Druckhaltung und Wasserqualität in

Leitfaden für Fachleute
FORUM
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für Energieeffizienz in der
Gebäudetechnik e.V.
Erhöhung von Funktionalität, Effizienz und Lebensdauer
Druckhaltung und Wasserqualität
in Heizungsanlagen
Typische Störungen im
Heizsystem:
› eingeschlossene Luft
› tropfende Sicherheitsventile
› Korrosionsschäden
› schlechte Wärmeabgabe
› erhöhter Energieverbrauch
2
Inhalt
4 Einleitung
5 Das Problem »Luft«
6 Druckhaltesysteme
8 Formelzeichen und allgemeine Gleichungen für MAG
9 Berechnungsbeispiel MAG (Membranausdehnungsgefäß)
10 Entgasung
• Automatische Entlüfter
• Mikroblasenabscheider
• Druckstufenentgaser
• Systemwahl
13 Schlammabscheidung
15 Ablagerungen und die Folgen
16 Wasserbehandlung
• Korrosionsschutz
• Heizungswasseraufbereitung
• Enthärten – Entsalzen
• pH-Wert
19 Leitfaden für die Heizungswasseraufbereitung
3
Einleitung
Probleme wie Geräuschbelästigung durch eingeschlossene Luft, tropfende Sicherheitsventile, Korrosionsschäden, unzureichende Wärmeabgabe, erhöhte
Energiekosten und Ärger mit Mietern können durch
den Einsatz am Markt erhältlicher Systemkomponenten vermieden werden.
Waagerechte Rohrführung
Vor dem Hintergrund, dass die heutigen modernen
Installationsarten und -techniken nicht mehr mit
früheren Systemen vergleichbar sind, haben sich
auch die zu beachtenden Umfeldbedingungen geändert, denn die klassische Schwarzrohrinstallation
mit unterer Verteilung und Steigesträngen und der
Möglichkeit der Entlüftung an den oberen Heizkörpern ist, außer in älteren Bestandsbauten, in der
Regel nicht mehr zu finden.
Rohrführung mit Steigesträngen
• Heute kommen verschiedenste Materialien zum
Einsatz, z.B. Aluminiumlegierungen, Kunststoffrohre, Mehrschichtverbundrohre und flexible Verbindungen. Dabei führen diffusionsoffene
Materialien vermehrt zu Gaseinträgen.
• Die Fußbodenverlegung der Rohre, häufig mit geringen Querschnitten, ist üblich. Damit verbunden
sind viele Möglichkeiten bzw. Orte im System, an
denen sich Luft und auch Schlamm ansammeln
können. Eine Entlüftung ohne laufende Pumpe ist
nicht praktikabel.
• Nach Reparaturen an Heizungssystemen ergeben
sich besonders im Mietwohnungsbau Probleme
hinsichtlich der Zugangsmöglichkeit in die Wohnungen. Umso wichtiger ist es, dass der Auswahl
und der Auslegung von Systemkomponenten höchste Aufmerksamkeit gewidmet wird.
• Ungünstige Systemwahl, falsche Auslegung und
die fehlende Wartung von Entgasungs- und Druckhaltesystemen und der nicht oder nur unzureichend
durchgeführte hydraulische Abgleich von Heizungssystemen führen zu erheblichen Konsequenzen bis
hin zu Korrosionsschäden, die auch zu Wasseraustritt z.B. an Heizkörpern führen können.
4
Rohrführung Fußbodenheizung
Das Problem »Luft«
Wie gelangt Luft in die Anlage?
Luft findet über viele Wege in die Anlage
• Mit dem Füll- und Ergänzungswasser
• Durch partielle und temporäre Unterdruckzustände über Bauelemente (auch Verbindungsstücke)
• Über Diffusionsvorgänge (nicht diffusionsdichte Kunststoffrohre und Flexschläuche,
Membranen, Dichtungen, O-Ringe)
Die häufigste Fehlerquelle
Neben Diffusionsvorgängen und Undichtigkeiten ist die Nachspeisung das Kernproblem, welches immer wieder zu Gaseintrag führt. Doch warum ist eine an sich nicht notwendige
wiederholte Nachspeisung erforderlich?
