Anforderungen an Heizungsfüll- und Ergänzungswasser

Auf Grund der geringen Toleranzen in den neuen Armaturen und Heizungspumpen, sowie neuer Materialien der Wärmeerzeuger, sollten die Heizungs-, Kühl- und Solaranlagen grundsätzlich fachgerecht behandelt werden. Hier reicht es aber nicht, nur "Chemie" reinzukippen, sondern vorher muss die Anlage gespült und gereinigt werden (DIN EN 14336). Eine Wasseranalyse kann in vielen Fällen, vor allen Dingen in Altanlagen, auch sinnvoll sein.

Auch die DIN EN 14868 -2005 - Korrosionsschutz metallischer Werkstoffe - Leitfaden für die Ermittlung der Korrosionswahrscheinlichkeit in geschlossenen Wasser-Zirkulationssystemen - bleibt in diesem Zusammenhang immer noch weitgehend unbeachtet, obwohl eine Euro-Norm höher einzustufen ist als eine VDI-Richtlinie und in die Planung mit einbezogen werden muss.

Mit dem Erscheinen der VDI 2035 Blatt 1 ("Vermeidung von Schäden durch Steinbildung in Warmwasserheizungs- und Wassererwärmungssystemen") und der neuen VDI 2035 Blatt 2 ("Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizanlagen - Wasserseitige Korrosion") im August 2009 ist der „Korrosionsschutz für Heizungssysteme“ für Heizungsbauer und Planer von Heizungssystemen in Gebäuden vereinfacht worden. In fachgerecht geplanten und erstellten Anlagen wird beim bestimmungsgemäßen Betrieb (dazu ist eine Wartung unabdingbar!) ohne Einsatz von Chemikalien Sauerstoff-Korrosion verhindert.

Im Sommer 2015 hat die Überarbeitung von Blatt 1 und Blatt 2 begonnen. Das Ziel ist die Zusammenführung der Blätter 1 und 2 zu einem gemeinsamen Blatt 1. Wir warten immer noch.

Die VDI-Richtlinie 2035 Blatt 1:2021-03 (Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen - Steinbildung und wasserseitige Korrosion) wurde erneuert und ist ab dem 1. März 2021 gültig. Die VDI 2035 Blatt 2 wurde zurückgezogen.
Die Richtlinie berücksichtigt die bisher getrennt behandelten Themen "Steinbildung" und "wasserseitige Korrosion" in einer gemeinsamen Richtlinie* . Bei der Überarbeitung und Zusammenführung sind aktuelle fachliche Erkenntnisse sowie der Themenbereich "Bestandsanlagen" mit berücksichtigt worden.
*Technische Richtlinien werden von einer Organisation (z. B. VDI-Verein Deutscher Ingenieure, VDE-Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.) ausgegeben und geben einen Handlungsrahmen vor. Es gibt aber auch rechtliche Richtlinien, die von einem dazu formellgesetzlich ermächtigten Gremium (z. B. UMA, BMWi) beschlossen werden.
Eine Richtlinie ist eine Handlungs- oder Ausführungsvorschrift einer Institution bzw. Organisation und ist kein förmliches Gesetz. Wann eine Richtlinie eine Regelungswirkung hat, kann nur im Einzelfall beurteilt werden. Eine Bindungswirkung ist von der Befugnis und Anerkennung des Herausgebers und von der Art und dem Umfang der für die jeweils betroffenen Adressaten geltenden Verbindlichkeit abhängig.
Eine Richtlinie kann auch als Regel bezeichnet werden, weil sie bestimmte Regelmäßigkeiten, die aus Erfahrungen und Erkenntnissen gewonnen wird, ableitet und gilt für einen bestimmten Bereich als verbindlich.

Durch die Zusammenlegung von Blatt 1 und 2 hat sich einiges geändert.

