Alles im Griff

Was das Blut für den menschlichen Körper ist, ist das Wasser für eine geschlossene Heizungsanlage. Beides transportiert Energie an die Verbrauchsstellen. Und bei beiden Systemen ist die Leistung der „Anlage“ im hohen Maße vom Zustand des Trägermediums abhängig. Nur mit „gesunden Kreisläufen“ können die Anlagen unter optimalen Bedingungen arbeiten. Kommt es zu Verunreinigungen oder ändert sich die Zusammensetzung des Mediums, sind Störungen vorprogrammiert. Genauso muss die Druckhaltung funktionieren.

Gerade zu viel Luft im System kann in geschlossenen Heizungsanlagen zu erheblichen Problemen führen: Schlechte Wärmeübergabe an Heizkörper oder Flächenheizungen. Im Extremfall kommt es zu Funktionsstörungen. Wichtig ist dabei die Tatsache, dass in sauerstoff armem Heizungswasser die Wahrscheinlichkeit für Korrosionsschäden geringer ist. In der VDI 2035 heißt es dazu: Ein ständiger Sauerstoff eintrag ist zu vermeiden. Die Richtlinie gibt gleich auch noch die empfohlenen Maximalwerte für den Sauerstoff anteil für entsalztes Wasser mit 0,130 mg/l und für enthärtetes Wasser mit 0,02 mg/l vor.

Eine fachgerechte Entlüft ung ist deshalb unerlässlich. Doch selbst dann kann es über Bauteile wie Schläuche und Membranen, die nicht diff usionsdicht sind, wieder zu leichten Sauerstoff einträgen kommen. Ein anderer Faktor: Durch Fehler in der Druckhaltung kommt es bei der Unterdruckbildung zum Eintritt von Luft. Ein Vorgang, der beispielsweise bei der Nachtabsenkung auft reten kann.

Keine Anlage ist letztlich frei von Sauerstoff, selbst im entlüft eten Füllwasser befindet sich gebundener Sauerstoff. Dessen Anteil kann, in Abhängigkeit von Druck und Temperatur, stark ansteigen. Aufgrund der hohen Temperatur der Trägerflüssigkeit an den Trennflächen von Wasser und Brennkammer bilden sich kontinuierlich winzige Dampfb läschen. Kavitationsbedingte Luft bläschen bilden sich dort, wo sich hohe Flüssigkeitsgeschwindigkeiten und in der Folge ein entsprechender Druckabfall einstellt. In der Regel sind dies die Läufer der Pumpen und bei Regelventilen. Diese Bildung von Luft - und Dampfb läschen wird durch nicht entlüft etes Wasser begünstigt.

Bildung von Luftblasen

Die im Wasser verteilte Luft menge ist druck- und temperaturabhängig. Den Beweis liefert das sogenannte Henry-Gesetz – die mengenmäßige Erfassung des physikalischen Phänomens der Freisetzung der im Fluid enthaltenen Luft. Beispiel: Erhitzt man 1 m³ Wasser bei einem konstanten absoluten Druck von 2 bar von 20 °C auf 80 °C, wird 18 l Luft freigesetzt. Und es gilt: Je höher die Temperatur und je geringer der Druck, umso mehr Luft wird freigesetzt. Diese Luft findet sich in Form von Mikroblasen mit einem Durchmesser im Bereich von Zehntelmillimetern.

Tatsächlich sind Mikrobläschen nur schwer abzuführen. Diese Aufgabe übernehmen sogenannte Mikroblasenabscheider, die physikalische Gesetzmäßigkeiten nutzen. Sie sind in der Lage, alle Luft im System bis hin zu Mikroblasen bei sehr geringen Druckverlusten zu entfernen.

Schnellentlüfter sind in wandhängenden Wärmeerzeugern i. d. R. vom Kesselhersteller installiert. Meistens aber ohne zusätzliche Luft eintrittssperre, die bei Unterdruck verhindert, dass Luft über den Schnellentlüft er angesaugt wird. Sie können jedoch problemlos mit als Zubehör erhältlichen Luft eintrittssperren nachgerüstet oder sollten in der Wartung gleich als Version mit Luft eintrittssperre eingebaut werden.

Schnellentlüfter und Mikroblasenabscheider scheiden lediglich die Gase ab, die in Form von freier Luft als Luft blasen im System vorhanden sind. Gelöste Gase können jedoch unter gewissen Voraussetzungen zu einer Luft blasenbildung führen, besonders bei Gebäuden über 15m Höhe. Durch den niedrigen Anlagendruck an den höchsten Stellen im Gebäude gast die Luft aus und bildet Luft blasen. Zuverlässig entfernen lassen sich die gelösten Gase, Luft blasen und freie Luft mittels einer Entgasung.

Es gibt verschiedene technische Möglichkeiten, um große Heizungsanlagen fast komplett zu entgasen. Die wichtigsten sind:

Vakuumentgasung

Bei dieser Technik fördert eine Pumpe Heizungswasser in einen Entgasungsbehälter. Da die Pumpe mehr Wasser aus der Wassersäule zieht als Wasser zulaufen kann, lässt sich ein Vakuum erzeugen. Im Wasser enthaltene Gase werden dadurch freigesetzt und sammeln sich über dem Wasserspiegel. Durch das Herunterfahren der Pumpe erhöht sich kurzzeitig der Druck und die freigesetzten Gase werden über ein Ventil abgelassen.

