Bei der Betrachtung der Einflussgrößen und Wirkzusammenhänge wurde deutlich, dass exakte Aussagen zur Intensität und zum Zeitpunkt des Kalkausfalls nur annäherungsweise mit modellbasierten Rechengrößen möglich sind. Für die SHK-Praxis stehen jedoch bewährte, normierte Prüfverfahren zur Verfügung, die eine verlässliche Orientierungshilfe bieten – insbesondere, wenn es darum geht, normgerecht zu passenden Kalkschutzmaßnahmen zu beraten, um einen trinkwasserkonformen und sicheren Betrieb von Trinkwasser-Installationen zu gewährleisten.
Zertifizierungsprozess für Kalkschutzgeräte
In der nationalen Zusatznorm DIN 1988-200 (Abschnitt 12.3.2) zur DIN EN 806-2 (Abschnitt 12) sind zur Minderung der Steinbildung in Trinkwasser‑Installationen nur folgende Verfahren erwähnt:
Das Regelwerk sieht dabei auch vor, dass die angeführten Verfahren den normativen Anforderungen der o. a. Produktnormen entsprechen müssen. In der praktischen Umsetzung wird die Bewertung der Normenkonformität im Rahmen einer Produktzertifizierung durch einen akkreditierten Branchenzertifizierer durchgeführt und bestätigt.
Für Kalkschutzgeräte stellen im Augenblick die DVGW-Baumusterbescheinigung nach DVGW-Arbeitsblatt W 510 und W 512 (künftig: DIN 3607-1 und DIN 3607-2) und das damit verbundene DVGW-Baumusterprüfzertifikat das aussagekräftigste Qualitätssiegel dar, das die Kalkschutzwirksamkeit, die hydraulische, hygienische und technische Sicherheit sowie die gesetzlich geforderte Konformität der Materialien und Bauteile in Kontakt mit Trinkwasser bestätigt. Die DVGW-Arbeitsblätter bzw. DIN-Normen definieren die Standards und Anforderungen in Bezug auf Kalkschutzgeräte. Im Rahmen eines festgelegten Zertifizierungsprozesses (Bild B) werden folgende Bereiche geprüft, bewertet und während der Produktlaufzeit fortlaufend überwacht:
Die weiteren Anforderungen zum kontinuierlichen Überwachungsprozess der Konformität legen die Zertifizierungsstellen (z. B. DVGW Cert GmbH) unter Berücksichtigung der Anforderungen aus der Trinkwasserverordnung (TrinkwV) fest.
Bild: Watercryst
Aufbau der Prüfstrecke
Die Kalkschutzwirksamkeit wird gemäß DVGW-Arbeitsblatt W 510 auf einer Prüfeinrichtung nach DVGW-Arbeitsblatt W 512 (künftig DIN 3607-2) geprüft. Dabei werden auf vier identisch aufgebauten Prüfstrecken mit einem Elektroboiler (Wassertemperatur 80 °C) in zwei Prüfstrecken Kalkschutzgeräte installiert und zwei Prüfstrecken als Referenzstrecken ohne Kalkschutz betrieben. Als Prüfwasser ist ein sehr hartes und stark Kalk abscheidendes Trinkwasser vorgeschrieben, wie es in typischen Hartwassergebieten häufig auftritt. Die Prüfwassermengen und Volumenströme des Prüfwassers richten sich nach dem angegebenen Nenndurchfluss der Kalkschutzgeräte. Somit wird die Kalkschutzwirksamkeit unter möglichst praxisnahen Bedingungen für den Prüfling durchgeführt.
Die Auswertung der Kalkablagerungen in den Elektroboilern erfolgt nach einer Prüfdauer von 21 Tagen. Kalkschutzgeräte werden nur dann als wirksam bewertet, wenn sie während der Prüfung die Kalkablagerungen in den Elektroboilern bei 80 °C um mindestens 80 % gegenüber den Referenzstrecken ohne Kalkschutz reduzieren. Die DVGW Cert GmbH stellt DVGW-Baumusterprüfbescheinigungen nur aus, wenn eine Kalkschutzwirksamkeit von mindestens 80 % durch eine akkreditierte Prüfstelle (z. B. TZW, Prüfstelle Wasser, Karlsruhe) in einer Prüfung nach DVGW-Arbeitsblatt W 510 mit den für das Gerät zu erwartenden Wasserdurchflüssen nachgewiesen wurde.