Nach DIN EN 12828 muss der Planer nach Auswahl der Komponenten und der sich ergebenden Bedingungen die Qualität des Heizungswassers im Heizkreislauf vorgeben. Vollentsalztes Wasser ist eine Möglichkeit. Das Befüllen und Ergänzen mit behandeltem Wasser sowie die mindestens einmal jährliche Kontrolle der Funktionstüchtigkeit des Ausdehnungsgefäßes geben genügend Sicherheit gegen Korrosion.

Die neue VDI 2035 Blatt 2 unterscheidet zwischen einem „aufbereiteten Wasser“ (enthärtetes oder entsalztes Wasser, dem keine Chemikalien zugesetzt wurden) und einem „behandelten Wasser“ (Heizungswasser, dem Chemikalien zugesetzt wurden). „Aufbereitet“ muss ein Füll- und Ergänzungswasser dann werden, wenn es nicht den Anforderungen der VDI 2035 Blatt 1 entspricht.

Vor allem der Trend zur Einbindung von Pufferspeichern vergrößert den Wasserinhalt von Heizungsanlagen, so dass bei Ein- und Mehrfamilienhäusern sehr oft das spezifische Anlagenvolumen den Einsatz von aufbereitetem bzw. behandeltem Wasser vorgibt. Auch der Einsatz von Mehrkesselanlagen bedarf besonderer Aufmerksamkeit.

"Moderne Heizungsanlagen" bestehen nicht selten aus ca. 20 verschiedenen Materialien. Die Auswahl an Produkten ist sehr groß geworden, wodurch unweigerlich vielschichtige Probleme auftreten können. Bei Mischinstallationen kommt es neben dem Kontakt von verschiedenen Metallen miteinander (Stromfluss) auch zum verstärkten Sauerstoffzutritt (Kunststoffrohre, O-Ringe und Stopfbuchsen, Verschraubungen,...). Dadurch kommt es zu einer elektrochemischen Korrosion, dem unedle Metalle zum Opfer fallen. Dies kann z.B. Aluminium sein. Aber auch andere Materialien können betroffen sein. Eine Möglichkeit des Schutzes besteht darin, die betroffenen Bauteile elektrisch zu Isolieren, damit kein Strom fließen kann.

Darüber hinaus kann es bei Mischinstallationen zu Lokalelementbildungen kommen. Das bedeutet, dass beispielsweise Kupfer gelöst wird und das gelöste Kupferion sich zum Beispiel am Aluminium anlagert. Kommen noch weitere Kupferionen hinzu, entsteht ein Lokalelement, bei dem Stahl gelöst wird.

Bei einer Anlagenbehandlung wird immer nur an große Anlagen gedacht, weil da die Schadenssummen sehr groß sind. Auch wird die Korrosion immer noch als "Gottgegeben" hingenommen.

Ab Dezember 2005 gilt die VDI-Richtlinie 2035 Blatt 1 und ab 2009 die neue VDI 2035 Blatt 2, die auch Bestandteil der anerkannten Regeln der Technik (aRdT) sind. Hier hat sich einiges in Bezug auf das Füllwasser von Heizungsanlagen geändert.
Im Sommer 2015 hat die Überarbeitung von Blatt 1 und Blatt 2 begonnen. Das Ziel ist die Zusammenführung der Blätter 1 und 2 zu einem gemeinsamen Blatt 1.
Wir warten immer noch.
Die VDI-Richtlinie 2035 Blatt 1:2021-03 (Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen - Steinbildung und wasserseitige Korrosion) wurde erneuert und ist ab dem 1. März 2021 gültig. Die VDI 2035 Blatt 2 wurde zurückgezogen.
Die Richtlinie berücksichtigt die bisher getrennt behandelten Themen "Steinbildung" und "wasserseitige Korrosion" in einer gemeinsamen Richtlinie. Bei der Überarbeitung und Zusammenführung sind aktuelle fachliche Erkenntnisse sowie der Themenbereich "Bestandsanlagen" mit berücksichtigt worden.

Die neue Richtlinie VDI 2035 Blatt 1 - Empfehlungen für den Schutz von Warmwasser-Heizungsanlagen

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Blatt 1 befasst sich mit der Steinbildung und Blatt 2 mit der Korrosion für Füll- und Ergänzungswasser (Heizungswasser).

