Webinar: Störfreier Betrieb von Heizanlagen

Je effizienter eine Heizungsanlage den zugeführten Brennstoff in Wärme umsetzt, desto besser: Die Energieeffizienz hat aus ökonomischen wie ökologischen Erwägungen 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 nicht mehr zu realisieren. Am Beispiel der Heizungspumpe lässt sich dies gut beobachten: Nur eine präzis ausgelegte und korrekt installierte Pumpe, die ein nach VDI 2035 aufbereitetes Wasser im Kreislauf führt, kann ihre Aufgabe über Jahre hinweg zuverlässig erfüllen. Für den störungsfreien Betrieb von Heizungspumpen sind als notwendige Voraussetzungen zu beachten:

• Die korrekte Auswahl, Auslegung und Ins­tallation der Pumpe
• Vermeidung von Steinbildung (VDI 2035 Blatt 1) und Vermeidung von wasserseitig verursachten Korrosionsschäden (VDI 2035 Blatt 2)
• Die richtige Inbetriebnahme der Pumpe
• Die kontinuierliche Druckhaltung gemäß DIN 4807 T2.

Auswahl und Auslegung der ­Heizungspumpe

Damit die Heizungspumpe im bestimmungsgemäßen Betriebspunkt arbeitet, sind eine genaue Kenntnis der Anlage und deren Kennlinie notwendig. Die Verlustbeiwerte der Rohrleitungen, der Einbauten wie Heizungsventile, Strangregulierventile, aber auch von Kessel und Heizkörper sind aufzunehmen und unter Beachtung von Vor- und Rücklauftemperaturen ist daraus die Anlagenkennlinie zu ermitteln. Hilfreich ist ein Pumpen-Auslegungsprogramm. Pumpen-Konfiguratoren werden heute von vielen Herstellern angeboten, als PC-basierte Ausführung ebenso wie im Internet. Dabei kann man im Bereich Auslegung zunächst unter verschiedenen Einsatzbereichen wählen (Heizung, Klimaanlagen, Schmutzwasser usw.) und dann Schritt für Schritt durch Eingabe der technischen Anforderungen die passende(n) Pumpe(n) auswählen.

Praktisch alle relevanten Pumpenhersteller rüsten moderne Heizungspumpen heute zumindest optional mit einer (Drehzahl-)Regelung aus. Viele nennen bereits das eine „intelligente“ Pumpe, auch wenn lediglich eine Ausgangsgröße (z.B. der Differenzdruck) per Rückführung Einfluss auf die Stellgröße nimmt. Wirklich „intelligent“ ist es aber erst, wenn die Pumpe selbsttätig einen optimalen Sollwert ermittelt. Denn um das Potenzial einer drehzahlgeregelten Umwälzpumpe vollständig nutzen zu können, ist es wichtig, die richtige Regelkennlinie für die vorliegende Heizungsanlage zu wählen. Ausschlaggebend für die Wahl der Kennlinie sind die individuellen Gegebenheiten hinsichtlich der Rohrleitungen, der Heizkörper und des Wärmeerzeugers; selbst die Dämmung des Hauses hat Einfluss. In der Praxis bedeutet das: Die optimale Regelkennlinie müsste der Heizungsbauer auf Basis von Informationen auswählen, die ihm in der Regel nicht zur Verfügung stehen. Logische Konsequenz ist, dass zahlreiche Umwälzpumpen nicht auf der für die vorhandene Heizungsanlage optimalen Regelkennlinie arbeiten.

Um dieses Problem zu lösen, hat Grundfos für die Heizungsumwälzpumpen Magna und Alpha2 den Anpassungs-Algorithmus AutoAdapt entwickelt. Mithilfe dieses Algorithmus passt sich die Regelkennlinie der Umwälzpumpe an die vorhandene Heizungsanlage an. Damit befreit die AutoAdapt-Technologie den Heizungsbauer von Einstellarbeiten: Er schließt die Pumpe lediglich an die Spannungsversorgung an, die Montage ist damit beendet. Den Rest – das Herausfinden des bestmöglichen Sollwertes für die Pumpe – übernimmt die AutoAdapt-Funktion. Ist diese Funktion gewählt, muss die Pumpe nie wieder neu eingestellt werden.

