Fahrweisen für Heizungswasser

Der Wärmeträger gehört zu den wichtigsten Bestandteilen einer Pumpenwarmwasser-Heizungsanlage. Wurde dem Heizungswasser früher selten eine besondere Aufmerksamkeit gewidmet, rächt sich diese Sorglosigkeit immer häufiger: Heute gebaute oder durch Teilmodernisierung veränderte Heizungsanlagen funktionieren nur dauerhaft, wenn das Heizungswasser bestimmten Anforderungen genügt.

Allerdings zeigt die Häufung zu Fragen nach der erforderlichen Wasserqualität, dass in der Praxis Anhaltspunkte zur richtigen Konditionierung des Heizungswassers fehlen. Im Folgenden wird aufgezeigt, welche Verfahren für einen konkreten Anwendungsfall einsetzbar und sinnvoll sind und warum sich eine Konditionierung des Heizungswassers stets empfiehlt. Dazu werden die natürlich vorkommenden bzw. angelieferten Wässer zur Vereinfachung in drei Klassen unterteilt:

Harte Wässer
Von Harten Wässern spricht man dann, wenn sie viele Salze des Calciums und Magnesiums gelöst haben. Im Wesentlichen gibt es hier zwei prinzipielle Arten:

1. Die betreffenden Salze bestehen zum Großteil aus Karbonaten. Diese sind bei hohen pH-Werten schwerlöslich und bilden den gefürchteten Kesselstein aus Kalk.
2. Die anderen Salze sind nicht so schwerlöslich, bzw. bilden keine dicken, porösen Schichten.

Harte Wässer werden als Trinkwasser in der Regel bevorzugt, da sie durch den hohen Gehalt an natürlichem Calcium der Osteoporose entgegenwirken, positiven Einfluss auf den Säure-Basenhaushalt im Körper haben und Mineralien im Wasser Geschmacksbildner sind. Ein wichtiger positiver Nebeneffekt ist die ausgesprochene pH-Wert Pufferwirkung des Kalks.

Harte Wässer finden sich in der Regel in Gegenden mit großen Kalkgesteinlagerstätten. Das sind unter anderem das Schwäbisch-Fränkische Stufenland, die Kalkalpen, einige Bereiche der Mittelgebirge und Österreich.

Weiche Wässer
Weiche natürliche Grundwässer sind generell arm an Mineralien. Sie kommen vor allem in den Granitstöcken der alten Mittelgebirge vor und enthalten nur sehr wenig Härte. Im Schwarzwald, im Harz und im Bayerischen Wald muss oft aufgehärtet werden, um die Vorgaben der Trinkwasserverordnung einhalten zu können. Eine wichtige Ausnahme von dieser Regel (neben anderen) bilden die Grundwässer in Küstennähe. Hier ist zwar oft auch wenig Härte vorhanden, die Salzfracht aus dem Meerwasser ist jedoch oft merklich.

Moorwässer
Wie es der Name schon andeutet, werden diese Wässer aus Gebieten gewonnen, die Reich an Mooren sind. Diese Wässer sind oft braun durch Säuren, in der Regel härte- und mineralarm, jedoch sauer. Diese Wässer sind für die Heizung ungeeignet. Huminsäuren, wie sie beispielsweise im österreichischen Waldviertel vorkommen, müssen durch Sonderverfahren entfernt werden.

Wasseraufbreitung
Die beschriebenen Wasserarten müssen durch verschiedene Maßnamen so beeinflusst werden, dass sie für technische Zwecke geeignet sind. Diese Verfahren bezeichnet man mit Wasseraufbereitung bzw. Konditionierung des Wassers. Die Art und der Umfang der Anstrengungen richtet sich nach dem vorliegenden Wasser und den Erfordernissen der Anlagen, die befüllt werden müssen. Nachfolgend werden die Aufbereitungsverfahren entsprechend der Anforderungen beschrieben.