Blatt 1 bezieht sich auf die Gesamthärte des Füll- und Ergänzungswassers für Warmwasser-Heizungsanlagen. Dabei ist nicht nur diese Härte für die Steinbildung relevant, sondern auch die Art der Wärmeerzeuger, die Gesamtheizleistung und der Inhalt der Anlage. Wobei das Volumen einer Anlage durch die Pufferspeicher teilweise extrem größer wird. Aber auch der Trend zu Kaskadenanlagen (Mehrkesselanlagen) trägt zu einer größeren Steinbildung an den Wärmeübertragungsflächen bei.
Die Kalkablagerungen an den Wärmeübertragungsflächen führen zu einer Verminderung des Wärmeübergangs und zu höheren Temperaturen, die dann wiederum zu Spannungen an den Flächen führen. Die Folgen sind dann Spannungsrisse.
Durch Werte, die in der VDI vorgegeben sind, ist es sinnvolll, kalkfreies Wasser einzufüllen. Wobei hier aber immer noch die Faktoren von Blatt 2 beachtet werden müssen.

Blatt 2 (zurückgezogen) bezieht sich auf die Beschaffenheit des Füll- und Ergänzungswasser und auf die Faktoren (pH-Wert, die elektrische Leitfähigkeit, der Sauerstoffgehalt und die Härte des Wassers), die zu Korrosion in der Anlage führen können.
Der optimale pH-Wertbereich, bei dem die Korrosionstätigkeit fast nicht mehr messbar ist, liegt zwischen ca. 8,5 und 10,5. Diese Angabe gilt für salzhaltiges Wasser (elektrische Leitfähigkeiten 100 - 1500 S/cm) und Temperaturen unter 100°C. Bei Aluminium ist der "optimale" pH-Wertbereich wesentlich schmaler und liegt bei etwa 6,5 - 7,5. Bei entsprechenden Legierungen lässt sich dieser Bereich auf ca. 9,5 erweitern.
Die elektrische Leitfähigkeit kann durch die Behandlung des Wassers und/oder entmineralisiertes Wasser beeinflusst werden.
Der Sauerstoffgehalt kann durch eine richtige Inbetriebnahme der Anlage ("Auskochen" der Luft), richtige Druckhaltung und die Dichtheit der Anlage herabgesetzt und niedrig gehalten werden.
Die Härte des Wassers wir in Blatt 1 behandelt.
Außerdem fordert die VDI 2035 Blatt 2 unabhängig von der Heizleistung das Führen eines Anlagenbuches.

Blatt 3 bezieht sich auf die abgasseitige Korrosion metallischer Werkstoffe von Warmwasserheizungsanlagen, unmittelbar beheizten Wassererwärmungsanlagen und den zugehörigen Abgas- bzw. Rauchgasanlagen.und hat also nichts mit dem Füll- und Ergänzungswasser zu tun.

Die erforderlichen Maßnahmen werden von den Herstellern der Wärmeerzeuger vorgegeben.

Heizungswasserzusätze

Entsalzung
Bei diesem Entsalzungsverfahren werden alle härtebildenden Inhaltsstoffe aus dem Wasser entfernt. Die Patronen enthalten ein anderes Austauschharz als das bei der Enthärtung. Dadurch wird ein Füllwasser mit einer Leitfähigkeit von ca. 1 µS/cm (micro Siemens/cm) erreicht, was einen hohen Korrosionsschutz ergibt.
Das Verfahren der Umkehrosmose führt ebenfalls zu einem voll entsalztem Wasser. Hier wird kein Austauschharz sondern eine Membran verwendet.

Enthärtung
Durch eine Patrone mit Austauschharz wird Calcium gegen Natrium im Wasser ausgetauscht. Dadurch findet eine Kalkabscheidung nicht mehr statt. Man unterscheidet zwischen zwei Verfahren.