Prüfsiegel als dauerhafter Qualitätsnachweis
Um ein DVGW-Baumusterzertifikat andauernd als Qualitätssiegel nutzen zu dürfen, ist der Hersteller verpflichtet, die Wirksamkeit der produzierten Kalkschutzgeräte im Rahmen seines Qualitätssicherungsprozesses als Eigenüberwachung laufend zu kontrollieren und zu dokumentieren. Die Eigenüberwachung wiederum wird durch regelmäßige Fremdkontrollen einer akkreditierten Inspektionsstelle im Auftrag der Zertifizierungsstelle überwacht. Der Inspektor entnimmt zusätzlich Stichproben aus der laufenden Produktion und lässt diese durch eine unabhängige akkreditierte Prüfstelle kontrollieren.
Ein gültiges DVGW-Baumusterprüfzertifikat stellt somit nicht nur die Kalkschutzwirksamkeit der Produkte bei einer einmaligen Baumusterprüfung, sondern auch eine laufend geprüfte Gewährleistung der Kalkschutzwirksamkeit, der technischen Sicherheit und der Trinkwasserkonformität der Materialien und Bauteile für die gesamte Laufzeit der Prüfzertifikate sicher.
Kristallkeimdichte als Schlüssel zum Erfolg
Die Funktionsweise aller derzeit im DVGW-Cert-Verzeichnis aufgeführten Geräte (z. B. der Hersteller Judo, BWT, Perma-Trade; Verzeichnis abrufbar unter https://bit.ly/DVGW), die dem DVGW-Arbeitsblatt W 510 entsprechen, basiert auf der Bildung von Kalkkristallkeimen, die als Impfkristalle vom jeweiligen Gerät an das zu behandelnde Wasser abgegeben werden. Grundsätzlich gilt, je höher die Kristallkeimdichte im Wasser, desto besser ist der Verfahrenserfolg. Der Grund hierfür: Die im Wasser gelösten, überschüssigen Calcium- und Carbonationen können dann schneller und in größerer Menge an den gebildeten Kalkkristallkeimen anhaften, und zwar bevor sie an den Oberflächen der Rohrleitungen und/oder Wärmeübertragungsflächen ausfallen können.
Bei der Systemtechnologie des Herstellers Watercryst (heterogene Katalyse, siehe Teil 1 des Beitrags in der SBZ 03.24) ist die Zahl der gebildeten Kristallkeime (N) direkt proportional zur Kontaktzeit (tD) des Granulates mit dem Wasser und der Katalysatorgranulatmenge (VKAT):
N = k · VKAT · tD
k = Kristallkeimbildungsparameter
Je länger die Kontaktzeit und je größer das Volumen des Katalysatorgranulates, desto größer ist die Zahl der Kristallkeime, die gebildet und an das Wasser abgegeben werden. Im Dauerdurchflussbetrieb (QD) lässt sich die Kontaktzeit (tD) wie folgt beschreiben:
tD = VKAT
QD
VKAT= Volumen Katalysatorgranulat
QD = Dauerdurchfluss (durch die Kartusche)
In Untersuchungsreihen am werkseigenen W-512-Prüfstand wurden für die Biocat-Kalkschutzgeräte (Bild C) im Dauerdurchflussbetrieb die notwendige Granulatmenge (VKAT) in Abhängigkeit des Dauerdurchflusses (QD) ermittelt, die eine Kalkschutzwirksamkeit von mindestens 80 % sicherstellt. Daraus ergibt sich die minimale Kontaktzeit (tDmin), die gewährleistet, dass in den Prüfboilern der Kalkeintrag um mindestens 80 % reduziert wird.
Mit Kenntnis der minimalen Kontaktzeit lässt sich so grundsätzlich die minimal notwendige Katalysatorgranulatmenge (VKAT) für die Behandlung eines kontinuierlich andauernden Volumenstromes (QD) berechnen:
VKAT = QD · tDmin
Die Dauerbehandlungsleistung von Kalkschutzgeräten kann auf diesem Weg entweder über die Granulatmenge oder alternativ über die Dauerdurchflussleistung (QD) angegeben werden.
