Nachhaltiges Heizen beginnt beim Heizungswasser

Nachhaltigkeit sowie Klima- und Umweltschutzziele gewinnen als gesellschaftliche Themen massiv an Bedeutung. Das gilt offenbar auch rund ums Wohnen.

Wer eine neue Heizanlage konzipiert oder im Bestandsgebäude die Altanlage an den aktuellen „Stand der Technik“ anpasst: Ziel muss es stets sein, eine hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit wie mit Blick auf die Nachhaltigkeit optimierte Anlage zu realisieren. BWT und dessen Partner Resus setzen bereits beim Heizungswasser auf Nachhaltigkeit. Dabei spielt das permanente Korrosions-Monitoring eine zentrale Rolle.

Wie die Studie „Immobilientrends 2022“ der Engel & Völkers Finance zeigt, ist der Aspekt des klima-und umweltfreundlichen Wohnens beim Immobilienerwerb für mehr als jeden Zweiten ein entscheidendes Kriterium. Immerhin jeder Dritte legt Wert auf ein „Smart Home“ zur Steuerung von Heizung, Licht und Elektrogeräten, um Energie zu sparen.

Auch Brüssel ist hier aktiv: Mit der Sustainable Products Initiative (SPI) will die EU-Kommission Energieeffizienz- und Ressourcenschutzanforderungen an eine Vielzahl von Produktgruppen regeln. Anders als die bisher geltende Ökodesign-Richtlinie soll die neue Verordnung nicht nur für energieverbrauchsrelevante Produkte, sondern für fast alle physischen Produkte gelten. Die Verordnung soll künftig den rechtlichen Rahmen vorgeben, mit dem Anforderungen für Umwelt- und Ressourcenschutz an Produkte gestellt werden können. Neu ist, dass der gesamte Lebenszyklus der Produkte bei neuen Umweltschutzanforderungen Beachtung finden soll.

Wie ist die Nachhaltigkeit der Energieeffizienz bei modernen Heizanlagen zu gewährleisten? Das Verb „nachhalten“ hat die Bedeutung „längere Zeit andauern oder bleiben“ und begründet die Notwendigkeit der Heizungswasseraufbereitung. Denn wärmedurchgangshemmende Ablagerungen, Korrosionsvorgänge oder auch Korrosionsschlamm behindern eine exakt geregelte und aufeinander abgestimmte Heiztechnik und somit die gewünschte gleichbleibende Funktion.

Zentrales Thema dieses Fachbeitrags ist der Nachweis, dass dafür mitnichten ein quasi als unentbehrlich geltendes Technik-Equipment erforderlich ist: Schlammabscheider, Luftabscheider und Magnetitfilter können entfallen; sie sind im Grunde nur als „Camouflage“ notwendig, wenn die VDI 2035 nicht konsequent beachtet wird.

Erforderlich sind nur zwei Dinge: Normengerechte Beachtung der Vorgaben und der Einsatz einer vernünftigen, zuverlässigen und möglichst günstigen Überwachung, um sicherzustellen, dass etwas Gutes auf Dauer auch richtig bleibt.

Sauerstoffeintritt: Korrosions-Risiko Nummer 1

Korrosionsreaktionen in Warmwasser-Heizungsanlagen werden wesentlich durch die Anwesenheit von Sauerstoff im Heizwasser bestimmt. Sauerstoff kann einerseits als natürlicher Bestandteil der Umgebungsluft und andererseits als gelöstes Gas mit dem Füll- und Ergänzungswasser in den Heizwasser-Kreislauf gelangen. Korrosionsschäden äußern sich dann in vielfältiger Weise:

• Funktionsstörungen bei Pumpen und Armaturen, • Gasblasen- und Gaspolsterbildung, • Beeinträchtigung des Wärmeübergangs (Bildung von Belägen, Ablagerungen), • Geräusche (z.B. Siedegeräusche, Fließgeräusche), • Leckagen.

