheizungen werden angestellt, müssen gegebenenfalls entlüftet, gewartet, repariert und manchmal auch neu installiert werden. Von Heizungsschäden weiß so mancher Hausbesitzer ein Lied zu singen. Die damit verbundenen Kosten sind oft beachtlich.

Zu den klassischen Schäden in Heizanlagen gehören Steinbildung und Korrosion. Weitsichtige Hausbesitzer fragen sich deshalb: Wie kann ich mich wirkungsvoll und rechtzeitig dagegen schützen - und nicht erst, wenn das Kind schon in den Brunnen gefallen ist? Im nachfolgenden Text werden die wichtigsten Punkte zur Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizanlagen für die Profis in der SHK-Branche zusammengefasst. Denn für die Beratung des Hausbesitzers ist Kompetenz gefragt. Nur dauerhaft zufriedene Kunden werden ihren Fachmann weiterempfehlen und selbst wieder beauftragen.

Ablagerungen von Korrosionspartikeln in einem Wärmemengenzähler.

 

Zugrunde liegendes Regelwerk

Grundlage dieser Betrachtung ist die VDI-Richtlinie 2035, Blatt 1 und Blatt 2. Sie beschreibt umfangreich viele mögliche Korrosions-Effekte und Einflüsse zur Entstehung und Vermeidung von Steinbildung und Korrosionsschäden in Warmwasser-Heizanlagen nach DIN 4751-1/3, deren Betriebstemperaturen 100C nicht überschreiten. Für Warmwasserheizanlagen im Verbund mit Heißwasser-Heizanlagen und Heizanlagen mit Temperaturen über 100C gilt das VdTÜV-/AGFW-Merkblatt TCh 1466 bzw. 5/15. Auf Letzteres wird in dem vorliegenden Bericht nicht näher eingegangen.

Ursprünglich wurden für Heizanlagen für Kesselleistungen unter 100 kW keine Anforderungen an die Beschaffenheit des Füll-, Ergänzungs- und Heizwassers gestellt. Damals waren keine Schäden durch Korrosion und Steinbildung bekannt geworden, die durch die Einhaltung einer bestimmten Wasserqualität hätten verhindert werden können. Der Schwerpunkt der Empfehlungen lag bei Hinweisen zur konstruktionstechnischen Auslegung und zum Betrieb der Heizanlage.

Heute hat sich das Bild geändert: Die Entwicklungen in der Bautechnik haben dazu geführt, dass mit zunehmender Verbesserung der Wärmedämmung der Gebäude Wärmeerzeuger mit geringerer Leistung zum Einsatz kommen. Eine geringere Leistung eines Wärmeerzeugers wird in erster Linie durch kleinere Wärmeübertragungsflächen bewirkt. Da der Trend zu niedrigeren Heizwassertemperaturen führt (DIN V 4701-10, 55/45 Grad), die Heizkörper aber immer größer werden, nehmen die Wasserinhalte der Heizanlagen zu. Die Folge: Mit zunehmender Menge des auf den Heizflächen oder Heizkessel - heißeste Stellen - abscheidbaren Kalkbelags erhöht sich das Risiko für eine dadurch bedingte Funktionsbeeinträchtigung.

Korrosionspartikel aus einem Heizsystem mit Heizleistung 110 kW.

Was kann durch Steinbelag überhaupt passieren?

Bildet sich einmal Steinbelag auf den Wärmeübertragungsflächen tritt in jedem Fall eine Behinderung des Wärmedurchgangs auf. Das führt zu einer Verschlechterung der Abgastemperatur und damit zu einer Verschlechterung des Kesselwirkungsgrades. Dieser Vorgang bleibt für den Anlagenbetreiber oft unerkannt. Die nächste Stufe ist das Abplatzen der Beläge durch Ein- und Ausschalten des Brenners. Die abgeplatzten Teilchen sammeln sich an Tiefpunkten des Wärmeerzeugers ab und verursachen eine Behinderung des Wärmedurchgangs. Abgeplatzte Beläge können im schlimmeren Fall auch zu einer völligen Blockierung des Wasserdurchsatzes führen. In diesem Fall fällt der Wärmeerzeuger komplett aus.

Die schwerwiegendste Funktionsbeeinträchtigung - der Wanddurchbruch in der Wärmeübertragungsfläche - ist in zunehmendem Maße als eine Folge von Rissbildung in den Gliedern von Guss-Kesseln beobachtet worden. Durch Belagbildung kommt es wegen des dadurch behinderten Wärmeübergangs zunächst zu einer Erhöhung der Temperatur auf der Abgasbeaufschlagten Wandung. Die als Folge der Wärmeausdehnung auftretenden Druckspannungen werden durch Kriechen des Werkstoffes abgebaut. Beim Abschalten des Brenners kommt es bei der dann schnell auf die Temperatur des Heizwassers abfallenden Wandungstemperatur zu einer Volumenverringerung, die eine entsprechende Zugspannung auslöst. Diese Zugspannungen führen dann zu Rissbildung im Werkstoff. Als Folge der Wiederholung dieses Vorgangs bei jedem Heizzyklus kann schließlich ein Wanddurchbruch auftreten.

