Heizungsanlagen - für Laien erklärt
Heizungsanlagen - für Laien erklärt

Das Wasser in den Heizungsanlagen

1. Allgemeines

 

Das Wasser transportiert in den Heizungsanlagen die Wärme vom Erzeuger (Heizkessel) zu den Verbrauchern (Heizkörper). Es eignet sich deshalb so gut für diese Aufgabe, weil es relativ viel Wärme aufnehmen kann, man spricht von einer hohen Wärmekapazität des Wassers.

 

Damit das Wasser diese Aufgabe erfüllen kann, muss es vor allem in einem einwandfreien Zustand sein. Unsauberes Heizungswasser kann zu

  • einer Verringerung der Wärmekapazität
  • Ablagerungen in den Anlagenteilen
  • Korrosionen

und somit zu Schäden und Betriebsstörungen führen.

 

Die häufigsten Ursachen für Schäden und Betriebsstörungen sind:

  • sichtbare Verschmutzungen  
  • die Härte des Wassers
  • der Sauerstoffgehalt des Wassers
  • der pH-Wert des Wassers
  • der Einbau von unterschiedlichen Materialien

 

 

 


2. Die Verursacher von Schäden und Störungen

 

2.1. Die sichtbaren Verschmutzungen

 

Die sichtbaren Verschmutzungen z. B. Metallspäne, Sandkörner, Schweißperlen, Reste von Dichtungs-

mitteln usw. können bei der Errichtung der Heizungsanlage oder durch Undichtheiten während des Betriebes in die Anlage gelangen. Sie können durch geeignete Maßnahmen z. B. durch Spülung der Anlagen oder Einbau von Schmutzfiltern relativ leicht entfernt werden.

Bild 1: Schnitt durch einen Schmutzfänger

2.2. Die Luft im Heizungswasser

 

Luft ist ein weiterer Störfaktor in Heizungsanlagen. Sie kann im Wasser gelöst oder als Luftbläschen auftreten.

 

Sie gelangt vor allem

 

  • als eingeschlossene Restluft nach dem Füllvorgang
  • mit dem Füll- und Ergänzungswasser ( in 1m3 = 1000 Liter Leitungswasser mit 2 bar Druck und 10 oC sind 68 Liter Luft gelöst, von denen bei Erwärmung auf 75 oC ca. 40 Liter freigesetzt werden)                                                              
  • über undichte Stellen, wenn sich das Wasser bei Abkühlung zusammenzieht
  • durch ein zu kleines Membranausdehnungsgefäß
  • bei Änderungsarbeiten z. B. Austausch von Heizkörpern

 

in die Anlage.

 

Luft in Heizungsanlagen führt zu

  • Störungen beim Wassertransport und damit bei der Wärmeverteilung
  • Korrosionsprozessen
  • Geräuschbelästigungen

 

Größere Luftblasen sammeln sich in der Regel an der höchsten Stelle einer Anlage oder im oberen Bereich der Heizkörper. Sie können durch Entlüftungsventile relativ leicht entfernt werden.

 

Neben diesen relativ großen Luftblasen gibt es noch die zum Teil mikroskopisch kleinen Luftbläschen, die sich im strömenden Wasser befinden und durch einfache Entlüftungsventile nicht entfernt werden können. Hier braucht man spezielle Entlüftungs-

ventile, die entweder die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers so weit herabsetzen, bis sich die Luftbläschen aus dem Wasser lösen oder das strömende Wasser in Rotation (Drehung) versetzen, wodurch das schwerere Wasser an den Rand des Abscheiders gedrückt wird (Zentrifugalwirkung) und sich die leichteren Luftbläschen in der Mitte der Rotation sammeln und von dort abgeführt werden können.

Beim Einsatz solcher Spezialentlüfter sollte man unbedingt darauf achten, dass sie Lufteintritts-sperren besitzen, damit bei Unterdruck keine Luft in die Anlage dringen kann.

 


2.3. Die Härte des Wassers

 

Die Härte des Wassers wird neben den gesetzlich vorgeschriebenen SI-Einheiten oft noch in „deutsche Härtegrade odH“ angegeben. Damit wird ausgesagt, wie viel Calcium- und Magnesiumsalze im Wasser gelöst sind. Je härter, also kalkhaltiger, das Wasser ist, desto mehr Calcium- und Magnesiumsalze sind in ihm gelöst.