Im Bereich der Druckhaltesysteme sind im Wesentlichen
folgende Gründe zu nennen:
• Falsche Dimensionierung (z.B. zu kleines MAG)
• Falsche Einstellung (z.B. zu geringer oder zu hoch
eingestellter Vordruck)
• Falsche Installation
• Nachlassender Vordruck bei MAG
• Fehlende oder unzureichende Wartung
Bei zu geringem Vordruck kann es während der Nachtabsenkung zu Vakuumzuständen in den oberen Anlagenteilen
kommen. Dies führt zum Ansaugen von Umgebungsluft in die
Anlage.
5
Druckhaltesysteme
Die Druckhaltung hat eine zentrale
Bedeutung für die Funktionalität, Effizienz
und Lebensdauer einer Anlage.
Druckhaltesystem
Ein Druckhaltesystem besteht im Wesentlichen z.B. aus
einem MAG und der Ausdehnungsleitung. Das System muss
in der Lage sein, Volumenschwankungen (z.B. durch Temperaturänderung) zu kompensieren, so dass der zulässige
Druckbereich weder über- noch unterschritten wird. Expansion und Kontraktion werden durch das MAG realisiert.
Empfohlene Einsatzbereiche für
Druckhaltesysteme
Neben Membranausdehnungsgefäßen mit fester Gasfüllung
können, speziell bei größeren Anlagen, auch Kompressorbzw. Pumpendruckhaltungen mit Membrangefäßen zum Einsatz kommen.
1. Membran-Ausdehnungsgefäß bis 1000 kW
6
2. Kompressor-Druckhalteanlage100 kW bis 5000 kW
3. Pumpen-Druckhalteanlage
ab 100 kW
Die korrekte hydraulische Anbindung spielt eine wesentliche
Rolle. Am sogenannten hydraulischen Nullpunkt wird der
Druck der Anlage aufgeprägt.
Grundsätzlich sind zwei Anbindemöglichkeiten denkbar:
• Auf der Saugseite der Umwälzpumpe
• Auf der Druckseite der Umwälzpumpe
Bei der Saugdruckhaltung auf der Saugseite im Rücklauf.
Dies ist die empfohlene Lösung. Am Hochpunkt der Anlage ist
immer der erforderliche Überdruck gegeben. Darüber hinaus
ist die Temperaturbelastung im Rücklauf geringer.
Bei der Enddruckhaltung auf der Druckseite. Eine Lösung für
Sonderfälle, z.B. in Solaranlagen, wodurch die Druckhaltung
hydraulisch immer unmittelbar mit den Kollektoren verbunden ist.
Beispiel saugseitige Anbindung des Ausdehnungsgefäßes
Hinweis! Nachspeisung
(nach DIN EN 1717) mit
Schlauch ohne Systemtrennung nicht mehr zulässig.
Nachspeisung von Hand über
festen Anschluss mit entsprechender Sicherungseinrichtung.
7
Formelzeichen und allgemeine Gleichungen für MAG
VN Nennvolumen [l] des MAG (Bestellangabe MAG)
VN ≥ (Ve + Vv) * Df
Merke: Zu große MAG sind nicht nachteilig. Aber auch sehr
große MAG mit falschem Vordruck sind nicht funktionsfähig.
Ve Ausdehnungsvolumen [l] der Anlage
Ve = e * VA
Der Ausdehnungskoeffizient stellt die Abhängigkeit vom
Heizmedium und der maximalen Anlagentemperatur dar.
Für Anlagen mit Heizmedium Wasser ohne Glykol ist der
Ausdehnungskoeffizient nur temperaturabhängig.
STB/TW 110°C: e = 0,05, also 5%
STB/TW 90°C: e = 0,036, also 3,6%
(STB = Sicherheitstemperaturbegrenzer,
TW = Temperaturwächter)
VA Anlagenvolumen [l]
(alle Komponenten Kessel, Heizkörper, FBH, Armaturen,
Rohre, ggfs. Pufferspeicher etc. Der Inhalt des Systems
kann über Kennwerte für einzelne Komponenten errechnet
werden.)
VV Wasservorlage [l] im MAG
VV = 0,005 * VA, jedoch mindestens 3 l.
