Dem Wasser die Härte nehmen

Mineralstoffe wie Kalzium und Magnesium sind ein natürlicher Bestandteil des Wassers, für die Verwendung in Trinkwasserinstallationen ist eine zu hohe Konzentration an Härtebildnern jedoch unerwünscht. Kalkablagerungen behindern nicht nur den Durchfluss in Trinkwasserleitungen, sondern beeinträchtigen auch die Trinkwasserhygiene. Auf Wärmetauscherflächen verschlechtert Kalk als sogenannter Kesselstein den Wärmeübergang und erhöht damit den Energieaufwand. In Geräten und Armaturen führt Kalk zu Funktionsstörungen.

Wahrscheinlichkeit von Kalkausfällungen beurteilen

Für den Einsatz von Wasserbehandlungsmaßnahmen gegen Kalk gibt es zunächst zwar gute Gründe. Es gilt jedoch auch ein Minimierungsgebot gemäß Trinkwasserverordnung (TrinkwV) § 6 (3) sowie die Vorgabe der DIN 1988-200 12.1, wonach außer dem vorgeschriebenen mechanischen Filter keine weitere Behandlung des Trinkwassers erfolgen soll, solange es dafür keine Erfordernis gibt. Deshalb gilt es zu prüfen, inwieweit die Wasserbeschaffenheit auf Verkalkungsverhalten und Korrosionswahrscheinlichkeit schließen lässt.

Nach DIN 1988-200 12.3.2 kann eine Trinkwassernachbehandlung für den Fall in Betracht gezogen werden, wenn Steinbildung zu erwarten ist. Ergänzend dazu lautet eine Vorgabe nach Abschnitt 12.1.2 der DIN EN 806-2, dass eine Trinkwassernachbehandlung vorzusehen ist, wenn diese vom Bauherrn bzw. Auftraggeber als erforderlich erachtet wird. Die DIN 1988-200 Tabelle 6 empfiehlt bei Härtegraden von  1,5 bis < 2,5 mol/m³ (entspricht  8,4 °dH bis < 14 °dH) eine Stabilisierung oder Enthärtung für die Trinkwassererwärmung; oberhalb einer Kalziumkarbonat-Massenkonzentration von 2,5 mol/m³ (entspricht 14 °dH) ist für die Trinkwassererwärmung eine Härtestabilisierung oder Enthärtung vorzusehen.

Zum Schutz vor Kalk und Korrosion ist Vorbeugen besser als Sanieren, damit Trinkwasserinstallationen über die vorgesehene Nutzungsdauer zum einen ihre Funktion erfüllen können und zum anderen hygienische Beeinträchtigungen der Trinkwasserqualität vermieden werden. Insofern gehört eine Auswertung der Wasseranalyse zu den Pflichtaufgaben bei der Planung von Trinkwasserinstallationen.

Kalkbeläge auch auf glatten Oberflächen

Diese Empfehlungen sollten unabhängig vom verwendeten Leitungsmaterial berücksichtigt werden. So sollte auch bei der Verwendung von Rohren mit glatter Innenwandung innerhalb dieser Härtebereiche nicht auf Maßnahmen zum Kalkschutz verzichtet werden. Erfahrungsgemäß lagert sich Kalk an den Rohrwandungen in dünnen Schichten an, die dann nach Erreichen einer bestimmten Schichtdicke aufgrund einer Längenausdehnung des Rohres oder infolge von Druckschwankungen abplatzen und an bestimmten Stellen (z. B. bei Umlenkungen oder in Armaturen) den Durchgang verstopfen.

Beim Einsatz von Geräten zur Trinkwassernachbehandlung steht der SHK-Fachmann häufig vor der Frage, ob nur das zur Erwärmung vorgesehene Trinkwasser oder auch die Behandlung von Trinkwasser kalt mit einbezogen werden soll. Die DIN 1988-200 empfiehlt in Tabelle 6 oberhalb eines Härtegrades von  2,5 mol/m³ ( 14 °dH) auch für Trinkwasser kalt die Härtestabilisierung oder Enthärtung. Dies vor allem aus dem Grund, um Haushaltsgeräte wie Wasch- und Geschirrspülmaschinen, Dampfgarer oder Wasserkocher vor teuren Schäden durch Verkalkung zu schützen. Weil diese Geräte in den meisten Fällen mit kaltem Trinkwasser betrieben oder befüllt werden, folgt daraus, dass Maßnahmen zur Vermeidung von Steinbildung für kaltes Trinkwasser sowohl sinnvoll als auch erlaubt sind.

Wasserenthärtung mittels Ionenaustauschverfahren

Wässer haben je nach Zusammensetzung und Inhaltsstoffen eine unterschiedliche Neigung zur Kalkausfällung. Die Härtebildner Kalzium und Magnesium zählen aber zugleich auch zu den Mineralstoffen, die für den Menschen lebensnotwendig sind. Aus diesem Grund ist beim Einsatz von Enthärtungsanlagen generell nur eine Teilenthärtung sinnvoll.

