Konditionierung von Füll- und Ergänzungswasser in Warmwasser-Heizungsanlagen

Details der Richtlinien sind selbst für viele Fachplaner und Heizungsbauer schwer nachzuvollziehen. Oft geht es um komplexe Wasserchemie und es bestehen Widersprüche zwischen den Aussagen der beiden VDI-Blätter. Denn Steinbildung und Korrosion sind Bereiche, die jeweils unterschiedliche Anforderungen an das Heizungswassers stellen.

Steinbildung ist abhängig von der Härte im Wasser, genauer von der Karbonathärte. Wenn man von Wasserhärte spricht, ist dabei die Gesamthärte gemeint, ein Maß für die Menge an Calcium und Magnesium. Für die Steinbildung, d.h. Kalkablagerung, ist jedoch auch Hydrogencarbonat erforderlich, die so genannte Karbonathärte. Hat ein Wasser viel Calcium, aber wenig Hydrogencarbonat, hat es eine hohe Gesamthärte, aber eine geringe Karbonathärte. Dieses Wasser würde somit auch zu geringer Steinbildung neigen. Da dieser Fall eher die Ausnahme ist und meist die Kar-bonathärte nur wenig geringer ist als die Gesamthärte, bezieht man sich im Blatt 1 der VDI 2035 nur auf die Gesamthärte zur Beurteilung, ob eine Wasserbehandlung er-forderlich ist oder nicht.

Für die Steinbildung spielen auch die Menge an Füll- und Ergänzungswasser, das Anlagenvolumen, die Gesamtleistung und die Art des Wärmeerzeugers eine Rolle. Die Steinbildung behindert den Wärmeübergang, was auf der einen Seite zu höheren Heizkosten führt, andererseits entstehen im Kessel überhöhte Temperaturen und Spannungen. Um die Risiken zu minimieren, sind im Blatt 1 Richtwerte für die Härte von Füll- und Ergänzungswasser in Abhängigkeit der Heizleistung vorgegeben. Es sind dabei aber auch die geplanten Füll- und Ergänzungswassermengen während der Lebensdauer der Anlage und das Anlagenvolumen im Verhältnis zur Heizleistung zu beachten. Das gilt insbesondere bei Mehrkesselanlagen. Ausnahmen bestehen bei einem hohen spezifischen Anlagenvolumen.

Steinbildung entsteht, wenn das Gleichgewicht zwischen den im Wasser gelösten, kalkbildenden Ionen und der Kohlensäure, beispielsweise aufgrund von Wärme, ge-stört wird. Es bildet sich Calciumhyrogenkarbonat, also Kalk, der sich praktisch nicht wieder auflöst. Um die Anforderungen der VDI 2035 Blatt 1 zur Verminderung der Steinbildung zu erfüllen, ist es oftmals nötig, die Härte ganz oder teilweise zu entfer-nen, etwa durch eine Enthärtungsanlage. Hier werden die Calcium- und Magnesi-umionen gegen Natriumionen ausgetauscht. Das erzeugte Natriumhydrogencarbonat bildet keine Ablagerungen. Andererseits würde auch eine aufwendigere Entsalzung des Wassers die Härte entfernen.

Auch Korrosion führt in Heizungsanlagen zu Schäden. Auch hier liegt die Ursache an der Beschaffenheit des Umlaufwassers. Dazu Blatt 2 der VDI 2035: Entscheidend für die Korrosion sind der Sauerstoffgehalt, der pH-Wert, die elektrische Leitfähigkeit und die Härte des Umlaufwassers. Die Korrosionsreaktionen werden im Wesentlichen durch den Sauerstoff im Heizwasser bestimmt. Deshalb sollte die Sauerstoff-konzentration so gering wie möglich sein. Im Blatt 2 werden daher auch Grenzwerte für Sauerstoff im Heizwasser festgelegt. Bei fachgerechter Planung, Installation und Wartung wird sich der Sauerstoffgehalt im regulären Betrieb auf unkritische Werte einstellen. Es ist jedoch wichtig, den Sauerstoffeintrag zuminimieren. Eine Ursache des Sauerstoffeintrags ist die Unterdruckbildung, daher ist für Druckhaltung im Hei-zungssystem zu sorgen. Fehler bei Planung oder Wartung führen zu Sauerstoffein-trag und somit zu Korrosion. Weitere Ursachen sind Lufteinschlüsse bei Füll- und Nachfüllvorgängen sowie der Sauerstoffgehalt des Füll- und Ergänzungswassers. Hier ist eine Füllstation mit automatischer Entgasung hilfreich. Auch führt die Diffusi-on über permeable Bauteile, zum Beispiel Dichtungen, Membranen, Schläuche und Kunststoffrohre zu Sauerstoffeintrag.

Der pH-Wert des Füll- und Ergänzungswassers liegt üblicherweise unter dem Richt-wert für das Umlaufwasser in Heizungsanlagen. Der pH-Wert sollte zwischen 8,2 und 10 liegen. Normalerweise ist eine Anhebung nicht erforderlich, da sich der geforderte Wert im Betrieb durch Eigenalkalisierung des Wassers von selbst einstellt. Durch die Erwärmung wird die im Wasser gelöste Kohlensäure ausgetrieben und durch die Entgasung und Entlüftung abgeführt. Dadurch steigt der pH-Wert auch bei entsalztem Wasser. In diesem pH-Bereich ist das Wasser für die normalerweise in Hei-zungsanlagen eingesetzten Werkstoffe korrosionstechnisch unschädlich. Eine Aus-nahme ist Aluminium, das bei pH-Werten von über 8,5 zu Korrosion neigt. Hier muss ein pH-Wert zwischen 8,2 und 8,5 eingehalten werden, was in der Praxis einigen Aufwand erfordert. Da sich durch die Eigenalkalisierung meist ein höherer pH-Wert einstellt, ist in diesem Fall ein vorsichtiges Ansäuern und Kontrollieren des Umlauf-wassers nötig.

Die Korrosionswahrscheinlichkeit nimmt mit sinkender elektrischer Leitfähigkeit des Heizwassers ab. Deshalb wurde in der VDI 2035 ein Maximalwert für die elektrische Leitfähigkeit festgelegt. Sie ist ein Maß für den Salzgehalt des Wassers. Um ein Wasser mit einer geringen Leitfähigkeit, also geringer Korrosionswahrscheinlichkeit zu erhalten, ist eine Entsalzung erforderlich. Da dem Füll- und Ergänzungswasser bzw. dem Umlaufwasser durch die Entsalzung auch die Härtebildner entzogen werden, werden die Anforderungen zum Steinschutz nach Blatt 1 ebenso erfüllt wie die zum Korrosionsschutz nach Blatt 2. Bei einer Heizungsanlage handelt es sich um ein geschlossenes Wasserzirkulationssystem, weshalb hier auch die DIN EN 14868 gilt. Danach ist die Verwendung von entsalztem Wasser vorzuziehen. Die Zugabe von Chemikalien sollte auf Ausnahmen beschränkt werden. Eine zusätzliche Zugabe ist nur in Sonderfällen erforderlich. Ebenso verhält es sich mit Sauerstoffbindemitteln, sofern alle Maßnahmen zur Vermeidung von Sauerstoffeintrag durchgeführt werden.