Heizungswasser in größeren Anlagen
Das einheitlichste Regelwerk für Anlagen solcher Art, ist die Dampfkesselverordnung (bzw. neu die Betriebssicherheitsverordnung) mit den Technischen Richtlinien Dampf (TRD). Diese Rechtsnorm bezieht sich streng genommen nur auf Heizungswasseranlagen mit einer hohen Vorlauftemperatur (>110 °C). Hierfür existieren einige Richtwerte (Tabelle 1). Der wichtigste Sachverhalt ist die Forderung nach Härtefreiheit des Kreislaufwassers und die Forderung eines pH-Werts von größer 9.

Bei großen Anlagen liegen die Verhältnisse vergleichsweise einfach, da in diesem Temperaturbereich nur Eisenmetalle zugelassen sind (wegen der geforderten Druckschlagfestigkeit). Das Unterscheidungskriterium der einzelnen Fahrweisen ist die elektrische Leitfähigkeit des Wassers. Sie ist das Maß für den Gesamtsalzgehalt.

Tabelle 1: Richtwerte nach TRD 612 (Heizungswasserrichtlinie).
Die Einteilung erfolgt nach den Leitfähigkeiten.

	salzhaltig	salzarm	salzfrei
Geruch*)	1	1	1
Färbung*)	1	1	1
Trübung*)	1	1	1
Bodensatz*)	1	1	1
Summe Erdalkalien in mmol/l	< 0,02	< 0,02	< 0,02
Gesamthärte °dH	< 0,11	< 0,11	< 0,11
pH - Wert	9,0 – 10,5	9,0 – 10,5	9,0 – 10,0
Leitfähigkeit µS/cm	> 100 - 1500	> 30 - 100	10 - 30
*) 1: nicht wahrnehmbar 2: wahrnehmbar 3: stark wahrnehmbar

Salzhaltige Fahrweise
Hier wird das Rohwasser einfach enthärtet. Eine mit Salzsole regenerierbare Ionenaustauscheranlage wird für die Befüllung benutzt. Diese Anlage kann beim Handwerker in der Werkstatt automatisch regeneriert werden.

Vorteile

• geringer Aufwand bei der Aufbereitung
• weitgehende Selbstregulation des pH-Werts
• schlechtes Lösevermögen für Sauerstoff
• einfache Konditionierung zum Korrosionsschutz

Nachteil

• Rohwasser mit hoher Leitfähigkeit (> 1000 µS/cm) begünstigt Korrosion, das bedeutet, sofern Korrosion auftritt, läuft sie etwas schneller ab

Salzarme Fahrweise
Die salzarme Fahrweise ist ein Kompromiss zwischen salzhaltig und salzfrei. Nach den aktuellen Richtlinien gibt es diese Fahrweise nicht mehr. Darum wird sie hier nur zur Vollständigkeit aufgeführt. Häufig wird diese Fahrweise angestrebt, wenn bei alten Anlagen mit weitergehenden Wasseraufbereitungsverfahren weitergearbeitet wird. Diese Fahrweise ist in Heizungsanlagen selten anzutreffen.

Vorteile

• die Leitfähigkeit ist etwas geringer
• Härtefreiheit ist garantiert
• bei hohem natürlichem Salzgehalt wird auch dieses Salz entfernt
• das Inhaltswasser ist von Anlage zu Anlage einheitlicher

Nachteile

• Sauerstoff löst sich etwas besser im Wasser
• großer Aufwand bei der Aufbereitung

Salzfreie Fahrweise
Die salzfreie Fahrweise wird bei Großanlagen selten eingesetzt, da der Aufwand der Wasseraufbereitung zu groß ist. Es gibt jedoch Bereiche (Medizintechnik, Elektroindustrie, Lebensmittelindustrie...), wo die Vollentsalzung (salzfreie Fahrweise) häufig unabdingbar ist. Auch bei Kleinanlagen kann diese Fahrweise nur durch einen Mischbett-Ionenaustauscher eingehalten werden. Dieser kann nur von einem Fachbetrieb regeneriert werden (das ist in der Regel nicht der Handwerker).