 

 

 

odH

Härtebereich

bis 7,3

weich

7,4 bis 14

mittel

14,1 bis 21,3

hart

über 21,3

sehr hart

 

Tabelle 1: Einteilung der Härtegrade

 

 

Rund die Hälfte des in Deutschland genutzten Leitungswassers gilt als „hart“. Wird eine Heizungsanlage mit kalkhaltigem Wasser gefüllt, kommt es bei Erwärmung des Wassers zu Kalkablagerungen. Bei einer Wassertemperatur von 80 oC ist die Kalkbildung um das Sechsfache größer als bei 40 oC. Es bilden sich Kesselstein und weicheres (kalkärmeres) Wasser.

Die Kalkbildung erfolgt vorzugsweise dort, wo die höchsten Temperaturen sind, nämlich im Heizkessel auf der Wasserseite des Feuerungsraumes. Dadurch wird der Wärmeübergang verschlechtert, es entstehen Spannungen, die letztendlich zu Rissen und damit zur Zerstörung des Kessels führen.

Kalkablagerungen entstehen jedoch nicht nur im Kessel, sie können überall in der Heizungsanlage vorkommen. Dadurch können

  • Querschnitte in Heizungsrohren verengt und damit die Hydraulik der Anlage verändert
  • Pumpen, Ventile und Armaturen verstopft
  • die Wärmeübertragung verschlechtert
  • die Regelung der Anlage beeinträchtigt

werden.

Bild 2: Kalkablagerungen in einem Heizungsrohr

Abhilfe kann man hier erreichen, indem man weiches - also kalkarmes - Wasser zum Be- und Nachfüllen von Heizungsanlagen verwendet oder dem Wasser chemische Zusätze, sogenannte Inhibitoren (Stoffe, die die Reaktion zwischen anderen Stoffen verzögert oder verhindert) zusetzt. Dies sollte aber nur vom Fachmann erfolgen, weil falsche Dosierungen mehr Schaden als Nutzen anrichten können.

 

2.4. Der pH-Wert des Wassers

 

Der pH-Wert sagt aus, ob und wie stark eine Flüssigkeit eine Säure oder eine Lauge ist. Flüssigkeiten mit einem pH-Wert unter 7 sind Säuren, Flüssigkeiten mit einem pH-Wert über 7 sind Laugen (basisch).

Der pH-Wert verschiedener Flüssigkeiten Bild 3: Der pH-Wert verschiedener Flüssigkeiten

Säuren greifen Metalle an. Deshalb gibt es für Heizungswasser einen optimalen pH-Wert-Bereich, bei dem fast keine Korrosionen mehr stattfinden. Er liegt zwischen ca. 8,5 und 10,5 und ist also leicht basisch.

 

  

2.5. Der Sauerstoff im Heizungswasser

 

Wasser enthält immer freien Sauerstoff. Dieser verbindet sich mit Eisen, es finden Oxidationen statt. Wäre eine Heizungsanlage absolut dicht (praktisch nicht möglich), würden diese Oxidationen dann aufhören, wenn sich der ganze freie Sauerstoff mit dem Eisen verbunden hat. Da aber durch even-

tuelles Nachfüllwasser, aber auch durch undichte Armaturen und Dichtungen, sauerstoffdurchlässige Kunststoffrohre usw. ständig Sauerstoff in die Heizungsanlagen gelangt, finden auch ständig Oxidationen statt.

 

2.5.1. Der Rost

 

Die bekannteste Sauerstoffoxidation mit Eisen ist der Rost. Er zersetzt eisenhaltige Bauteile, was bis zum Durchrosten von Rohren usw. führen kann.

Lochfraß in einem Heizungsrohr Bild 4: Lochfraß in einem Heizungsrohr

2.5.2. Der Magnetitschlamm

 

Wenn sich im Heizungswasser zu wenig Sauerstoff für eine vollständige Oxidation mit Eisen (Rost-

bildung) befindet, bilden sich Zwischenstufen, wie z.B. der schwarze Magnetitschlamm, auch „schwarze Brühe“ genannt. Magnetitschlamm ist also auch eine Verbindung von Eisen mit Sauerstoff. Er ist für die Rohrleitungen ungefährlich, kann aber trotzdem erhebliche Schäden in den Heizungs-

anlagen anrichten:

  • Der Magnetitschlamm setzt sich auf den Rädern der Wärmezähler fest und blockiert diese. Die Wärmemengenzählung ist dann ungenau oder funktioniert gar nicht mehr.
  • Der Magnetitschlamm setzt die Thermostatventile an den Heizkörpern fest, eine Regelung ist dann nicht mehr möglich.
  • Die Schmutzfänger (Filter), die in den Heizungs-
  • anlagen eingebaut sind, setzen sich durch den Magnetitschlamm schneller zu. Sie müssen dann öfters gereinigt werden. Dadurch entstehen höhere Betriebs- und Servicekosten.
  • Die zugeführte Energie kann von den Heizkörpern nicht optimal abgegeben werden, da der Magnetitschlamm eine Schicht zwischen Wasser und Heizkörper bildet, die den Wärmeübergang verschlechtert.
  • Ebenso vermindert der Magnetitschlamm den Wärmeübergang im Wärmeerzeuger (z.B. Kessel), sodass die zugeführte Energie nicht optimal verwertet werden kann.

