Entsalzt gefüllt ist halb gewonnen

Kompakte Kessel wie Gas-Brenn­wert-Wandgeräte erreichen immer größere Leistungen, Wand­geräte mit mehr als 100 kW sind mittlerweile Standard bei der Sanierung von Gebäuden. In Kaskadenschaltung werden sogar bis zu 1000 kW oder mehr installiert. In der Regel kann man bei einer solchen Anlage in Kombination mit Heizkörpern ein Gesamt-Wasservolumen von etwa 10 l/kW Kesselleistung vor­aus­setzen. Wird zusätzlich ein Pufferspeicher für ein BHKW oder einen Holzkessel installiert, kann das Wasservolumen des Systems mit einem Wandgerät mit 100 kW Leistung sogar mehrere Kubikmeter betragen. Beträgt die Gesamtleistung der Heizungsanlage mehr als 600 kW, dann ist grundsätzlich eine Wasser­auf­be­reitung erforderlich, da nach VDI 2035 Teil 1 „Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen, Steinbildung in Trink­was­sererwärmungs- und Warmwasser-Heizungsanlagen“ kein Kalk im Füllwasser enthalten sein darf.

Kalk bei zwangsdurchströmten Wärmerzeugern

Wasser steht in der Praxis nicht immer in der gleichen Zusammensetzung zur Verfügung. Es gibt Wasser mit wenig Kalkgehalt, aber auch mit Härtegraden von mehr als 20 oder auch 30 °dH. Der im Wasser gelöste Kalk hat die Eigenschaft, dass er bei ho­hen Temperaturen in Form von Kalkstein (Kalziumkarbonat) aus­fällt – fast immer im Wärmetauscher des Heizkessels, also der heißes­ten Zone der gesamten Anlage.

In Anlagen mit kleinem Wasserinhalt ist in der Regel nicht mit Funk­tionsstörungen infolge von Kalk zu rechnen, was die vie­len problemlos laufenden Anlagen in der Praxis beweisen. Bei einer Anlage bestehend aus einem Gas-Brennwertgerät mit 100 kW Leis­tung und einem 1000-l-Pufferspeicher beträgt der Was­ser­inhalt etwa 2000 l und der Wärmetauscher trifft bei einem Härte­grad von 20 °dH auf ca. 740 g Kalk. Solche Mengen an Kalk können zu einer Störung des Heizkessels oder der Anlage führen. Mög­liche Auswirkungen einer Querschnittsverminderung im Wärmetauscher oder abplatzender Kalkplättchen sind:

Da der Kalk relativ schnell ausfällt, kann es auch in Neuanla­gen nach nur wenigen Wochen zu den genannten Funktionsstö­run­gen kommen. Aus diesen Gründen und dem Trend hin zu Puf­fer­spei­cheranlagen kommt der Aufbereitung des Füll- und Er­gän­zungs­wassers eine immer größere Bedeutung zu. Dieser Tatsache trägt die VDI 2035 Teil 1 „Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen, Steinbildung in Trinkwasser­er­wärmungs- und Warmwasser-Heizungsanlagen“ Rechnung.

Wasseraufbereitung in Heizungsanlagen durch Entsalzung

Eine verbreitete Maßnahme zur Wasseraufbereitung ist die Enthärtung des Trinkwassers, die sich aber nicht für alle Materialien eignet. Durch die eingebrachte Natriummenge bleibt das elektro­chemische Korrosionspotential erhalten, da die Leitfähigkeit durch die Enthärtung unverändert hoch bleibt. Die im Füllwasser enthaltenen Anionen Sulfat und Chlorid werden durch die Ent­här­tung nicht entfernt. Gerade diese beiden Anionen stellen aber für alle in den Heizungsanlagen verwendeten Stoffe einen Kor­ro­sionstreiber dar.

Eine Möglichkeit, nicht nur Kalk, sondern auch Chlorid und Sul­fat zu entfernen, ist die Entsalzung des Füll- und Ergänzungswas­sers. Dabei werden neben den Kalziumionen auch alle Salze (Sul­fat und Chlorid) aus dem Füllwasser beseitigt. Die elektrische Leit­fähig­keit des Füllwassers liegt unter 10 μs/cm, damit ist auch das elektrochemische Korrosionspotential im Füllwasser nicht mehr gegeben. Die elektrochemische Spannungsreihe der Metalle wird weitgehend außer Kraft gesetzt, und alle Materialien im Heizsystem sind in großem Maße vor Korrosion geschützt. In den befüllten Anlagen stellt sich in der Regel eine Leitfähigkeit des Anlagenwassers von unter 100 μs/cm ein, so dass man im Sinne der VDI 2035 von der salzarmen Betriebsweise sprechen kann. Diese wird von der VDI 2035 Teil 2 „Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen, Heizwasserseitige Korrosion“ und der DIN EN 14 868 „Korrosionsschutz metallischer Stoffe, Leitfaden für die Ermittlung der Korrosionswahrscheinlichkeit in geschlossenen Wasser-Zirkulationssystemen“ sogar empfohlen.

