Wasseraufbereitung in der Praxis

Schon im ersten Schritt der Befüllung stößt das Fachhandwerk fast unwillkürlich an Grenzen. Für die Berechnung der für eine Befüllung nach VDI 2035 benötigten Verbrauchsmittel werden zum Beispiel folgende Informationen benötigt:

• Wasserqualität
• Heizleistung und Systemtemperatur
• Anlagenvolumen

Die Wasserqualität sollte sinnvollerweise am Anlagenstandort ermittelt werden. Wenn dies nicht möglich ist, geben die Analysewerte des regionalen Wasserversorgers im Internet Auskunft über die örtliche Wasserbeschaffenheit (projektbezogenes Wasserwerk, Trinkwasseranalyse).

Wie die Ermittlung der Wasserbeschaffenheit ist auch die Auslegung der Heizleistung und der Systemtemperaturen eine im Vorfeld zu erbringende Planungsleistung. In den meisten Fällen und gerade im Bestand wird das Anlagenvolumen zur Unbekannten. Diese Werte sind aber unbedingt notwendig, um Betriebsmittel wie Vollentsalzungskartuschen oder Vollschutzprodukte in der notwendigen Menge zu bestimmen.

Dokumentationspflicht

Es drängt sich zwangsläufig die Frage auf: Wie komme ich meiner Dokumentationspflicht nach und wie wird sie sichergestellt? Denn die VDI 2035 fordert nicht nur die Kontrolle der Werte nach acht Wochen, sondern eine jährliche Dokumentation der Wasserbeschaffenheit (VDI 2035, Blatt 2 Kapitel 4).

Bei Kleinanlagen erfolgt die Messung und Dokumentation vor Ort unter Nutzung von Messkoffer und Anlagenbuch. Bei größeren Anlagen wird häufig eine Probe an ein Labor gesendet.

Wenn die Füllwasserqualität nicht akzeptabel ist

Darüber hinaus besteht die Forderung, dass das Füll- und Ergänzungswasser im System zu jedem Zeitpunkt den Richtwerten entspricht. Es ist also darauf zu achten, dass die Kartuschen bei Kapazitätserschöpfung gewechselt werden. Doch in der Praxis ist dies häufig ein Problem: Es ist weder bekannt, ob die Kartusche noch Kapazität aufweist, noch wird der Befüllvorgang automatisiert abgeschaltet, wenn erforderlich.

VDI für das ganze Kreislaufsystem

Zusätzlich ist anzumerken, dass selbst bei der Installation eines Plattenwärmetauschers zur Systemtrennung die VDI (VDI 2035, Blatt 1 und Blatt 2) bei Primär- als auch bei Sekundärkreisläufen anzuwenden ist und dieser Wärmetauscher darüber hinaus zu Wärmeübertragungsverlusten beiträgt. Sowohl Fachplaner als auch Fachhandwerker sind an die Einhaltung beider Blätter für das gesamte System gebunden.

Alte Fußbodenheizsysteme

Achtung: Ältere Fußbodenheizungen oder defekte Ausdehnungsgefäße sorgen für permanenten Sauerstoffeintrag ins System und somit zu sauerstoffinduzierter Korrosion. Gerade bei älteren Fußbodenheizungsrohren besteht das Problem, dass sie nicht diffusionsdicht sind. Somit finden erhebliche Mengen an Sauerstoff permanent über die Jahre den Weg in das Kreislaufwasser. Grundsätzlich ist anzumerken: Ein gewisser Sauerstoffeintrag in das Heizungswasser lässt sich auch bei neuesten Materialien nicht dauerhaft verhindern. Die Folge eines erhöhten Eintrages in Altinstallationen ist, wie bei einem zu niedrigen pH-Wert, starke Korrosion an Stahl-, aber auch an Mischinstallationen. Hinzu kommt die Bildung von Verschlammungen und Ablagerungen, die ein „Zuwachsen“ von Kreisläufen bis hin zur Undurchlässigkeit bewirken.

