Magnetit im Getriebe

Die Qualität des Heizungswassers ist bei modernen Heizanlagen zu einem entscheidenden Kriterium für den sicheren Betrieb und eine langfristig hohe Energieeffizienz geworden. Und das gilt nicht nur für Kessel, sondern auch für Peripheriegeräte wie Umwälzpumpen. Gerade bei Pumpen konnten die Hersteller durch technische Weiterentwicklungen, die auch durch die ErP-(Ökodesign)-Richtlinie 2009/125/EG getrieben wurde, erst kürzlich erhebliche Effizienzverbesserungen erzielen, was aber ebenfalls erhöhte Qualitätsansprüche an das Umlaufmedium zur Folge hat.

Um die gesamte Problematik zu verdeutlichen, ist vielleicht eine kleine Beispielrechnung zur Verkalkung von Kesseln sinnvoll: Kalkstein bildet sich dort, wo die Temperaturen am höchsten sind, also bevorzugt in den feinen Strömungskanälen der Wärmeübertrager. Erschwerend ist dabei, dass das Innenvolumen von Heizanlagen durch die Nutzung von regenerativen Energien und den damit verbundenen großen Puffervolumen oft sehr groß ist. Gehen wir für die Abschätzung von Kalkmengen von der Definition der Wasserhärte aus, nämlich dass 1°dH etwa 18 mg Kalk pro Liter Wasser entspricht. Füllen wir einen 300-l-Pufferspeicher mit hartem Wasser (20°dH) auf – was niemand tun sollte – dann wird mit diesem Wasser eine Kalkmenge von etwas über 100 g in das System eingeschleppt. Das entspricht einem Würfel mit etwa 3,5 cm Kantenlänge. Das scheint auf den ersten Blick nicht sehr viel zu sein, aber wer sich diese Kalkmenge als Ablagerung in den filigranen Innenstrukturen einer modernen Gas-Brennwerttherme vorstellt, kommt schnell zu der Überzeugung, dass das Gerät wahrscheinlich bald keinen Muckser mehr tun wird. Auch wenn sich dieser Kalk gleichmäßig als feine Schicht im Wärmeübertrager absetzen sollte, verschlechtert sich der Wärmeübergang und damit der Wirkungsgrad drastisch. Ebenso steigen die Strömungswiderstände, die eine Umwälzpumpe überwinden muss, und somit auch dort der Energieverbrauch.

Beim Heizungswasser ist die VDI 2035 zu beachten

Ebenso kann Korrosion zu ernsthaften Problemen bis zum Totalausfall der Heizungsanlage führen. Auch dieses Thema haben wir bereits mehrfach in der SBZ behandelt, sogar im Rahmen eines Webinars mit dem Hersteller Honeywell. Der begleitende Fachartikel wurde in der SBZ 14/2011 veröffentlicht: „Nur Uraltkesseln ist das Heizungswasser egal“. Zu finden ist der Beitrag im Archiv von https://www.sbz-online.de/. Den direkten Link finden Sie bei den Extras.

In der Praxis sind diese Probleme gelöst und geeignete Gegenmaßnahmen sind geregelt: Es muss sichergestellt sein, dass das Heizungswasser den Anforderungen der VDI 2035 entspricht, was auch durch regelmäßige Kontrollen der elektrischen Leitfähigkeit und des pH-Werts im Rahmen der Wartung langfristig sicherzustellen ist. Die Prüfung liegt zwar in der Verantwortung der Betreiber, aber ohne Aufklärung durch den Heizungsbauer wird das nicht funktionieren. Darüber hinaus empfiehlt sich der Einbau von Geräten zur Abscheidung von Luft, Schlamm, Rost und Magnetit aus dem Heizkreislauf während des Anlagenbetriebs, wofür es bei vielen Herstellern ein reichhaltiges Angebot geeigneter Apparate gibt.

