Wasseraufbereitung im Heizungsbereich

Unbehandeltes Trinkwasser ist für den Einsatz als Heizungsfüllwasser nur begrenzt einsetzbar. Die Lebensdauer von Warmwasser-Heizungsanlagen wird von der Qualität des Heizungswassers entscheidend beeinflusst. Die VDI-Richtlinie 2035 widmet sich dem Thema „Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen“. Zweck dieser Richtlinie ist es, Schäden durch Steinbildung sowie wasserseitige- und abgasseitige Korrosion zu vermeiden. Auf die abgasseitige Korrosion soll in diesem Beitrag jedoch nicht eingegangen werden.

VDI-Richtlinie 2035, Blatt 1

Die Ursachen und Auswirkungen der Steinbildung sowie Maßnahmen zur Vermeidung von Schäden durch Steinbildung in Warmwasser-Heizungsanlagen werden in Blatt 1 der VDI-Richtlinie 2035 ausführlich diskutiert. An dieser Stelle sei lediglich das bevorzugte Verfahren zur Vermeidung von Steinbildung gemäß Kapitel 4.4.2, die Enthärtung, erwähnt. Sie entfernt dauerhaft die Erdalka­lien (Calcium- und Magnesiumionen) aus dem System. Für die maximale Gesamthärte des Füll- und Ergänzungswassers schreibt Tabelle 2, VDI-Richtlinie 2035, Blatt 1, Richtwerte vor, die entweder mit festeingebauten Enthärtungsanlagen (Bild 1) oder mit mobilen Heizungsbefüllanlagen (Bild 2) für jedes Wasser eingehalten werden können.

VDI-Richtlinie 2035, Blatt 2

Korrosionserscheinungen können neben der Steinbildung zu erheblichen Funktionsstörungen im Heizkreislauf führen. Dies gilt besonders bei Zutritt von Sauerstoff ins Heizwasser. Luft bzw. Sauerstoff wird mit der Frischwassereinspeisung zugeführt und kann zusätzlich durch Undichtigkeiten, Unterdruckzonen oder nicht diffusionsdichte Rohrmaterialien in das System eingetragen werden. Niedrige pH-Werte (bei Aluminium-Werkstoffen auch pH-Werte> 8,5) und hohe Temperaturen begünstigen zusätzlich die Korrosion metallischer Werkstoffe. Unter diesen Bedingungen führen auch geringe Sauerstoffgehalte zu Korrosion und Abtragung der metallischen Kessel- und Rohrwerkstoffe. Schließlich nimmt in der Regel die Korrosionswahrscheinlichkeit mit steigender elektrischer Leitfähigkeit des Heizwassers zu. Die durch Korrosion verursachten Funktionsstörungen und Schäden in Warmwasserheizanlagen machen sich auf unterschiedliche Weise bemerkbar:

• Beeinträchtigung des Wärmeübergangs und Erhöhung des Energieverbrauchs durch Bildung von Belägen und Ablagerungen
• Schäden am Kessel durch örtliche Überhitzung
• Verstärkter Verschleiß an Umwälzpumpen durch Korrosionspartikel
• Ablagerungen von Korrosionsprodukten in engen Querschnitten wie bei Regel- oder Thermostatventilen, die zu empfindlichen Funktionsbeeinträchtigungen und Verstopfungen führen
• Gasblasen- bzw. Gaspolster- und Geräuschbildung (z.B.Siedegeräusche, Fließ- bzw. Gluckergeräusche)
• Leckagen.

Für die Korrosion hat die Zusammensetzung des Wassers eine entscheidende Bedeutung. Durch eine geeignete Wasserbeschaffenheit lässt sich die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Korrosionsschäden vermindern. Der aktuelle Entwurf der VDI-Richtlinie 2035 Blatt 2, Ausgabe Dezember 2007, erläutert in Kapitel 7 neben einer sachgerechten Planung und betriebstechnischen Maßnahmen verschiedene Möglichkeiten des Korrosionsschutzes durch Wasserbehandlung, auf die im Folgenden näher eingegangen werden sollen.