Vollschutzprodukte – Fluch oder Segen?

Viel wird über Vollschutzprodukte gesprochen und diskutiert. Die einen reden von Wundermitteln und die anderen sehen eine große Gefahr durch giftige oder krebserregende Stoffe.

Wie so oft im Leben liegt die Wahrheit zwischen diesen zwei Extremen. Wunder können die heutigen sog. Inhibitoren nicht vollbringen, doch Gift beinhalten sie ebenso wenig. Immer bemängeln Kritiker die Zugabe von Additiven, den Inhibitoren. Dass allerdings die Anlagenwässer aus Altanlagen ebenfalls meist nicht in die Kanalisation eingeleitet werden dürfen, wird dabei nicht erwähnt. Aufgrund eines zu hohen pH-Wertes, insbesondere aus reinen Stahlanlagen, ist das nicht erlaubt.

Moderne Inhibitoren, vor allem Vollschutzmittel, können jedoch durchaus ein Segen für Bestands- als auch für Neuanlagen sein. Sie verhindern den Ausfall von Härte, haben eine reinigende Wirkung, halten den gelösten Schmutz in der Schwebe (Dispergierung) und bilden auf metallischen Oberflächen eine effiziente Korrosionsschutzschicht. Dies betrifft sowohl die Korrosion über Sauerstoffreaktion, die Kontaktkorrosion als auch Korrosionsangriffe durch den falschen pH-Wert des Wassers.

Die Korrosion durch falschen pH-Wert, bei der das metallische Material buchstäblich in eine Lösung übergeht, ist in heute üblichen Mischinstallationen immer wieder vorhanden und wird oft unterschätzt. Durch die Zugabe moderner Vollschutzmittel kann der pH-Wert im Heizsystem oftmals auf 7 bis 10 ausgedehnt werden, ohne dass es zu Materialschädigungen kommt. Die zum Schutz notwendige Oxidschicht auf der Rohrinnenseite wird durch eine hauchdünne Molybdänschicht ersetzt.

Aufgrund der langjährigen positiven Erfahrungen der Wasseraufbereitung und -behandlung in der Industrie reichen, je nach Produkthersteller, geringe Dosierungen von unter 0,5 % aus. Damit können Abwässer in die Kanalisation abgeführt werden. Inhibitoren, die der WGK1 (schwach wassergefährdend nach Verwaltungsvorschrift VwVwS) zugeordnet sind, dürfen bis zu 3 % dem Abwasser beigemengt sein.

Somit ist, wie in der VdTÜV MB TECH 1466 im Kapitel 6.5.5 „Konditionierung als Maßnahme zur Verhinderung von Schäden“ aufgeführt, die Zugabe von Vollschutzmitteln eine sinnvolle Entscheidung. Gerade für die verwendeten Materialien in modernen Heizsystemen sind sie ein Mittel, um Korrosion und Ablagerungen im Gesamtsystem zu unterbinden. Mit ihrem Einsatz ist die Effizienz aller Anlagenkomponenten gewährleistet und es werden erhöhte Verbrauchskosten wie Folgekosten durch Reparaturen verhindert.

Der Einsatz moderner Technologien zur Wasseraufbereitung kann die notwendigen Dosierraten und auch die Nachspeisequalität auf Dauer gewährleisten. Das ist beispielsweise in industriellen Fertigungen mit wasserführenden Kreisläufen für die Anlagenkomponenten lebensnotwendig. So wird seit vielen Jahren dafür Sorge getragen, dass die Prozesse funktionieren. Die automatisierte Wasseraufbereitung und -behandlung entspricht in der Industrie längst dem Stand der Technik und sollte auch in die hoch technologisierten Heizungs- und Kühlkreisläufe eingebunden werden.

Lebenslauf des Heizungswassers

Wasser ist ein Lebensmittel und hat zu Recht einen sehr guten Ruf. Kein Lebensmittel in Deutschland wird so streng wie Wasser überwacht. Die Trinkwasserverordnung (TVO) sieht jedoch nur den Menschen als Konsumenten, nicht aber die Prozessanwendung in Industrie und Technik und die dortigen Auswirkungen des Wassers und seiner Inhaltsstoffe.