Die VDI 2035 beschreibt sehr deutlich, dass für die wasserseitige Korrosion der Sauerstoffgehalt von entscheidender Bedeutung ist: „Erfahrungsgemäß ist die Wahrscheinlichkeit für Korrosionsschäden gering, wenn der Sauerstoffgehalt im bestimmungsgemäßen Betrieb den Wert von 0,1 mg Sauerstoff je Liter Wasser nicht überschreitet. Bei korrosionstechnisch geschlossenen Anlagen stellen sich im laufenden Betrieb erfahrungsgemäß sogar Werte unter 0,02 mg/l ein.“

Es gibt da keinen Diskussionsbedarf: Sauerstoff ist Hauptverursacher für das Korrosionsgeschehen in Warmwasser-Heizungsanlagen.

Man muss sich das nur konsequent klarmachen: Die VDI 2035 beschreibt ein dichtes, ein geschlossenes System – und in einem geschlossenen System darf ein Luft- und somit Sauerstoffeintritt einfach nie passieren. Kein Eintritt von Luft, kein Sauerstoff, keine Korrosion – deshalb ist es doch nur folgerichtig, dass in der VDI 2035 an keiner Stelle ein Luftabscheider oder ein Schlammabscheider beschrieben ist. Das gilt übrigens auch für die DIN EN 12828 („Heizungsanlagen in Gebäuden - Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen“) – Luftabscheider und Schlammabscheider kommen hier nicht vor.

Abscheider und Filter beheben also nur die Folgen der unerwünschten Sauerstoffzufuhr ins System, sie beheben aber nicht die Ursachen! Zudem steckt hinter dem Einsatz eines Luftabscheiders sowieso ein systematischer Denkfehler: Der in der Luft enthaltene Sauerstoff (ohnehin nur 21%) wird sich mit dem metallischen Material quasi blitzartig zu Rost verbinden, der Rest ist Stickstoff – so wird der Luftabscheider korrekt gesprochen zu einem Stickstoffabscheider.

Die Grundsätze der Vermeidung, wie von der VDI 2035 formuliert, sind auf drei Säulen aufgebaut:

1. Erfassung und Dokumentation des Füll- und Ergänzungswassers (Menge und Qualität); nur 0,5 Prozent Verlust gelten als akzeptabel,
2. Auffälligkeiten bei der Trübung (glasklares Wasser ist gefordert, keine Farbe!),
3. Kontrolle und Dokumentation der Druckhaltungsfunktion durch Wartung und Instandhaltung.

Zu den beiden erstgenannten Punkten: Zu hohe Ergänzungswassermengen oder „farbiges Heizungswasser“ sind Mängel in einem geschlossenen System, die Ursachen für solche Mängel müssen behoben werden.

Druckausgleich: So bleibt die Heizanlage dicht

Dem letzten Punkt kommt eine überaus entscheidende Rolle zu. Mit einem Ausdehnungsgefäß gibt man dem Heizungswasser Raum zum Arbeiten bzw. Raum für seine Volumenänderung. Die Druckhaltung als zentrale Funktion eines Membran-Druckausdehnungsgefäßes (MAG) ist ein elementarer Faktor für eine wirkungsvolle Verteilung der Heizwärme. MAG halten den Druck an jeder Stelle des Anlagensystems in den zulässigen Grenzen, kompensieren Schwankungen im Volumen infolge der unterschiedlichen Temperaturen und gleichen minimale systembedingte Wasserverluste aus. Vor allem verhindern sie bei korrekter Einstellung und Wartung das Eindringen von Luft ins System (atmosphärische Luft: 21% O2 + Metall = Oxidation = Korrosion).

