21. Dezember 2022

Um einen störungsfreien Betrieb der Heizanlage zu gewährleisten, muss die Systemkomponente „Heizwasser“ bestimmte Eigenschaften aufweisen
Was das Blut für den menschlichen Körper ist, ist das Wasser einer Heizanlage. Beides transportiert Energie an die Verbrauchsstellen. Und bei beiden Systemen ist die Leistung der „Anlage“ vom Zustand des Trägermediums abhängig. Nur mit „gesunden Kreisläufen“ können die Anlagen unter optimalen Bedingungen arbeiten. Kommt es zu Verunreinigungen – oder ändert sich die Zusammensetzung des Mediums – sind Störungen vorprogrammiert. Tatsächlich sind die Prozesssicherheit und der Wirkungsgrad einer Heizanlage in hohem Maße vom Zustand der Trägerflüssigkeit abhängig.
Trotz hoher Qualität des deutschen Trinkwassers ist es in den meisten Fällen nicht geeignet für den Betrieb von Heizanlagen. Es enthält viele Bestandteile, wie der Blick in die Trinkwasseranalyse eines jeden örtlichen Wasserversorgers zeigt. Die Mineralien Calcium und Magnesium sind zwar für den menschlichen Organismus wichtige Stoffe, sind aber im Medium für Heizanlagen eher unerwünscht. In der Trinkwasseranalyse sind auch der pH-Wert und die elektrische Leitfähigkeit aufgelistet. Zwei weitere wichtige Eckwerte. Grundsätzlich ist sehr aufschlussreich, ja fast Pflicht, die Trinkwasseranalyse zu studieren, da die Komponentenhersteller für Heizanlagen – allen voran die Heizkesselhersteller – Angaben machen, unter welchen Bedingungen die Anlage zu betreiben ist.

Materialmix in Heizanlagen
Heizkessel moderner Prägung sind High-Tech-Produkte, die unter allen Betriebsbedingungen energieeffizient und störungsfrei ihre Wärmeleistung zur Verfügung stellen müssen. Doch sie reagieren sensibel auf hartes und korrosives Anlagenwasser – speziell die Werkstoffe Aluminium und Edelstahl. In der VDI-Richtlinie 2035-1 [1, 2] sind die technischen Vorgaben für die Beschaffenheit von Heizungswasser definiert. Um den langfris­tigen, zuverlässigen Betrieb einer modernen Heizanlage sicherzustellen, ist für die Erstbefüllung oder der Nachspeisung in aller Regel nur entsprechend aufbereitetes Heizungswasser zulässig.
Laut VDI 2035-1 ist eine Enthärtung bei Heizanlagen ausreichend, die keine Komponenten aus Aluminiumlegierungen enthalten. Der pH-Wert sollte sich dann in einem Fenster von 8,2 – 10,0 bewegen. Entsalzung ist angebracht, wenn Aluminiumlegierungen Bestandteil der Anlage sind. Hier ist ein relativ schmales pH-Wert-Fens­ter von 8,2 bis 9,0 vorgegeben.
Ein wichtiger Faktor für Aufbereitung von Heizungswasser stellt der heute gängige Materialmix dar. Während früher ein Heizungssystem hauptsächlich in Stahl ausgeführt und geschweißt wurde, kommen heute moderne Verbindungstechniken in Aluminium, Kupfer, Edelstahl und Kunststoffe zum Einsatz.
Gerade die aus Aluminium und Edelstahl bestehenden Wärmeübertrager können allergisch auf eine nicht den Anforderungen der VDI 2035-1 und den Vorgaben der Hersteller entsprechende Beschaffenheit des Erstbefüllungs- und Nachfüllwassers reagieren. Nicht von ungefähr wird das Kapitel „Anforderungen an das Heizungswasser” in den Montage- und Betriebsanleitungen der Heizungshersteller ausführlich behandelt. Demnach ist das wärmeübertragende Medium als eigen­ständige Komponenten zu betrachten und mit entsprechender Sorgfalt zu behandeln.

Das kleine Einmaleins der Heizungswasseraufbereitung
Gibt es Vorgabender Heizungshersteller?
Ja. Sie sind in der Montage- und Bedienungsanleitung zu finden, meistens sind die Anforderungen an die VDI-Richtlinie 2035-1 angelehnt. Die Vorgaben sind unbedingt zu beachten.

Was versteht man unter Belagbildung?
Damit ist die Verkalkung des Wärme­übertragers und der Anlagenkomponenten gemeint. Die Korrosion geht meist mit einem Verschlammen der Anlage einher. Beeinflusst wird dies hauptsächlich von der elektrischen Leitfähigkeit (gelöste Ionen/Salze), vom Sauerstoffgehalt und vom pH-Wert. Es gilt: Grundsätzlich ist in Heizkreisläufen eine niedrige elektrische Leitfähigkeit anzustreben. Die beiden heute üblichen Wasseraufbereitungsmethoden haben unterschiedliche Auswirkungen auf den Zustand des Heizungswassers.

