Ist VE-Wasser praxisgerecht?

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• Das Hauptunterscheidungskriterium für die salzhaltige und die salzarme Fahrweise von Heizungswasser ist die elektrische Leitfähigkeit. Die elektrische Leitfähigkeit verursacht keine Korrosion; sie kann lediglich bereits ablaufende Korrosionen im Fortschreiten begünstigen.
• Bei der salzarmen Fahrweise kann die Nachspeisung von nicht vollentsalztem Wasser den pH-Wert deutlich beeinflussen und in einen kritischen Bereich verschieben.
• Eine Nachspeisung von vollentsalztem Wasser (VE-Wasser) durch eine stationäre VE-Anlage mit Mischbettionenaustauscher-Patronen ist bei kleineren Heizungsanlagen nicht ohne Weiteres gewährleistet.

Seit einiger Zeit gibt es unter Heizungsplanern und -handwerkern große Unsicherheit über die unterschiedlichen Möglichkeiten, die für die Befüllung eines Heizungssystems am Markt angeboten werden. Viele fragen sich, wie sie die Anforderungen einfach, dauerhaft, kostengünstig und vor allem sicher erfüllen können. Die geltende Richtlinie VDI 2035^{1), 2)} sowie DIN EN 14 868³⁾ sind dazu nicht sehr erhellend. Insbesondere sind sie in einer Sprache formuliert, die für den Praktiker ungewohnt und schwer verständlich ist. Andererseits wird Planern und insbesondere den Handwerkern bei jeder Gelegenheit das Risiko vor Augen geführt, sollten die Regelwerke nicht beachtet werden. Anstatt Vertrauen zu schaffen, entstehen Misstrauen und Verunsicherung.

Damit sich Heizungsplaner und -handwerker am Markt mit gesundem Basiswissen orientieren können, werden nachfolgend die wesentlichen Einflussfaktoren und Auswirkungen der verschiedenen Fahrweisen für Heizungswasser diskutiert und so Entscheidungshilfen geliefert.

Dazu ist es auch notwendig, den Status der oben genannten Regelwerke zu definieren. Bei Richtlinien handelt es sich um Beschreibungen dessen, was die Mitglieder der Arbeitsgruppe, die diese Richtlinie erarbeitet haben (nach den Einsprüchen der Fachöffentlichkeit im Entwurfsstadium) für den Stand der Technik halten. Deshalb ist auch stets von Richtwerten und nicht von Grenzwerten die Rede.

Verantwortung für die Gesamtanlage

Normen und Richtlinien haben keinen bindenden Charakter, außer ein Hersteller eines Ventils, einer Pumpe, eines Wärmeerzeugers etc. bezieht sich in der Produktbeschreibung ausdrücklich darauf. Immer häufiger kommt es vor, dass Hersteller weit über den Stand der Technik hinausgehende Anforderungen an die Heizungswasserqualität stellen. Grundsätzlich ist jeder Hersteller dazu berechtigt.

Damit stellt sich jedoch die Frage, wie sich die Vorgaben eines Herstellers auf das Gesamtsystem auswirken. Fordert ein Hersteller beispielsweise eine bestimmte Wasserqualität, so hat diese zwangsläufig direkte Auswirkungen auf alle im Heizungssystem verbauten Materialien beziehungsweise Komponenten. Doch wer haftet am Ende bei Schäden, die sich aus der umgesetzten Forderung des Herstellers ergeben? Im Zweifel der Heizungshandwerker, denn er ist für die Gesamtanlage verantwortlich; sind TGA-Planer involviert, tragen auch sie ein Haftungsrisiko. Im Vertragsverhältnis mit dem Auftraggeber ist dies auch richtig. Da sich aufgrund vorliegender Schadensfälle und -situationen jedoch bereits ein erhebliches Streitpotenzial aufgebaut hat, dürfte branchenintern dazu das letzte Wort wohl noch nicht gesprochen sein.

Sauerstoffgehalt im Heizungswasser

In der aktuellen Fassung von VDI 2035-2 (August 2009) wird die Sauerstoffkonzentration bei salzhaltiger Fahrweise (Enthärtung) als Richtwert im Kreislaufwasser mit < 0,02 mg/l angegeben. Es kann somit der Eindruck entstehen, dass dies ausschließlich mit vollentsalztem Wasser (VE-Wasser) zu bewerkstelligen ist und bei salzarmer Fahrweise ein Sauerstoffgehalt von 0,1 mg/l zulässig sei. Liest man jedoch etwas genauer, stellt man fest, dass hier ein Sauerstoffgehalt von < 0,1 mg/l empfohlen wird.