Vakuum-Sprührohrentgasung

Eine weitere Variante ist die Vakuum-Sprührohrentgasung. Dabei wird in einem Sprührohr ein Vakuum erzeugt. Durch das Einsprühen und die große Kontaktfläche innerhalb der erzeugten Sphäre lösen sich die enthaltenen Gase nahezu vollständig aus dem Fluid. Während das entgaste Wasser anschließend zurück in die Anlage gepumpt wird, wird das frei gewordene Gas über ein Ventil abgelassen.

Pumpendruckhaltung

Bei dieser Methode erfolgt die Entgasung über einen Ausgleichsbehälter, mit dem das Medium auf Umgebungsdruck abgesenkt wird. Dazu wird das Heizungswasser mit einem Systemdruck von z. B. 3 bar in den drucklosen Ausgleichsbehälter geleitet, wo es bei der Druckentspannung auf Atmosphärendruck entgast. Damit das Ausdehnungsgefäß eine dem Rücklauf entsprechende Temperatur aufweist, kommt bei dieser Technologie ein gedämmtes Gefäß zum Einsatz.

Druckhaltung

Ein Druckhaltesystem in Heizkreisläufen mit kleineren bis mittelgroßen Leistungen besteht im Wesentlichen aus einem Membran-Ausdehnungsgefäß (MAG) und der Ausdehnungsleitung. Das System kompensiert Volumenschwankungen, beispielsweise durch Temperaturänderung. So wird der zulässige Druckbereich weder über- noch unterschritten. Doch auch für MAG-Druckhaltesystem gilt: Genaue Auslegung und fachmännische Installation und Wartung sichern den zuverlässigen und störungsfreien Betrieb.

MAG-Checkliste

Dimensionierung Gefäß

Wird das MAG zu klein dimensioniert, steigt der Druck bei hohen Systemtemperaturen über den Ansprechdruck des Sicherheitsventils an. Denn es kann nicht das gesamte Ausdehnungswasser aufnehmen.

Arbeitsbereich der Druckhaltung

Der Druckbereich, in dem das MAG arbeiten soll, muss sorgfältig und objektbezogen vor Ort eingestellt werden, um Störungen und Probleme durch zu hohe oder zu geringe Drücke zu vermeiden. Entscheidend ist: Den unteren Sollwertbereich der Druckhaltung bildet der Anfangsdruck, der zudem den Mindestwasserstand (= Wasservorlage) im MAG sichert. Dieser sollte mind. 0,3 bar über dem Mindestdruck der Heizungsanlage liegen. Weil auch der Mindestdruck mind. 0,3 bar über dem statischen Druck liegen sollte, ergibt sich ein Systemüberdruck von mind. 0,6 bar an der höchsten Stelle.

Betriebsüberdruck

Eine zentrale Aufgabe des MAG ist es, den Druck zu jeder Zeit und überall im Anlagensystem in bestimmten Grenzen zu halten. Wird der zulässige Betriebsüberdruck (Enddruck) überschritten, spricht das Sicherheitsventil an. Verbunden sind damit Wasserverluste, die ausgeglichen werden müssen. Mit dem Nachfüllen gelangt wieder Sauerstoff in die Anlage.

Mindestdruck nicht unterschreiten

Nicht nur ein unzulässiger Überdruck muss verhindert werden: Denn wird der Mindestdruck unterschritten, können vielfältige Probleme entstehen, z. B. Geräuschbildung, Kavitation, Dampfbildung und im Extremfall sogar eine Kesselabschaltung.

Falsch eingestellter Vordruck

Der Vordruck des MAG darf nicht höher sein als der Hersteller angibt. Ansonsten droht Funktionsausfall, denn: Ein zu hoher Vordruck verhindert, dass Heizungswasser ins MAG eindringen kann. Ein zu geringer Vordruck muss ebenfalls vermieden werden: Das Ausdehnungsgefäß ist mit Wasser gefüllt, sodass es kein Reservevolumen zur Aufnahme des Ausdehnungswassers mehr gibt.

Installation des MAG

Jeder Wärmeerzeuger muss mit mindestens einem Ausdehnungsgefäß verbunden sein. Die korrekte hydraulische Anbindung ist entscheidend für die volle Funktionstüchtigkeit des Ausdehnungsgefäßes. Wird das MAG im Kesselvorlauf eingebaut, ist die Membrane einer höheren Temperaturbelastung ausgesetzt. Empfohlen wird deshalb der kühlere Kesselrücklauf.

Druckseitige Montage des MAG

Grundsätzlich ist es möglich, das Ausdehnungsgefäß sowohl saug- als auch druckseitig zur Heizungspumpe zu installieren. Empfohlen wird jedoch die Saugseite im Rücklauf. Hier ist am Hochpunkt der Anlage immer der erforderliche Überdruck gegeben. Damit wird die Gefahr von Unterdruckbildung minimiert, zudem herrscht ein geringes Ruhedruckniveau.