Vorteile

• geringe Leitfähigkeit, daher nur geringer Korrosionsstrom
• von Anlage zu Anlage nahezu gleiches Wasser daher Übertragbarkeit
• das Wasser enthält keine störenden Salze

Nachteile

• hohe Löslichkeit von Sauerstoff im kalten Wasser (Sommerbetrieb)
• keine Pufferwirkung des Wassers (instabil)
• Konditionierung unumgänglich
• Überwachung nötig, da keine Pufferwirkung
• bei Fehlsteuerungen ist Spannungsrisskorrosion (laugeinduziert) am wahrscheinlichsten von den drei Verfahren

Heizungswasser in kleinen Anlagen
Die Anforderungen an das Wasser in kleinen Heizanlagen gehen weit über die Anforderungen der Großanlagen hinaus, weil diese Anlagen in der Regel nicht überwacht und verschiedenste Materialien verbaut werden. Dies sind:

• Kunststoffe
• Gummimaterialien
• Eisenmetalle
       - Schwarzeisen
       - verzinkte Werkstoffe
       - Edelstähle
• Kupfer
• Aluminium
• Legierungen

Der Grund für den, rechtlich gesehen, „regelarmen“ Zustand liegt darin begründet, dass durch Niedertemperaturanlagen keine Gefahren für die Gesundheit ausgehen. Für eine kleine Heizung ist demnach fast alles zulässig, jedoch nicht viel wirklich sinnvoll. So soll die Wasseraufbereitung möglichst einfach durchgeführt werden können und möglichst zu stabilen Wasserqualitäten führen.

Eine Konditionierung soll möglichst einfach sein und mit wenigen Kontrollen auskommen. Zudem soll das Wasser die Korrosion, die praktisch in jeder Heizung abläuft stark verlangsamen. Dabei muss man sich darüber im Klaren sein, dass jedes Aufbereitungsverfahren unterschiedliche Konsequenzen und Auswirkungen hat, die unter Umständen auch problematisch sein können. Im Folgenden werden die wichtigsten Verfahren vor- und gegenübergestellt. In Tabelle 2 sind die wichtigsten Aussagen (auch auf den häuslichen Bereich übertragbar) zusammengefasst.

Tabelle 2: Verfahrensvergleich

	Enthärtung	Vollentsalzung
entfernt	Wasserhärte	alle gelösten Salze
Regeneration	intern, über Nacht mit Salz	extern mit Salzsäure und Natronlauge
angestrebte Fahrweise	salzhaltig	salzfrei
Konditionierung erforderlich	ja	ja
Nachspeisung	in geringen Mengen mit Hartwasser möglich, besser mit Weichwasser	nur vollentsalztes Wasser
obere Verfahrensgrenze Rohwasser	el. Leitfähigkeit > 1000 µS/cm	Wässer mit Huminsäuren (selten)
Optimal bei	allen Wässern bis zur Verfahrensgrenze	bei sehr mineralstoffhaltigen Wässern (hohe Leitfähigkeit > 1000 µS/cm)
untere Verfahrensgrenze	sehr weiche Wässer	sehr salzarme Wässer
Verfahrensrisiken	- ggf. hohe el. Leitfähigkeit (Rohwasserabhängig) - Freisetzung von Kohlensäure bei erster Aufheizung. (Entlüftung)	- Hohe Löslichkeit gasförmiger Substanzen (Sauerstoff) - pH-Wert instabil, da keine puffernden Salze - Spannungsrisskorrosion verstärkt
Überwachung	wünschenswert	erforderlich, zumindest in den ersten 2 Jahren

Aufwand der Wasseraufbereitung
Im Wesentlichen wird der Aufwand der Wasseraufbereitung höher, je weiter sich die Qualität des aufbereiteten Wassers von der Rohwasserqualität unterscheidet. Im einfachsten Fall wird enthärtet: Das Wasser strömt durch eine Kartusche mit Harz, das die Härtebildner aufnimmt. Ist die Anlage erschöpft, wird sie mit Kochsalz regeneriert. Diese Regeneration kann in der Werkstatt des Handwerkers erfolgen und ist in der Regel automatisiert.

