Pflichtprogramm für moderne Heizungsanlagen

Trinkwasser deutscher Güte als „Kesselspeisewasser“ in moderne Heizungsanlagen ein- und nachzufüllen, das war einmal. Aufbereitet und möglichst frei von Verunreinigungen soll es sein. So erwarten es das Regelwerk, die Kesselhersteller und auch einige Komponentenhersteller. Doch damit ist es allein nicht getan: Auch die Randbedingungen vor und während des Betriebes müssen stimmen.

Nicht von ungefähr wird das Kapitel „Anforderungen an das Heizungswasser“ in den Montage- und Betriebsanleitungen der Heizungshersteller ausführlich behandelt. Deshalb ist das wärmeübertragende Medium als eigenständige Komponente zu betrachten und mit dementsprechender Sorgfalt zu behandeln. Zu spezifisch sind die durch neue Werkstoffe und Anlagenbedingungen definierten Anforderungen an das Heizungswasser.
Aufgrund der immer moderneren Bauweise und Konstruktion von Heizgeräten reagieren insbesondere die Wärmeerzeuger sensibel auf  hartes und korrosives Füllwasser. So führen höhere Wärmebelastungen und kompaktere Wärmeübertrager zu höheren Oberflächentemperaturen und somit zur Bildung von Kalkablagerungen. Gerade die Werkstoffe Aluminium und Edelstahl reagieren dabei empfindlich auf Wasser mit falscher Zusammensetzung.
Wie Schäden in Warmwasserheizungsanlagen vorgebeugt werden kann, ist in der VDI-Richtlinie 2035 definiert. Sie besteht aus zwei Teilen:

• Blatt 1 regelt die Vermeidung von Steinbildung,
• Blatt 2 die Vermeidung von Korrosionsschäden.

Obwohl es das Blatt 1 schon seit 2005, das Blatt 2 seit 2009 gibt, haben diese Vorgaben erst in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Denn die Heizungshersteller machen Garantie- und Gewährleistungsansprüche immer mehr vom Zustand des Heizungswassers – Einhaltung von vorgegebenen Richtwerten – abhängig. Interessant: Außer in Deutschland gibt es nur noch in Österreich (ÖNORM 5195-1) und in der Schweiz (SWKI-Richtlinie BT 102-01) ähnliche Richtlinien.

Heizungswasseraufbereitung als sinnvolle Option
Trinkwasser hoher deutscher Güte enthält Bestandteile, die einer modernen, komplexen Heizungsanlage schaden können. Deshalb müssen alle schädlichen Stoffe als vorbeugende Maßnahme entfernt werden, insbesondere die Kationen und Anionen, auch bekannt als Salze. Hauptstörfaktoren sind Belagbildung und Korrosion. Mit der Belagbildung ist die Verkalkung des Wärmeübertragers und der Anlagenkomponenten gemeint. Bei Korrosion geht meist ein Verschlammen der Anlage mit einher. Unter extremen Umständen kann es sogar zum Durchbruch von Kesselkörpern und Leitungen kommen. Beeinflusst werden diese Vorgänge hauptsächlich von der elektrischen Leitfähigkeit (gelöste Ionen oder auch Salze), vom Sauerstoffgehalt und vom pH-Wert.
Alle im Wasser gelösten Stoffe werden Ionen oder eben „Salze“ genannt. Unterschieden wird dabei 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 sogenannten 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“.
Calcium und Magnesium, die sogenannten Härtebildner, werden mit dem Kationentauscher entfernt. Diese Stoffe sind hauptsächlich für die Belagbildung, beispielsweise an Wärmeübertragern, verantwortlich, wenn im Zuge des Aufheizens die gebundene Kohlensäure ausgetrieben wird und somit das Kalk-Kohlesäure-Gleichgewicht gestört wird.

