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Heizwasseraufbereitung

Warum ist das nun von Bedeutung?
Moderne Heizungs- und Kältesysteme werden durch optimierte Dämmung der Gebäude und immer energieeffizientere Technologien, sowie spezielle Materialien immer leistungsfähiger und immer kleiner. Gleichzeitig steigt jedoch sehr häufig der Wasserinhalt dieser Systeme durch die Verwendung von Pufferspeichern, um moderne Zusatzsysteme wie z. B. Solarthermie, Photovoltaikanlagen (PV), BHKW, Wärmepumpen usw. zu nutzen. Damit steigt jedoch auch bei geringer Heiz- oder Kälteleistung und bei anscheinend niedriger Wasserhärte die Gefahr der Bildung von Schlamm und Ablagerungen wie auch von Korrosionen.



Das Heizungswasser transportiert die Wärme bzw. Kälte vom Heizungskessel oder Kälteaggregat zu den Verbrauchern. Gleichzeitig werden aber auch die Grundlagen für alle chemischen, physikalischen und bakteriologischen Reaktionen, sowie deren Reaktionsprodukte mit transportiert.

Praktisches Beispiel
Eine ausfallende Gesamthärte von 1° dH bewirkt Schlammbildungen oder Ablagerungen von 17,9 g/m3 im Heizungswasser.

Bei einem Systeminhalt von 5 m3 und einer Rohwasserhärte von 10° dH sind dies bereits 179 g/m3 x 5 m3 = 895 g. Bei einer Gesamthärte von 20° dH fallen bereits 1.790 g Schlamm oder harter Belag im System und Wärmetauscher an. Sie hemmen den Wärmeübergang und lassen so die Energiekosten ansteigen. Bei jeder weiteren Nachspeisung oder Spülung mit nicht aufbereitetem Wasser findet dieser Prozess erneut statt, wodurch die Ablagerungen zusätzlich verstärkt werden.

Schadensbilder von Ablagerungen und Verschlammungen








Neben Ablagerungen und Verschlammungen kommt es immer öfter auch zu Korrosionen, zu der daraus resultierenden Bildung von Magnetit, sowie zu bakteriologischen Belastungen in Heizungs- und Kältesystemen.

Für die Korrosionen sind eine Vielzahl physikalischer Parameter und chemischer Substanzen bzw. Reaktionen wie z. B. Sauerstoff , Kohlensäure, Nitrate, Sulfate, Chloride, elektrolytische Reaktionen zwischen Metallen unterschiedlicher Wertigkeit, bakteriologische Reaktionen usw. verantwortlich.
Schadensbilder von Korrosionen
Magnetit, das auch als „schwarzes Wasser“ bezeichnet wird, ist mehrfach oxidiertes Eisen, das sehr fein (< 1 μm) ist und klebrig bzw. magnetisch wirkt und so für eine Reihe von Fehlfunktionen in den heute sehr komplexen und fein einstellbaren Kreislaufsystemen verantwortlich ist.

Gründe für den Anstieg von Schäden in Heizungsanlagen



Die Ursachen für das vermehrte Auftreten von Schäden sind sehr vielschichtig. Nicht zuletzt sind sie in der rasanten technologischen Entwicklung der letzten 10 – 20 Jahre ( „Formel 1 der Kesseltechnik“) und dem vorrangigen Ziel von Energieeffizienz und Schonung der Ressourcen begründet.

Die folgende Aufzählung nennt einige wesentliche Gründe für den Anstieg der Schäden:

  • Wesentlich kleinere Wärmetauscher bei höherer Leistungsfähigkeit

  • Durch den vermehrten Einsatz regenerativer Energien entstehen z. B. durch Pufferspeicher wesentlich größere Wasserinhalte

  • Riesiger Materialmix (Kupfer, Stahl, Edelstahl, Kunststoffe, Messing, Verbundwerkstoffe, Aluminium-Silicium) mit unterschiedlichen Qualitäten der Werkstoffe

  • Nicht definierte Hydrauliken und zu große Leitungsquerschnitte

  • Weiterentwicklung der Wärme- bzw. Kälteübertrager (Betonkernaktivierung, Deckensegel, Fußbodenheizung mit unterschiedlicher PE-Qualität, Badheizungen usw.)