Die Wasservorlage mit 0,005 = 0,5% des Anlagenvolumens
ist nach EN 12828 die Wassermenge zur Bevorratung von
systembedingten Wasserverlusten.
Df Druckfaktor des MAG in der Anlage
Df = (pe + 1 bar) / (pe - p0)
po Vordruck [bar] des MAG (Bestellangabe MAG)
po = Hstat / 10 m/bar + 0,3 bar
pa Anfangsdruck [bar] ,
oder auch [pF] Fülldruck der Anlage
pa = po + 0,3 bar
mit 0,3 bar als empfohlene Mind.-Druckdifferenz zum Vordruck des MAG (Druck bei minimaler Systemtemperatur
nach Einbringen der Wasservorlage).
pe Enddruck [bar] in der Anlage
pe = psv - 0,5 bar
pe = psv - (0,1 x psv)
für Sicherheitsventil ≤ 5 bar
für Sicherheitsventil > 5 bar
mit
psv dem Ansprechdruck [bar] des Sicherheitsventils
und 0,5 bar als Mind.-Druckdifferenz des max. Betriebsanlagendrucks (Enddruck) zu psv.
Empfehlung Sicherheitsventil: psv ≥ po + 1,5 bar
Weitere Formelzeichen und Gleichungen für Anlagen mit
Fremddruckhaltesystemen siehe Herstellerangaben, sowie
einschlägige Normen und Richtlinien, z.B. VDI 4708/1 oder
EN 12828.
VA Anlagenvolumen (Füllvolumen) [l]
einer Heizungsanlage:
Sichere Methoden zur Erfassung sind die Rohrnetzberechung
der Anlage mit allen Komponenten (Kessel, Heizkörper,
FBH, Armaturen, Rohre, ggfs. Pufferspeicher etc.) und das
Auslitern bei der vollständigen Entleerung oder Befüllung
der vollständig entleerten Anlage.
Einzustellender gasseitiger Vordruck bei MAG.
Hstat = statische Höhe [m] der Anlage.
Hstat wird gemessen als vertikaler Höhenunterschied vom
Anschluss des MAG bis zum höchsten Punkt der Anlage.
In der Gleichung steht 10 m/bar als aufgerundeter Umrechnungsfaktor und 0,3 bar als empfohlener Sicherheitszuschlag. Für 0,3 bar kann auch 0,2 bar eingesetzt werden.
Empfehlenswert ist jedoch 0,3 bar, weil dadurch ein
höheres minimales Druckniveau an
den kritischen Hochpunkten der
Anlage erreicht wird.
Bei Dachzentralen das Beispiel 2
auf der folgenden Seite beachten.
8
• Näherungsverfahren sind mit Vorsicht zu betrachten.
Es gibt unterschiedliche Quellen mit spezifischen Anlagenvolumen, die sich in der Regel auf eine Leistungsangabe (kW) der verschiedenen Heizkörper- bzw.
Fußbodenheizungstypen beziehen.
Die Leistungsangabe (kW) bezieht sich also auf die Heizkörperdimensionierung und nicht auf die installierte
Kesselleistung, denn die Kesselleistung ist grundsätzlich
nach oben gerundet, ggf. mit
einem Zuschlag für die Trinkwasserbereitung versehen.
Heizkörper- bzw. Fußbodenheizungsvolumina sind abhängig
von der Vorlauftemperatur und
der Temperaturspreizung
(TVorlauf - TRücklauf) der Anlage.
Berechnungsbeispiele MAG (Membranausdehnungsgefäß)
MAG in einer Heizzentrale –
ebenerdig bzw. Kellerzentrale
MAG in einer Dachheizzentrale
Gegeben:
Gegeben:
- Pumpenwarmwasserheizung
mit Heizmedium Wasser ohne Glykol
- Temperaturwächter TW = 90°C
- Statische Höhe Hstat = 12 m
- Anlagenvolumen VA = 280 l (ca. größeres Einfamilienhaus)
Gesucht:
- VN Nennvolumen MAG
- po Vordruck MAG
- psv Ansprechdruck Sicherheitsventil
- pa Anfangsdruck (Fülldruck) der Anlage
- pe Enddruck der Anlage
- Pumpenwarmwasserheizung
mit Heizmedium Wasser ohne Glykol
- Temperaturwächter TW = 90°C
- Statische Höhe Hstat entfällt (Dachzentrale).
