Je effizienter eine Heizungsanlage den zugeführten Brennstoff (Gas, Öl, Pellets) in Wärme umsetzt, desto besser: Die Energieeffizienz hat aus ökonomischen wie ökologischen Erwägungen höchste Priorität. Man darf dabei aber nicht übersehen, dass moderne, wirkungsgradoptimierte Systeme auch komplexer sind und anfälliger auf Abweichungen vom Soll-Zustand reagieren. Die theoretisch erreichbare Energieeffizienz bleibt dann schnell tatsächlich Theorie und ist in der Praxis kaum mehr zu realisieren.
Nur eine präzise ausgelegte und korrekt installierte Anlage, die korrekt aufbereitetes Wasser im Kreislauf führt, kann ihre Aufgabe über Jahre hinweg zuverlässig erfüllen. Für den störungsfreien Betrieb von Heizungsanlagen sind als notwendige Voraussetzungen zu beachten:
- korrekte Auswahl, Auslegung und Installation der gesamten Anlage und aller Komponenten
- Vermeidung von Steinbildung (VDI 2035 Blatt 1 oder ZVSHK-Fachinformation) und Vermeidung von wasserseitig verursachten Korrosionsschäden (VDI 2035 Blatt 2)
- richtige Inbetriebnahme der Pumpe
- kontinuierliche Druckhaltung gemäß DIN 4807 T2.
Aufbereitung des Heizwassers gemäß VDI 2035
Wie bereits angemerkt, ist die heute angebotene Heiztechnik anfälliger für Abweichungen vom Soll-Zustand. Das Problem: Höhere Wärmebelastungen und kompaktere Wärmeübertrager führen zu höheren Oberflächentemperaturen und – bei einem entsprechend harten Wasser – zu Kalkablagerungen, die eine effiziente Wärmeübertragung vereiteln.
Problematisch ist auch immer Sauerstoff im Heizungswasser, weil metallische Werkstoffe korrodieren können. Wie hoch das Korrosionsrisiko ist, hängt auch vom pH-Wert und dem Salzgehalt ab: Die Korrosionswahrscheinlichkeit nimmt mit steigender elektrischer Leitfähigkeit des Heizwassers zu, wobei die neuerdings verstärkt installierten Werkstoffe wie Aluminium und Edelstahl besondere Beachtung erfordern. Kalkhaltiges und korrosives Heizungswasser verursacht Schäden an Heizkörpern, Ventilen, Pumpen und Wärmeerzeugern. Schlammablagerungen im Heizkessel vermindern die Leistung der Anlage und können schlimmstenfalls zum Ausfall führen.
Die VDI 2035 beschreibt die Vorgehensweise, um solche Probleme zu meistern: Vermeidung von Steinbildung (VDI 2035 Blatt 1) und Vermeidung von wasserseitig verursachten Korrosionsschäden (VDI 2035 Blatt 2).
Daneben wurde im August 2010 vom ZVSHK in Kooperation mit dem BDH eine „Fachinformation Steinbildung“ veröffentlicht, die sich ausschließlich mit der Vermeidung übermäßiger Steinbildung in Warmwasserheizungsanlagen mit Temperaturen bis zu 100°C befasst. Nach Angaben dieser Fachinformation kann eine definierte Men-ge der Belag bildenden Wasserinhaltsstoffe toleriert werden. Eine Beachtung der Korrosionswahrscheinlichkeit bzw. entsprechender Maßnahmen findet sich hier derzeit nicht.
Die VDI 2035 Blatt 1 gibt in Abhängigkeit der Gesamtheizleistung und des spezifischen Anlagenvolumens Grenzwerte für die Gesamthärte vor – daran müssen sich der Planer und der Installateur orientieren, um kein Gewährleistungs-Risiko einzugehen. Das Ergebnis der Überprüfung sollten sie aus dem gleichen Grund gegenüber dem Bauherrn bzw. dem Betreiber schriftlich dokumentieren.