Heizungswasser-Aufbereitung gemäß VDI 2035

Die heute angebotene Heiztechnik ist anfälliger für Abweichungen vom Soll-Zustand. Das Problem: Höhere Wärmebelastungen und kompaktere Wärmeüberträger 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. Hier erfordern die neuerdings ver­stärkt installierten Werkstoffe wie Aluminium oder Edelstahl besondere Beachtung. Die Folge: 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). Die VDI 2035 Blatt 1 gibt in Abhängigkeit der Gesamtheizleistung und des spezifischen Anlagenvolumens Grenzwerte für die Gesamthärte vor. Daran müssen sich Planer und Heizungsbauer orientieren, um kein Gewährleis­tungs-Risiko einzugehen. Das Ergebnis der Überprüfung sollten sie aus dem gleichen Grund gegenüber dem Bauherrn bzw. dem Betreiber schriftlich dokumentieren. 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 warten. Jährlich ist eine Überprüfung der elektrischen Leitfähigkeit und des pH-Werts des Heizwassers vorgegeben. Hinsichtlich der Heizungswasser-Konditionierung gibt die VDI 2035 drei Möglichkeiten vor:

• Enthärtung bzw. Entsalzung
• Härtestabilisierung
• Härtefällung

Unterschiede und was zu ­beachten ist

Enthärtung bzw. Entsalzung: Hierbei 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. Zur Entsalzung werden Ionenaustauschverfahren mit Kationen- und Anionenaustauschern sowie Osmoseanlagen eingesetzt. Das Entsalzen ist also verfahrenstechnisch aufwendiger als das Enthärten.

Härtestabilisierung: Bei dieser Methode 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.

Härtefällung: Dabei 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.

Verantwortlichkeiten neu geregelt

Die VDI 2035 Blatt 2 und als Ergänzung auch die vom ZVSHK neu erarbeitete Fachinformation „Vermeidung von Betriebsstörungen und Schäden durch Steinbildung in Warmwasserheizungsanlagen“ regeln nun die Verantwortlichkeiten für das Heizungswasser. Demnach ist allein der Betreiber der Anlage für den ordnungsgemäßen Zustand des Heizungswassers verantwortlich. Planer und Heizungsbauer 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 Wartung. 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. Kann der Betreiber diese Dokumentationen bei einem Schadensfall nicht vorlegen, verweigern die Versicherung und der Hersteller der defekten Bauteile unter Umständen die Schadenregulierung.

Technik zur Umsetzung der VDI 2035

Komponenten wie eine Nachfüllkombination mit Enthärtungseinheit ermöglichen nicht nur die sichere Heizungsnachfüllung, sondern sorgen auch für eine Enthärtung des Füll- und Ergänzungswassers für die Heizungsanlage. In nur einem Gerät erfüllt solch eine Einheit die Anforderungen der DIN EN 1717 zum Trinkwasserschutz und die Empfehlungen der VDI 2035 zur Enthärtung des Heizungswassers. Die Einstellung der gewünschten Resthärte erfolgt über einen Verstellgriff. Ein zudem in die Heizungsanlage eingesetzter Schlamm- und Luftabscheider entfernt Schlammpartikel und Luft nach dem Zyklonprinzip aus dem System und sorgt damit für einen störungsfreien Betrieb und eine höhere Lebensdauer der Anlage.

Installationshinweise für Heizungspumpenanlagen

Nachdem die Pumpe korrekt ausgelegt wurde und ein nach VDI 2035 aufbereitetes Heizungswasser zur Verfügung steht, kann die Heizungspumpe nun installiert werden. Die folgenden Hinweise zur Installation und Inbetriebnahme vermeiden Störungen und optimieren den Pumpenbetrieb:

• Nassläuferpumpen immer mit waagerechter Pumpenwelle einbauen
• nie die Pumpe vor dem Befüllen und dem Entlüften der Anlage einschalten; bereits kurzzeitiger Trockenlauf kann die Pumpe zerstören
• vor Inbetriebnahme der Pumpe die Anlage mit klarem Wasser spülen, um Fett, Öl und Lötrückstände zu entfernen
• Pumpe so einbauen, dass Kabeleinführung bzw. Stecker nach unten gerichtet sind, um das Eindringen von Wasser in den Klemmenkasten zu verhindern
• Pumpe saugseitig so nah wie möglich am Ausdehnungsgefäß einbauen
• vor dem Einbau der Pumpe vergewissern, dass die Pumpe und die Rohrleitungen entlüftet werden können; falls dies nicht möglich ist, eine Pumpe mit Luftabscheider installieren
• in druckbeaufschlagten, geschlossenen Systemen die Pumpe wenn möglich, in die Rücklaufleitung einbauen, um so die thermische Belastung des Motors zu reduzieren
• bei Platzproblemen kann der Pumpenkopf bei Einbau der Pumpe entsprechend gedreht werden.