Welche Methoden gibt es für die Heizungswasseraufbereitung?
Man unterscheidet in Wasserenthärtung und Wasserentsalzung.

Enthärtung
Beim Enthärtungsprozess (durch Kartusche mit Ionentauscherharz) werden Calcium- und Magnesium-Ionen durch Natrium-Ionen ersetzt, ohne jedoch die Menge der im aufbereiteten Wasser enthaltenen Salzmoleküle zu ändern. Die Leitfähigkeit des Wassers bleibt unverändert, die restlichen Inhaltsstoffe werden nicht entfernt. Somit wird die Gefahr eines Verkalkens des Wärmeübertragers und der Anlagenkomponenten vorgebeugt, aber die Gefahr von Korrosion bleibt bestehen.

Entsalzung (Demineralisierung)
Bei der Vollentsalzung werden neben den Härtebildnern (Calcium und Magnesium) auch Natrium und andere Salze entfernt. Das Ergebnis ist eine „Nullionenbilanz”: eine geringe elektrische Leitfähigkeit. Dadurch sinkt die Korrosionsgefahr.
Ob Enthärtung oder Entsalzung: Die Herstellervorgaben der Wärmeerzeuger müssen unbedingt beachtet werden. Aus diesem Grund ist in geschlossenen Heizkreisläufen eine niedrige elektrische Leitfähigkeit anzustreben. Selbst einige Hersteller von Hocheffizienzpumpen erwarten, dass das Heizungswasser den Vorgaben der VDI 2035-1 entspricht. Wird also eine alte Pumpe gegen eine neue ausgetauscht, muss auch die Qualität des Heizungswassers stimmen.

Was ist der Unterschied zwischen Wasseraufbereitung und Wasserbehandlung?
Aufbereitetes Heizwasser ist enthärtetes oder entsalztes Wasser, dem keine Chemikalien zugesetzt wurden. Behandeltes Wasser ist Wasser oder aufbereitetes Heizungswasser, dem Chemikalien zugesetzt wurden.

Muss für eine Heizanlage grundsätzlich aufbereitetes Heizungswasser verwendet werden?
Nein – nicht immer. Abhängig vom Härtegrad, dem pH-Wert und der elektrischen Leitfähigkeit des Trinkwassers kann unter Umständen sogar darauf verzichtet werden. Von besonderer Bedeutung ist die Berechnung des zulässigen Härtegrades. Er ist im Verhältnis zum Füll- und Ergänzungswasser zu bestimmen. Meistens kann über ein Diagramm die Gesamthärte (in °dH) ermittelt werden. Das Diagramm zeigt, ob Maßnahmen zur Wasser-
aufbereitung erforderlich sind. Über der Grenzkurve ist das Wasser aufzubereiten, darunter nicht. Eine vereinfachte Beurteilung ist auch allein anhand der Parameter „Summe Erdalkalien“ und „Gesamthärte” zulässig und empfehlenswert. Formel und Richtwerte sind Bestandteil der VDI 2035-1.
Liegt die Analyse des Füll- und Ergänzungswassers über dem Richtwert der Tabelle, ist vorzugsweise zu enthärten oder es müssen andere Maßnahmen eingeleitet werden, ansonsten nicht.

Was sind Erdalkalien?
Der Chemiker bezeichnet alle Elemente der 2. Hauptgruppe im Periodensystem. Dazu zählen auch die Härtebildner Calcium und Magnesium. Die Summe aller Calcium- und Magnesiumionen, z. B. im Füll- und Ergänzungswasser, macht die Gesamthärte aus.

Welche technischen Lösungen gibt es für die Erstbefüllung, welche für die Nachspeisung?
Um aufbereitetes Heizungswasser zu generieren, gibt es einige technische Optionen. Die Industrie hat viele Lösungen entwickelt, um mit für alle Anlagengrößen verfügbaren technischen Lösungen normgerechtes Heizungswasser einzufüllen sowie nachzuspeisen. Ob dabei ein stationäres oder mobiles Füllgerät zum Einsatz kommt, ist von der Anlagengröße oder von den Vorlieben des Betriebs abhängig. Zu beachten ist: Das Vorschalten eines Systemtrenners ist nach DIN EN 1717 [3] bei der Befüllung zwingend notwendig. Wird mobil erstbefüllt, ist zur Nachspeisung ein Nachfüll- und Aufbereitungssystem (inkl. Systemtrenner) einzubauen.
Ebenfalls zu beachten: Einige Hersteller von Hocheffizienzumwälzpumpen erwarten, dass das Heizungswasser den Vorgaben der VDI 2035-1 entspricht. Wird also eine alte Pumpe gegen eine neue ausgetauscht, muss ggf. die Beschaffenheit des Heizungswassers angepasst werden. Hier bietet sich das Bypass-Verfahren an. Dabei wird das vorhandene Heizungswasser im laufenden Betrieb der Heizanlage aufbereitet. Dazu wird ein Teil des Heizungswassers der Anlage entnommen, aufbereitet und der Anlage wieder zugeführt.

