Befüllen, Enthärten und Entschlammen
Eigenschaften von Füllwasser
Einen entscheidenden Beitrag für den störungsfreien Betrieb einer Heizungsanlage leistet das Füllwasser mit all seiner Beschaffenheit. In der VDI Richtlinie 2035 sind die Anforderungen an das Heizungswasser, so z. B. die Verminderung von Kalkablagerungen oder Schlamm im System, detailliert beschrieben.
Die Blätter 1 und 2 der inzwischen 6. Ausgabe der VDI 2035 beziehen sich auf Schäden durch Steinbildung und zu deren Vermeidung in Warmwasser-Heizungsanlagen und Trinkwassererwärmungsanlagen. Ein weiteres Thema ist die Vermeidung von Schäden durch Wasserseitige Korrosion.
Ursachen der Steinbildung
Zur Steinbildung, also zur Abscheidung von Kalziumcarbonat, kann es dann kommen, wenn Wasser erwärmt wird, das Erdalkali- (z. B. Magnesium oder Kalzium) und Hydrogencarbonat-Ionen enthält. Die Intensität der Steinbildung nimmt mit steigender Temperatur zu. Hier ist die Temperatur an den Wänden der Wärmeübertragungsflächen des Wärmeerzeugers ausschlaggebend. Weniger entscheidend ist die Austritts- oder Vorlauftemperatur. Steinbildung kann immer dann zu Schäden führen, wenn Faktoren wie Auslegung, konstruktive Gestaltung, Betriebsbedingungen und letztendlich die Wasserbeschaffenheit nicht aufeinander abgestimmt sind. Auskünfte über die Wasserbeschaffenheit bzw. Wasseranalyse geben die Wasserversorgungsunternehmen. Angaben über den Härtebereich allein sind nicht ausreichend!
Die Beschaffenheit des Wassers bei der Erstbefüllung und das Ergänzungswasser (bei der Nachspeisung) ist, neben den Temperaturen an den Wänden des Wärmeerzeugers und den Betriebsbedingungen, die anlagenseitig vorhanden sind, mit entscheidend.
Auswirkungen der Steinbildung
Bei (nicht elektrischen) unmittelbar und mittelbar beheizten Anlagen tritt eine Abnahme der Wärmeleistung auf. Bei (nicht elektrisch) unmittelbar beheizten Anlagen kommt es darüber hinaus zu einer Erhöhung der Abgastemperatur und damit zu einer Abnahme des Wirkungsgrades. Beide Effekte führen zu einer Abnahme der Wärmeleistung. Generell kann die Steinbildung dazu führen, dass die gewünschte Austrittstemperatur oder der Auslegungsvolumenstrom einfach nicht mehr erreicht werden kann. Als Folge der Steinbildung wird in den Wärmeerzeugern von Warmwasserheizungsanlagen der Wärmedurchgang vermindert. Insbesondere auf unmittelbar beheizten Wärmeübertragungsflächen kann es zu einer örtlichen Überhitzung und dadurch bedingt zur Rissbildung und zu Siedegeräuschen kommen. Die Steinbeläge können außerdem zu einer Querschnittsverminderung und zu einer Erhöhung der Strömungswiderstände führen. Deshalb sollte die Ausbildung derartiger Schichten für einen störungsfreien und wirtschaftlichen Betrieb so gering wie möglich gehalten werden. In Beziehung zur Kesselleistung werden in der VDI 2035 unterschiedliche Anforderungen an das Füll- und Ergänzungswasser gestellt. Die Angaben dort sind sowohl in [mmol] als auch in [°dH] angegeben. Letztere deshalb, weil die Einheit [mmol] nur sehr zögerlich angenommen wird. Die Werte für die Kesselleitung sind in der Tabelle aufgetragen. Bei Anlagen kleiner als 50 kW werden keine besonderen Anforderungen an das Füllwasser gestellt. In den meisten Ein- und Zweifamilienhäusern kommen diese Anforderungen an das Füllwasser ohnehin nicht zum Tragen. Bei Umlaufwasserheizern oder Anlagen (Gesamtheizleistung <50 kW) mit elektrischen Heizelementen darf das Füllmedium jedoch nicht mehr als 16,8 °dH (>3 mol/m³) haben.