Druckhaltung in großen Anlagen

Wie das MAG sind Kompressordruckhalteanlagen mit einem druckfesten Ausdehnungsgefäß bestückt. Im Innern befindet sich eine Membrane, die mit Heizungswasser gefüllt ist. Sie wird von einem Gaspolster umschlossen, dessen Druck ein Sensor erfasst. Ein Kompressor saugt entweder Umgebungsluft an, um den Druck im Ausdehnungsgefäß zu erhöhen, oder ein Magnetventil lässt Luft ab, um ihn zu senken. Am Ende ist der Druck konstant.

Bei einer Pumpendruckhalteanlage bringt eine Pumpe das Systemwasser auf den erforderlichen Systemdruck. Diese Anlagenform ist mit einem drucklosen Ausgleichsgefäß mit Membrane oder Blase ausgestattet. Deshalb besteht kein Überdruck im Gefäß.

Zusammenfassung

Es bedarf vieler Maßnahmen, um eine Heizungsanlage unter optimalen Bedingungen sicher, langfristig und wirtschaftlich betreiben zu können. Entlüftung bzw. Entgasung, Druckhaltung und die Qualität des Heizungswassers sollten dabei nicht isoliert betrachtet werden, sondern ein in sich geschlossenes System ergeben.

Autor: Dietmar Stump, freier Journalist mit Pressebüro

Aufbereitung von Heizungswasser

Heizungswasser muss in aller Regel für den sicheren Betrieb von geschlossenen Heizungsanlagen aufbereitet werden. Das ist bekannt. Denn Trinkwasser enthält Bestandteile, die in einer geschlossenen Heizungsanlage Schäden anrichten können.

Heizkessel moderner Prägung sind High-Tech-Produkte, die unter allen Betriebsbedingungen energieeffizient und störungsfrei ihre Wärmeleistung zur Verfügung stellen müssen. Doch insbesondere die Wärmeerzeuger reagieren sensibel auf hartes und korrosives Anlagenwasser – speziell die Werkstoffe Aluminium und Edelstahl. In der VDI-Richtlinie 2035 sind die Vorgaben für die Beschaffenheit von Heizungswasser definiert. Um den langfristigen, zuverlässigen Betrieb einer Heizungsanlage sicherzustellen, ist für die Erstbefüllung der Nachspeisung in aller Regel entsprechend aufbereitetes Heizungswasser zulässig. Eine Vorgabe, die unbedingt einzuhalten ist, da die Hersteller von Heizgeräten Garantie- und Gewährleistungsansprüche von mindestens der Einhaltung der in der VDI 2035 definierten Richtwerte abhängig machen.

Mitunter verlangen sie sogar die Einhaltung noch schärferer Vorgaben.

Die VDI-Richtlinie 2035 wird derzeit überarbeitet. Sie unterscheidet nun klar, wann eine Enthärtung oder eine Entsalzung notwendig ist. (Anm. d. Red.: Die neue VDI 2035 wird in einer der nächsten Ausgaben in einem eigenen Artikel behandelt.)

Bei der Belagbildung ist die Verkalkung des Wärmeübertragers und der Anlagenkomponenten gemeint. Die Korrosion geht meist mit einem Verschlammen der Anlage einher. Beeinflusst wird dies hauptsächlich von der elektrischen Leitfähigkeit (gelöste Ionen/Salze), vom Sauerstoffgehalt und vom pH-Wert. Es gilt: Grundsätzlich ist in Heizkreisläufen eine niedrige elektrische Leitfähigkeit anzustreben. Die beiden heute üblichen Wasseraufbereitungsmethoden haben unterschiedliche Auswirkungen auf den Zustand des Heizungswassers.

Enthärtung

Bei dieser Methode wird über ein Harz Calcium und Magnesium gegen Natrium ausgetauscht. Ein Verkalken des Wärmeüberträgers wird verhindert. Jedoch bleibt die elektrische Leitfähigkeit unverändert erhalten – damit auch die Korrosionsgefahr. Zur Vorbeugung von Korrosion kann daher zusätzlich eine chemische Behandlung mit Zusatzstoffen erforderlich sein.

Demineralisierung

Bei der Vollentsalzung, auch Vollentsalzung gennant, werden neben den Härtebildnern (Calcium und Magnesium) auch Natrium und andere Salze entfernt. Das Ergebnis ist eine „Nullionenbilanz”: eine geringe elektrische Leitfähigkeit. Dadurch sinkt die Korrosionsgefahr.

Ob Wasserenthärtung oder Wasserentsalzung: Die Herstellervorgaben der Wärmeerzeuger müssen unbedingt beachtet werden. Aus diesem Grund ist in geschlossenen Heizkreisläufen eine niedrige elektrische Leitfähigkeit anzustreben. Selbst einige Hersteller von Hocheffizienz-Umwälzpumpen erwarten, dass das Heizungswasser den Vorgaben der VDI 2035 entspricht. Wird also eine alte Pumpe gegen eine neue ausgetauscht, muss auch die Qualität des Heizungswassers stimmen.