 

Der Magnetitschlamm kann durch sog. Schlamm-

abscheider aus der Rohrleitung entfernt werden. Dabei wird der Schlamm nicht herausgefiltert, sondern er setzt sich durch eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit am Boden des Schlammabscheiders ab und kann dann ohne Betriebsunterbrechung abgeschlammt werden.

 

 

 

2.6. Elektrochemische Vorgänge im Heizungswasser

 

In einer Heizungsanlage können viele verschiedene Materialien wie Eisen, Kupfer, Messing, Aluminium, Kunststoffe usw. verbaut sein. Dabei hat jedes Material eine elektrochemische Eigenschaft, das sogenannte „elektrochemische Potential“, das sich in Verbindung mit anderen Materialien auswirkt. So hat z. B. Kupfer ein elektrochemisches Potential von +0,34 Volt, Eisen dagegen eines von -0,44 Volt. Kommen diese beiden Metalle entweder direkt oder über das Heizungswasser in Kontakt, entsteht ein elektrischer Spannungsunterschied von 0,78 Volt. Es fließt ein geringer Strom, durch den langsam das Eisen als unedleres Metall zerfressen wird. Dieser Vorgang wirkt umso schneller, je säurehaltiger das Heizungswasser ist (also je größer seine elektrische Leitfähigkeit ist). Deshalb muss auch hier versucht werden, den pH-Wert des Wassers möglichst hoch zu halten.  

Die elektronische Spannungsreihe einiger Metalle Bild 5: Die elektrochemische Spannungsreihe einiger Metalle

2.7. Biologische Vorgänge im Heizungswasser

 

In jedem Heizungswasser sind Bakterien. Sie ernähren sich von - im Heizungswasser gelösten - Salzen, von den Weichmachern in den Kunststoff-

rohren, von Rückständen von Frostschutz-, Löt- und Verbindungsmitteln, von organischen Verun-

reinigungen oder von Sauerstoffbindemitteln. Diese Bakterien produzieren durch Ihre Ausscheidungen Ammonium, das den pH-Wert des Wassers extrem senkt. Ein pH-Wert von 3 - 4 (stark sauer) ist heute schon keine Seltenheit mehr!

 

Abhilfe kann man hier nur durch spezielle und wiederkehrende Wasserbehandlungen, die von Fachleuten durchzuführen sind, erreichen.

 

 


3. Die VDI-Richtlinie 2035

 

Nachdem die Folgen, die bei der Verwendung von ungeeignetem Heizungswasser entstehen können, aufgezeigt wurden, hier noch einige Auszüge aus der Richtlinie VDI 2035, die die Behandlung des Heizungswassers regelt:

 

  • Das Wasser zum Füllen der Heizungsanlage muss vorher analysiert werden, um zu überprüfen, ob es für die verwendeten Materialien in der Heizung geeignet ist.
  • Jede Anlage muss gespült und darüber ein Spülprotokoll geführt werden.
  • Bei Kesseltausch oder Erweiterung der Heizungsanlage ist die bestehende Altanlage mit Chemikalien zu reinigen, anschließend mit Wasser zu spülen und mit einem Schutzmittel aufzu-
  • bereiten.
  • Bei Einbringen von Schutzstoffen ist die Anlage mindestens 24 Stunden in Betrieb zu halten, um die Durchmischung zu gewährleisten.
  • Wenn Aluminium-Werkstoffe vorhanden sind, darf der pH-Wert 8,5 nicht überschritten werden. Wenn kein Aluminium- Werkstoff vorhanden ist, sollte der pH-Wert zwischen 8 und 9,5 liegen.
  • Es ist ein Anlagenbuch über das Heizungswasser zu führen, um die Wartung und Überprüfung zu dokumentieren.
  • In Abhängigkeit von der Gesamtleistung der Wärmeerzeuger dürfen folgende Richtlinien bezüglich der Gesamthärte des Füllwassers nicht überschritten werden: bis 100 kW 17 °dH; über 100 kW bis 1000 kW 3 °dH; über 1000 kW 0.5 °dH.
  • Der Betreiber einer Heizungsanlage bis 1500 Liter Wasserinhalt hat das Heizungswasser alle zwei Jahre, über 1500 Liter Wasserinhalt mindestens einmal jährlich überprüfen zu lassen.
  • Der Wasserinhalt der Heizungsanlage muss im Anlagenprotokoll angeführt sein.
  • Bei Arbeiten an der Heizungsanlage, die Wasserverluste nach sich ziehen, ist innerhalb von 4-6 Wochen eine Überprüfung des Heizungs-
  • wassers durch den Betreiber durchführen zu lassen.
  • Der Überprüfer hat die Verpflichtung, dem Betreiber oder dem Auftraggeber innerhalb von 4 Wochen mitzuteilen, ob das vorhandene Heizungswasser korrosiv ist oder mikro-
  • biologisches Wachstum aufweist.
  • Die Ergebnisse der Untersuchung sind ins Anlagenbuch einzugeben.