  • Brennwerttechnologien mit Vorlauftemperaturen von nur noch 30 – 40 °C bieten einen optimalen Lebensraum für das Wachstum von Bakterien

  • Die regelmäßige Wartung und Überwachung dieser komplexen Systeme ist zwingend erforderlich und bedarf eines ausreichenden Fachwissens. Gleichzeitig unterliegt man aber auch einem immer weiter steigenden Kostendruck, der es dem Installationsbetrieb wie auch dem Betreiber immer schwerer macht, allen Anforderungen gerecht zu werden








Zudem kommt das nur noch elektronisch geregelte Heizungspumpen verwendet werden dürfen, die aufgrund Ihrer Bauart ( Elektromagnet) das Magenetit förmlich ansaugt, es aber nicht mehr freigibt.
Pumpenhersteller schlagen Alarm bei defekten und ersetzten Heizungspumpen nur bei erfolgreichem Nachweis ( Wasserprobe) wenn das Heizungswasser gemäß der VDI 2035 aufbereitet wurde.


Wasseraufbereitung und Wasserbehandlung wurden in der Vergangenheit vernachlässigt und unterschätzt. Wohl jedem Praktiker sind Aussagen wie „Wir haben hier doch gutes Trinkwasser“, „Heizungswasser ist totes Wasser“ oder „Schwarzes Wasser ist gutes Heizungswasser“ bekannt.

Die technologische Weiterentwicklung der Methoden zur Wasseraufbereitung und Wasserbehandlung hat mit der oben genannten Entwicklung der Heizungstechnik an sich nicht Schritt halten können. Auch an den veränderten Materialmix in Heizungsinstallationen wurde sie nicht angepasst bzw. nicht gezielt darauf ausgerichtet.

Die stetig zunehmende Anzahl von Schadensfällen zeigt, dass die bekannten Anbieter von Wasseraufbereitungsanlagen und Behandlungsprodukten bisher keine zufriedenstellenden und praxisorientierten Lösungen anbieten konnten.
Möglichkeiten der Aufbereitung und Behandlung von Füll- und Kreislaufwasser - Enthärtungsanlagen
Die Enthärtungsanlage tauscht lediglich Calcium- und Magnesiumionen im Wasser gegen genau die gleiche Menge Natriumionen aus. Der pH-Wert wie auch die Leitfähigkeit (Salzfracht) des Wassers verändern sich nach einer Enthärtung kaum.

Alle anderen in der VDI 2035 Blatt 2 aufgeführten Wasserinhaltsstoffe wie Nitrate, Sulfate und Chloride, die in hohem Maße für Korrosionen verantwortlich sind, kann eine Enthärtungsanlage weder reduzieren noch entfernen.

Prinzip der Wasserenthärtung


Enthärtungsanlagen oder auch Einwegenthärtungspatronen enthärten immer zu 100 %. Nur über eine anschließende Verschneidung mit nicht enthärtetem Rohwasser kann ein teilenthärtetes Wasser entstehen, welches für eine effektive Behandlung des Wassers mit einem Behandlungsprodukt zur Vermeidung von Ablagerungen und Korrosionen notwendig ist.


Quelle: BRÖTJE

Einbauschema Wasserenthärtung
Möglichkeiten der Aufbereitung und Behandlung von Füll- und Kreislaufwasser - Entsalzungsanlagen
Die Entsalzung entfernt sämtliche im Wasser befndlichen Salze, so dass ein ungepuffertes und sehr reaktionsfreudiges Wasser mit einer Leitfähigkeit von < 1 μS/cm entsteht. Ein vollentsalztes Wasser wird auch als demineralisiertes oder entmineralisiertes Wasser bezeichnet. Vollentsalztes Wasser hat das Bestreben sich wieder zu puffern und reagiert daher stark lösend gegenüber allen im Kreislauf vorhandenen Materialien. In Ausnahmefällen, z. B. bei einem hohen Kieselsäure-Gehalt des Wassers, kann der pH-Wert sogar in den sauren Bereich umschlagen.