Als anderes Ende der Möglichkeiten ist die Vollentsalzung zu nennen. Auch hier wird das Wasser durch eine Kartusche geleitet, die jedoch mit einer Mischung verschiedener Harze befüllt ist. Ist die Anlage erschöpft, müssen die Harze vor der Regeneration getrennt werden, um dann mit Salzsäure und Natronlauge regeneriert zu werden. Dies ist für den Handwerker praktisch nicht mehr möglich, sodass die beladenen Kartuschen zur externen Regeneration gebracht oder gar entsorgt werden müssen.

Aufwand der Konditionierung und Kontrolle
Alle aufbereiteten Wässer müssen konditioniert werden. Dies gilt auch und vor allem für das vollentsalzte Wasser. Die Konditionierung kann mittels Korrosionsinhibitoren geschehen oder auch mittels Opferelektrode. Beide Verfahren schließen sich aber gegenseitig aus.

Bei den Korrosionsinhibitoren gibt es unterschiedliche Verfahren. Die Verfahren mit der größten Verbreitung basieren auf der Schicht- bzw. Filmbildung, um so chemische Reaktionen wie Korrosion zu verlangsamen. Diese Eigenschaft darf wohl bei sachgerechter Anwendung allen Produkten zum „Heizungsschutz“ unterstellt werden.

Aber Achtung: Die Herstellerhinweise zu Sollkonzentrationen bestimmter Wirkstoffe, beispielsweise Molybdat, Natriumsulfit, Triazol... (gemäß Sicherheitsdatenblatt) sind zwingend einzuhalten, da es bei Nichteinhaltung zu lokaler Korrosion und anderen unerwünschten Reaktionen kommen kann. Bei der Auswahl des Korrosionsschutzverfahrens ist darum unbedingt zu berücksichtigen in wie weit die Kontrolle empfehlenswert oder überwachungsbedürftig ist. Kontrollintervalle laut Herstellerangaben sind grundsätzlich zu beachten.

Technische Grenzen
Bei der Diskussion innerhalb der Branche wird bisher leider häufig vergessen, dass die Wässer lange in der Heizung bleiben sollen, sich also möglichst nicht verändern dürfen. Dabei gilt die aus dem Trinkwasser übernommene Tatsache, dass weiches Wasser aggressiv ist, für Heizungswasserkreisläufe nicht! Das liegt daran, dass beim Erwärmen der Großteil der Kohlensäure ausgetrieben wird (je nach Temperatur) und so nach der ersten Erwärmung keine aggressive Säure mehr vorliegt.

In der Praxis wird jedoch, insbesondere in Wohngebäuden, die Heizungsanlage über längere Zeiträume ausgeschaltet. Damit erhöht sich wiederum die Gaslöslichkeit des Heizungswassers. Durch Reparaturen, Umbauten (sind in Kleinanlagen wesentlich häufiger) und Nachspeisewasser, kommt es zu unvorhersehbaren Veränderungen der Wasserqualität. Es ist deshalb notwendig (und möglich) die negative Veränderung in Bereichen zu halten, wo es für die Anlage weitgehend unproblematisch ist, indem das Wasser auf bestimmte Eigenschaften hin konditioniert (eingestellt) wird.

Dies ist vor allem über die Einstellung eines leicht alkalischen pH-Werts und anderer Maßnahmen zu erreichen. Der pH-Wert ist extrem von den eingesetzten Materialien und Umwelteinflüssen abhängig. Liegt eine Anlage vor, die praktisch kein Aluminium enthält, kann in der Regel ein pH-Wert zwischen 8,5 und 9,5 eingestellt werden. Ist Aluminium verbaut worden, kann nur noch maximal auf pH 8,5 angehoben werden, weil sich das ungeschützte Aluminium bei höheren ph-Werten sonst (auf)löst.