Gelösten Sauerstoff in dieser Größenordnung zu messen, ist jedoch auch für einen geübten Chemiker eine Herausforderung, weil er immer Gefahr läuft, dass der Sauerstoff der Luft das Ergebnis verfälscht. Um dies auszuschließen, gibt es (fast) keine andere Möglichkeit, als eine Durchlaufmessung mit entsprechend temperaturbeständigen Sonden vorzunehmen. Bis dabei das Messsignal stabil ist, dürfte der Druckausgleichsbehälter einer mittleren Heizungsanlage (30 bis 40 l) schon weitgehend leer sein, bei kleineren Anlagen gibt es schon vorher Konflikte.

Dazu sei erwähnt, dass die TU Dresden, Institut für Energietechnik und Professur für Energiesystemtechnik und Wärmewirtschaft, seit vielen Jahren in Hunderten von Heizungsanlagen Sauerstoffgehaltsmessungen durchgeführt hat. Dabei wurde festgestellt, dass sich in Anlagen, die nach den anerkannten Regeln der Technik geplant, gebaut, betrieben und gewartet wurden, der Richtwert von < 0,02 mg/l bei salzhaltiger Fahrweise (Enthärtung) mit der Zeit einstellt und eingehalten wird.

Diese Ergebnisse sind jedoch kaum bekannt und so scheint es ein Leichtes zu sein, Heizungsplanern und -handwerkern glaubhaft zu machen, dass nach VDI 2035-2 jede Heizungsanlage nur noch mit vollentsalztem Wasser gefüllt werden „darf“, wenn man die „geltenden Richtlinien“ einhalten will.

Abgesehen davon, dass dies so nicht richtig ist, würde es im Umkehrschluss zwangsläufig bedeuten, dass jede Nachspeisung ausschließlich mit vollentsalztem Wasser erfolgen muss, was der Heizungshandwerker dann zumindest vom Grundsatz her für ein funktionstaugliches Werk sicherstellen müsste.

Je nach verwendetem (nicht vollentsalztem) Nachspeisewasser würde nämlich sonst die elektrische Leitfähigkeit im Kreislaufwasser über den „magischen“ Richtwert von 100 µS/cm für die salzarme Fahrweise ansteigen und das Kreislaufwasser könnte unkontrolliert „wegkippen“. Wegkippen bedeutet, dass es zu einer deutlichen pH-Wertverschiebung mit verstärkten Korrosionserscheinungen kommen kann Abb. 2. Nach VDI 2035 kann die Nachspeisung bis zu 20 % des Anlageninhalts pro Jahr betragen.

Elektrische Leitfähigkeit

Die elektrische Leitfähigkeit ist ein Maß für die Summe aller im Wasser gelöster Ionen bzw. der gelösten Salze (bei einem natürlichen Wasser verursachen die Härtebildner den größten Teil der elektrischen Leitfähigkeit). Die elektrische Leitfähigkeit ist das Hauptunterscheidungskriterium bei den Fahrweisen von Heizungswasser. Es wird zwischen salzhaltiger Fahrweise (Enthärtung / Weichwasser) mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 100 bis 1500 µS/cm und salzarmer Fahrweise (Entsalzung / VE-Wasser) mit einer elektrischen Leitfähigkeit bis 100 µS/cm unterschieden.

Wichtig zu wissen ist, dass die elektrische Leitfähigkeit keine Korrosion verursacht, was jedoch häufig als Verkaufsargument für VE-Wasser angeführt wird. Würde die elektrische Leitfähigkeit Korrosion verursachen, würde es keine der weltweit gebräuchlichen Trinkwasserinstallationen geben. Die elektrische Leitfähigkeit kann bereits ablaufende Korrosionen im Fortschreiten begünstigen, jedoch nicht verursachen.

Die salzhaltige Fahrweise kommt geschichtlich gesehen aus den Fernheizungssystemen mit hoher Vorlauftemperatur und ausschließlich Eisenwerkstoffen. Durch die salzhaltige Fahrweise ist es möglich, die Anlage im optimalen Bereich für Eisenwerkstoffe zu halten, weil sich relativ schnell die Gleichgewichte einstellen und sich der pH-Wert korrosionshemmend im alkalischen Bereich einstellt.