Prinzip der Vollentsalzung

 

Praktisches Beispiel



Der Mensch darf nicht über längere Zeit bzw. keine größeren Mengen an entsalztem Wasser zu sich nehmen. In der Folge würde ein Entzug von Mineralien im Körper entstehen.

Warum sollte dieser chemisch-physikalische Vorgang in einem Heizungs- oder Kältekreislauf nicht stattfinden? Er  findet statt – und zwar umso schneller und intensiver, je höher die Temperatur steigt.

Aus diesem Grund muss genau unterschieden werden, ob die geforderte oder empfohlene Wasserqualität bzw. die geforderten Parameter das Füllwasser (kalt) oder das gesamte Kreislaufwasser (warm) betreffen.

Entsalzungsanlagen und Einwegentsalzungspatronen entsalzen immer zu 100 %. In der Regel werden sie in Form von Mischbett-Ionenaustauscherkartuschen angeboten. Auch hier kann nur über eine Verschneidung mit nicht entsalztem Rohwasser ein teilentsalztes bzw. leicht gepuffertes Wasser hergestellt werden.

Mit einer Leitfähigkeit von < 200 μS/cm liegt eine optimale Füllwasserqualität und in Verbindung mit einem Vollschutzprodukt, gleichzeitig auch eine optimale Kreislaufwasserqualität für alle geschlossenen Kreislaufsysteme vor.

Einbauschema Vollentsalzung Quelle: BRÖTJE
Möglichkeiten der Aufbereitung und Behandlung von Füll- und Kreislaufwasser - Umkehrosmose
Die Umkehrosmose ist eine Membranfiltration mit einer Filtrationstiefe von 0,015 μm und einer Salzrückhaltung von ca. 97 %, sodass in Abhängigkeit von der Salzfracht im Rohwasser (Leitfähigkeit) eine Restsalzfracht von 3 % verbleibt. In der Regel liegt dann eine Leitfähigkeit von 5 – 20 μS/cm vor. Alle Gase wie Sauerstoff und Kohlensäure gehen dagegen durch die Membran hindurch, sodass im Ausgang der Membran ein stark saures und korrosives Wasser, auch Permeat genannt, mit einem pH-Wert von ca. 4,5 – 6,0 vorliegt.

Umkehrosmose:
Funktionsprinzip und Anlagenbeispiel

Wird enthärtetes Wasser als Speisewasser eingesetzt, erreicht die Umkehrosmose eine Ausbeute von 75 % (Permeat) des eingesetzten Speisewassers. 25 % gehen als Konzentrat in das Abwasser.

Wird kein enthärtetes Wasser (z. B. Trinkwasser) eingesetzt, liegt bei den meisten Anbietern nur noch eine Ausbeute von ca. 30 – 50 % vor. Somit gehen 50 – 70 % des Speisewassers als Konzentrat in das Abwasser.

Darüber hinaus wird versucht, durch regelmäßige automatische Spülungen der Umkehrosmose ein frühzeitiges Verblocken der Membran zu verhindern. Diese Spülungen finden auch dann statt, wenn der Kreislauf keine Nachspeisung anfordert und damit werden weitere erhebliche Mengen Frischwasser benötigt. Das führt zu einer drastischen Erhöhung der Frisch- und Abwasserkosten durch den Betrieb der Umkehrosmoseanlage.
Wasserbehandlung
Die Dosierung von modernen Vollschutzprodukten wie z. B. SAV VSP ist bei der Verwendung von Rohwasser mit geringer Salzfracht, sowie von enthärtetem Wasser eine in der Industrie seit Jahren erfolgreiche und bestens bewährte Lösung, um Ausfällungen und Ablagerungen zu reduzieren und Korrosionen im System zu verhindern. Diese Methode entspricht dem aktuellen Stand der Technik und ist auch in der VDI 2035 explizit aufgeführt.