Dafür hier Mindestzulaufdruck Umwälzpumpe
gemäß Herstellerangaben; z.B. pZ = 0,7 bar
- Anlagenvolumen VA = 280 l (ca. größeres Einfamilienhaus)
Gesucht:
- VN Nennvolumen MAG
- po Vordruck MAG
- psv Ansprechdruck Sicherheitsventil
- pa Anfangsdruck (Fülldruck) der Anlage
- pe Enddruck der Anlage
Berechnung: VN ≥ (Ve + Vv) * Df
Berechnung: VN ≥ (Ve + Vv) * Df
Ve = e * VA = 0,036 * 280 l = 10,1 l
(e = 0,036 = 3,6%, siehe „Formelzeichen und
allgemeine Gleichungen für MAG“)
Ve = e * VA = 0,036 * 280 l = 10,1 l
(e = 0,036 = 3,6%, siehe „Formelzeichen und
allgemeine Gleichungen für MAG“)
Vv = 0,036 * VA, jedoch mindestens 3 l
Vv = 0,036 * 280 l = 1,4 l, jedoch mindestens 3 l.
Vv= 0,036 * VA, jedoch mindestens 3 l
Vv = 0,036 * 280 l = 1,4 l, jedoch mindestens 3 l.
po = Hstat / 10 m/bar + 0,3 bar
po = 12 m / 10 m/bar + 0,3 bar
po = 1,5 bar
po = pZ + 0,3 bar
po = 0,7 bar + 0,3 bar
po = 1,0 bar
psv ≥ po + 1,5 bar
psv ≥ 1,5 bar + 1,5 bar
psv ≥ 3,0 bar
psv ≥ po + 1,5 bar
psv ≥ 1,0 bar + 1,5 bar
psv ≥ 2,5 bar => gewählt 3,0 bar
pa = po + 0,3 bar
pa = 1,5 bar + 0,3 bar
pa = 1,8 bar
pa = po + 0,3 bar
pa = 1,0 bar + 0,3 bar
pa = 1,3 bar
pe = psv - 0,5 bar
pe = 3,0 bar - 0,5 bar
pe = 2,5 bar
pe = psv - 0,5 bar
pe = 3,0 bar - 0,5 bar
pe = 2,5 bar
Df = (pe + 1 bar) / (pe - po)
Df = (2,5 bar + 1 bar) / (2,5 bar - 1,5 bar)
Df = 3,5
Df = (pe + 1 bar) / (pe - po)
Df = (2,5 bar + 1 bar) / (2,5 bar - 1,0 bar)
Df = 2,33
VN ≥ (Ve + Vv) * Df (von oben)
VN ≥ (10,1 l + 3 l) * 3,5 = 45,85 l
VN ≥ (Ve + Vv) * Df (von oben)
VN ≥ (10,1 l + 3 l) * 2,33 = 30,5 l
Ergebnis:
• Gewähltes MAG 50 l mit Vordruck 1,5 bar.
• Gewähltes Sicherheitsventil mit Ansprechdruck 3,0 bar
Ergebnis:
• Gewähltes MAG 35 l mit Vordruck 1,0 bar.
• Gewähltes Sicherheitsventil mit Ansprechdruck 3,0 bar
Die Anlage wird mit einem Anfangsdruck pa = 1,8 bar befüllt
und in Betrieb genommen. Wenn ein Drucksensor für den
Anlagenmindestdruck vorhanden ist, wird dieser auf den
Vordruck des MAG po = 1,5 bar eingestellt; denn sinkt der
Anlagendruck unter po, wird Luft in die Anlage eingesogen
> Luftprobleme und Korrosion!
Die Anlage wird mit einem Anfangsdruck pa = 1,3 bar befüllt
und in Betrieb genommen. Wenn ein Drucksensor für den
Anlagenmindestdruck vorhanden ist, wird dieser auf den
Vordruck des MAG po = 1,0 bar eingestellt; denn sinkt der
Anlagendruck unter po, wird Luft in die Anlage eingesogen
> Luftprobleme und Korrosion!