Aus diesem Grund ist die Beurteilung der Wasserqualität für Heizungs- und Kälteanlagen grundsätzlich losgelöst von der Trinkwasserverordnung vorzunehmen, da ihre Vorgaben fast immer eingehalten werden.

Es gibt in Deutschland etwa 6000 Wasserwerke, von denen jedes aus verschiedenen Brunnen mit schwankender Wasserqualität gespeist wird. Daraus resultieren verschiedene Wasserqualitäten, von sehr weichem bzw. salzarmem Talsperrenwasser in Harz oder Schwarzwald (Gesamthärte 2 °dH, elektrische Leitfähigkeit ca. 100 µS/cm) bis hin zu äußerst hartem und extrem salzhaltigem Wasser in der Stadt Würzburg (Gesamthärte 44 °dH, elektrische Leitfähigkeit ca. 1200 µS/cm). Alle Wässer entsprechen der Trinkwasserverordnung, haben aber größtenteils fatale Auswirkungen bei der Verwendung als Prozesswasser.

In den vergangenen fünf Jahren war in Deutschland beispielsweise ein Anstieg des Nitratwertes (innerhalb der Grenzwerte der TVO) festzustellen. So ist es keine Seltenheit, dass Nitratwerte (Salze der Salpetersäure) von über 20 mg/l im Trinkwasser vorzufinden sind. Es ist festzuhalten, dass der Nitratgehalt zwar die Grenzwerte der Trinkwasserverordnung (max. 50 mg/l) damit bei Weitem nicht erreicht oder gar überschreitet. Doch kann ein Nitratgehalt von 5 mg/l in Prozessanwendungen zu erheblichen Problemen führen. So ist mit der Umwandlung zu Ammonium mit Korrosionen gegenüber Kupfer und sich hieraus ergebend mit elektrolytischer Korrosion gegenüber Normalstahl zu rechnen.

Argumentation für eine Wasseranalyse

Wie es in einer Heizungsanlage tatsächlich aussieht, lässt sich nur mithilfe einer vergleichenden Wasseranalyse zwischen dem Stadtwasser (Füllwasser) und dem Kreislaufwasser herausfinden. Werden nur das Kreislaufwasser bzw. nur die Leitfähigkeit, der pH-Wert und die Gesamthärte analysiert, reicht dies für eine seriöse und fundierte Bewertung auf keinen Fall aus.

Durch eine Analyse von ca. 20 Parametern und anschließende Auswertung (Erstellung eines ausführlichen Wasseruntersuchungsberichtes) werden neben den einzelnen Ergebnissen (Messparametern) auch vorhandene Probleme und deren Ursachen aufgezeigt. Aus diesen Erkenntnissen ist es dann möglich, ein auf die jeweilige Anlage zugeschnittenes Konzept zu entwickeln, das dem Betreiber eine langfristig problemlose Funktion seiner Heizungsanlage sicherstellt und ungeplante Reparaturkosten vermeidet.

Für eine aussagekräftige Auswertung sind mindestens zwei Proben (Rohwasser bzw. Stadtwasser und Heizungskreislaufwasser) zu betrachten. Sollte bereits eine Wasserbehandlung (Enthärtung oder Entsalzung bzw. Dosierung) vorhanden sein, ist nach dieser Anlage und laufender Nachspeisung eine weitere Probe zu ziehen.

Es reicht also nicht aus, nur das Kreislaufwasser und dessen Leitfähigkeit, die Gesamthärte sowie den pH-Wert zu analysieren, wenn Korrosionsprobleme (gegenüber Kupfer, Eisen u. a.) auftreten. Das Gleiche gilt für die oftmals nicht vorliegende Speisewasserqualität (Nullprobe oder Abgleich). Fehlt sie, ist ein Vergleich mit der Kreislaufwasserqualität und somit eine Aussage über die Veränderungen bzw. die Fahrweise und eventuell vorliegende Probleme unmöglich. Nur ein umfassender Wasseruntersuchungsbericht bringt dann Licht ins Dunkel und zeigt dem Fachmann Lösungswege auf.