Bild: Watercryst
Simulation der Kristallkeimdichte bei Prüfläufen
Modellbasiert kann für Prüfstrecken mit schwankenden Zapfprofilen die Veränderung der Kristallkeimdichte simuliert werden, um so eine standardisierte minimal notwendige Keimdichte zu ermitteln, die eine Kalkschutzwirksamkeit von mindestens 80 % gemäß DVGW-Arbeitsblatt W 510 bzw. W 512 sicherstellt. Dabei wird berücksichtigt, dass sich die Kristallbildung und das Wachstum von Kristallkeimen auf der Oberfläche des Katalysatorgranulats im Granulatbett bzw. in der Katalysatorkartusche auch während einer Stagnationsphase fortsetzen.
Die Kalkkristallkeimdichte nimmt während einer Stagnation folglich zu; bei der nächsten Wasserentnahme wird eine erhöhte Kalkkristallkeimdichte in das Installationssystem gespült. Bild D zeigt, dass, obwohl die Zapfprofile sehr unterschiedlich sind, die berechneten Konzentrationsverläufe in den Prüfboilern einander sehr ähnlich sind. Eine minimal erforderliche Kristallkeimdichte wird nie unterschritten und gewährleistet damit als ständig verfügbares Depot an Impfkristallen die kontinuierliche Kalkschutzwirksamkeit.
Bild: Watercryst
Empirie stützt Modellrechnung
In der SHK-Praxis, insbesondere in Bereich Wohnungsbau, Hotels oder Krankenhäuser, ist der Dauerdurchfluss kein geeignetes Auslegungskriterium. Diese Objekte sind vielmehr durch einen teilweise stark schwankenden Wasserverbrauch mit längeren Stagnationen (Entnahmepausen) gekennzeichnet. Daher würde eine Auslegung über QD zu sehr großen Anlagen führen, wenn QD nach DIN 1988-300 gleich dem maximal zu erwartenden hydraulischen Spitzendurchfluss (Qs) gesetzt würde.
Ein Einfamilienhaus mit einem hydraulischen Spitzendurchfluss von 2500 l/h würde demnach ein Kalkschutzgerät mit 100 l Katalysatorgranulat benötigen, was sich weder kostengünstig realisieren noch technisch einfach handhaben ließe. Aus diesem Grund greifen auch das DVGW-Arbeitsblatt W 510 und analog die DIN 3607-1 auf schwankende Entnahmeprofile mit entsprechenden Stagnationszeiten zwischen den Entnahmen als empirische Prüfungsgrundlage zurück und bilden diese in vier bzw. laut DIN 3607-1 in fünf Leistungsklassen ab, in welche die Kalkschutzgeräte gemäß ihrem Nenndurchfluss einzuordnen sind.
Der Nenndurchfluss ist nach DIN 3607-1, Abschnitt 3.7, definiert als „der vom Hersteller angegebene Volumenstrom durch das Kalkschutzgerät, der einen für den Einsatzzweck charakteristischen Durchfluss darstellt“. In der Anmerkung 1 zu Abschnitt 3.7 wird dazu ausgeführt: „Dies kann beispielsweise der nach DIN 1988-300 berechnete Spitzendurchfluss für ein Objekt einer bestimmten Größe und sanitären Ausstattung sein. Der Nenndurchfluss im Sinne dieses Dokumentes ist der Gesamtdurchfluss in m3/h, bei dem die Kalkschutzwirksamkeit nach 4.1 ausreichend gegeben ist und sich ein Druckverlust von höchstens 0,08 MPa (0,8 bar) einstellt.“
Für die Auslegungspraxis stellt sich nun die Herausforderung, dem in Anlehnung an das DVGW-Arbeitsblatt W 512 ermittelten und mit dem Katalysatorgranulat skalierbaren Leistungsparameter QD einen für den Einsatzzweck bzw. für das zu schützende Objekt charakteristischen Durchfluss zuzuordnen. Bei der Auslegung und Dimensionierung von Trinkwasser-Installationen gemäß DIN EN 806-3 und DIN 1988-300 stehen vorrangig hydraulische Kriterien im Fokus der Planer und Handwerker. In diesem Kontext sind kurzzeitige Spitzenvolumenströme, wie sie durch die gleichzeitige Nutzung innerhalb weniger Sekunden auftreten können, von technischem Interesse. Gerätespezifische Angaben zum hydraulischen Spitzendurchfluss finden planungsseitig Berücksichtigung, um Druckschwankungen, Druckstöße und Geräuschentwicklung innerhalb enger Toleranzen zu halten und Betriebsstörungen oder Komforteinbußen zu vermeiden.
