Vakuum-Sprührohrentgaser für Wärmepumpen?!

Komponentenhersteller Reflex Winkelmann GmbH (Ahlen, NRW) überraschte die IKZ-Redaktion mit der Aussage, dass gerade Wärmepumpenanlagen, gleich welcher Leistungsgröße, mit Vakuum-Sprührohrentgaser ausgestattet werden sollten. Die Gründe: Es sollen Störungen in der Anlage und Schäden an den Aggregaten, insbesondere an der Wärmepumpe selbst, verhindert werden. Detlev Knecht, stv. Chefredakteur der IKZ, sprach darüber mit B. Eng. Eileen Frenkert, Produktmanagerin Entgasungssysteme und Abscheidetechnik bei Reflex.

IKZ: Bevor wir in die Tiefe gehen: Erklären Sie doch bitte einmal, was ein Vakuum-Sprührohrentgaser überhaupt ist und wie er funktioniert.

Eileen Frenkert: Ein Vakuum-Sprührohrentgaser basiert auf dem Henry-Gesetz. Es besagt, dass Gase sich im Wasser leichter lösen, je niedriger die Temperatur und je höher der Druck ist. Im Heizungssystem haben wir den Umstand, dass es kalt befüllt und einem hohen Druck ausgesetzt wird.

Hoher Druck, niedrige Temperaturen bedeuten viele Gase, die im Wasser gebunden sind. Wie bekommen wir die Gase wieder heraus? Eine Möglichkeit ist die, dass wir das Wasser erwärmen – ähnlich dem Prinzip des kochenden Wassers.

Eine andere erfolgt über das Vakuum. Dieses Prinzip lässt sich anschaulich an einer vollen Mineral-Wasserflasche verdeutlichen. Sie steht unter Druck. Dreht man sie auf, sieht und hört man die Druckentspannung zur Atmosphäre. Es zischt. Im Heizungssystem ist dieser Effekt noch größer. Zieht man eine Wasserprobe, so sieht man zunächst die milchige Flüssigkeit, die von unten nach oben immer klarer wird. Was wir hier sehen, sind kleinste Luftbläschen, die durch den Druckabfall aus dem Wasser herauskommen. Die Vakuum-Sprührohrentgasung macht das Ganze noch einmal intensiver, indem sie das Wasser nicht nur zur Atmosphäre, sondern in einen Unterdruck versetzt.

Der Aufbau und die Wirkungsweise lassen sich wie folgt beschreiben: In einem Gefäß befindet sich Heizungswasser, aus dem eine unten angeschlossene Pumpe einen Teil des Wassers heraussaugt. Ein Unterdruck entsteht. Im Eingang oben sitzt eine Düse, die Wasser fein vernebelt nachströmen lässt. Durch den Unterdruck und die große Kontaktfläche des versprühten Wassers wird der Entgasungseffekt erhöht. Nach einer bestimmten Zeit schaltet sich die Saugpumpe aus, sodass der Wasserspiegel im Gefäß langsam steigt, weil die Düse weiter Wasser vernebelt. Die sich über dem Wasserspiegel angesammelte Luft wird über einen automatischen Entlüfter abgelassen. Danach beginnt der Prozess des Absaugens, Versprühens und Ablassens in einem bestimmten Intervall von neuem.

IKZ: Also ist der positive Effekt, dass jegliche Gase aus dem System entfernt werden.

Eileen Frenkert: Richtig. Es sind alle unerwünschten Gase, u. a. auch Sauerstoff. Mikroblasen verhindern die Durchströmung, besonders problematisch bei kleinen Fließwegen wie Fußbodenheizungen oder Wärmetauschern. Bei ungünstig gelegenen Verbrauchen können sich Luftpolster ansammeln und die Durchströmung behindern. Die Hydraulik stimmt nicht mehr. Somit sind mit Einbußen bei der Wärmeübertragung zu rechnen. Zudem sind Fließgeräusche möglich.

Darüber hinaus sind bei freien Luftbläschen im Wasser Kavitationsschäden zu nennen. Kavitation entsteht an den Schaufelenden von Umwälzpumpen. Die Schaufeln erzeugen durch die extrem schnelle Rotation einen Unterdruck, sodass Mikroblasen regelrecht implodieren und die Schaufelräder beschädigen.

Auch Sauerstoff ist problematisch, wenn er kontinuierlich in das System gelangt. Fußbodenheizungen aus Kunststoffrohren sind als typische Schwachstellen zu nennen. Schlammbildung durch Korrosionsprozesse sind die Folgen.

IKZ: Wonach bemisst man die Größe von Vakuum-Sprührohrentgaser? Ist es das Wasservolumen oder die Heizleistung oder welche Kriterien sind es?