Lösung der Wasseraufbereitung und Wasserbehandlung

Die Systemhersteller bieten heute professionelle Systeme zur Wasseraufbereitung an. Brötje beispielsweise hat das Heizungswassermodul AguaSave im Programm. Das Modul dient zur qualitätsgesteuerten, normgerechten Herstellung eines teilentsalzten Füllwassers in Heizungs- und Kältekreisläufen (gemäß VDI 2035 Blatt 1 und 2) – einschließlich einer Dosiereinrichtung zur mengenproportionalen Zugabe des Vollschutzproduktes AguaSave H Plus (für Korrosionsschutz, Härtestabilisierung und Dispergierung). Damit verfolgt der Hersteller das Ziel, sowohl die Gewährleistungsbedingungen der Kesselhersteller und Komponentenlieferanten als auch einen energieeffizienten Betrieb der gesamten Heizungsanlage zu ermöglichen. Besonders bei Bestandsanlagen wird darüber hinaus eine Reinigung im laufenden Betrieb gestartet, sodass problembehaftete Systeme auf einen VDI-konformen und effizienten Stand gebracht werden.

Filtersystem mit Magnetitentfernung

Der Einsatz eines Schlammabscheiders sorgt für ein Plus an Sicherheit im Heizsystem – doch wird die Ursache des Problems nicht behoben. Darüber hinaus erfolgt keine Funktionsüberwachung. Das Ziel muss sein, die schädlichen Bestandteile des Wassers erst gar nicht entstehen zu lassen.

Im Gegensatz zu einem Neubau muss bei einer Sanierung grundsätzlich neben der Speisewasser- auch die bestehende Kreislaufwasserqualität auf problembehaftetes bzw. VDI-2035-konformes Systemwasser untersucht werden. Diese kann mithilfe der vergleichenden Analyse über eine Laboruntersuchung mit erläuterndem Wasseruntersuchungsbericht realisiert werden. Zeigt das Analysenergebnis ein problembehaftetes Kreislaufwasser, ist die Ergänzungsbefüllung der neu installierten Komponenten auf keinen Fall ausreichend.

Zeigt die Analyse bestehende Probleme mit Ausfällungen, Ablagerungen oder Korrosion und bestätigt, dass die vorliegende Wasserqualität nicht der VDI oder den Vorgaben der Kesselhersteller entspricht, ist eine vollständige Entleerung und Neubefüllung oder ein kontrollierter Wasseraustausch im laufenden Betrieb anzuraten. Bei einem kontrollierten Wasseraustausch ist auf der Basis des vorliegenden Systeminhalts mit der 1,5-fachen Wassermenge zu kalkulieren.

Mit dem kontrollierten Wasseraustausch wird die richtige Wasserqualität bei gleichzeitigem Herausspülen der bereits in Lösung befindlichen Rückstände im System sichergestellt.

So wurde zum Beispiel das Modul AguaClean insbesondere für Heizungskreisläufe in Bestandsanlagen entwickelt, doch kann es auch für alle anderen geschlossenen Systeme (BHKW, Fernwärme- und -kältenetze, Kältekreisläufe, Solarkreisläufe, Erdwärmesysteme etc.) eingesetzt werden. Das Gerät ist für Anlagen konzipiert, in denen es bereits Ablagerungen und Verunreinigungen gibt, und wird dort zusammen mit einem AguaSave-Modul eingesetzt. So ist eine Reinigung des Systems im laufenden Betrieb möglich und Verunreinigungen wie Schmutz, Schlamm, Rost und Korrosionsrückstände werden entfernt. Dies gilt auch für Magnetitrückstände (< 1 µm), die über die Magnaflow-Einheit des Moduls wirkungsvoll abgeschieden werden. Es wird über eine integrierte Hocheffizienzpumpe (geschützt vor Magnetitablagerungen) im Teilstrom aus dem Heizungskreislauf (vorzugsweise Rücklauf) versorgt und beeinflusst nicht die Hydraulik des Heizungs-/Kältekreislaufs, sodass auch bei starker Verschmutzung und einem Anstieg des Differenzdrucks eine einwandfreie Versorgung und Filtration erfolgt.