Druckhaltung und Kavitation

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 „leidet“. Was geschieht da? Wasser verdampft bei normalem Umgebungsdruck (1 bar) bei 100°C. Auf etwa 4000 m Meereshöhe 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 tritt Kavitation bei 0,47 bar ein. 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 erosiv 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.

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.

Fazit

Eine mit Bedacht ausgelegte (also im Zweifel eher zu klein dimensionierte) und korrekt installierte Pumpe, die ein nach VDI 2035 aufbereitetes Wasser im Kreislauf führt, kann ihre Aufgabe über Jahre hinweg zuverlässig erfüllen. Ohne Schlamm und Luft läuft die Pumpe auf jeden Fall besser. Und das freut letztlich nicht nur den Heizungsbauer, sondern auch den Betreiber.

Neue Kriterien gegen Steinbildung

Der ZVSHK hat in Zusammenarbeit mit dem Bundesindustrieverband Deutschland Haus-, Energie- und Umwelttechnik (BDH) ­eine neue Fachinformation entworfen. Sie beinhaltet praxisgerechte Anforderungen für die Vermeidung von übermäßiger Steinbildung in Warmwasserheizungsanlagen und definiert Mindestanforderungen an den erforderlichen Produktdaten- und ­Informationsaustausch zwischen dem Hersteller und dem SHK-Fachhandwerk.

Die Fertigstellung der gemeinsamen Fachinformation war bei Redaktionsschluss (Ende April) noch nicht abgeschlossen. Erste Informationen zu der zehnseitigen Fachinformation „Vermeidung von Betriebsstörungen und Schäden durch Steinbildung in Warmwasserheizungsanlagen“ haben wir in der SBZ 8/2010 veröffentlicht. Den Artikel finden Sie zum Download unter

https://www.sbz-online.de/tags/extras-zum-heft

Zum Webinar anmelden

Wie Luft und Schlamm in Heizungsanlagen keine Chance haben und warum nur eine präzise ausgelegte und korrekt installierte Pumpe, die ein nach VDI 2035 aufbereitetes Wasser im Kreislauf führt, ihre Aufgabe über lange Jahre hinweg zuverlässig erfüllen kann, erfahren Sie im Gentner-Webinar Störungsfreier Betrieb von Heizungsanlagen. Die SBZ bietet Ihnen dazu zwei Termine an:

27. Mai 2010, ab 18.00 Uhr

11. Juni 2010, ab 17.00 Uhr

Die kostenlosen Webinare dauern etwa 60 Minuten. In einem anschließenden Chat (ca. 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 http://www.gentner.de/webinare

Folgende Unterlagen zum Thema gibt es zum Down­loaden unter http://www.sbz-online.de/aktuell/­extras zum Heft

Beispiel Anlagenbuch

Muster Bewertungsauftrag für Wasseranalyse

Planungsprotokoll nach VDI 2035 in Ordnung

Planungsprotokoll nach VDI 2035 nicht in ­Ordnung

Protokoll zur Anlagenaufnahme

Oliver Jung ist Staatlich geprüfter Techniker Fachrichtung Elektrotechnik/ Elektronik. Seit 2004 ist er Service-Trainer in der Abteilung Marketing/Schulung bei der Grundfos GmbH in 40699 Erkrath, Telefon (02 11) 9 29 69-0, elefax (02 11) 9 29 69-37 99, http://www.grundfos.de

Arnd Bürschgens ist Zentralheizungs- und Lüftungsbauermeister sowie Gas- und Wasserinstallateurmeister. Seit 2004 ist er Schulungsleiter der Honeywell GmbH und zuständig für den Bereich Trinkwasserarmaturen; Telefon (0 62 61) 81-0, Telefax (0 62 61) 8 18 24 69