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Heizungswasser fachgerecht konditionieren

VDI 2035: Maßnahmen gegen Steinbildung und Korrosion

Der Wunsch nach energie­effizienter Wärmetechnik zwingt die Heiztechnikhersteller, ihre Produkte immer weiter zu optimieren. Dadurch erhöht sich die Vielfalt der verwendeten metallenen Werkstoffe, die Heizkessel werden kompakter und Wärmeübertrager leistungsfähiger. Zusätzlich werden zunehmend regenerative Energien in Warmwasserheizungen integriert, womit sich Systemtemperaturen und das Anlagenvolumen teilweise deutlich verändern. Warmwasserheizungen werden also komplexer und benötigen eine exakte, dauerhafte Abstimmung aller Komponenten. Im Fokus steht hierbei auch die Beschaffenheit des Heizungswassers hinsichtlich Steinbildung und Korrosion.

Die maßgeblichen Parameter der Wasserbeschaffenheit in Warmwasser-Heizungsanlagen sind in der VDI 2035 (Teil 1: Steinbildung; Teil 2: Korrosion) beschrieben. Die VDI 2035 beinhaltet Richtwerte und spiegelt hinsichtlich der Vorbeugung gegen Steinbildung und Korrosion die Verfahren nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik wider.

Mit deren Anwendung und Dokumentation sind Planer und Installateure diesbezüglich vor Gewährleistungsrisiken geschützt. Das betrifft aber nicht die individuelle Heizungsanlage! Hier müssen der Planer und der Heizungsbauer dafür Sorge tragen, dass die Maßnahmen gemäß VDI 2035 zu den Vorgaben der Hersteller konform sind. Das setzt in aller Regel voraus, dass bei der Neuerrichtung alle Anlagenkomponenten zusammenpassen und die werkstoffspezifischen Anforderungen einbezogen werden.

Vermeidung von Steinbildung

Mit der Zielsetzung der Vermeidung von Steinbildung bezieht sich die Richtlinie auf Standard-Warmwasser-Heizungsanlagen mit einer Betriebstemperatur von max. 100 °C sowie spezifischen Anlagenvolumen von über 20 l/kW und auf Umlaufwasserheizer mit weniger als 0,3 l/kW spezifischem Wasserinhalt. Zielsetzung ist die dauerhafte Sicherstellung der energieeffizienten Wärmeerzeugung. Einen wesentlichen Einfluss auf einen energieeffizienten Heizungsbetrieb hat die Steinbildung. Der Prozess der Steinbildung ist zwar nicht neu, wird aber durch moderne Heizungsanlagen zunehmend problematischer. Gründe dafür sind:

▪ Durch Dämmung der Gebäudehülle sinkt die Heizlast bei gleichem Anlagenvolumen.

▪ Erhöhung des Anlagenvolumens durch Pufferspeicher bzw. Einbindung von Solarthermie.

▪ Kompakte Wärmeübertrager mit großen Übertragungsflächen und daher konstruktiv kleinen Spaltmaßen.

▪ Mehrkesselanlagen.

Da die unter bestimmten Betriebsbedingungen ausfallenden Mineralien (Erdalkali- und Hydrogencarbonat-Ionen) Bestandteile des Trinkwassers sind, ist die direkte Befüllung nur in seltenen Fällen möglich. Die VDI 2035 sieht daher die Behandlung des Heizungsfüll- und -ergänzungswassers vor.

Der Systemtrenner
Quelle: Honeywell
Der Systemtrenner "BA295D3/4WHD" ist eine Nachrüstlösung als Ersatz für den früher üblichen und heute nicht mehr zulässigen Schlauchanschluss zur Heizungsbefüllung.

Die Steinbildung in Warmwasser-Heizungsanlagen ist nicht nur von den Grundeigenschaften des Füllwassers, sondern auch von mehreren weiteren Indikatoren abhängig:

▪ Gesamtleistung der Heizungsanlage,

▪ spezifisches Anlagenvolumen bezogen auf die Heizleistung,

▪ Füll- und Ergänzungswassermenge,

▪ Art des Wärmeerzeugers.

Basierend auf praktischen Erfahrungen enthält die VDI 2035 für das Heizungsfüll- und -ergänzungswasser eine Tabelle mit Richtwerten. Zugrunde gelegt ist hierbei:

▪ Bezogen auf die Lebensdauer der Anlage darf die Summe an Füll- und -ergänzungswasser das dreifache Volumen der Anlage nicht übersteigen.