Unterschiede zum ZVSHK-Merkblatt
Beide Unterlagen, die VDI 2035 Blatt 1 und auch die ZVSHK-Fachinformation „Steinbildung“, stellen nahezu identische Anforderungen an die Gesamthärte des Füll- und Ergänzungswassers in Abhängigkeit von der installierten Heizleistung, vom spezifischen Anlagenvolumen (nicht mehr als 20l/kW) und basierend auf der Annahme einer Standardanlage, in der das gesamte Füll- und Ergänzungswasser das Dreifache des Nennvolumens der Anlage nicht überschreitet. Allein die Vorgaben der VDI 2035 Blatt 1 beruhen dabei gleichzeitig auf der Annahme, dass alle notwendigen Maßnahmen zur Vermeidung von Korrosion nach VDI 2035 Blatt 2 getroffen wurden.
In der Fachinformation des Berufsverbands werden Aufbereitungsmaßnahmen als unnötig erachtet, solange die in der dortigen Tabelle genannten Werte unterschritten sind. In der VDI-Richtlinie werden Wasseraufbereitungsmaßnahmen gefordert, wenn die genannten Werte überschritten werden. Allein die Formulierung stellt hier jedoch keinen Unterschied in der Anforderung dar.
Gemäß der im August 2009 aktualisierten VDI 2035 Blatt 2 soll zur Vermeidung von Korrosion auf korrosionstechnisch geschlossene Anlagen und damit sauerstoffarmes Heizwasser geachtet werden. Zudem sind Heizungsanlagen mindestens einmal jährlich zu inspizieren und instand zu halten. Jährlich ist eine Überprüfung der elektrischen Leitfähigkeit und des pH-Werts des Heizwassers vorgegeben, da sich diese Werte durch die Eigenalkalisierung des Wassers im Laufe der Zeit ändern können.
Hinsichtlich der Heizungswasser-Konditionierung geben die VDI 2035 sowie die ZVSHK-Fachinformation drei Möglichkeiten vor:
- Enthärtung bzw. Entsalzung
- Härtestabilisierung
- Härtefällung.
Vor- und Nachteile der verschiedenen Verfahren
Was ist nun bei den jeweiligen Vorgehensweisen zu beachten? Bei der Enthärtung bzw. Entsalzung werden die im Wasser enthaltenen Calcium- und Magnesium-Ionen (Enthärtung) bzw. alle ionogenen Stoffe, also anorganische und organische Säuren, Basen und Salze entfernt (Entsalzung).
Ein per Ionenaustauscher enthärtetes Wasser enthält nur noch geringe Anteile von Calcium- und Magnesium-Ionen; diese werden gegen Natrium-Ionen ausgetauscht. Infolgedessen wird im Heizwasser Natriumhydrogencarbonat gebildet, das sich durch Erwärmung in alkalisierendes Natriumcarbonat umsetzt. Wenn dabei gleichzeitig Kohlendioxid entweicht (Bicarbonat-Spaltung), kann der in VDI 2035 Blatt 2 geforderte pH-Wert zwischen 8,2 und 9,5 (bei Verwendung von Aluminium maximal 8,5) überschritten werden; es ist eine pH-Wert-Korrektur erforderlich. Dieser Hinweis wäre auch in der ZVSHK-Fachinformation wünschenswert gewesen. Durch die VDI 2035 Blätter 1 und 2 wurde dagegen ein in sich geschlossenes System erarbeitet, das die verschiedenen Aspekte der Heizungswasserkonditionierung umfasst.
Zur Entsalzung werden Ionenaustauschverfahren mit Kationen- und Anionenaustauschern sowie Osmoseanlagen eingesetzt – das Entsalzen ist also verfahrenstechnisch aufwendiger als das Enthärten.
Bei der Härtestabilisierung werden dem Heizungswasser Zusatzstoffe beigegeben; die Steinbildner bleiben im System. Es ist sicherzustellen, dass die Zusatzstoffe sowohl selbst als auch im Zusammenwirken mit anderen Wasserinhaltsstoffen kein Korrosionsrisiko aufweisen. Darüber hinaus sollten bei der Härtestabilisierung keine phosphathaltigen Produkte eingesetzt werden, da diese mit Kalk als Calciumphosphat-Schlamm ausfallen und als organische Substanzen zudem eine mikrobiologisch induzierte Korrosion (MIK) fördern können.
Bei der Härtefällung gibt man dem Heizungswasser Stoffe zu, die mit den gelösten Calcium- und Magnesium-Ionen als Schlämme ausfallen. In einem weiteren Schritt müssen diese Schlämme aus dem Heizungssystem entfernt werden, zum Beispiel mit einem Schlamm- und Luftabscheider wie dem HF49 von Honeywell.