In mehr als der Hälfte bundesdeutscher Haushalte strömt Wasser im mittleren bis hohen Härtebereich durch die Leitungen. Die beiden gängigsten Verfahren sind die Wasserenthärtung mittels Ionenaustauschverfahren und die Härtestabilisierung mittels Dosiertechnik.

Das Ionenaustauschverfahren ist naturidentisch und seit Jahrzehnten bewährt. Bei diesem Verfahren werden Kalzium- und Magnesiumionen gegen unbedenkliche Natriumionen getauscht. Dazu durchströmt das Rohwasser einen Behälter mit einer Füllung von Austauscherharz, an dem die Natriumionen anlagern und beim Durchströmen gegen Kalzium- bzw. Magnesiumionen getauscht werden. Zur Reduzierung der Wasserhärte um 1 °dH werden 8,2 mg/l Natriumionen benötigt. Die Menge an gelösten Salzen ändert sich durch den Ionenaustausch nicht. Sobald die Austauscherkapazität einen definierten Wert unterschreitet, löst die Steuerung von Enthärtungsanlagen einen Regenerationsvorgang aus. Ionenaustauscheranlagen werden mit Salz (Natriumchlorid) regeneriert, das in einem Salzbehälter lagert. Danach stehen an der Oberfläche des Austauscherharzes wieder Natriumionen zur Verfügung.

Verbesserungen im Detail machen aber auch vor bewährter Technologie nicht halt. So überwachen zum Beispiel die Grünbeck-Weichwasseranlagen der Baureihe softliQ den Salzvorrat automatisch. Für die Trinkwasserhygiene sorgen eine Befüllung mit lebensmittelechtem Austauscherharz und eine totraumfreie Verteilung des Wassers.

Kalk durch Härtestabilisierung mit dem Wasser ausschwemmen

Zur Vermeidung von Steinbildung ist nicht immer das Verfahren der Wasserenthärtung erforderlich. Bei geringerer Wasserhärte kann die Dosierung von Polyphosphaten zur Härtestabilisierung ausreichend sein. Das Verfahren der Dosierung kann eingesetzt werden, wenn die Wasserparameter zulassen, durch Härtestabilisierung den Kalk in Lösung zu halten. Die Härtestabilisierung erfolgt nicht durch eine chemische Umsetzung, sondern durch die Ablagerung des Dosierwirkstoffs (Polyphosphat) an der Oberfläche der Härtebildner. Als Dosierwirkstoffe werden Polyphosphate oder Silikate eingesetzt. Im unbehandelten Wasser bilden sich Kristalle aus Kalziumkarbonat, die schließlich zu einer festen Oberfläche aus Kalkstein führen. Polyphosphate lagern sich an den Kalkkristallen aus Kalziumkarbonat ab und stören somit den Kristallaufbau. Die Kalkkristalle können dadurch mikroskopisch klein gehalten werden, bleiben im Wasser in Lösung und werden mit dem Trinkwasser ausgeschwemmt. Die Bemessung des Dosiergerätes richtet sich nach dem Spitzendurchfluss sowie nach dem zu erwartenden monatlichen Wasserverbrauch.

Trinkwassernachbehandlung aus Hygienegründen

Mit den verschärften Anforderungen an die hygienische Qualität des Trinkwassers gewinnt der Schutz vor Kalkausfällungen auch für die Trinkwasserhygiene an Bedeutung. Kalkablagerungen im Leitungssystem bieten mit ihrer unebenen und oftmals zerklüfteten Oberflächenstruktur Raum für die Ansiedlung von Keimen und Bakterien, die sich dort nahezu ungestört vermehren können. Die Vermeidung von Kalkablagerungen entzieht diesen eine Grundlage zur Vermehrung. Darüber hinaus sichert der Schutz vor Kalk die Langlebigkeit der Trinkwasserinstallation und vermeidet unnötigen Energieverbrauch in der Warmwasserbereitung.

Trinkwassernachbehandlung aus Komfortgründen

In vielen Fällen erlauben die Eigenschaften des jeweiligen Trinkwassers auch den Verzicht auf eine Trinkwassernachbehandlung, wenn das Wasser aufgrund seiner Parameter beispielsweise keine Kalkausfällung erwarten lässt. Viele Endkunden wünschen sich jedoch aus Komfortgründen weiches Wasser. Es ist daher empfehlenswert, mit dem Kunden zu klären, welche Eigenschaften dieser vom Trinkwasser erwartet. Die Auswahl des Verfahrens richtet sich danach, ob Armaturen, Sanitärobjekte, Küchengeräte und -spülen sowie Warmwasserspeicher und Rohrleitungen frei von Kalkablagerungen bleiben sollen oder ob auch spürbar weiches Wasser aus den Brauseköpfen fließen soll.