Zur Berechnung von po ist die
statische Höhe nicht maßgebend
– da in diesem Beispiel nicht
vorhanden. Hier ist pz einzusetzen
oder der Mindestbetriebsdruck
des Wärmeerzeugers, wenn
dieser > pz ist.
9
Entgasung
Gase können in Heizungsanlagen vielfältige Probleme
verursachen:
• Geräusche,
• Korrosion,
• Ablagerungen,
• Zirkulationsstörungen,
• Reduzierung der Heizleistung und
• Verschlechterung der Effizienz
• Stickstoff reichert sich nach der Befüllung und im Betrieb
an, oft durch eingeschlossene Restluftmengen verursacht.
Diese gehen bei steigendem Druck in Lösung.
• Wasser nimmt im Entstehungskreislauf der Natur Luft aus
der Atmosphäre auf. Die Luft besteht zu 78% aus Stickstoff,
21% Sauerstoff und ca. 1% Spurengase. Mit dem Füllwasser
gelangen an Luft ca. 21,1ml/l Anlagenwasser in das System
und geringe Mengen CO² in gelöster Form.
• Diese Stickstoffanreicherungen werden beim Aufheizen wieder freigesetzt. Der Grund dafür ist das Erreichen der Löslichkeitsgrenze des Wassers. Neben den geschilderten
Problemen durch nicht korrekte Druckhaltung entstehen
auch hierdurch die klassischen „Luftprobleme“.
• Sauerstoff hingegen wird in kurzer Zeit durch Korrosionsvorgänge verbraucht. Korrosion führt jedoch zu Materialzerstörungen und Ablagerungen von Rost und Magnetit. Diese
können wiederum Erosion erzeugen.
Man spricht von Ansammlungen an freier Luft bei stagnierendem Wasser an Hochpunkten, Gasblasen bzw.
Mikroblasen in fließendem Wasser und von gelöster Luft (unsichtbar).
Freie Luft
Mikro- bzw.
Gasblasen
gelöste Luft
>
>
Absondern und entfernen
>
Gasblasen freisetzen und
entfernen
(z.B. mit Druckstufenentgaser)
Wie treten Gase auf? Gase können als freie Blasen oder in gelöster Form auftreten. Je nach Systembedingungen und Erscheinungsformen können Gase mit unterschiedlichen
Methoden aus dem Wasserkreislauf entfernt werden.
Automatische Entlüfter
Automatische Entlüfter führen angesammelte Gase nach
außen ab. Das Wasser muss beruhigt sein, sonst werden die
Gasblasen mit der Strömung mitgerissen.
Entlüfter dienen der Ent- und Belüftung bei Befüllung und
Entleerung der Anlage. Sie sind für die Betriebsentlüftung,
z.B. auf Rohrleitungen, nicht geeignet.
10
Ableiten
Schnellentlüfter, für Betriebsentlüftung ungeeignet
Die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers ist i.d.Regel
höher als die Aufsteigegeschwindigkeit der freien Gasblasen.
Eine Betriebsentlüftung mit Schnellentlüftern ist deshalb
nicht möglich, die Entlüftungswirkung ist ungenügend.
Mikroblasenabscheider
Mikroblasenabscheider
Abscheider für Mikroblasen sind für die Betriebsentgasung
geeignet. Der Einbau erfolgt idealerweise nach dem Wärmeerzeuger zur zentralen Betriebsentlüftung. Die an den Heizflächen des Wärmeerzeugers freigesetzten Mikroblasen werden
in den Mikroblasenabscheider transportiert und abgeschieden.
Mikroblasenabscheider
in Funktion
Nach einer bestimmten Betriebszeit ist das Umlaufwasser bis
auf Sättigungsniveau entgast und blasenfrei.
Vorteile:
• Der Wärmeübergang wird optimiert
• Zirkulationsblockaden behoben
• Strömungsgeräusche beseitigt
• Erosion minimiert.
Einsatzort sollte jede Anlage sein, die eine geringe statische
Höhe hat. Je höher die Temperatur, desto besser die Wirkung.
Der ideale Einsatzort ist die Dachheizzentrale.