Bei neuen Heizungsanlagen herrscht häufig eine Werkstoffvielfalt, die auch durch Fachleute nicht überblickt werden kann. Deshalb wird in Deutschland versucht, die elektrische Leitfähigkeit des Wassers zu verringern, um die Geschwindigkeit des Zerstörungsprozesses zu verlangsamen. Man vergisst dabei jedoch, dass niemand (der Handwerker am wenigsten) garantieren kann, dass eine zunächst „hergestellte“ geringe Leitfähigkeit über längere Zeit und an jeder Stelle in der Anlage sicher eingehalten wird. Vergessen wird dabei auch, dass es andere Wege gibt, die seit über 60 Jahren zum sicheren Anlagenbetrieb führen. Bis 2009 existierten in der VDI-Richtlinie 2035 weder Richtwerte für die elektrische Leitfähigkeit, noch für den Sauerstoffgehalt.

Noch ein wichtiger Hinweis zur Bedeutung der elektrischen Leitfähigkeit: Bei der Zersetzung von metallischen Werkstoffen fließt bekanntlich ein elektrischer Strom. Dabei gibt es immer einen positiven und einen negativen Pol. Neben der Leitfähigkeit des Mediums zwischen den Polen ist ihr Abstand von entscheidender Wichtigkeit für die Menge des fliesenden Stroms. Diese beiden Tatsachen bedeuten, dass bei benachbarten Polen die Leitfähigkeit des Mediums praktisch keine Rolle spielt, weil der Abstand klein ist und sich die Umgebung der beiden Pole grundsätzlich vom umgebenden Wasser unterscheidet. Wer also vollentsalztes Wasser aufgrund seiner niedrigen elektrischen Leitfähigkeit für der Weisheit letzten Schluss hält, denkt und handelt an der Wirklichkeit von Heizungsanlagen vorbei.

VE-Wasser in der Praxis

Die am häufigsten verwendete Variante zur Erzeugung von VE-Wasser (für Heizungsanlagen) ist der Einsatz eines Mischbettionenaustauschers. Dabei handelt es sich um einen mit Harz gefüllten Druckbehälter (Patrone), durch den das Rohwasser (im Normalfall das im Gebäude verfügbare Trinkwasser) geleitet wird. Damit das Rohwasser auch wirklich vollentsalzt wird, ist eine gewisse Kontaktzeit am Austauscherharz erforderlich, die Füllgeschwindigkeit ist dadurch limitiert.

Damit nur vollentsalztes Wasser in die Heizungsanlage gelangt, muss rechtzeitig erkannt werden, wann eine Patrone erschöpft ist. Häufig wird dies über die elektrische Leitfähigkeit gemessen. Steigt sie über ein bestimmtes Maß, ist die Patrone beladen und muss ausgetauscht werden. Je nach Kapazität der Patrone, Wasserqualität und Anlagenvolumen muss der Handwerker bei einem Füllvorgang mehr oder weniger oft neue Patronen einsetzen.

Anders als bei einem Ionenaustauscher zur Enthärtung müssen bei einem Mischbettionenaustauscher zur Entsalzung die beiden Harzsorten für die Regeneration getrennt werden. Dazu muss das Mischbett aus den Patronen entnommen, die beiden Harzsorten getrennt und danach mit Natronlauge beziehungsweise mit Salzsäure regeneriert und dann ausgewaschen werden. Zum Schluss kann man die Harze wieder in die Patrone einfüllen, die Abwässer werden zusammengeleitet und neutralisiert. Häufig wird das benutzte (Kunst)Harz gemäß Herstellerempfehlungen jedoch über den Hausmüll und Verbrennungsanlagen entsorgt und neues Harz in die Patronen eingefüllt. Ökologisch und ökonomisch ist dies nicht.

Ein weiteres Verfahren für VE-Wasser, das zunehmend eingesetzt wird, ist die Umkehrosmose. Bei den verwendeten Anlagen stellt die Dauer der Befüllung den Handwerker jedoch auf eine Geduldsprobe. Die Leistung beginnt bei professionellen Anlagen bei etwa 20 l/h. Der begrenzende Faktor ist hier das Volumen und die Masse der Anlage. Die Ausbeute an salzarmem Wasser schwankt je nach Wasserqualität und Anlagentechnik zwischen 50 und 85 %, der Rest ist „Abwasser“.