•  Bei der Vollenthärtung wird Calcium vollständig gegen Natrium ausgetauscht. Eine Kalkabscheidung wird vollständig unterbunden.  
•  Bei der Teilenthärtung wird voll enthärtetes mit nicht aufbereitetem Wasser verschnitten. Das Wasser enthält noch Reste von Calcium. Bei der Enthärtung findet eine Entsäuerung statt. Dadurch kommt es zu einer Erhöhung des pH-Wertes. Bei Heizungsanlagen, die Bauteile aus Aluminium (z. B. Wärmetauscher, Heizkörper, etc.) enthalten, muss der pH-Wert im Bereich von 6,5 bis 8,5 (bei bestimmten Legierungen, z. B. AlSi10Mg bis 9,0) liegen und das Füllwasser sollte nicht unter 7 °dH enthärtet werden (Teilenthärtung).

Nennwärmeleistung	Gesamthärte
< 50 kW bei spez. Wasserinhalt des Wärmeerzeugers* < 0,3 l/kW	Keine Anforderungen
< 50 kW bei spez. Wasserinhalt des Wärmeerzeugers* < 0,3 l/kW (Umlaufwasserheizer)	< 16,8 °dH
> 50 kW bis = 200 kW	< 11,2 °dH
> 200 kW bis = 600 kW	< 8,4 °dH
> 600 kW	< 0,11 °dH
* Wasserinhalt des Wärmeerzeugers je kW Nennwärmeleistung

Die Werte in der Tabelle gelten nur für Heizungsanlagen, die ein Anlagenvolumen bzw. Füllwasser von nicht mehr als 20 l / kW Nennwärmeleistung haben und die gesamte Füll- und Ergänzungswassermenge das Dreifache des Nennvolumens der Heizungsanlage nicht überschreitet. Z. B. können Pufferspeicher und größere Rohrabschnitte ohne funktionsfähige Absperrventile zu einer Überschreitung des Füll- und Ergänzungswasservolumens führen.

Der Langzeitversuch (Stresstest) wird mit unbehandeltem und behandeltem Wasser (VS = Vollschutz) mit VE-Wasser* ohne VS und mit VS durchgeführt. Eingesetzt sind die üblichen Metalle, die in  einer Heizungsanlage eingebaut werden. Den Versuchsgefäßen wird  über eine Aquariumpumpe ständig die gleiche Menge  Luft (Sauerstoff) zugeführt.

*demineralisiertes Wasser, deionisiertes Wasser, vollentsalztes Wasser, destilliertes Wasser

Messtermine

Beginn 25.09.2009 > 13.04.2010 > 5.08.2010 > .....

Bild 1

Stresstest-1, 25-09-09 9:19 Uhr - Aufbau

VE-Wasser + Metall > links ohne VS + rechts mit VS

Bild 2

Stresstest-2 , 25-09-09 9:27 Uhr - Beginn des Versuchs

VE-Wasser, mit und ohne VS, zzgl. Aquariumpumpe + Heizstab

Wasserwerte ohne VS, Leitwert 6 MikroSiemens; pH-Wert 7,4; permanente Zufuhr von O₂ bei unterschiedlichen  °C

Bild 3

Stresstest-3, 25-09-09 14:12 Uhr

VE-Wasser ohne VS, nach ca. 5 Stunden

Bild 4

DIN EN 14868 - 2005 - Korrosionsschutz metallischer Werkstoffe - Leitfaden für die Ermittlung der Korrosionswahrscheinlichkeit in geschlossenen Wasser-Zirkulationssystemen

Diese Norm ist nach ihrer eigenen Aussage nur ein Informationsdokument und stellt keine verbindlichen Regeln für die Verwendung von metallischen Werkstoffen in Wassersystemen auf. Trotztdem sollte sie Grundlagen bei der Planung, Installation und Betrieb der entsprechenden Anlagen berücksichtigt werden, um die Wahrscheinlichkeit eines Korrosionsschadens zu minimieren. Im Schadensfall wird diese Norm im Vergleich zu anderen getroffenen Maßnahmen mit herangezogen.