Bei der Verwendung von entsalztem und teilentsalztem Wasser ist die Dosierung eines Vollschutzproduktes zwingend erforderlich um Ausfällungen und Ablagerungen zu verhindern, alte Beläge zu lösen und Korrosionen vorzubeugen.

Die beste Kombination ist die Verwendung von leicht gepuffertem (teilentsalztem) Wasser mit einer Leitfähigkeit von < 200 μS/cm und dem Vollschutzprodukt SAV VSP. Dies gilt für alle Materialien, die üblicherweise in modernen Heizungsanlagen verbaut werden.
Lösungen mit AguaSave und AguaClean

Lösungen der Heizwasseraufbereitung



Im Gegensatz zu den bisher bekannten Lösungen gibt es bei dem Konzept mit dem Modul AguaSave mit teilentsalztem Wasser und einer Leitfähigkeit von < 200 μS/cm nur eine einzige, genau definierte Füllwasserqualität und mit dem Vollschutzprodukt SAV VSP nur ein einziges Behandlungsprodukt für alle bestehenden Probleme in allen Heizungs- und Kältesystemen, mit sämtlichen derzeit auf dem Markt befindlichen bzw. bereits in Altanlagen installierten Materialien.

Mit einer Dosierrate von nur 3.000 – 4.000 g je
1 m3 (bzw. 300 – 400 g je 100 l) Füllwasser bzw. Systeminhalt wird durch das Vollschutzprodukt in Verbindung mit dem teilentsalzten Füllwasser eine sanfte Reinigung im laufenden Betrieb gestartet.

Härtesalze werden stabilisiert bzw. daran gehindert sich wieder anzulagern.

Quelle: BRÖTJE

 



Auch bei einem pH-Wert über 8,5 wird ein sicherer Korrosionsschutz für alle Materialien (Kupfer, Stahl, Aluminium-Silicium, Edelstahl usw.) problemlos realisiert. Aus technischen Gründen muss die Dosierrate des Vollschutzproduktes bei Leitfähigkeitswerten des Rohwassers von mehr als 400 μS/cm auf 400 g je 100 l Füllwasser erhöht werden.

Insofern gibt es unabhängig von der Art der Wärmeübertragung (Kessel, Geothermie, Fern- oder Nahwärme, BHKW usw.), des Fabrikats oder der Größe des Systems mit dem Modul AguaSave eine Anlage als optimale Lösung zur qualitätsgesteuerten Herstellung des richtigen Füllwassers mit integrierter Abschaltung bei Erreichen der Grenzwerte. Die weiteren optionalen Ausstattungen bieten zusätzliche Lösungen im Hinblick auf die Beschleunigung der Füllzeiten, die Erhöhung der Kapazität, die Befüllung von sehr großen Systemen, den kontrollierten Wasseraustausch in Bestandssystemen, die Datenübertragung auf ein Monitoringsystem sowie die Störmeldeweiterleitung per E-Mail.

Zur Sicherstellung einer sedimentfreien Fahrweise (Vorgabe der VDI 2035) und zur Entfernung von vorhandenen oder gelösten Stoffen dient das qualitätsgesteuerte Filtermodul AguaClean mit integrierter Magnetitentfernungseinheit.
Beproben, Analysieren und Bewerten

Beproben


Wie es im Inneren eines Heizungs- und Kältesystems tatsächlich aussieht und welche Probleme eventuell vorhanden sind, lässt sich nicht an der Farbe des Wassers oder dem Geruch erkennen, sondern nur mit Hilfe einer vergleichenden Wasseranalyse zwischen Speise- und Kreislaufwasser herausfinden. Auch die Messung der Leitfähigkeit im Kreislaufwasser bietet keinen aussagekräftigen Wert für die Korrosivität oder Nicht-Korrosivität des Wassers.

Analysieren



Bei neuen wie bei alten Anlagen zeigen die Analysenergebnisse in Verbindung mit der technischen Istaufnahme, ob und welche Probleme vorliegen bzw. welche Komplikationen bei der vorliegenden Stadtwasserqualität eventuell zu erwarten sind.