Ein weiteres Verfahren ist die Elektrodialyse. Dem Autor ist jedoch nur ein Handwerker bekannt, der dieses Verfahren anwendet. Die Elektrodialyse ist wie die Umkehrosmose ein Membranverfahren, mit dem Unterschied, dass die Wanderung der Ionen nicht durch mechanischen Druck, sondern durch ein elektrisches Feld verursacht wird. Bei der Elektrodialyse ist „das Problem“ nicht wie bei der Umkehrosmose die Größe der Anlage, sondern die erforderliche elektrische Energie.

Grundsätzlich gilt: Je weiter man sich durch die Aufbereitung von der Rohwasserqualität entfernt, umso aufwendiger und teurer wird die Wasseraufbereitung Abb. 3.

Technische Konsequenzen

Geht man davon aus, dass eine Heizungsanlage mit VE-Wasser mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 10 µS/cm gefüllt wurde (in der Praxis dürfte der Wert weit höher liegen), und der Anlagenbetreiber 10 % des Wasservolumens pro Jahr mit (Roh)Wasser mit einer elektrischen Leitfähigkeit von etwa 500 µS/cm nachspeist, ergibt eine Mischungsrechnung in erster Näherung:

• nach einem Jahr: 59 µS/cm im Kreislaufwasser
• nach zwei Jahren: 103 µS/cm im Kreislaufwasser
• nach drei Jahren: 142 µS/cm im Kreislaufwasser

Die Grenze der elektrischen Leitfähigkeit von 100 µS/cm für die salzarme Fahrweise würde bei den getroffenen Annahmen also im dritten Jahr überschritten. Wie sich dabei die weiteren Eigenschaften des Kreislaufwassers im Einzelfall verändern, lässt sich nicht genau vorhersagen. Bei einer Nachspeisung mit üblichem Wasser im Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht wird das Kreislaufwasser zunächst sauer reagieren. Bei der Erwärmung und Entlüftung (Kohlensäure treibt aus) wird das Wasser alkalisch. In welchem Umfang sich der pH-Wert verschiebt, hängt von den speziellen Umständen ab, denn eine Pufferwirkung ist nicht mehr vorhanden, der Puffer wurde bei der Vollentsalzung entfernt, das Wasser ist jetzt „instabil“.

Stationäre Ionenaustauscher-Anlage?

Nun könnte man auf die Idee kommen, eine stationäre VE-Anlage mit kleinen Mischbettionenaustauscher-Patronen in die Nachspeiseleitung einzubauen. Rein theoretisch ist das ein hervorragender Plan, nur funktioniert er in der Praxis leider nicht besonders gut. Die Anforderungen der Trinkwasserverordnung – Ionenaustauscher sind wegen der großen Oberfläche als Siedlungsgebiet für Mikroorganismen zu betrachten – lassen sich mit einem Rohrtrenner erfüllen. Auch die begrenzte Kapazität der Patronen ließe sich technisch oder betriebstechnisch in den Griff bekommen.

Da aber die VE-Anlage in der Nachspeiseleitung einer kleinen Heizungsanlage fast nie durchströmt wird, können die Harzkugeln mit der Zeit verkleben, was die Wirksamkeit mindestens beeinträchtigt. Außerdem gibt es einen Effekt, der bei teilweise beladenen Ionenaustauschern und längerer Standzeit eine Rolle spielt. Es wirken Verteilungsgleichgewichte, man spricht auch von Gegenionenwirkung oder Reionisation: die zuvor an das Harz gebundenen Ionen lösen sich ins Umgebungswasser der Patrone zurück. In einem solchen Fall ist das das Harz umgebende Wasser oft deutlich leitfähig und hart. Stationäre VE-Anlagen mit Mischbettionenaustauscher-Patronen sind also aus prinzipiellen Überlegungen für kleine Heizungen nicht ohne Weiteres geeignet. Bei größeren Heizungen ist das anders, wenn man dafür sorgt, dass die VE-Anlage immer durchgespült und betriebsbereit gehalten wird.

Nachfüllen kann nur der Heizungsbauer

Bei kleineren Heizungsanlagen, die mit salzarmer Fahrweise (VE-Wasser) betrieben werden (sollen / müssen), bleibt damit eigentlich nur eine Option: Bei Nachfüllbedarf muss der Betreiber den Heizungsbauer anrufen, der dann mit VE-Wasser nachfüllt. Es ist jedoch abwegig zu glauben, dass das jeder Kunde immer macht und bereit ist, den Aufwand dafür regelmäßig zu bezahlen. Die Konsequenzen und Risiken bei der Nachspeisung von kleinen Mengen an nicht aufbereitetem Wasser in eine mit VE-Wasser betriebene Heizungsanlage wurden bereits oben aufgezeigt. Daraus ist erkennbar, dass es bei Reparaturen und Teilwasserwechseln > 50 l unumgänglich ist, eine mit VE-Wasser betriebene Heizungsanlage auch mit VE-Wasser nachzufüllen. Hierfür bieten sich tragbare Systeme an Abb. 4.