Für den Einsatz insbesondere im privaten Wohnhaus stellen sich auch Ansprüche an die Optik. Weichwasseranlagen der neuesten Generation für den Einsatz in Wohngebäuden haben nichts mehr mit dem kastenförmigen Plastikbehälter mit separat aufgestellten Austauscherpatronen gemein. So lassen sich die Grünbeck-Weichwasseranlagen der Baureihe softliQ durch ihre designbetonte Formgebung auch zum Beispiel in einem Haustechnik- und Hauswirtschaftsraum neben Wärmepumpe und Waschmaschine optisch ansprechend platzieren.

Wasserenthärtung für größere Anlagen

Größere Enthärtungsanlagen sind mit mehreren Austauscherflaschen ausgeführt, sodass die Versorgung mit weichem Wasser nicht durch den Regenerationsvorgang unterbrochen wird. Bei Anwendungsbereichen wie in Krankenhäusern, Hotels oder Gewerbeobjekten, wo stets eine gleichbleibende Versorgung sicherzustellen ist, soll darüber hinaus auch während der Regeneration der Fließdruck nicht beeinträchtigt werden. Steht zum Beispiel für ein mehrgeschossiges Gewerbeobjekt (z. B. Hotel) ein im Verhältnis schwacher Versorgungsdruck aus der öffentlichen Trinkwasserversorgung zur Verfügung, ist zu überprüfen, ob durch den Einsatz von Geräten zur Trinkwasserbehandlung (Druckverlust von Apparaten p_Ap) noch der geforderte Mindestfließdruck (p_min,FL) an den Entnahmestellen gewährleistet werden kann. Um dies sicherstellen zu können, muss die Enthärtungsanlage den Druckverlust so niedrig wie möglich halten.

Für Anwendungsbereiche mit hohen Anforderungen an eine konstante Weichwassermenge und gleichbleibenden Fließdruck ermöglicht eine von Grünbeck entwickelte Dreifach-Enthärtungsanlage die permanente Weichwasserversorgung ohne Beeinträchtigung des Anlagenbetriebs. Dazu arbeiten stets zwei von drei Austauscherflaschen synchron im Enthärtungsbetrieb. Zusammen mit einem speziellen Dreiwege-Kugelventil gewährt die Anlage dadurch eine hohe Durchflussleistung bei einem maximalen Druckverlust von 0,8 bar. Zusätzlich steht für industrielle Anlagen eine baugleiche Ausführung ohne Verschneideeinrichtung zur Auswahl, die vollenthärtetes Wasser mit < 0,1 °dH erzeugt.

Wirtschaftlichkeit von Wasserenthärtungsanlagen

Die laufenden Betriebskosten für eine Enthärtungsanlage summieren sich aus dem Verbrauch an Regeneriersalz und Strom sowie aus den Wartungskosten. Moderne Weichwasseranlagen sparen Energie und Ressourcen, indem sie die Leistung der vorgewählten Rohwasserhärte und dem Wasserentnahmeprofil anpassen. Um sowohl den Stromverbrauch als auch den Bedarf an Regeneriersalz zu reduzieren, passen die von Grünbeck entwickelten softliQ-Weichwasseranlagen durch eine intelligente Steuerung den Anlagenbetrieb an das tatsächliche Nutzerverhalten an. Damit die stetige Versorgung mit enthärtetem Wasser sichergestellt ist, registriert die Steuerung selbstlernend den längsten Zeitraum, in dem gewöhnlich kein Wasser benötigt wird. Darüber hinaus regeneriert die Weichwasseranlage jeweils nur die verbrauchte Anlagenkapazität, führt jedoch zum Erhalt der Trinkwasserhygiene spätestens nach vier Tagen automatisch eine Vollregeneration durch. Das Gerät misst über einen Infrarot-Lichtsensor die Füllhöhe der Salzmenge und erinnert den Anlagenbetreiber auf der Displayanzeige, per E-Mail oder über die myGrünbeck-App auf Smartphone bzw. Tablet rechtzeitig an das Nachfüllen. Diese Fernkontrolle über mobile Endgeräte ist vor allem für Gebäudetechnik-Verantwortliche von Vorteil, die nicht regelmäßig im Gebäude sind.

Fazit

Kalkablagerungen erhöhen nicht nur den Energieverbrauch, sondern bergen durch ihre unebene Oberfläche auch das Risiko, dass sich Bakterien und Keime ansiedeln können. Die Vermeidung von Kalkablagerungen entzieht diesen eine Grundlage zur Vermehrung. Darüber hinaus sichert der Schutz vor Kalkablagerungen die Langlebigkeit der Trinkwasserinstallation und vermeidet unnötigen Energieverbrauch in der Warmwasserbereitung.

Jochen Kitzler ist Leiter Vertrieb Innendienst bei der Grünbeck Wasseraufbereitung GmbH in 89420 Höchstädt, Telefon (0 90 74) 41-1 43, E-Mail: jochen.kitzler@gruenbeck.de