Aus dem Vergleich der beiden Wasseraufbereitungsmaßnahmen ist ersichtlich, dass die Entsalzung des Füllwassers zusätzlich noch den Nutzen eines Korrosionsschutzes für die Anlage bietet. Durch die Absenkung der Leitfähigkeit des Anlagenwassers werden das elektrochemische Korrosionspotential und damit die Korrosion in der Anlage stark vermindert. Mit der Entsalzung lässt sich nicht nur die VDI 2035 Teil 1 erfüllen, sondern auch VDI 2035 Teil 2. Diese Maßnahme ist hochwertiger als die gängige Enthärtung und bietet einen besseren Schutz für die Heizungsanlage.

Mittlerweile sind auf dem Markt zahlreiche Wasseraufbereitungs­patronen erhältlich, mit denen entsalztes Wasser einfach und praxisnah zur Verfügung gestellt werden kann. Nahezu alle gängigen Hersteller von Produkten zur Wasseraufbereitung und auch zum Teil Heiztechnikhersteller haben diese Patronen im Sorti­ment. Der Verkaufspreis liegt in der Größenordnung bekannter Enthärtungspatronen, so dass die Entsalzung des Füll- und Ergänzungswassers fast preisgleich zur Enthärtung ist. Vorteile bietet das einfache Handling der Entsalzungspatronen. Die Entsalzung des Füllwassers kann beim Einbringen in die Anlage mit einem Leitfähigkeitsmessgerät mit zwei LED kontrolliert werden. Solange die grüne LED leuchtet, ist die Leitfähigkeit in Ordnung, leuchtet die rote LED, ist die Leitfähigkeit zu hoch und die Patrone erschöpft.

Entsalzungspatronen leihen

Um größere Anlagen mit entsalztem Wasser zu befüllen, können bei einigen Herstellern Entsalzungspatronen ausgeliehen werden. Der Kunde muss die Patronen nicht kaufen und kann die Dienstleistung immer auf das jeweilige Wasservolumen der Anlage abstimmen. Solche Angebote sind bis zu 40 m³ (Kapazität 840 000 l x °dH) Anlagenvolumen verfügbar.

Für alle Entsalzungspatronen geben die Hersteller eine maximale Kapazität in l x ° dH an. Teilt man diese Kapazität durch die Härte des Trinkwassers, so erhält man die Menge an auf­bereitetem Wasser, die die Entsalzungspatrone zur Verfügung stellen kann.

Beispiel: max. Kapazität der VES-Leihpatronen = 40 000 l x °dH

Härte des Trinkwassers = 17 °dH

V_VES [l]=                               = 2352 l

Eine noch genauere Bestimmung der Kapazität der Entsalzungspatronen kann über die Leitfähigkeit des Trinkwassers erfolgen. Die Leitfähigkeit des Trinkwassers kann relativ einfach mit einem Handleitfähigkeitsmessgerät vor Ort bestimmt werden. Diese Methode hat den Vorteil, dass man damit auch Füllwässer in Gebieten mit überproportinalem Salzanteil besser berücksichtigen kann.

Beispiel: max. Kapazität der VES-Leihpatronen = 40 000 L x °dH

Leitfähigkeit des Trinkwassers = 550 μS/cm

V_VES [L]=                              

= 2181 l

Um die Patrone direkt vor Ort auf der Baustelle benutzen zu können, ist im Füllkoffer das not­wendige Zubehör wie Leit­fähigkeitsmessgerät, Wasser­zähler, Füllschläuchen und Be­triebs­buch im Lieferumfang der Leih­patronen enthalten. Die ein­gangs erwähnte Beispielanlage mit rund 2000 l Wasserinhalt könnte mit diesen Patronen befüllt werden.

In Großanlagen sollten grund­sätz­lich auch die Nachfüllwasser­mengen aufbereitet und in einem Betriebsbuch dokumentiert werden (siehe VDI 2035). Als Nachfüllpatrone bietet sich z. B. die VES-Patrone „P10“ an, sie hat eine Kapazität von 8000 l x °dH. Mit dieser Patrone können also bei einer Wasserhärte von 17 °dH insgesamt 470 l entsalztes Wasser für die Heizungsanlage bereitgestellt werden. Zur vereinfach­ten Ermittlung der Kapazität ist das Kapazitätsdiagramm auf der Patrone aufgedruckt. Ist die Patro­ne erschöpft, kann das Harz der Patrone vor Ort gewechselt werden.