Korrosionsangriff auf Thermostatventil-Grundkörper.

Korrosion in Heizanlagen durch Werkstoffe und Füllwasser

So wie die so genannte Steinbildung, also die zu erwartenden Kalkbeläge in den Heizsystemen, einen maßgeblichen Einfluss auf die Lebensdauer von Warmwasser-Heizanlagen ausübt, spielt auch die Korrosion eine wichtige Rolle. Die Produktlebenszeit von Warmwasser-Heizanlagen wird im Wesentlichen von der Lebensdauer der eingesetzten Werkstoffe beeinflusst. Neben den nichtmetallischen Werkstoffen spielen hier die metallischen Werkstoffe eine besondere Rolle, denn sie sind der wasserseitigen Korrosion besonders ausgesetzt. Auf den Metalloberflächen muss eine dünne Schutzschicht aus Metalloxiden aufgebaut und erhalten werden. Dann können Korrosionsvorgänge zumindest soweit gehemmt werden, dass eine akzeptable und der VDI 2067 entsprechende Nutzungszeit erreicht wird.

Korrosion selbst ist ein elektrochemischer Vorgang in so genannten Korrosionselementen, der von lokalen Unterschieden im Werkstoff, den Schutzschichten und den wasserchemischen Verhältnissen beeinflusst wird. Je stärker die Unterschiede, desto kräftiger das Korrosionselement und desto größer die Gefahr für örtliche Korrosion. Schutzschichten können durch chemische und physikalische Vorgänge geschädigt werden, zum Beispiel indem durch einen zu niedrigen pH-Wert die Schutzschichten aufgelöst werden oder durch zu viel Sauerstoff die übliche Schutzschichtbildung "gestört" wird. Der Einfluss der einzelnen Werkstoffe auf die Langlebigkeit der Heizanlage würde zu weit führen, da die Korrosionen dieselben Ursachen wie bei der Trinkwasserinstallation haben. Im weiteren Verlauf beschränkt sich der Autor auf die Qualität und Güte des Heizwassers in Bezug auf Korrosion und Steinbelag. Einige typische Schadensbildungen zeigen die Abbildungen:

Ablagerungen in einem Wärmemengenzähler (mit Bruch des Flügels).

Die Korrosionen in Rohrleitungen im Heizungsbereich haben dieselben Ursachen wie bei der Trinkwasserinstallation. Im Gegensatz zur Trinkwasserinstallation wird jedoch der Sauerstoff und die Kohlensäure verbraucht, sodass die Korrosion nicht mehr fortschreiten kann. Bei fortfahrender Korrosion ist ein zusätzlicher Sauerstoffeintrag in das Heizungssystem die Ursache, der in den meisten Fällen durch technische Maßnahmen unterbunden werden kann. Sauerstoffzutritt in das Heizsystem kann durch Nachfüllen bei Leckagen im Heizungssystem, über offene Ausdehnungsgefäße, von Ergänzungswasser, über Armaturen, bei Auftreten von Unterdruck und durch Diffusion von Kunststoffleitungen in Fußbodenheizungen eingetragen werden.

Sollten technische Maßnahmen zu keinem Erfolg führen, reichen Sauerstoffbindemittel wie Natriumsulfit oder auch Sauerstoffreduktionsmittel, wie neuerdings die Ascorbinsäure, aus.

Die salzarme Fahrweise von Heizsystemen findet immer mehr Bedeutung. Dort, wo keine Ionen vorhanden sind, ist eine geringe Leitfähigkeit im Heizwasser, können keine Ionen wandern und damit ist auch keine Sauerstoffkorrosion möglich. Salzarmes Heizwasser verhindert ebenso die galvanische Korrosion (Spannungreihe der Metalle) sowie Kohlensäurekorrosionen. Auch der ursprüngliche pH-Wert des Wassers spielt dann bei der salzarmen Fahrweise keine wesentliche Rolle mehr.

Der pH-Wert des Wassers spielt eine bedeutende Rolle: Er sollte bei mindestens 8,2 liegen. Optimal sind 8,5 bis 9,5. Bei Heizanlagen mit Aluminiumbauteilen oder Aluminiumlegierungen sollte der pH-Wert eine besondere Bedeutung finden.

Service-Set 2 für Heizanlagen < 100 kW: Gegen Steinbildung und Korrosion: Komplette Set-Zugabe mit praktischer Kartuschenpistole.

Was heißt das nun ganz praktisch für den SHK-Profi?