In der letzten Zeit wird von einigen Seiten das vollentsalzte Wasser als das sicherste Mittel für lange Lebensdauer empfohlen. Das ist leider nicht der Fall. Es stimmt zwar, dass Korrosionsvorgänge wegen der geringen elektrischen Leitfähigkeit im vollentsalzten Wasser in der Regel langsamer ablaufen als in salzhaltigem Wasser. Dafür treten im vollentsalzten Wasser Effekte auf, die in salzhaltigem Wasser praktisch unbekannt sind, beispielsweise Spannungsrisse.

Vollentsalztes Wasser ist auf Dauer nicht stabil weil es ein enormes Gas-Lösungsvermögen hat und wer garantiert bei einer kleinen Anlage, dass nicht doch mit hartem Wasser nachgefüllt wird? So muss dieses Wasser konditioniert und überwacht werden, um die Qualität „künstlich“ zu stabilisieren. Da für Kleinanlagen jedoch lediglich eine Überwachungsempfehlung und keine Überwachungspflicht besteht, ergeben sich ggf. rechtliche Probleme.

Die einfachste Art zur stabilen Anlage
Wie in praktisch der gesamten Literatur nachzulesen ist, kann mit wenigen grundsätzlichen Bedachtnahmen den häufigsten Schadensursachen entgegengewirkt werden.

1. Möglichst wenige Materialien verwenden und wenn mehrere, dann passende.
2. Kupfer und Aluminium (außer Legierungen zwischen Aluminium und Silizium) vertragen sich häufig nicht.
3. Die Anlage sollte immer unter Druck stehen, auch am höchsten Punkt und bei ausgekühlter Anlage.
4. Die Anlage sollte möglichst gasdicht sein.
5. Das Wasser muss härtefrei sein (Ausnahme: Aluminiumbauteile = 6 bis 8° dH!).
6. Das Wasser muss konditioniert werden.
7. Nach der 1. Heizperiode muss das Wasser einen pH-Wert größer 8 haben.
8. Kontrollanalyse zur Feinabstimmung nach ca. 6 bis 8 Wochen als Nachweis für den Kunden und für Betriebsprotokoll im Gewährleitungsfall.

Fazit
Unsere Praxiserfahrungen bestätigen die Forderungen in verschiedenen Normen, dass im Heizungsbereich der Enthärtung der Vorzug zu geben ist – auch weil sich der Mehraufwand mit Vollentsalzungspatronen für die Regeneration, Logistik etc., nicht durch einen Qualitätsgewinn rechtfertigen lässt. Erst bei sehr salzhaltigen Wässern (>1000 µS/cm) oder bei Wässern, die sehr viele korrosive Elemente enthalten, ist eine Vollentsalzung anzuraten. Diese Wässer sind in Deutschland sehr selten.

Wer Aluminiumlegierungen einbaut, kann durch die Befüllung mit teilenthärtetem Wasser von 6 bis 8° dH, einfach und sicher die Eigenalkalisierung im pH-Wertbereich auf ca. 8 bis 8,5 abpuffern und das Aluminium stabilisieren.

Heizungswasseraufbereitung kann als pro-aktiv (vor dem Schaden klug) bewertet werden, um nicht im Nachhinein mit erheblichem Mehraufwand auf Probleme reagieren und mit Gewährleistungsansprüchen kämpfen zu müssen. Für das Prinzip „Hoffnung“ gibt es in modernen Heizsystemen heute nur noch wenig Spielraum, besser ist deshalb das Prinzip „ökonomische Sicherheit“. Aufwand zu Nutzen muss stimmig sein.

Unser Autor
Mike Hannemann
ist Inhaber von Hannemann Wassertechnik, Markt Schwaben
Telefon (0 81 21) 47 83 60
news@hannemann-wassertechnik.de
www.wasseroptimator.de