In den Fällen, in denen die Summe der Erdalkalien aus der Analyse des Füll- und Ergänzungswassers über dem Richtwert der Tabelle liegt, oder höhere Füll- und Ergänzungswassermengen zu erwarten sind als das dreifache des Anlagevolumens oder das spezifische Anlagenvolumen >20 l/kW Heizleistung beträgt, ist vorzugsweise zu enthärten oder eine der anderen Maßnahmen nach Abschnitt 4.4 erforderlich. Hierzu zählen:
n der Einbau eines Filters oder einer Abscheidevorrichtung am Wärmeerzeuger,
n die Installation eines Filters oder einer Abscheidevorrichtung im Heizungsvorlauf.
Ist eine Enthärtung erforderlich, so ist zu beachten, dass für die Erstbefüllung, Neubefüllung und große Ergänzungsfüllungen auch eine ausreichende Menge enthärtetes oder entsalztes Wasser zur Verfügung steht.
Die geforderten Maßnahmen zur Behandlung des Füllwassers sind aber auch abhängig von der Menge an Wasser in der Anlage und damit von der Menge an Härtebildnern, die mit dem Füll- und Ergänzungswasser in die Anlage eingebracht werden.
Die aufgezeigten Richtwerte für Warmwasser-Heizungsanlagen basieren auf langjährigen praktischen Erfahrungen und gehen davon aus, dass:
n während der Lebensdauer der Anlage die Summe des gesamten Füll- und Ergänzungswassers das Dreifache des Nennvolumens der Heizungsanlage nicht überschreitet,
n das spezifische Anlagenvolumen < 20 l/kW Heizleistung beträgt (bei Mehrkesselanlagen ist der kleinste Einzelheizleistung einzusetzen) und
n alle Maßnahmen zur Vermeidung von wasserseitiger Korrosion nach VDI 2035 Blatt 2 getroffen wurden.
Das spezifische Anlagenvolumen ist ein reiner Rechenwert (siehe Formel in der Tabelle), der besagt, ob vergleichsweise viel Wasser in der Anlage vorhanden ist oder eher weniger. Dieser Wert setzt sich zusammen aus dem gesamten Volumen der Anlage, dividiert durch die kleinste aller einzelnen Heizleistungen (z. B. Mehrkesselanlage, kleinste Leistung 20 kW, Puffer 400 l:1000 l/20 kW = 50 l/kW V spez.).
In Fällen, in denen die Wasserhärte aus der Analyse des Füll- und Ergänzungswassers über den Richtwerten liegt, eine höhere Füll- und Ergänzungswassermenge als das dreifache Anlagenvolumen zu erwarten ist oder das spezifische Anlagenvolumen > 20l/ kW Heizleistung beträgt, ist das Füllwasser vorzugsweise zu enthärten.
Heute werden häufig entsprechende Kombinationen aus Sicherungsarmatur nach DIN EN 1717 zum Schutz des Trinkwassers und einer Einrichtung zur Behandlung des Füllwassers installiert, wie z. B. die Nachfüllkombination „NK 300 soft“. Diese Kombination besteht aus einem Systemtrenner der Bauform BA, sowie einer Ionentauscher-Einheit mit integriertem Wasserzähler zur Verbrauchs- und Kapazitätskontrolle und den entsprechenden Absperreinrichtungen.
Bei der klassischen Enthärtung (ähnlich wie bei der Trinkwasserbehandlung) fließt das (Füll- und Nachspeise-) Wasser durch ein Harzbett, dessen einzelne Harzkügelchen mit Natrium-Ionen aufgeladen sind. Die im Füllwasser enthaltenen Kalzium- und Magnesium-Ionen bleiben an den Harzkügelchen hängen, dafür werden entsprechende Natrium-Ionen an das Füllwasser wieder abgegeben.