Zwei Aufbereitungsmethoden
Man unterscheidet zwei Aufbereitungsverfahren: Wasserenthärtung und Wasser­entsalzung (Demineralisierung). Bei der klassischen Enthärtung wird nur Kationenharz verwendet. Hierbei werden Calcium und Magnesium gegen das bei höheren Temperaturen besser lösliche Natrium ausgetauscht. Ein Verkalken des Wärmeübertragers wird somit verhindert. Jedoch bleibt die elektrische Leitfähigkeit unverändert erhalten, da die Ionenbilanz nicht verändert wird. Das Korrosionspotenzial bleibt bestehen. Zur Vorbeugung von Korrosion kann daher zusätzlich eine chemische Behandlung (Inhibitoren) erforderlich sein.
Anders sieht es bei der Vollentsalzung (Demineralisierung) aus. Hier werden neben den Härtebildnern Calcium und Magnesium auch Natrium und die korrosiven Neutralsalze entfernt: Chlorid, Sulfat und Nitrat sowie die gebundene Kohlensäure. Das Ergebnis ist eine „Nullionenbilanz“ mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit. Denn das Mischbettharz (Kationen und Anionen) ist, anders als beim normalen Enthärtungsharz, mit Wasserstoffionen beladen. Alle Kationen werden gegen Wasserstoffionen (H+) und alle Anionen gegen Hydroxidionen (OH-) ausgetauscht. Im Ergebnis steht H2O, also reines Wasser. Wichtig hierfür ist die Verwendung eines hochwertigen und gleichgemischten Mischbettharzes. Weil die elektrische Leitfähigkeit hierbei gegen Null geht (in der Praxis sind in Heizkreisen zwischen 50 und 100 µs/cm realistisch), wird auch das Korrosionspotenzial deutlich reduziert. Denn eine Metallionenwanderung aus der Metalloberfläche durch den nun Isolator (Wasser) wird weitestgehend verhindert. Aber ob Wasserenthärtung oder Wasserentsalzung: Die Herstellervorgaben müssen unbedingt beachtet werden.

Aufgepasst bei HEP
Die meisten Hersteller von Hocheffizienzumwälzpumpen (HEP) erwarten, dass das Heizungswasser den Vorgaben der VDI 2035 entspricht. Das ist bei neuen Anlagen kein Problem, da aufbereitetes Heizungswasser sowieso vorgegeben ist. Wird aber in einer alten Anlage eine defekte Pumpe gegen eine neue ausgetauscht, muss auch die Qualität des Mediums stimmen. Hier bietet sich beim Komplettaustausch des Heizungswassers eine Aufbereitung im Bypass-Verfahren an. Dementsprechend muss aber auch die spätere Nachspeisung im Betrieb mit einer normkonformen Lösung erfolgen.
Es gibt also viele Gründe, dass bei der Erstbefüllung aufbereitetes Heizungswasser zum Einsatz kommt. Die Industrie hat dafür passende Lösungen entwickelt. Ob dabei ein stationäres oder mobiles Füllgerät zum Einsatz kommt, ist von der Anlagengröße oder von der Größe des Betriebs abhängig. Zu beachten ist: Das Vorschalten eines Systemtrenners ist nach DIN EN 1717 bei der Befüllung zwingend notwendig. Wird mobil erstbefüllt, ist zur Nachspeisung ein Nachfüll- und Aufbereitungssystem (inkl. Systemtrenner) einzubauen.

SHK-Betrieb und TGA-Fachplaner in der Pflicht
Um sich vor Haftungsansprüchen schützen zu können, muss das Heizungswasser den VDI-Vorgaben entsprechen. Doch damit ist es nicht getan. Der Betreiber ist zwar für den ordnungsgemäßen Zustand des Heizungswassers verantwortlich, aber: Selbst der VDI 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 zur eigenen Sicherheit als Anlagenersteller, und natürlich auch für den Betreiber, eine Dokumentationspflicht.
Dazu schlägt die VDI 2035 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 ist als Musterbeispiel aufgebaut und fasst alle wichtigen Parameter beider Richtlinienteile praktisch zusammen.