 

 


4. Das Be- und Nachfüllen von Heizungsanlagen

 

Das Be- und Nachfüllen von Heizungsanlagen durch einen an die Trinkwasseranlage angeschlossenen Füllschlauch ist nur noch erlaubt, wenn besondere Sicherungsmaßnahmen eingehalten werden. Bei so einer ungesicherten Verbindung kann durch Druckschwankungen im Trinkwassernetz, die immer wieder einmal vorkommen, verunreinigtes Wasser aus der Heizungsanlage in die Trinkwasseranlage gesaugt werden und zwar dann, wenn der Druck im Trinkwassernetz z.B. bei einem Rohrbruch unter den Druck in der Heizungsanlage sinkt.

 

In der neu überarbeiteten DIN EN 1717 „Schutz des Trinkwassers vor Verunreinigungen in Trinkwasserinstallationen und allgemeine Anforderungen an Sicherungseinrichtungen zur Verhütung von Trinkwasserverunreinigungen durch Rückfließen“, die am 1.11.2011 in Kraft trat, werden alle Flüssigkeiten, die mit Trinkwasser in Kontakt kommen können, in Kategorien eingestuft.

So wird

  • „Heizungswasser ohne chemische Zusätze“ der Kategorie 3 (Flüssigkeiten, die eine Gesundheits-
  • gefährdung für Menschen durch die Anwesenheit einer oder mehrerer, weniger giftiger Stoffe darstellt) und
  • Heizungswasser, das „mit Inhibitoren behandelt wurde“, der Kategorie 4 (Flüssigkeiten, die eine Gesundheitsgefährdung für Menschen durch die Anwesenheit einer oder mehrerer giftiger oder besonders giftiger Stoffe ….. darstellt)

zugeordnet.

 

Die DIN EN 1717 schreibt klar vor, welche Sicherheitseinrichtungen bei den verschiedenen Heizungsanlagen einzubauen sind. Sie müssen „eigensicher“ und als ständiger Anschluss erstellt werden, sodass es den früher verwendeten Begriff des „kurzzeitigen Anschlusses“ nicht mehr gibt.

 

Die Sicherheitseinrichtungen nach DIN EN 1717 bestehen in der Regel aus

  • einem Systemtrenner, der ein Rückfließen von Heizungswasser in die Trinkwasserinstallation sicher verhindert
  • einem Druckminderer, der die Heizungsanlage vor zu hohem Druck schützt und bei abfallendem Druck automatisch nachspeist
  • einer Manometer-Anschlussmöglichkeit, um eine sichere Kontrolle des Drucks nach dem Füllen der Heizungsanlage zu ermöglichen
  • einer Wartungsabsperrung, um Wartungen problemlos durchführen zu können

In der DIN EN 1717 wird auf die Wartung dieser Sicherheits­einrichtungen sehr großer Wert gelegt. So heißt es im Kapitel 4.6:

„Jede unzureichende oder nicht ordnungsgemäße Wartung der Trinkwasserinstallation einschließlich der Sicherungseinrichtung zum Schutz gegen Rückfließen kann eine Beeinträchtigung der Trinkwasser­qualität hervorrufen. Eine regelmäßige Wartung der Sicherungs­einrichtungen muss daher durchgeführt werden. Ihre ordnungsgemäße Funktion ist regelmäßig in Übereinstimmung mit nationalen oder regionalen Bestimmungen zu überprüfen.“

 

 

 

Jürgen Wüst

Dipl.-Ing. (FH)

 

4.10.2012

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