Die Einsatzgrenzen sind der Grafik zu entnehmen:
Einsatzgrenzen für Mikroblasenabscheider
Abscheidung bis Gassättigung
Beispiel: Bei einer max. Systemtemperatur von 70°C
sollte eine max. statische Höhe von 12 m nicht überschritten werden. Gasblasen werden bei höheren
Drücken am Kessel nicht mehr freigesetzt und können dann nicht abgeschieden werden. Sie bleiben in
Lösung.
Dann kommen Druckstufenentgaser zum Einsatz.
Diese sind unbhängig von der statischen Höhe einsetzbar.
Einbau von Mikroblasenabscheidern
• Einbau im Vorlauf von Heizungssystemen, vorzugsweise
bei der höchsten Temperatur und dem niedrigsten Druck
• Einschränkung durch die statische Höhe über dem
Abscheider (empirische Werte: ca. 15 m bei 90 °C).
= ideal
= akzeptabel
= falsch
11
Druckstufenentgaser
Druckstufenentgaser
Sind Mikroblasenabscheider nicht mehr einsetzbar, empfiehlt
sich der sogenannte Druckstufenentgaser. Speziell in Anlagen
unter 100°C ist dies eine sehr effektive und kostengünstige
Möglichkeit, um eine zentrale Entlüftung und Entgasung durchzuführen. Die Einsatzgmöglichkeiten sind praktisch unbegrenzt.
Besonders für Systeme, die wegen Lufteintrag mit Korrosion,
Erosion, Zirkulationsstörungen, Geräuschen, reduzierter Heizleistung etc. zu kämpfen haben.
Funktion des Druckstufenentgasers
Ein Teilstrom des gasreichen Wassers wird in einen Behälter
geleitet und im Druck reduziert. Die gelösten Gase desorbieren zu Gasblasen, die freigesetzt werden. Durch zyklisches
Wiederholen des Vorganges wird das Anlagenwasser untersättigt. Freie Gasblasen in der Anlage sind unmöglich.
Je nach Druckstufe unterscheidet man atmosphärische
oder Vakuum-Druckstufenentgaser.
Systemwahl Entsprechend der Wirkprinzipien und Leistungscharakterisken der Entlüfter, Abscheider
und Entgaser ergeht folgende Empfehlung:
Erstentlüftung vor Inbetriebnahme
Entfüfter
Abscheider
für Mikroblasen
DruckstufenEntgaser Vakuum
DruckstufenEntgaser
atmosphärisch
+
sehr gut geeignet
12
+
+*
Betriebsentgasung
Korrosion
minimieren
Erosion
minimieren
Zirkulationsstörungen
minimieren
+
+
+
+
+
+
geeignet mit Einschränkungen
bedingt geeignet
Geräusche
vermeiden
Volle
Heizleistung
garantieren
+ +
+ +
ungeeignet * nur bei Installation an Hochpunkten
Schlammabscheidung
Rost, Kalk und Schmutzpartikel verursachen in Heizungsanlagen Schäden an Heizkörpern, Armaturen, Pumpen und Wärmeerzeugern. Fußbodenheizungen können verschlammen.
Rohrquerschnitte werden verengt.
Abhilfe schaffen Schlammabscheider. Auch bei hohen Anforderungen an die Wasserbeschaffenheit wegen immer
empfindlicherer Technik ist der Einbau mechanischer Schlammabscheider äußerst sinnvoll. Denn der Trend zu immer kompakteren Wärmeübertragungsflächen, Mehrkesselanlagen und
vereinfachter Rohrverlegetechnik erfordern eine gute Wasserqualität.
Umlaufwasserheizer mit geringen Wasserinhalten sind störanfällig bei kalkhaltigem Wasser. Kesselstein platzt ab und
gelangt in das System mit entsprechenden Folgen.
Insbesondere, wenn große Metalloberflächen, z.B. bei großen
Pufferspeichern, mit dem Wasser in Kontakt stehen, kann die
Ablagerung von Eisenkorrosionsprodukten, z.B. auf der Innenseite von Kunststoffrohren, die Wärmeübertragung behindern,
wenn sich diese Korrosionsprodukte von der Behälterwandung
ablösen.