Grundvoraussetzung: Sauberes Heizungswasser
Heizungswasser hat einige natürliche Feinde: Sauerstoff, Schlamm- und Sand­partikel sowie kleine, eisenhaltige Schwebstoffe. Sie können, je nach Konzentration und Größe, die Funktion der Anlage erheblich beeinträchtigen und viele Probleme verursachen. Eine erste Filterung übernehmen die obligatorischen Systemtrenner, die mit einem Schmutzfänger ausgestattet sind. Schnellentlüfter sind bauseits vom Kesselhersteller installiert. Meistens aber leider ohne zusätzliche Lufteintrittssperre, die bei Unterdruck verhindert, dass Luft über den Schnellentlüfter angesaugt wird. Daneben empfiehlt sich grundsätzlich, Mikroblasen- und Schlammabscheider in die Anlage zu integrieren. Noch mehr Sicherheit bieten Schlammabscheider mit magnetischer Wirkung, da sie auch ferromagnetische Verunreinigungen, das sogenannte Magnetit, abscheiden. Dem Heizungsbauer obliegt es, die passenden Reinigungsorgane vorzusehen, mit denen sich die „natürlichen Feinde“ des Mediums abscheiden lassen.

Schlussbemerkung
Es liegt in der Natur der Sache, dass Heizungsanlagen nur mit „gesunden Kreisläufen“ unter optimalen Bedingungen arbeiten können. Kommt es zu Verunreinigungen – oder ändert sich die Zusammensetzung des Mediums - sind Störungen vorprogrammiert. Gleichzeitig nimmt die Leistung ab, im schlimmsten Fall droht sogar der Anlageninfarkt. Somit sind in hohem Maße die reibungslose Funktion und die Prozesssicherheit einer Anlage vom Zustand der Trägerflüssigkeit abhängig.

Autor: Dietmar Stump, Pressebüro DTS, Worms

Einflussfaktoren für Kalk und Rost

An Steinbildung und Korrosion im Heizwasserkreislauf sind maßgeblich beteiligt:

Sauerstoff
In sauerstoffarmem Heizwasser ist die Wahrscheinlichkeit für Korrosionsschäden gering. Deshalb ist die Sauerstoffkonzentration so gering wie möglich zu halten. Dazu die VDI 2035: Ein ständiger Sauerstoffeintrag ist zu vermeiden. Deshalb kommt einer fachgerechten Entlüftung einer besonderen Bedeutung zu.
Ein anderer Faktor: Durch Fehler in der Druckhaltung kommt es bei der Unterdruckbildung zum Eintritt von Luft. Ein Vorgang, der beispielsweise bei der Nachtabsenkung auftritt.

Wasserhärte
Ein typisches Anzeichen möglicher Kesselsteinbildung ist die Wasserhärte, also der Calcium- und Magnesiumsalzgehalt des Wassers. Vorübergehende Härte wird durch das Vorhandensein von Calciumbicarbonaten Ca(HCO3)2 verursacht. Diese instabilen Salze tendieren schnell zur Ausfällung. Bleibende Härte wird durch das Vorhandensein anderer Salze in Verbindung mit Calcium und Magnesiumcarbonat verursacht. Die Gesamthärte ist die Summe beider Härten und wird umgangssprachlich in °dH angegeben.