Die VDI 2035 geht auch auf den pH-Wert-Bereich ein. Dieser sollte für Eisen zwischen 8,2 und 9,5 und für Aluminium zwischen 7,0 und 8,5 liegen. Weil in der Praxis aber fast immer Anlagen mit unterschiedlichen Werkstoffen eingebaut sind – zum Beispiel Aluminium-Wärmetauscher und Stahl-Heizkörper – ist ein pH-Wert Bereich von 8,2 bis 8,5 nicht sehr praxisnah. Zudem findet man kaum reines Aluminium in Heizungsanlagen, so dass die Hersteller von Aluminium-Wärmetauschern auch andere pH-Wert-Bereiche definieren können. Entsaltzes Füllwasser ist in dieser Hinsicht vorteilhaft, da alle Materialien weniger Korrosion ausgesetzt sind. Nach vielen Versuchen in Heizungsanlagen mit entsalztem Wasser hat sich gezeigt, dass dann auch ein größeres pH-Wert-Fenster als in der VDI 2035 angegeben toleriert werden kann. So zeigen Aluminium-Legierungen auch bei pH-Werten über 8,5 noch keine Korrosion, und auch Eisenwerkstoffe können mit einem pH-Wert unter 8,2 einsetzt werden.

Zur pH-Wert-Messung

Die Verwendung von entsalztem Füllwasser ist eine Antwort auf die pH-Wert-Angaben der VDI 2035. In der Praxis sollte der pH-Wert nicht direkt bei der Inbetriebnahme gemessen werden. Jedes Wasser alkalisiert sich während des Betriebes in gewissem Rahmen selbst, so dass der pH-Wert erst ermittelt werden sollte, wenn die Anlage bereits mehrere Monate in Betrieb ist. Der Zusatz von Mitteln zur Anpassung des pH-Wertes, wie z. B. Trinatriumphosphat, sollte vor dem Einsatz gründlich überdacht werden, weil sie nur zur Aufsalzung des Anlagenwassers führen und bei falscher Anwendung eher Schaden anrichten als Nutzen bringen.

Im laufenden Betrieb spielt auch die Nachfüllwassermenge eine wesentliche Rolle. Gerade in Anlagen mit größerem Bedarf an Nachfüllwasser – z. B. bei einem Heizkörpertausch im Zuge der Sanierungen im laufenden Betrieb – muss dies berücksichtigt werden. Ist die Anlage mit entsalztem Wasser befüllt, sollte nur entsalztes Wasser nachgefüllt werden. Die Nachfüllwassermengen sollten mit einem Betriebsbuch dokumentiert werden.

Soll eine Wasseraufbereitungspatrone fest als Nachfüllpatrone installiert werden, müssen die Vorgaben der DIN EN 1717 „Schutz des Trinkwassers vor Verunreinigungen in Trinkwasserinstallationen und allgemeine Anforderungen an Sicherungseinrichtungen zur Verhütung von Trinkwassserverunreinigungen durch Rückfließen“ beachtet werden. Danach ist vor der Patrone ein Systemtrenner zu installieren, der einen möglichen Rückfluss von Heizungswasser in die Trinkwasserinstallation zuverlässig verhindert. Die Kapazität der fest installierten Entsalzungspatrone muss direkt mit einem Leitfähigkeitsmessgerät oder indirekt mit einem Wasserzähler kontrolliert werden, verbrauchte Patronen sind durch Neue zu ersetzen.

Fazit

Heutige Gas-Brennwertgeräte haben häufig einen Wasserinhalt von weniger als 0,3 l/kW. Im Zusammenhang mit der Entwicklung energieeffizienter Systeme werden immer mehr Anlagen mit Puffer­speichern ausgestattet. Dies bedeutet gleichzeitig größere Füllwassermengen – teilweise werden Wassermengen von mehr als 50 l/kW erreicht. Daher gewinnt die Qualität des Füll- und Ergänzungswassers an Bedeutung. Die Entsalzung zur Wasseraufbereitung ist eine passgenaue Lösung.

Entsalzungspatronen sind in der Regel fast preisgleich zu Enthärtungspatronen, bieten aber aufgrund des Korrosionsschutzes einen hohen Mehrwert, oder kurz formuliert: „Entsalzt gefüllt ist halb gewonnen“.