Entsalzung

Die Korrosionswahrscheinlichkeit nimmt mit sinkender elektrischer Leitfähigkeit des Heizwassers ab. Bei Abwesenheit von Ionen, die den Transport von elektrischem Strom im Wasser übernehmen können, wird die Ausbildung von galvanischen Elementen, die zu örtlicher Korrosion führen, praktisch unmöglich. Mit abnehmendem Salzgehalt des Wassers können zunehmende Mengen an Sauerstoff toleriert werden. Als Richtwerte für das Heizwasser sieht der Entwurf der VDI-Richtlinie 2035, Blatt 2 gemäß Tabelle 1 eine maximale Leitfähigkeit von 100 µS/cm (Sauerstoffgehalt < 0,1 mg/l) bzw. 1500 µS/cm (Sauerstoffgehalt < 0,02 mg/l) vor. Namhafte Kesselhersteller empfehlen daher für einen Teil ihrer Produkte ausdrücklich die so­genannte „salzarme“ Betriebsweise. Zur Erstbefüllung und zum Nachspeisen der Heizanlagen kann entsalztes Wasser auf einfache Weise mit Mischbett-Ionenaustauscherpatronen für den Festeinbau in die Füllleitung (Bild 3) hergestellt werden. Die Kapazität einer Patrone ist abhängig von der Wasserqualität für Installationen mit einer Heizleistung bis maximal 50 kW ausgelegt. Sie stellt beispielsweise bei einer Rohwasserhärte von 20 °dH und einer Anlagengröße von 15 kW Heizleistung ausreichend salzarmes Wasser für die Erstbefüllung und eine weitere Befüllung durch Nachspeisung oder Wartung zur Verfügung. Als Alternative zum Festeinbau liefern mobile Mischbett-Patronenentsalzer (Bild 4) salzarmes Wasser auch für größere Heizanlagen. Die Mischbettpatrone ist austauschbar und wird an einer externen Servicestation regeneriert.

Reduzierung des ­Sauerstoffgehaltes

Eine weitere Maßnahme zum Korrosionsschutz in Warmwasser-Heizungsanlagen ist die Reduzierung des Sauerstoffgehaltes. Bei Kontrolle des Sauerstoffwertes ist zu beachten, dass der gemessene Wert nur für den Bereich der Messstelle repräsentativ ist. Eine zentrale Messung stellt nicht sicher, dass kein erhöhter Sauerstoffeintrag an einer anderen Stelle im System stattfindet. Messwerte, die oberhalb 0,02 mg/l (gültig für salzhaltige Wässer mit einer Leitfähigkeit bis 1500 µS/cm) bzw. 0,1 mg/l (salzarme Wässer mit einer Leitfähigkeit kleiner 100 µS/cm) liegen, bedeuten eine erhöhte Korrosionswahrscheinlichkeit. Da Luft bzw. Sauerstoff mit der Frischwassereinspeisung zugeführt werden, ist es wichtig, den Sauerstoffeintrag beim Befüllen und Nachspeisen zu minimieren und ins Heizsystem eingeschleuste Luft bzw. Sauerstoff zu entfernen. Die automatische Füllstation (Bild 5) gewährleistet ein sicheres und komfortables Be- und Nachfüllen der Heizungsanlage mit einem minimalen Sauerstoff­eintrag. Beim Befüllen der Heizungsanlage mit dem bisher üblichen Schlauch war dies nicht gewährleistet.

Weitere Merkmale:

• Der integrierte Rohrtrenner Typ BA nach DIN EN 1717 verhindert das Rückflie&szlig;en von Heizungswasser in das Trinkwasser.
• Der eingebaute Druckminderer gewährleistet einen konstanten, eingestellten Druck und schützt die Heizungsanlage während des Füll­vorgangs vor ungewolltem Überdruck.
• Bei abfallendem Druck wird automatisch nachgespeist.
• Ein integrierter Kugelhahn verhindert ungewolltes Nachspeisen im Leckagefall.