Resus beschreibt das Problem so: „Ein zu hoher Vordruck ist ebenso falsch wie ein zu niedriger, und selbst ein korrekter Vordruck kann durch Vordruckverlust schnell zu niedrig werden. Der Verlust des Vordrucks wird oft durch unnötiges Nachfüllen von Wasser ausgeglichen, anstatt den Gasfülldruck zu korrigieren. Falscher Vordruck ist in der Praxis die mit Abstand häufigste Ursache für Korrosionsschäden.“ Bei zu geringem Vordruck kann das Ausdehnungsgefäß die Anlage nach dem Abkühlen nicht mehr vollständig mit Wasser gefüllt halten. Dadurch wird am höchsten Punkt Luft eingesaugt („atmen“). In einem solchen Fall führt das Hinzufügen von Wasser, um die Installation erneut ausreichend unter Druck zu setzen, dazu, dass das Ausdehnungsgefäß eine so große Menge Wasser aufnimmt, dass beim Erwärmen nicht genügend Platz für die Ausdehnung vorhanden ist. Der Druck in der Anlage steigt zu stark an und das Sicherheitsventil öffnet.

Ein zu hoher Vordruck bewirkt einen ähnlichen Effekt: Die erforderliche Kompression des Gaspolsters durch das expandierende Wasser kann nicht mehr ausreichend erfolgen, wodurch das Sicherheitsventil öffnen könnte. Oder das Ausdehnungsgefäß enthält nach dem Abkühlen kein Wasser mehr und kann somit den minimal erforderlichen Systemdruck nicht mehr aufrechterhalten; somit kann wieder Luft (mit Sauerstoff) eintreten.

Monitoring identifiziert Ursachen

Eine Lösung bieten von Resus entwickelte Korrosions-Monitore zum präventiven Aufspüren von Korrosion in Heizungs- und/oder Kälteanlagen. Die Technologie besteht darin, dass jeder Korrosions-Monitor eine Sonde mit einem Metallcoupon enthält, der in der Wasserströmung korrodieren kann. Die Oxidation dieses Coupons ist repräsentativ für die gleichförmige Korrosion in der Anlage. Eine Warnfunktion informiert den Nutzer bei unzulässigen Werten.

Die gespeicherten Daten des Monitors sollten vorzugsweise einmal pro Jahr ausgelesen werden, um das Korrosionsverhalten der Anlage zu analysieren. Schließlich ist es möglich, dass eine Anlage langsam, aber konstant mit einer Geschwindigkeit korrodiert, die knapp unter dem Korrosionsalarm liegt (24 μm/Jahr). Der Monitor wird dann keinen Alarm geben, aber in einem solchen Fall kann mittelfristig immer noch viel Korrosionsschlamm gebildet werden. Kurzzeitiger Eintritt von Sauerstoff in die Anlage verursacht Korrosionsspitzen. Diese fallen schnell wieder ab, weil der Sauerstoff durch Korrosionsprozesse schnell verbraucht wird. In einer guten Anlage sollten Korrosionsspitzen nur selten auftreten und unter dem Alarmschwellenwert bleiben. Eine Korrosionsrate, die regelmäßig gegen Null tendiert bedeutet eine hohe Lebensdauer für die Anlage. Wenn die Korrosionsrate im Durchschnitt hoch bleibt, bedeutet dies, dass in irgendeiner Form Sauerstoff kontinuierlich in die Anlage eindringt (z.B. Diffusion durch Gummischläuche oder nicht-sauerstoffdichte Kunststoffrohre). Man spricht dann von einer „hochgradigen Grundkorrosion“, die sich natürlich nachteilig auf die Lebensdauer der Anlage auswirkt.

Die perfekte Anlage kommt ohne Korrosionsspitzen aus. Es tritt kein Sauerstoff ein und aufgrund der geringen Leitfähigkeit des Systemwassers verläuft die Korrosion extrem langsam.

Die kontinuierlich gemessene Korrosionsrate wird im Speicher des Loggers abgelegt. Die Resultate können ausgelesen werden, um den Nutzer über die Intensität und den Zeitpunkt der Korrosion zu informieren. Dafür steht eine Software zum Auslesen und zur Analyse der über die Korrosions-Monitore gesammelten Daten zur Verfügung („Dashboard“). Die Software platziert die gespeicherten Daten auf einer Zeitschiene, um eine Historie darzustellen. Damit wird dem Nutzer ermöglicht, Zusammenhänge herzustellen oder Muster in den gesammelten Parametern zu erkennen.