Aber nur durch eine vergleichende Analyse von Füll- und Kreislaufwasser in Verbindung mit der technischen Istaufnahme lassen sich auch die Ursachen für die vorhandenen Probleme erkennen. Nur eine einzelne Wasserprobe zu bewerten, ergibt fachlich keinen Sinn und reicht für eine seriöse Bewertung nicht aus.

Bewerten



Im Anschluss an die Wasseranalyse, bei der je Probe ca. 18 Parameter analysiert werden, erhalten Sie einen fundierten und ausführlichen Wasseruntersuchungsbericht, der umfangreiche Aussagen und Erläuterungen zu den technischen Grundlagen, sowie detaillierte Maßnahmenvorschläge enthält. Hierbei werden neben den faktischen Ergebnissen auch vorhandene Probleme und deren Ursachen aufgezeigt, sofern welche vorhanden sind bzw. sich diese andeuten. Nur so erreichen Sie ein perfekt funktionierendes Heiz- und Kältekreislaufsystem sowie langfristig zufriedene Kunden.
Häufige Probleme in bestehenden Systemen:

  • Thermostatventile lassen sich nicht mehr richtig schließen

  • Heizkörper oder Fußbodenheizungen werden gar nicht oder nur in bestimmten Bereichen warm

  • Es treten Strömungsgeräusche oder sogar Zirkulationsstörungen auf

  • Korrosionsschäden an Ventilen, Verbindungsstücken, Leitungen usw.

  • Der Energieverbrauch der Kesselanlage ist im Laufe der Jahre ständig gestiegen

  • Der pH-Wert des Kreislaufwassers ist im Laufe der Zeit auf > 9 angestiegen

  • Kesselglieder des Wärmetauschers sind gerissen

  • Kessel ist undicht (z. B. Korrosion, durch Wärmestau geplatzt o. Ä.)

  • Siedegeräusche

  • Pumpenstörungen und -schäden
Mögliche Ursachen:
  • Korrosionen durch Sauerstoff und/oder Kohlensäure

  • Unterschiedliche Korrosionsvorgänge, deren Ursachen im Chlorid-, Nitrat- und/oder Sulfatgehalt begründet sind

  • Elektrolytische Korrosionen aufgrund von Metallen unterschiedlicher Wertigkeit oder durch Wasserinhaltsstoffe wie z. B. Nitrate bzw. Ammonium und Ammonium- bzw. Kupferkomplexe in Verbindung mit installiertem Eisen

  • Korrosionen von Buntmetallen aufgrund eines pH-Wertes über 8,5, der in der Regel durch Selbstalkalisierung oder Sulfat-/Phosphatdosierung entsteht

  • Korrosionen durch bakteriologische Belastungen, die über die gebildeten Ammoniumsäuren zu einer erheblichen Absenkung des pH-Wertes (< 6,0) führen

  • Ausfällung von Wasserinhaltsstoffen wie Calcium, Magnesium, Silikate, Sulfate, Phosphate oder deren Verbindungen, sowie Korrosionsprodukten aus den installierten Materialien. Einzelne Ausfällungen sind häufig sogenannte Starterkristalle, sodass im Ergebnis ein Belag aus unterschiedlichsten Mineralien entsteht

  • Selbstalkalisierung und Erhöhung des pH-Wertes bis hin zu > 9,5 durch unterschiedliche chemische Reaktionen

  • Ungleichmäßige Energieübertragung sowie erhöhte Belastung für Ventile, Pumpen und sonstige Regelarmaturen durch Schlammbildung

  • Harte Ablagerungen und damit deutlicher Energieübertragungsverlust (2,5 mm Ablagerung bewirken laut einer Studie des Bundesministeriums für Wirtschaft einen Brennstoff-Mehrverbrauch von 10,5 %) sowie Wärmestau bis hin zum Platzen von Wärmetauschern oder Kesseln

  • Wesentliche Verschlechterung der Fahrweise und Verstärkung der Probleme durch Spülen mit Stadtwasser oder enthärtetem Stadtwasser, da durch diese Maßnahme immer wieder neue Salze und Reaktionsstoffe in das System eingebracht werden