Unterdruck und Kavitation ­vermeiden

Weiterhin kann Luft bzw. Sauerstoff durch Unterdruckzonen und Undichtigkeiten in das System eingetragen werden. Druckhaltungen müssen daher so ausgelegt sein, dass in allen Betriebszuständen und allen Punkten der Anlage Unterdruck und Kavitation vermieden werden. Dies ist gewährleistet, wenn in allen Betriebszuständen und allen Punkten der Anlage mindestens ein Überdruck von 0,5 bar anliegt (Kapitel 7.2, 7.3 sowie Anhang A). Im Heizsystem befindliche Gase können in der Regel über eine Entlüftungsvorrichtung entfernt werden. Heizungs-Rückspülfilter, wie etwa der Heifi-Top von Judo (Bild 6), haben einen rückspülbaren Filtereinsatz mit patentierter, drehbarer Bürstentechnik. Durch die spezielle Wasserführung und die daraus resultierende lange Verweildauer in der Filterkammer ist eine optimale Entlüftung gewährleistet. Die im Wasser vorhandenen Gase wie beispielsweise Sauerstoff und Stickstoff lagern sich als Mikrobläschen an den zahlreichen Bürstenfasern an und schließen sich zu größeren Gasblasen zusammen. Dort werden sie von der Strömung abgelöst und verlassen über den integrierten Entlüfter den Heizungskreislauf. Sauerstoff kann auch chemisch (z.B. mit Natriumsulfit Na₂ SO₃) oder elektrochemisch gebunden und entfernt werden. Dabei bindet eine im Schlammabscheider integrierte Magnesium-Schutzanode überschüssigen Sauerstoff elektrochemisch an Ort und Stelle und reduziert so Korrosionsgefahren durch Sauerstoff (Bild 7). Darüber hinaus werden anfallende Korrosionsprodukte wie Eisenschlamm (Magnetit) an Hochleistungsmagneten angelagert. Nach Deaktivierung der Magnete lässt sich der angelagerte Schlamm entfernen. Während beispielsweise der Judo-Ferroclean für größere Systeme konzipiert ist, lassen sich Korrosionsprodukte in kleineren bis mittelgroßen Systemen mit dem rückspülbaren Heizungsfilter Heifi-Top aus dem Wasser filtern. Herzstück des Heifi-Top ist die drehbare patentierte Bürstentechnik als Filtereinsatz. Korrosionspartikel werden mittels Abstreifer von der Bürste entfernt und ausgespült.

Inhibitoren

Inhibitoren bilden Deckschichten, die die Korrosion hemmen können. Die Verwendung von Korrosionsinhibitoren bietet sich an, wenn der Sauerstoffeintrag durch andere Maßnahmen nicht vermieden werden kann. Besonders einfach und schnell erfolgt die Einspeisung von Inhibitoren ins Heizungswasser mit Inhibitoren aus der Dose (Bild 8). Diese dienen zur dauerhaften Heizungswasser-Konditionierung, während ältere, vorbelastete Warmwasserheizungskreisläufe vorab einem 3–4-wöchigen Reinigungsprozess mit unterzogen werden sollten. Die Vorzüge der Dosen-Inhibitoren im Überblick:

• Einfache Handhabung: Adapter aufschrauben und 400-ml-Dose aufdrücken
• Kein Eintritt von Gas in das Heizungssystem
• Dosierung in Sekundenschnelle ohne Pumpe oder Kartuschenpistole
• Sichere Anwendung ohne direkten Kontakt mit Chemikalien
• Umweltfreundlich, weil Dosen vollständig entleert werden und Druckluft als Treibmittel verwendet wird.