▪ Das spezifische Anlagenvolumen beträgt über 20 l/kW Heizleistung (bei Mehrkesselanlagen ist die kleinste Einzel-Heizleistung maßgebend).

▪ Wasserseitiger Korrosion wird entsprechend VDI 2035 Blatt 2 vorgebeugt.

Die Tabelle gibt die Richtwerte für das Füll- und Ergänzungswasser an.
Quelle: Honeywell
Für das Füll- und Ergänzungswasser sind zur Vermeidung von Schäden durch Steinbildung folgende Richtwerte einzuhalten. (* Bei Anlagen mit Umlaufwasserheizern und für Systeme mit elektrischen Heizelementen beträgt der Richtwert für die Summe der Erdalkalien ≤ 3 mol/m3, entsprechend 16,8 °dH)

Die Richtlinie weist auch auf Pflichten des Planers hin. Er muss folgende Angaben dokumentieren: anlagenspezifische Daten, Angaben zur Gesamthärte, zukunftsbezogene Füll- und Ergänzungswassermengen sowie Art und Menge von Zusätzen zur Wasserbehandlung.

Verfahren zur Heizungswasserkonditionierung

Die VDI 2035 sieht vier Möglichkeiten vor, um das Heizungswasser diesbezüglich zu konditionieren:

▪ Enthärtung,

▪ Entsalzung,

▪ Härtestabilisierung,

▪ Härtefällung.

Bei der Enthärtung/Entsalzung werden dem Trinkwasser entweder alle Calcium- und Magnesium-Ionen (Enthärtung) oder alle anorganischen Säuren, Basen und Salze (Entsalzung) nahezu vollständig entzogen. Bei der Enthärtung mittels Ionenaustauscher werden die noch verbliebenen geringen Mengen an Calcium- und Magnesium-Ionen gegen Natrium-Ionen ausgetauscht.

Ein Nachteil des Verfahrens besteht darin, dass im Heizungswasser Natriumhydrogencarbonat gebildet wird, das sich bei Erwärmung in alkalisierendes Natriumcarbonat wandelt. Entweicht analog dazu Kohlendioxid, besteht die Gefahr, dass der in der VDI 2035 geforderte pH-Wert zwischen 8,2 °dH und 9,5 °dH überschritten wird. Dementsprechend ist eine Anpassung des pH-Wertes erforderlich.

Das Entsalzen ist technisch aufwändiger und erfolgt durch Ionenaustauschverfahren mit Kationen- und Anionentauschern oder Osmoseanlagen. Geeignet hierzu sind Nachfüllarmaturen mit vorgeschalteter Enthärtung beziehungsweise Entsalzung.

Die Verschneideeinheit
Quelle: Honeywell
Die Verschneideeinheit "VE300S" für Nachfüllkombinationen von Honeywell erfasst den Verbrauch der Enthärtungs- oder Entsalzungskartusche automatisch.

Die Härtestabilisierung wird durch Zugabe von Stoffen erreicht, wobei die Steinbildner im Heizungswasser verbleiben. Wichtig dabei ist, dass die Zusatzstoffe nicht mit anderen Wasserinhaltsstoffen reagieren und das Korrosionsrisiko erhöhen. Vom Einsatz phosphathaltiger Stoffe ist abzuraten, weil hier die Gefahr besteht, dass sie mit Kalk als Calciumsulfat-Schlamm ausfallen und ebenfalls das Korrosionsrisiko erhöhen.

Bei der Härtefällung werden ebenfalls Stoffe zugegeben. Sie sorgen dafür, dass die Calcium- und Magnesium-Ionen als Schlamm abgeschieden werden. Dieser kann zum Funktionsausfall von Wärmeübertragern führen und lagert sich im unteren Bereich der Heizungsanlage, also im Heizkessel, ab. Hier verstopft Schlamm die Rohrleitungen und beeinträchtigt die Funktion von Regelarmaturen und -einrichtungen. Im Heizwasser enthaltene Luft und andere Gase sind häufig die Ursache für Funktionsstörungen und Materialschäden. Schlamm und Gase machen den Einbau eines Schlamm- und Luftabscheiders notwendig.

Weiterführende Informationen: https://www.honeywell.com

Montag, 28.08.2017

Von Martin Pagel
Seminarleiter Trinkwassertechnik, Honeywell GmbH Haustechnik