Hocheffizienzpumpen sind bei Magnetit die Achillesferse

Das Thema Heizwasserqualität spielt auch für moderne Hocheffizienzpumpen eine wichtige Rolle. Wird in ein System mit verschmutztem Anlagenwasser eine Nassläuferumwälzpumpe mit Permanentmagnetmotor eingebaut, können sich je nach Konstruktion des Motors zirku­lierende magnetische Schlamm­partikel auf dem Rotor sammeln und zu Problemen führen. Laboruntersuchungen der Firma Spirotech mit entsprechend präpariertem Wasser hätten beispielsweise gezeigt, dass durch Magnetitanhaftungen am Rotor der Katalogpumpenwirkungsgrad nicht mehr erreicht wird. Infolge steigt der Stromverbrauch. Bei dem Versuch habe sich die Pumpeneffizienz ungefähr halbiert. Die Mess­ergebnisse sind im Bild zur relativen Pumpen­effizienz über der Zeit dargestellt. Die Ver­gleichs­messung mit Standardnassläuferpumpen, bei denen der Rotor nur bei eingeschalteter Pumpe magnetisch wirkt, bestätigen die Branchenerfahrung, dass sich magnetische Partikel in der Regel dort nicht dauerhaft in einer problematischen Menge festsetzen.

Zwei Aspekte sind an den genannten Laborexperimenten kritikwürdig. Zum einen fehlen Angaben zur Konzentration der Magnetit-Teilchen im ursprünglichen Wasser und ob diese Konzentrationen auch die Realität in der Praxis widerspiegeln. Zum anderen fehlt die Zeitskalierung auf der Abszisse. Konkrete Zahlen wollte das Unternehmen trotz Nachfrage leider nicht mitteilen. Der beinahe schlagartige Abfall der Pumpeneffizienz lässt jedoch vermuten, dass das Wasser in der Versuchsanlage nur wenige Male umgewälzt wurde. Entsprechend hoch dürfte auch die Konzentration an Magnetitteilchen bei Versuchsbeginn gewesen sein, um in kurzer Zeit einen derart starken Effekt zu erzielen.

Sicher sind solche Versuche mit wahrscheinlich extrem verschärften Randbedingungen absolut legitim, um in kurzer Zeit und mit einfachen Methoden nachzuweisen, dass es quantitativ messbare Effekte gibt. Genau das liefert auch dieser Versuch. Allerdings sollten dann die Randbedingungen offen benannt werden, bevor sich plakative Aussagen wie „50 % Effizienzverlust durch Magnetit“ verselbstständigen.

Abscheider gehören unbedingt zur modernen Heiztechnik

Vielleicht sind hier weitere, detailliertere Untersuchungen sinnvoll. Vielleicht reicht aber schon die grundlegende Erkenntnis für ein Umdenken aus, dass geeignete Gegenmaßnahmen – nämlich Abscheider mit Magnettechnik – ergriffen werden sollten. Im Markt sind solche Geräte jedenfalls schon lange verfügbar und für sie sprechen nicht nur eventuelle Probleme mit modernen Pumpen. Magnetit und Rostschlamm können viele Störungen und Schäden verursachen, besonders an Heizkörpern, Fußbodenheizungen, Thermostatventilen, Regelventilen und Wärmezählern. Frühere Messungen von Spirotech sollen zudem gezeigt haben, dass die Entfernung von Magnetit und anderen Verschmutzungen aus Heizungsanlagen auch die Energiekosten senkt. Denn Beläge, die den Wärmeübergang verschlechtern oder die Regelgenauigkeit beeinträchtigen, erhöhen den Aufwand bei der Wärmeerzeugung.