Schlussfolgerungen

Wenn man die Heizungsanlage gleich mit enthärtetem Wasser (beziehungsweise nur teilenthärtetem Wasser beim Vorhandensein von Aluminium im Kreislauf) befüllt, sieht das alles völlig anders aus. Weiches Wasser wird in Abhängigkeit der Vorlauftemperatur mit der Zeit alkalisch (Kohlensäure treibt aus). Füllt man mit teilenthärtetem Wasser (7 bis 8° dH), stellt sich der pH-Wert im für Aluminium unkritischen Bereich unter 8,5 ein. Die geringfügige Nachspeisung mit nichtaufbereitetem Wasser durch den Betreiber, ist dann unproblematisch, wenn aufgrund der Wasserkonditionierung Härtestabilisatoren mit ausreichender Pufferkapazität im Kreislaufwasser vorhanden sind. Anmerkung: Grundsätzlich müssen alle aufbereiteten Wässer konditioniert werden, dies gilt auch und vor allem für vollentsalztes Wasser⁴⁾.

Letztlich ist die Fahrweise der Heizungswassers auch eine Frage des Haftungsrisikos. Für den Handwerker stellt sich damit die Frage, wie er der eingangs aufgezeigten Forderung nach vollentsalztem Wasser entgegentreten kann. Die Antwort ist relativ einfach: man baut keine Geräte ein, die aufgrund bestimmter Bedingungen grundsätzlich vollentsalztes Wasser benötigen. Bei Geräten, für die der Hersteller den Betrieb mit vollentsalztem Wasser in der Betriebsanleitung vorschreibt, müssen Planer und Handwerker eine Freigabe für den Betrieb mit enthärtetem beziehungsweise teilenthärtetem Wasser einholen.

Mit der Enthärtung nutzt man ein Verfahren (salzhaltige Fahrweise), das die Monteure auch verstehen und beherrschen, das in der Handhabung einfach und sicher ist und die Realität beim Kunden (Nachspeisung) berücksichtigt. Zudem kann jeder Heizungsbauer seine mobile Enthärtungsanlage selbst regenerieren. Er spart sich also viele Wege und gewinnt Zeit und er arbeitet wirtschaftlicher.

Wichtig ist, dass man das Ziel erreicht: Stabile Anlagen, in denen keine Probleme durch Kesselstein und Korrosion entstehen.

Erst bei sehr salzhaltigen Rohwässern > 1000 µS/cm, dies ist gleichzeitig die obere Verfahrensgrenze für die Enthärtung, oder bei Wässern, die sehr viele korrosive Elemente enthalten, ist eine Vollentsalzung anzuraten. Diese Wässer sind in Deutschland, Österreich sowie der Schweiz sehr selten.

TGA-Planer: Planer und Werkunternehmer schulden ihrem Auftraggeber ein mängelfreies Werk, das dauerhaft funktionstauglich ist und den anerkannten Regeln der Technik entspricht. Dies unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit mit der salzarmen Fahrweise (VE-Wasser) in kleinen Heizungsanlagen während ihrer Nutzungsdauer zu gewährleisten, ist unrealistisch.

Anlagenbauer: Das Befüllen einer neuen oder modernisierten Heizungsanlage mit regelkonformem Heizungswasser gewährleistet noch nicht, dass es dauerhaft regelkonform bleibt. Besonders kritisch kann die salzarmen Fahrweise auf die Zuspeisung von nicht vollentsalztem Wasser reagieren.

Bauherren: Die einschlägigen Regelwerke zur Fahrweise von Heizungswasser sprechen keine Anwendungsempfehlungen aus. Die Kosten für die Befüllung und die Folgekosten sind jedoch für die salzarme Fahrweise deutlich höher als für die salzhaltige Fahrweise, insbesondere bei kleinen Heizungssystemen.

ist Geschäftsführer der Hannemann Wassertechnik Deutschland GmbH, Markt Schwaben, Telefon (0 81 21) 47 83 60, news@hannemann-wassertechnik.de, https://www.hannemann-wassertechnik.de/