Teil- oder vollentsalztes Wasser
Steht teil-/vollentsalztes Wasser zur Verfügung, so kann dieses eingesetzt werden, wenn entsprechende Maßnahmen zur Einstellung des pH-Wertes des Heizungswassers getroffen werden. Bei Aluminium-Werkstoffen im Anlagensystem können zur Vermeidung von Korrosion sowohl bei der Enthärtung als auch bei Entsalzung weitere Maßnahmen (z. B. Dosierung von Inhibitoren) notwendig sein.
In der VDI 2035 Blatt 2 sind die Korrosionsschutzmaßnahmen beschrieben. Sollte eine bestehende Anlage mit vollentsalztem Wasser befüllt werden, so ist vorher eine gründliche chemische Reinigung des gesamten Systems erforderlich, da ansonsten vorhandene Ablagerungen gelöst werden und entsprechend als Schlamm ausfallen. Diese Reinigung ist in der DIN EN 14 336 beschrieben. Hier ist eine gewisse Sachkunde erforderlich, „mal eben so spülen“ ist nicht ausreichend. Abgesehen davon darf eine Anlage, die einmal mit vollentsalztem Wasser befüllt wurde, nie mit etwas anderem zur Nachspeisung verwendet werden. Würde eine Anlage mit unbehandeltem Wasser nachgespeist, so fällt Kalziumphosphatschlamm aus, der letztendlich zur Beeinträchtigung der Heizungsanlage führt.
Härtestablisierung
Ein weiteres Verfahren der Heizungswasserbehandlung ist die Härtestabilisierung. Unter Härtestabilisierung versteht man die Zugabe von Zusatzstoffen zum Heizwasser, durch welche die Kalkabscheidung derart beeinflusst wird, so dass es nicht zur Steinbildung kommt. Der Vorteil liegt hier in der Einfachheit der Anwendung. Nach dem Einfüllen des Mittels kann die Anlage mit ganz normalem Trinkwasser aufgefüllt werden und auch für eine Nachspeisung kann unter Umständen normales Trinkwasser verwendet werden.
Beachtet werden muss bei diesem Verfahren jedoch, ob bei anstehenden Reparaturen das Füllwasser, das ja Härtestabilisatoren als Inhibitor enthält, in den Abwasserkanal abgelassen werden darf oder aber als Sondermüll entsorgt werden muss. Des Weiteren muss unbedingt darauf geachtet werden, dass das verwendete Mittel oder seine Reaktionsprodukte mit den Wasserinhaltsstoffen keine Korrosion verursacht, weil es beispielsweise die Leitfähigkeit des Wassers auf über 1,50 µS erhöht. Hier ist unbedingt eine ausführliche Wasseranalyse des Füllwassers vorzunehmen, und da auch Schlammbildung in der Anlage verhindert werden soll, ist darauf zu achten, dass keine phosphathaltigen Mittel verwendet werden.
Härtefällung und pysikalische
Verfahren
Unter Härtefällung versteht man die Zugabe von Stoffen, die im Wasser gelöste Erdalkalien als Schlämme ausfällen. Diese Schlämme sind durch Anlagen- und betriebstechnische Maßnahmen (Abschlämmung) aus dem System zu entfernen. Bei diesem Verfahren werden gezielt Schlämme produziert, die dann über geeignete Schlammabscheider aus der Anlage sicher entfernt werden. Selbstverständlich gilt auch hier die Maßgabe, dass die verwendeten Mittel keine Korrosion verursachen dürfen und ggf. Maßnahmen zur Entsorgung zu treffen sind.
Bei den physikalischen Verfahren zur Wasserbehandlung ist es leider immer noch so, dass keine reproduzierbaren Nachweise ihrer Wirksamkeit vorliegen.
Für alle genannten Verfahren stehen heute Luft- und Schlammabscheider wie der „HF 49“ zur Verfügung, um etwa vorhandene Schlämme und Gase aus dem Heizungswasser zu separieren.