Die Qualität des Wassers innerhalb eines Heizsystems sowie nachträglich zugeführtes Wasser beeinflussen in einem Höchstmaß die Langlebigkeit der Anlage. Obwohl abhängig von der Gesamtkesselleistung und dem daraus resultierenden Wasservolumen einer Heizanlage über 100kW genaue Anforderungen an das Füll- und Ergänzungswasser gestellt werden, sollte dies auch für Anlagen unter 100 kW - also für den Einfamilienhausbereich - gelten. Es gilt die VDI-Richtlinie 2035 Blatt 2.

Damit werden an Füll- und Ergänzungswasser bestimmte Anforderungen gestellt, die von der Gesamtkesselleistung und dem daraus resultierenden Wasservolumen einer Heizanlage sind. Liegt das zur Verfügung stehende Wasser nicht im Anforderungsbereich der nachfolgenden Tabelle, so ist entweder eine Wasseraufbereitung oder die Berechnung der maximalen Wassermenge erforderlich.

Tabelle 1: Anforderungen an Füll- und Ergänzungswasser (Quelle: Informationsblatt Nr. 8 des BDH vom August 1996)

Gesamtkesselleistung Q

Ca(HCO3)2-Konzentration des Füll- und Ergänzungswassers

Maximale Füll- und Ergänzungswassermenge Vmax

kW

Mol/m3

m3

Q<100

Keine Anforderung*

Vmax keine Anforderung

100<Q<350

<2

Vmax = dreifaches Anlagenvolumen

350<Q<1000

<1,5

 

100<Q<350

>2

Vmax = 0,0313*Q (kW)/Ca(HCO3)2 (mol/m3)

350<Q<1000

<1,5

 

1000<Q

   

*) Für Kesselaustausch in bestehenden Anlagen mit ursprünglich Q>100 kW und Anlagenwasser >20l/kW gelten die Anforderungen für Anlagen mit Q>100 kW

Für den Betrieb gilt:

Einfache und kostengünstige Heizwasseraufbereitung: Installation des Dosiergerätes für die Dosierung von Produkten gegen Steinbildung und zum Korrosionsschutz, z.B. Vollheizungsschutz.

Installationsvorschlag zur optimalen Füll- und Ergänzungswasseraufbereitung mit Wasserzähler, Feinfilter, Entsalzungspatrone und Einziehschleuse.

Bei Heizanlagen mit Gesamtkesselleistung > 100 kW muss neben der eingefüllten Menge an Füll- und Ergänzungswasser auch dessen Calciumhydrogenkarbonat-Konzentration in einem Betriebsbuch festgehalten werden.

Daher die Empfehlung bei Installation, auch speziell bei Heizanlagen mit Kunststoffheizrohren, eine Wasserkonditionierung mit Hilfe des Vollheizungsschutzes. Dabei wird der pH-Wert von 8,2 bis 9,5 erreicht. Es gibt Impfgeräte, die als Korrosionsinhibitor und Härtestabilisator in Warmwasser-Heizanlagen, bei stahl-, kupfer- und aluminiumhaltigen Werkstoffen eingesetzt werden können. Die Geräte sind besonders geeignet zur Konditionierung von Kunststoffrohrleitungen in Fußbodenheizungen. Mit solchen Geräten wird der VDI-Richtlinie 2035 Teil 1 Rechnung getragen, da die Kalksteinbildung auf den Wärmeübertragungsflächen verhindert und somit die Gewähr für die Ausbildung eines optimalen Korrosionsschutzfilmes gegeben ist.

Mobile, fahrbare Heizungsbefüllanlage, zur Entsalzung des Füll- und Ergänzungswassers sowie zur Konditionierung.

 

Die nachfolgende Checkliste zeigt die Arbeitsschritte vor der Inbetriebnahme einer Heizanlage auf:

  • Gesamtkesselleistung der Anlage feststellen.
  • Füllwassermenge der Anlage exakt ermitteln.
  • Beim Wasserversorgungsunternehmen Auskunft über die aktuelle Konzentration an Calziumhydrogencarbonat einholen.
  • Gemäß Tabelle 1 prüfen, ob die Anforderungen erfüllt sind. Ansonsten separate Berechnung durchführen.
  • Entscheidung über die Notwendigkeit einer Wasseraufbereitungsanlage treffen.
  • Ist eine Wasseraufbereitungsanlage, Komplett-Variante, installiert, so müssen die Hinweise des Herstellers beachtet werden.
  • Betriebsbuch aktualisieren.

 

Internetinformationen:
www.gruenbeck.de


*) Konrad W. Ernst, geboren 1947, beschäftigt sich seit mehr als 25 Jahren mit der Aufbereitung von Wasser - speziell von Heizungswasser. Ernst ist seit 1979 bei der Grünbeck Wasseraufbereitung GmbH tätig.


B i l d e r   u n d   G r a f i k e n :   Grünbeck Wasseraufbereitungs GmbH, Höchstadt/Donau


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