Während Judo Quick-Dos für Anlagen mit einem Volumen bis ca. 1000 Liter konzipiert ist, stehen für größere Anlagen die entsprechenden Judo Thermodos Dosierlösungen mit passendem Dosiergerät JTH-D zur Verfügung. Wichtig bei allen Inhibitoren ist die Aufrechterhaltung einer Mindestkonzentra­tion, die über ein Molybdänmessbesteck (JTH-ML) bestimmt werden kann. Ebenso sind Überdosierungen zu vermeiden.

pH-Wert-Anpassung

Für die Beständigkeit von Eisen- und Kupferwerkstoffen empfiehlt die VDI-Richtlinie 2035 als Richtwert für das Heizwasser einen pH-Bereich von 8,2 bis 10,0. Auf eine Alkalisierung des Füll- und Ergänzungswassers kann in der Regel verzichtet werden, da sich infolge der Eigenalkalisierung der pH-Wert des Heizwassers innerhalb weniger Wochen Betriebszeit in dem genannten Bereich einstellt. Liegt der pH-Wert des Füllwassers deutlich unter 8,2, so wird eine Kontrolle des pH-Wertes nach acht bis zwölf Wochen empfohlen. Gegebenenfalls können Trinatriumphosphat (Na₃PO₄) enthaltende Produkte wie Judo JHL 2 bei Abwesenheit von aluminiumhaltigen Werkstoffen zur Alkalisierung verwendet werden. Bei Aluminiumwerkstoffen ist der pH-Bereich eingeschränkt. Hier darf der pH-Wert maximal 8,5 betragen. Im Gegensatz zu unlegiertem Aluminium können von ausgewählten Aluminiumlegierungen entsprechend den Herstellerangaben pH-Werte über 8,5 toleriert werden (z.B.ALSi10Mg, pH-Wert ≤ 9,0). Judo Quick-Dos enthält ein pH-Wert Puffersystem, das für einen optimalen pH-Wert sorgt. Das Produkt ist zum Schutz sämtlicher im Heizungsbau verwendeten metallischen Werkstoffe inklusive Aluminium geeignet und verträglich mit Kunststoffrohren und Elastomeren für Dichtungen und Ausdehnungsgefäße.

Prüfparameter und Sollbereichwerte festlegen

Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen, störende Unterbrechungen des Betriebs, teure Reparaturen und ein erhöhter Energieverbrauch sind vermeidbar. Neben einer fachgerechten Planung, Installation und Inbetriebnahme sowie einer regelmäßigen Wartung und Instandhaltung spielt die Wasser­beschaffenheit eine entscheidende Rolle. Werden die Richtwerte für das Füll- und Ergänzungswasser (VDI 2035 Blatt 1, Tabelle 2, Ausgabe Dezember 2005) und die Richtwerte für das Heizwasser (VDI 2035 Blatt 2, Tabelle 1, Entwurf Ausgabe Dezember 2007) nicht eingehalten, so sind entsprechende Maßnahmen erforderlich (z.B.Enthärtung / Entsalzung). Bei allen Anlagen, bei denen eine Behandlung des Füll- und Ergänzungswassers bzw. des Heizwassers erfolgt, sind die Leitfähigkeit und der pH-Wert nach Herstellerangaben, mindestens jedoch einmal jährlich, zu messen. Außerdem sind im Fall einer Wasserbehandlung vom Planer bzw. Hersteller Prüfparameter und die dazugehörigen Sollbereichwerte festzulegen. Die Häufigkeit der Prüfungen sowie die erforderlichen Maßnahmen bei Abweichungen vom Sollwertbereich sind ebenfalls vom Planer bzw. Hersteller vorzugeben. Besonders wichtig ist die regelmäßige Kontrolle des Anlagendrucks, um insbesondere Unterdruckzustände mit Sauerstoffeintrag in das Heizwasser der Anlage zu vermeiden. Es ist ein Anlagenbuch zu führen, in dem sämtliche relevanten Daten der Heizungsanlage dokumentiert sind. Hierzu gehören Planungsdaten, Inbetriebnahmeparameter, Wartungsmaßnahmen mit Kontroll­ergebnissen, Instandsetzungs- bzw. Korrekturmaßnahmen sowie Wasserqualität und Wasserbehandlungsmaßnahmen.

Unser Autor Dr. Alexander Haug ist Diplom-Chemiker in der Abteilung Forschung und Entwicklung bei der Judo Wasseraufbereitung GmbH, 71351 Winnenden, Telefon (0 71 95) 6 92-0, Telefax (0 71 95) 6 92-1 10, https://judo.eu/