Anforderungsprofil bei der Neuauflage der VDI 2035

Im Gremium der VDI wird fleißig an einer Neuauflage der VDI 2035 gearbeitet. Blatt 1 und 2 werden zukünftig zusammengefasst. Hier bleibt zu hoffen, dass die Anforderungen an das Heizungswasser noch weiter konkretisiert, eindeutiger und dennoch für alle Beteiligten verständlicher und in der Praxis auch umsetzbar werden.

Heizwasser lebenswichtig für die Anlage

Die Heizungstechnik sowie nationale und internationale Richtlinien haben sich stark verändert und weiterentwickelt. Dem Heizungswasser wird nach wie vor zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Denn dieses hält, vergleichbar mit dem menschlichen Blut, alle Prozesse in einem Heizkreislauf am Leben und verteilt die Energie dorthin, wo sie benötigt wird. Um bei dem Bild zu bleiben, steht das Kreislaufwasser nicht nur mit dem Herzen (dem Heizkessel und der Pumpe) in Kontakt, sondern mit jedem Organ des Körpers (des Heizungssystems). Das geänderte Umfeld eines Kessels sorgt für Lösungen, die vor allem den Nutzern praxisgerecht die optimale Heizungswasserqualität und somit ein wichtiges Plus an Sicherheit liefern können.

Technische Lösungen

Das Aufbereitungsmodul AguaSave realisiert eine Vollentsalzung mit qualitätsgesteuerter Verschneidung auf eine frei wählbare Leitfähigkeit < 200 µS/cm. Es verfügt darüber hinaus über eine automatische Ein- und Abschaltung über Druck, Menge, Wasserqualität und/oder Zeit. Die mengenproportionale Dosierung des Vollschutzproduktes, die Leckage-Erkennung sowie die automatische Abschaltung der Nachspeisung und Weiterleitung der Störmeldungen an die GLT (Gebäudeleittechnik) sind ebenfalls im Modul enthalten. Auf Wunsch können Systeminformationen über ein UMTS-Modul an einen Datenserver weitergeleitet und ausgewertet werden. Alle relevanten Daten werden über das UMTS-Netz auf einen zentralen Server übermittelt und dort passwortgeschützt überwacht und dokumentiert. Das Monitoring ermöglicht jederzeit die projektbezogene Erstellung eines übersichtlichen Füllprotokolls als geschütztes PDF-Dokument und als Nachweis der ausgeführten Wartungsaktionen. Über das gleiche Gateway können die betreiberrelevanten Parameter durch internetfähige Endgeräte (Laptop, Tablet oder Smartphone) verändert oder angepasst, werden, ohne dass ein Fachmann vor Ort sein muss.

Das Modul AquaClean und seine Gesamtfunktionen werden über die Durchflussmessung sowie die dafür entwickelte Steuereinheit geregelt und vollautomatisch überwacht. Darüber hinaus sind über die Steuereinheit die Einstellung frei wählbarer Zeiten zur Aktivierung und Deaktivierung des Moduls, der Warn- und Stoppwerte und der Meldung über den bevorstehenden Filterwechsel möglich. Die Weiterleitung einer Alarmmeldung an eine Gebäudeleittechnik, einen Fachbetrieb oder einen Hausmeister wird über einen potenzialfreien Kontakt oder eine optionale Datenfernübertragung per UMTS-Karte realisiert.

Marcus Bernhardt ist Produktmanager für die Produktbereiche Wasseraufbereitung, Gasbrennwert (Entry Level), Mikro-KWK, Heizwert und Abgassysteme bei Brötje. E-Mail: info@broetje.de, www.broetje.de