Elektrische Leitfähigkeit
Das Vorhandensein dissoziierter (lat: dissociare = trennen/Teilung) Salze (positive und negative Ionen) macht Wasser zu einem elektrischen Leiter. Dessen elektrische Leitfähigkeit ist von der Anzahl der vorhandenen Ionen abhängig. Eine niedrige Leitfähigkeit entspricht einem niedrigen Salzgehalt, eine hohe Leitfähigkeit weist auf eine hohe Anzahl von Ionen und damit gelöster Salze hin. Sauerstoffbindemittel und Korrosionsinhibitoren erhöhen die Leitfähigkeit. Die Faustformel lautet: Je niedriger die Leitfähigkeit ist, umso geringer ist die Gefahr von Korrosion. Die meis­ten Hersteller geben Leitfähigkeitswerte von <100 µS/cm an.

pH-Wert
pH ist eine numerische Kennziffer, die den Säuregehalt oder die Alkalität (Basizität) einer Lösung ausdrückt. Die pH-Skala reicht von 0 (stark sauer) bis 14 (stark basisch d.h. mit einem hohen Salzgehalt). Für die in Heizungsanlagen üblicherweise zum Einsatz kommenden Metalle wird ein pH-Wert von 8,2 bis 9,5 empfohlen, dabei sind die Vorgaben der Heizungshersteller zu beachten. Der pH-Wert ist mindestens einmal im Jahr zu prüfen, nach einer Erstbefüllung grundsätzlich nach sechs bis acht Wochen. Bei den zulässigen pH-Werten gibt es eine Ausnahme: Ist Aluminium ein Bestandteil der Anlage, gilt eine Obergrenze von pH 8,5.

Kleine Checkliste für die Heizungswasseraufbereitung

Fachhandwerker und Fachplaner sind beim Thema aufbereitetes Heizungswasser umfangreich in der Pflicht. Die Praxis zeigt, dass sie gut beraten sind, wenn sie den Empfehlungen der einschlägigen Normen und Richtlinien folgen, da sie die allgemein anerkannten Regeln der Technik und die Arbeitsgrundlage darstellen. Umso wichtiger ist es, sich eine kleine Checkliste anzulegen:

Punkt 1
Intensives Lesen der Montage- und Bedienungsanleitung. Bei Unklarheiten sollte man sich mit dem Hersteller in Verbindung setzen. Abweichungen können den Verlust von Ansprüchen nach sich ziehen. Gerade die Bestimmung der zulässigen Wasserhärte kann zu Unklarheiten führen. Sie ist im Verhältnis zum Füll- und Ergänzungswasser zu bestimmen. Meistens kann über ein Diagramm die Gesamthärte (in °dH) ermittelt werden. Sie zeigt, ob Maßnahmen zur Wasseraufbereitung erforderlich sind. Über der Grenzkurve ist das Wasser aufzubereiten, darunter nicht. Wer sich unsicher fühlt, sollte mit dem Hersteller Kontakt aufnehmen. Gleiches gilt auch für die Bestimmung des pH-Wertes.

Punkt 2
Der Betreiber ist über seine Pflichten und die Notwendigkeit zur Einhaltung der Vorgaben zur Heizungswasseraufbereitung aufzuklären. So lassen sich auch die Mehrkosten besser darstellen.

Punkt 3
Wünscht der Betreiber der Heizungsanlage – aus welchen Gründen auch immer – keine Heizungswasseraufbereitung, sollte sich der SHK-Betrieb dies schriftlich bestätigen lassen als Beweismittel im Gewährleistungsfall.

Punkt 4
Führen eines Anlagenbuches. Das komplexe Hightech-Produkt Heizungsanlage bedingt eine nutzerorientierte Dokumentation aller Arbeiten und Vorgänge. Das Buch ist auch der Nachweis, wenn es bei Schadensfällen zu Auseinandersetzungen zwischen dem Anlagenbetreiber und dem Hersteller kommt. Der Betreiber wird sich bei etwaigen Forderungen an den Installationsbetrieb – und bei größeren Anlagen – auch an den Planer wenden. Diese sind im Gewährleistungsfall in der Beweispflicht, dass alle Arbeiten norm- und vorgabenkonform durchgeführt wurden. Nur über einen lückenlosen Lebenslauf der Heizung anhand des Anlagenbuches kann dies dargestellt werden. Ansonsten muss zweifelsfrei belegt werden, dass die Ursache nicht aus der eigenen Arbeit resultiert.