Heizungswasser mit permanent überprüfter Druckhaltung

Noch einmal ganz deutlich: Wer als Fachplaner einen Entgaser, einen Luftabscheider, einen Vakuum-Entgaser oder Schlammabscheider vorsieht und wer als Installateur solche Technik installiert, behandelt allein Symptome von Fehlern und kümmert sich nicht um die Ursachen.

Im Übrigen sind diese Produkte überhaupt nicht in der Lage, Korrosion zu beeinflussen oder zu vermeiden, ist doch die Korrosionsreaktion zwischen Metall und Sauerstoff viel zu schnell (man kann nicht herausholen, was gar nicht mehr drin ist). Dabei geht es nicht um „Peanuts“, der Markt für Luftabscheider, Schlammabscheider und Magnetitfilter geht in die Millionen Euro.

Ein großer Anbieter von Schlammabscheidern macht diese Rechnung auf: Gemäß einer Studie könne der Endkunde beim Einsatz eines Magnetitfilters die Energieeffizienz seine Anlage um rund 13 Prozent verbessern (unter anderem, weil Wärmeübertrager ohne Magnetit-Ablagerungen effizienter arbeiten).

Das muss man selbstverständlich anders denken und argumentieren: Wenn wir dafür sorgen, dass es durch ein perfektes Heizungswasser und eine permanent überprüfte und funktionierende Druckhaltung gar nicht erst zu einem Sauerstoffeintrag kommt und Magnetit dann eben keine Probleme bereiten kann, spart also unser Endkunde diesen Energieverlust von vornherein ein. Nicht zuletzt vermeidet das Probleme mit modernen Permanentmagnet-Pumpen.

Sorgt eine Überwachung und eine Warnmeldung dafür, dass zu hohe Korrosionsgeschwindigkeiten erfasst werden, kann die detektierte Ursache direkt behoben werden.

Grünes Heizungswasser-Konzept

BWT hat dieses Monitoring in seinem „Aqa therm HSS“-Konzept integriert und weiterentwickelt zu einem Nachhaltigkeits-Gesamtkonzept „Grünes Heizungswasser“. Eine Lösung, um die sich beispielweise der Verwalter zum einen nicht aktiv kümmern muss – die Technik meldet sich selbst bei Abweichungen. Zudem ist die Lösung quasi inhärent umweltfreundlich – es wird keine aggressive Chemie hinzugefügt, Behälter für Chemikalien entfallen. Die wichtigsten Merkmale dieses Konzeptes: Reduzieren („reduce“) / Wiederverwenden („reuse“) / Wiederverwerten („recycle“).

„reduce“: Das „ReinHeizGebot“ von BWT verzichtet auf Korrosionsinhibitoren oder andere Zusatzstoffe für das Heizungswasser. Dadurch wurden der Umwelt in den vergangenen zehn Jahren nicht nur Millionen Liter umweltschädlicher Chemikalien erspart; tausende Plastikkanister, Plastiksäcke und Millionen Liter „Plastikharz-Ionenaustauschermaterial“ wurden nicht produziert und somit vermieden.

„reuse“: Schäden im Heizungssystem durch Schlamm, Kalk oder Korrosion haben ihren Schrecken verloren. Serviceeinsätze durch Dienstleister sind planbar, da die Heizanlage durch das „HeizungsSicherheitsSystem Aqa therm HSS“ per Dauerüberwachung mit frühzeitiger Alarmmeldemöglichkeit eine langfristige Werterhaltung bewirkt.

„recycle“: BWT stellt Sammelboxen für das Recycling der Patronen für das Ergänzungswasser auf.

Fazit

Klima- und Umweltschutzziele beherrschen seit geraumer Zeit die Themen vieler Tagungen ebenso wie die Schlagzeilen der lokalen wie der internationalen Presse. Es gibt kaum ein Zweifel daran, dass der Kunde (Fachplaner, Installateure, Endkunden) mittelfristig jedes Unternehmen an seinen Nachhaltigkeitszielen messen wird. Der eine oder andere Anbieter ist versucht, dabei die Faktenlage zu ignorieren. Heizungsbauer sollten sich auf solche Mogelpackungen nicht einlassen.