Die Norm befasst sich mit den Einflussfaktoren der Korrosionswahrscheinlichkeit durch Innenkorrosion metallischer Bauteile (z. B. Kessel, Behälter, Wärmeaustauscher, Pumpen, Rohre) in Wassersystemen in Gebäuden.

• Heizungssysteme (bis zu 110 °C Betriebstemperatur des Wassers)
•  Kühl- und Kältesysteme, die mit Trinkwasser betrieben werden

Die Norm gilt nicht für:

•  Heizanlagen in Gebäuden, die direkt an eine Fernwärme-Versorgung angeschlossen sind
•  offene Kühlsysteme
•  Zirkulationssysteme für erwärmtes Trinkwasser

In der Norm werden folgende Arten von Korrosionsschäden angesprochen:

• Wanddurchbruch
•  Behinderung des Durchflusses (Wärmetauscher, Ventile)
•  Verminderung des Wirkungsgrades
•  Festsetzen von beweglichen Bauteilen (Pumpen, Ventile)
•  Siedegeräusche im Wärmeerzeuger

In Bezug auf den Sauerstoffeintrag werden zwei Anlagentypen unterschieden.

Anlagentyp I - Systeme ohne erheblichen Sauerstoffeintrag
Bei diesen Anlagen ist praktisch kein Sauerstoffeintrag während des Betriebes möglich. Der gelöste Sauerstoff, der im Füllwasser vorhanden ist,  wird schnell unter Bildung von Korrosionsprodukten (Rost, Schlamm) verbraucht. Wobei diese Ablagerung normalerweise nicht schädlich sind. anders sieht es aus, wenn in den Anlagen Pufferspeicher vorhanden sind. Es handelt sich hauptsächlich um

• Systeme mit geschlossenen Ausdehnungsgefäßen, die fachgerecht geplant, installiert und gewartet sind
• Offene Heizsysteme, die so gebaut sind, dass  nur sehr geringe  Mengen an Sauerstoff in das System eingetragen werden

Bei diesem Anlagentyp besteht die Möglichkeit, dass sich Ablagerungen von Eisen-Korrosionsprodukten auf Wärmeübertragungsflächen bilden und zu einer Herabsetzung des Wirkungsgrades führen kann. Außerdem kann es unter ungünstigen Bedingungen bei Messingbauteilen zu Rissbildung durch Spannungsrisskorrosion kommen.

Anlagentyp II - Systeme mit kontinuierlichem oder intermittierendem Sauerstoffeintrag
Bei diesen Anlagen kann während des Betriebes entweder selten, regelmäßig oder dauernd Sauerstoff in das System gelangen. Anlagen dieser Art gibt es viele.

•  Offene Systeme, in denen während des Betriebes das zirkuliernde Wasser regelmäßig mit Sauerstoff angereichert wird
•  Systeme mit kontinuierlichem Sauerstoffeintrag durch die Diffusion durch ungesperrte Kunststoffrohre oder Gummi- bzw. Flexschläuche
•  Systeme mit geschlossenen Ausdehnungsgefäßen, bei denen:

•  das Volumen das Ausdehnungsgefäßes zu klein ist
•  der Vordruck im  Ausdehnungsgefäß nicht der statischen Höhe der Heizungsanlage eingestellt wurde
•  der Vordruck im Laufe des Betriebes absinkt
•  der Wasserinhalt auf Grund von Wasserverlusten absinkt (z. B. Undichtigkeiten an Ventilen, Pumpen, Entlüfungsventile)

Unter diesen Umständen kann es in den Abkühlphasen (z. B. Nachtabsenkung bzw. -Abschaltung) zu einem Unterdruck im System kommen. Dadurch kann Luft (Sauerstoff) an den O-Ringen, Stopfbuchsen oder Dichtungen und an automatischen Be- und Entlüftern eingesaugt werden.

Besonders bei diesem Anlagentyp ist ein fachgerechte Behandlung der Anlage notwendig.