Eileen Frenkert: Es gibt mehrere Parameter, die die Größe bestimmen. Die wichtigsten sind Anlagenvolumen und Druck. Größere Anlagenvolumina verlangen größere Vakuum-Sprührohrentgaser, um den geforderten oder gewünschten Durchsatz, z. B. pro Tag, gewährleisten zu können. Die Vakuum-Sprührohrentgaser arbeiten in einem bestimmten Druckbereich auf der Saugseite, sprich auf der Seite des Heizungswassers. Das Gerät muss ja einen bestimmten Unterdruck erzeugen. Bei einem hohen Anlagenvordruck ist die Differenz zum Vakuum entsprechend groß. Entsprechend muss der Vakuum-Sprührohrentgaser diese Druckdifferenz aufbauen können.

IKZ: Wo beginnt die kleinste Gerätegröße bei Ihnen?

Eileen Frenkert: Bei Reflex ist es so, dass wir Vakuum-Sprührohrentgaser schon für das Einfamilienhaus anbieten. Es ist die „Servitec mini“. Nach oben ist alles offen. Konkret sind es 9 bar und 220 m3 Anlagenvolumen. Zudem sind Sonderlösungen möglich. Nach oben sind also kaum Grenzen gesetzt.

IKZ: Nun lautet eine Ihrer Unternehmensaussage, dass gerade Wärmepumpen von den Vorteilen eines Vakuum-Sprührohrentgasers profitieren.

Eileen Frenkert: Ja natürlich. Man hat einmal die Wärmepumpe an sich, die mit einem Wärmetauscher ausgestattet ist. Wärmetauscher reagieren generell empfindlich auf Schmutz und Lufteinschlüsse. Deshalb verlangen Wärmetauscherhersteller häufig, dass die Anlage nur mit vollentsalztem Wasser befüllt werden darf und Schlammabscheider installiert sein müssen. Es ist also notwendig, dass das Heizungswasser eine hohe Qualität hat. Und das bieten Vakuum-Sprührohrentgaser.

IKZ: Die Redaktion hatte bis dato nichts davon gehört, dass Wärmepumpenanlagen jedweder Größe – also auch im Einfamilienhaus – mit Vakuum-Sprührohrentgaser ausgestattet werden sollen. Daher waren wir überrascht und haben einige Anfragen ins relevante Branchenfeld verschickt. Die Ergebnisse sind zwar nicht repräsentativ, doch sagen sie unisono, dass die Produkte nicht notwendig seien. Was sagen Sie dazu?

Eileen Frenkert: Es gibt einige Vorschriften, die einzuhalten sind, etwa hinsichtlich der Wasserqualität, die Vorgabe zu vollentsalztem Wasser oder auch eines Schlammabscheiders. Doch ein Schlamm abscheider hält nicht alles zurück. Er lässt Partikel durch, die sich im Wärmetauscher festsetzen und dort Probleme verursachen können. Mit einer Entgasung würde man dies im Kern lösen. Korrosionsschlamm würde erst gar nicht entstehen und Mikroblasen sich nicht bilden. Natürlich liegt ein Vakuum-Sprührohrentgaser in einem anderen Preissegment als ein Schlammabscheider. Es gibt jedoch Unternehmen, die den Vorteil einer Vakuum-Sprührohrentgasung bereits erkannt haben.

Und noch etwas: In Österreich empfiehlt die ÖNORM H 5195–1 bereits Vakuum-Sprührohrentgaser bei Systemtemperaturen von unter 70 °C.

IKZ: Schauen wir einmal auf die Schäden an Wärmepumpen, die durch mangelnde Entgasung auftreten können. Derzeit sind rund 1,5 Mio. Wärmeanlagen installiert, verrichten ihren Dienst. Von wie vielen Schäden haben Sie schon gehört?

Eileen Frenkert: Das kann ich nicht betiteln. Die Zahlen liegen mir nicht vor.

Man kennt das von Brennwertgeräten: Schlammabscheider und vollentsalztes Wasser schreiben inzwischen fast alle Hersteller vor. Das war auch nicht von Beginn an so. Sie beseitigen aber nur die Folgen eines Fehlers. Da ist eine Vakuum-Sprührohrentgasung wirksamer, da man die Problematik beim Schopfe fasst. Gase entstehen nicht, kein Schlamm, keine Mikroblasen.

IKZ: Es sind Millionen von klassischen Wärmeerzeugern, also Gas- und Öl-Geräte, Pelletkessel u.a.m., in Betrieb. Nun sagen Sie: Gerade Wärmepumpen brauchen Vakuum-Sprührohrentgaser. Wärmepumpen sind doch nicht empfindlicher als andere Wärmeerzeuger.

Eileen Frenkert: Wärmepumpen sind empfindlicher. Wir haben es hier mit niedrigeren Temperaturen und kleiner Temperaturspreizung zu tun. Das verlangt hohe Volumenströme, um die Wärmeleistung zu transportieren. Wenn hier Durchströmungsprobleme auftreten, lässt sich nicht einfach die Vorlauftemperatur hochdrehen wie das bei einem Gas-Gerät möglich ist. Zudem besitzen Wärmepumpen Wärmetauscher, die extrem empfindlich auf Schlamm- oder Lufteinträge reagieren. Wärmepumpen benötigen eine auf ihre Technik abgestimmte Anlagenperipherie - und das sind u. a. Vakuum-Sprührohrentgaser.