Hocheffizienzpumpen sind aufgrund ihres Energieeinsparpotenzials grundsätzlich zu empfehlen und die alten Pumpen werden aufgrund der ErP-Richtlinie auch in wenigen Jahren vom Markt verschwunden sein. Heizungsbauer sollten deshalb das Problem offensiv angehen. Offensiv heißt hier: Heizungswasser nach VDI 2035, Vorrichtungen zur Entgasung, Schlamm-, Rost- und Magnetitabscheidung, eine vernünftige Druckhaltung im System sowie die Prüfung dieser Punkte im Rahmen der regelmäßigen Wartung. Dies sind notwendige Bedingungen, um die hohe Effizienz einer modernen Heizanlage auf lange Sicht zu erhalten. Wird das Thema Heizwasserkreislauf nachlässig gehandhabt, ist mit steigenden Schwierigkeiten bei Schadensfällen mit dem Kessel zur rechnen. Schon jetzt ist zu hören, dass sich Hersteller beim Thema Kulanz zunehmend taub stellen und auf die VDI 2035 verweisen, wenn Schäden durch mangelhaftes Heizungswasser verursacht werden.

Dabei kann der Heizungsbauer den zusätzlichen Aufwand vermarktungstechnisch gut nutzen. Denn der Themenkomplex Heizungswasser, Abscheidung und Druckhaltung sind hervorragende Argumente, um Wartungsverträge mit den Kunden abzuschließen. Und diese sind bekanntermaßen der Königsweg für Kundenzufriedenheit, Folgeaufträge und Weiterempfehlungen. UB

Magnetit als Thema zu heiß

Im Zuge einer ausgewogenen Berichterstattung hätte die SBZ gerne auch ­einen Pumpenhersteller zu Wort kommen ­lassen. Deshalb nahmen wir u.a. ­Kontakt mit Grundfos auf und vereinbarten ein Interview mit Dirk Christoph, Leiter Produktmanagement Gebäudetechnik. Leider hat ihm das dänische Mutterhaus kurzfristig untersagt, zum jetzigen Zeitpunkt eine Stellungnahme zu dem Thema „Magnetite in Verbindung mit Hocheffizienzpumpen“ abzugeben. Christoph versprach aber, sich unverzüglich zu melden, sobald die Möglichkeit einer entsprechenden Veröffentlichung besteht. Auf die Aussagen sind wir bereits gespannt und werden das Interview möglichst zeitnah ­nachreichen.

Checkliste

Ein moderner Heizkessel ist nur die halbe Miete. Für eine effiziente Heizungsanlage sind noch weitere Punkte zu berück­sichtigen, die später bei der regelmäßigen ­Wartung auch zu prüfen sind:

anlagentechnischer Wirkungsgrad

effiziente Umwälzpumpe

Heizungswasser nach VDI 2035

Schlamm-, Rost-, Magnetit- und ­Luftabscheider

Druckhaltung

hydraulischer Abgleich

Moderne Heizkessel ­erzielen ihre Effizienz­gewinne auch durch feine Innenstrukturen der Wärmeübertrager. ­Diese sind im Vergleich zu ­alten Anlagen aber wesentlich anfälliger gegen Kalk, Schlamm, Rost und ­Magnetit. Deshalb sind Abscheider von entscheidender ­Bedeutung für den ­sicheren Betrieb und den Werterhalt der Anlage.

Schlamm- und Magnetit­abscheider werden am sinnvollsten möglichst kurz vor der Umwälz­pumpe und dem Kessel eingebaut – ­also in der Regel im Keller. Luftabscheider sind optimal am obersten Punkt im Vorlauf zu platzieren. Kombi­geräte, die Luft und Schlamm abscheiden, stellen deshalb eher die zweitbeste Lösung dar.

Bei zu niedrigem Anlagen­druck bilden sich im Laufrad der Pumpe durch hohe Strömungs­geschwindigkeiten Dampfblasen, die später zusammenfallen und hohe Druckstöße verursachen (Kavitation). Solche Druckstöße können die Laufräder zerstören und deshalb ist die Druckhaltung so wichtig.

Den direkten Link zu dem SBZ-Beitrag „Nur Uraltkesseln ist das Heizungs­wasser egal“ finden Sie unter: https://www.sbz-online.de/tags/extras-zum-heft