Da Kalkablagerungsprozesse in Trinkwasser-Installationen in der Regel jedoch nicht spontan erfolgen, ist es für einen zuverlässigen Kalkschutz ausreichend, eine über einen längeren Zeitraum gemittelte Durchflussleistung zu verwenden, die typisch für das jeweilige Objekt ist. Für den Wohnungsbau bietet sich das maximale Stundenmittel Qhmax aus dem Tagesentnahmeprofil an. In zahlreichen Untersuchungen aus der Ingenieurspraxis konnte für Wohngebäude gezeigt werden, dass das maximale Stundenmittel typischerweise bei ca. 10 % des Tagesbedarfs liegt. Bei Hotels erhöht sich das Stundenmittel je nach Nutzungsart (Stadthotel, Touristenhotel, Messehotel) auf 15 bis 40 % des Tagesbedarfs. In der Watercryst-Systemtechnologie sichert dieser empirische Wert die praxisnahe Anlagendimensionierung ergänzend ab, indem definiert wird, dass QD immer größer als Qhmax sein muss.
Bild E zeigt beispielhaft, wie der erwartete Spitzendurchfluss QS nach DIN 1988-300 für eine Wohnanlage mit der Behandlungsleistung des Kalkschutzgerätes korreliert und gerätespezifische Leistungsangaben für den Wohnungsbau planungsseitig nutzbar gemacht werden können.
Daher gilt: Wenn es um den Schutz der Trinkwasser-Installation vor Steinbildung geht, haben diese kurzzeitigen und mengenmäßig in der Regel vernachlässigbaren Spitzenvolumenströme sehr geringen bis keinen Einfluss auf die Kalkschutzwirksamkeit. Aus wirtschaftlichen und verfahrenstechnischen Überlegungen heraus ist daher eine Behandlungsleistungsdimensionierung auf die Spitzenvolumenströme weder notwendig noch sinnvoll.
Fazit
Die Prüfmethodik für die Kalkschutzwirksamkeit nach DVGW-Arbeitsblatt W 510 und W 512 (künftig DIN 3607-1 und DIN 3607-2) stellt eine umfangreiche Qualitätssicherung für normgerechte und effiziente Kalkschutzgeräte dar. Produkte mit einem DVGW-Baumusterprüfzertifikat geben dem Installationshandwerk, Planern und Betreibern eine wichtige und unverzichtbare Entscheidungsgrundlage bei der Auswahl geeigneter Kalkschutzmaßnahmen in Hartwassergebieten. Hersteller von Kalkschutzanlagen, die über die DVGW-Wirksamkeitsprüfung den Nachweis erbracht haben, dass ihre Produkte den spezifischen Anforderungen an die Wasserbehandlung entsprechen, unterliegen kontinuierlichen Qualitätssicherungsprozessen akkreditierter Zertifizierungsstellen.
Von zweifelhaften Wirkversprechen ohne einen Wirksamkeitsnachweis durch eine Zertifizierungsstelle wie z. B. die DVGW Cert GmbH sollte daher bei gewissenhafter Planung und Ausführung unbedingt Abstand genommen werden. Auch im Kontext sich wandelnder nationaler und europäischer Normen und Gesetze wird das DVGW-Baumusterprüfzertifikat zweifelsohne weiterhin den aussagekräftigsten Benchmark für die SHK-Praxis darstellen.
Bild: Watercryst
Autor
Bild: Watercryst