Die Verantwortlichkeiten sind neu geregelt
Die VDI 2035 Blatt 2 regelt nun auch die Verantwortlichkeiten für das Heizungswasser. Klare Aussage: Allein der Betreiber der Anlage ist für den ordnungsgemäßen Zustand des Heizungswassers verantwortlich. Planer und Installateur müssen jedoch zur Unterstützung des Betreibers einer umfangreichen Dokumentationspflicht nachkommen: Dazu sind bei Neuanlagen sämtliche Schritte zu dokumentieren – von der Beratung über die Planung und Abnahme bis hin zur Instandhaltung. Bei Veränderungen an Bestandsanlagen (Komponententausch, Wasserwechsel, Erweiterung) ist darüber hinaus eine Bewertung der Eignung des Heizungswassers hinsichtlich der neu installierten Anlagenteile durchzuführen und zu dokumentieren. Geplante und bereits durchgeführte Maßnahmen und wichtige Inbetriebnahme-Parameter sind in einem Anlagenbuch zu dokumentieren.
Nach Inbetriebnahme geht die Verantwortung für das korrekte Führen des Anlagenbuchs an den Betreiber über. Darüber hinaus muss der Betreiber dafür sorgen, dass die Warmwasser-Heizungsanlage mindestens einmal jährlich gewartet wird, wobei insbesondere auch der Anlagendruck zu kontrollieren ist. Leitfähigkeit und pH-Wert sind zu messen und zu dokumentieren. Die sachkundige Wartung durch entsprechend fach- und sachkundige SHK-Fachbetriebe und die Messergebnisse sind im Anlagenbuch zu dokumentieren.
Achtung: Kann der Betreiber diese Dokumentationen bei einem Schadensfall nicht vorlegen, verweigern die Versicherung und der Hersteller der defekten Bauteile unter Umständen die Schadensregulierung!
Umsetzung von VDI 2035 und ZVSHK-Fachinformation
Die Nachfüllkombination NK300soft von Honeywell ermöglicht nicht nur eine sichere Heizungsnachfüllung, sondern sorgt auch für eine zuverlässige Enthärtung des Füll- und Ergänzungswassers für die Heizungsanlage. In nur einem Gerät erfüllt die NK300soft die Anforderungen der DIN EN 1717 zum Trinkwasserschutz beim Anschluss an Nicht-Trinkwassersysteme, wie den Heizungskreislauf, und gleichzeitig die Empfehlungen der VDI 2035 zur Enthärtung des Heizungswassers. Die Einstellung der gewünschten Resthärte erfolgt über einen Verstellgriff. Für das Gerät gibt es Kartuschen sowohl für die Enthärtung als auch für die Vollentsalzung, sodass sich beide Verfahren realisieren lassen.
Der Schlamm- und Luftabscheider HF49 entfernt Schlammpartikel und Luft nach dem Zyklonprinzip sicher aus dem Heizungssystem und sorgt damit für einen störungsfreien Betrieb und eine höhere Lebensdauer der Anlage. Die variablen Anschlussmöglichkeiten aufgrund des drehbaren Anschlussstückes erleichtern den Einbau in das Heizungssystem.
Druckhaltung und Kavitation sind zu beachten
Wenn es anfängt zu prasseln, als rieselte Sand auf ein Blechdach, ist höchste Aufmerksamkeit gefordert: Denn dieses Geräusch bedeutet Kavitation! Und Kavitation ist immer ein Zeichen, dass die Pumpe und andere Komponenten leiden.
Was geschieht da? Wasser verdampft bei normalem Umgebungsdruck (1bar) bei 100°C. Auf 4000 m Höhe über dem Meer (etwa 0,65 bar) erfolgt das Verdampfen bereits bei 87°C. Je geringer der Umgebungsdruck, umso niedriger ist die Verdampfungstemperatur.
Bei den für Heizungsanlagen üblichen Temperaturen von etwa 80°C beträgt der Dampfdruck 0,47bar. Sinkt irgendwo in der Heizungsanlage der statische Druck unter den Dampfdruck, so verdampft das Wasser dort – und geht bei steigendem Druck wieder schlagartig in den flüssigen Zustand über. Dabei entstehen durch Implosion von Dampfblasen lokal sehr hohe Drücke, die Oberflächen wie durch Hammerschläge errosiv zerstören.