Inwieweit sind der SHK-Betrieb und der TGA-Fachplaner in der Pflicht?
Um sich vor Haftungsansprüchen schützen zu können, muss das Heizungswasser den Vorgaben der Komponentenhersteller und der VDI 2035-1 entsprechen. Doch nicht gut damit. Der Betreiber ist zwar für den ordnungsgemäßen Zustand des Heizungswassers verantwortlich, aber: Selbst der VDI (Verein Deutscher Ingenieure) geht davon aus, dass der Betreiber als Laie dieser Pflicht nicht allein gerecht werden kann. Deshalb müssen sowohl der Fachplaner als auch der SHK-Betrieb den Betreiber entsprechend beratend unterstützen.
Das hat auch einen rechtlichen Hintergrund, da im Gewährleistungsfall der ordnungsgemäße Zustand des Wassers geprüft wird. Tatsächlich hat der Installateur zu eigenen Sicherheit als Anlagenersteller – und auch für den Betreiber – eine Dokumentationspflicht. Dazu schlägt die VDI 2035-1 die Führung eines Anlagenbuches vor. Es soll dokumentieren, welche Maßnahmen erforderlich sind bzw. durchgeführt wurden. Dazu muss Füll- und Ergänzungswasser hinsichtlich seiner Gesamthärte, den pH-Wert und seiner Leitfähigkeit kontinuierlich gemessen werden. Die Ergebnisse sind in das Anlagenbuch einzutragen, genauso die nachgefüllten Mengen an Ergänzungswasser. Das Anlagenbuch fasst alle wichtigen Parameter beider Richtlinienteile praktisch zusammen.

Zusammenfassung
Es bedarf vieler Maßnahmen, um eine Heizanlage unter optimalen Bedingungen sicher, langfristig und wirtschaftlich betreiben zu können. Entlüftung, bzw. Entgasung, Druckhaltung, und die Qualität des Heizungswassers sollten dabei nicht isoliert betrachtet werden, sondern ein in sich geschlossenes System ergeben. Die Industrie bietet produktspezifische Lösungen, um dieses Ziel zu erreichen.

Literatur:
[1] VDI 2035 Blatt 1: Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen – Blatt 1: Steinbildung und wasserseitige Korrosion
[2] IKZ-FACHPLANER 13/2022: Heizungswasser – Planung ist wichtig
[3] DIN EN 1717: Schutz des Trinkwassers vor Verunreinigungen in Trinkwasser-Installationen und allgemeine Anforderungen an Sicherungseinrichtungen zur Verhütung von Trinkwasserverunreinigungen durch Rückfließen

Autor: Dietmar Stump, freier Journalist mit Pressebüro, Worms

Elektrische Leitfähigkeit
Gute Beispiele für eine hohe elektrische Leitfähigkeit sind in der Natur zu finden. Im Winter kommt Streusalz auf die Straße, das die elektrische Leitfähigkeit extrem erhöht. Daher sind Autos älterer Generation im Winter grundsätzlich rostanfälliger. Ein anderes Beispiel sind Küstenregionen. Hier spielt die Salzbrise eine Rolle. Meerwasser hat eine elektrische Leitfähigkeit von ca. 50.000 µS/cm, Trinkwasser je nach Härte zwischen 300 und 800 µS/cm. Das Heizungswasser sollte eine möglichst niedrige elektrische Leitfähigkeit aufweisen.

Ionen = Salze
Alle im Wasser gelösten Stoffe werden Ionen oder Salze genannt. Unterschieden wird in „Kationen“ mit positiver Ladung und in „Anionen“ mit negativer Ladung. Beide haben unterschiedliche Auswirkungen im Wasserhaushalt.
Zu den Kationen zählen Calcium und Magnesium (die Härtebildner) sowie Natrium, Kalium, Mangan, Eisen und Ammonium.
Anionen sind: Chlorid, Sulfat, Nitrat, die sogenannten korrosiven Salze. Auch gebundene Kohlensäure (CO₃), Nitrit, Fluorid etc. sind Anionen. Interessant: Die Trinkwasserverordnung gibt beispielsweise einen Höchstwert für Chlorid von 250 mg/l an, mit dem Zusatz „das Trinkwasser sollte nicht korrosiv wirken“.