Der geschilderte Vorgang ist bei zu geringen Vordrücken häufig am Eintrittsbereich des Pumpenlaufrades zu beobachten. An der Schaufeleintrittskante sinkt der Druck aufgrund der Übergeschwindigkeit ab, das Wasser verdampft und im Schaufelkanal implodieren die Blasen, was zur Zerstörung des Laufrades führt. Dieser Zustand ist unbedingt zu vermeiden. Eine Kennzahl zur Qualifikation des Kavitationszustandes ist der NPSH-Wert, definierbar sowohl für Pumpe als auch für die Anlage. NPSH (net positive suction head) bedeutet Netto-Zulaufhöhe.
Um solche Probleme zu vermeiden, ist in der Heizanlage ein Vordruck aufzubauen und zu halten. Auch häufiger Ergänzungswasserbedarf ist ein Zeichen für eine fehlerhafte Druckhaltung, häufige Reparaturen oder Leckagen.
Zur Druckhaltung in geschlossenen Anlagen sorgt das Membran-Druckausdehnungsgefäß. In einem solchen Gefäß ist das Anlagenwasser vom Gaspolster durch eine Gummimembran getrennt. Bei dem Gas handelt es sich meist um Stickstoff, der als inertes Gas nicht zur Korrosion der Stahlteile beiträgt. Das Stickstoffpolster wird vom Ausdehnungswasser zusammengedrückt und hat bei sinkendem Druck die Aufgabe, das aufgenommene Wasser wieder in das System zurückzuspeisen. Die Wartung von Membranausdehnungsgefäßen ist in der DIN 4807 T2 geregelt; sie ist jährlich durchzuführen.
Der Vordruck wird von der statischen Höhe bzw. dem Mindestzulaufdruck der Heizungspumpe bestimmt. Der Mindestzulaufdruck ist abhängig von der gewählten Pumpe und von der Temperatur des zu fördernden Heizungswassers. Besonders bei Heizungsanlagen mit geringen statischen Höhen (Flachbauten) und Dachzentralen muss der Vordruck des Membranausdehnungsgefäßes auf den Mindestzulaufdruck der Pumpe abgestimmt sein.
Durch fachgerechte Auslegung und regelmäßige Instandhaltung, insbesondere der Ausdehnungsgefäße, kann außerdem die Ergänzungswassermenge gering gehalten werden.
Fazit
Eine ordnungsgemäß ausgelegte Anlage, die nach VDI 2035 bzw. ZVSHK-Fachinformation aufbereitetes Wasser im Kreislauf führt und in der alle Maßnahmen zur Vermeidung von Korrosion nach VDI 2035 Blatt 2 beachtet wurden, kann ihre Aufgabe über Jahre hinweg zuverlässig erfüllen. Ohne Schlamm und Luft läuft die Heizung besser und effizienter.
SBZ Tipp
Gleich zum Webinar anmelden
Die Heizungswasserbehandlung ist heute in vielen Fällen Pflicht. Wir erklären im Webinar, wann und auf welche Weise das der Fall ist und welche rechtlichen Folgen die Nichtbeachtung hat. Zum Thema wurden zwei Handlungsanweisungen parallel veröffentlicht: Die VDI 2035 und das ZVSHK-Merkblatt. Im Webinar erfahren Sie die wesentlichen Unterschiede zwischen diesen beiden Richtlinien. Die SBZ bietet zwei Webinar-Termine an:
Do, 8. September 2011, ab 18.00 Uhr
Do, 29. September 2011, ab 18.00 Uhr
Die kostenlosen Webinare dauern etwa 60 Minuten. In einem anschließenden Chat (etwa 15 Minuten) beantworten die Referenten Fragen, die von den Teilnehmern während des Webinars eingereicht worden sind. Zusätzlich erhalten Sie im Nachgang eine Zusammenfassung aller Fragen und Antworten. Zur Teilnahme benötigen Sie lediglich einen PC mit Internetanschluss, Lautsprecher oder Kopfhörer und den kostenlos verfügbaren Adobe Flash Player. Einen Download-Link finden Sie auf der Webseite:
Autor
Arnd Bürschgens ist Application Engineering & Training Manager bei Honeywell Automation & Control Solutions, 74821 Mosbach Telefon (0 62 61) 81-0, arnd.buerschgens@honeywell.com, http://www.honeywell.de/haustechnik