Mischinstallationen mit metallischen Werkstoffen erhöhen
grundsätzlich die Verschlammungsgefahr. Darüber hinaus wird
vermehrt eine verstärkte Gasbildung bei Einsatz von Aluminium
beobachtet. Der Einsatz von Schlammabscheidern im Vorlauf
in Kombination mit einem Mikroblasenabscheider hat sich
dabei als vorteilhaft erwiesen. Schmutzpartikel gelangen erst
gar nicht in die Anlage und eine Verstopfung von z.B. Regelund Regulierventilen wird vermieden.
Klassische Schmutzfänger: Druckaufbau durch Zusetzten
Im Gegensatz zu klassischen Schmutzfängern haben Schlammabscheider den Vorteil, dass sie nicht verstopfen und immer
niedrige und konstante Druckverluste haben. Zur Reinigung
von Abscheidern muss die Anlage nicht außer Betrieb
genommen werden.
Je nach Einsatzfall gibt es eine Vielzahl von weiteren
Ausführungsvarianten an Abscheidetechnologien.
Optional sind Abscheider auch mit einem in einer Tauchhülse
geführten Trockenmagneten ausrüstbar. Durch Entfernen des
Magneten fällt Magnetit in die Schlammkammer und wird dort
zusammen mit anderen Fremdkörpern manuell abgeschieden.
Schlammabscheider mit Trockenmagnet
Abschlammer mit
Dauermagnet
zur Abscheidung von
Magnetit, in Flanschausführung in Großanlage.
13
Darüber hinaus sind auch Multifunktionsgeräte zur Schlammabscheidung und Entgasung verfügbar.
Hier ein Beispiel mit fünf Funktionen:
Multifunktionsgerät
• Entlüftung freier Gasblasen
Luft- und Schlammabschleider
auch für senkrechten Einbau
• Mikroblasenabscheidung
• Abschlammung
• Magnetitabscheidung
(Magnet)
• Sauerstoffbindung
(Magnesium-Anode)
Einbausituation Großanlage
Beispiel: Luft- (im Vorlauf) und Schlammabscheider (im Rücklauf) in Heizungssystemen mit mehreren Wärmeerzeugern
14
Ablagerungen und die Folgen
Entstehung von Ablagerungen
Falsche Installation von Ausdehnungsgefäßen
Falsch eingestellte Ausdehnungsgefäße
Gesamthärte
>16,8° dH
Hohe Füllwassermenge
Zu klein dimensionierte Ausdehnungsgefäße
Zusammensetzung der
Härtebildner
Hohe Mengen an
Härtebildnern im
Heizungswasser
Defekte Ausdehnungsgefäße, nachlassender Vordruck
Häufiges Nachfüllen der
Heizungsanlage
Undichte Anlagen,
unzureichende
Wartung
O2-durchlässige
Fußbodenheizung
Zu hoher Sauerstoff
und Gasgehalt im
Wasser (z.B. N2)
Abnehmendes
Platzangebot für die
Wärmeerzeugung
WarmwasserKompakte
Wärmeerzeuger bereitung mit
Plattentauscher
Hohe Wärmestromdichte an den
Heizflächen
Ablagerungen
Blockaden
Korrosion
Folge von Ablagerungen
Ablagerungen
Ablagerungen platzen ab
durch thermische Spannungen
Ablagerungen
werden in das
Heizsystem
gespült
Blockierung z.B.
von Thermostatventilen
Plattenwärmetauscher durch
Ablagerungen
zugesetzt
Wärmestromdichten an frisch
abgeplatzen
Stellen erhöht
Warmwasserleistung
reduziert
Siedegeräusche
Ablagerungen haften an
Siedegeräusche
Abgastemperatur
kann eventuell
ansteigen
Heizflächen
überhitzen
In seltenen Fällen
kann der Jahresnutzungsgrad
leicht sinken
Lebensdauer des
Wärmetauschers
beeinträchtigt,
Totalausfall
15
Wasserbehandlung
Zur Vermeidung von Steinbildung (Kalkablagerungen)
können entsprechende Wasseraufbereitungsmaßnahmen
durchgeführt werden. Diese dienen dem Schutz von
Wärmeerzeugern, Ventilen und sonstigen Komponenten.
In diesem Bereich gibt es unterschiedliche Verfahrensweisen,
die keine allgemein gültige Aussage zulassen. So existieren
beispielsweise neben der ZVSHK / BDH Fachinformation Steinbildung die Richtlinie VDI 2035 und natürlich die Herstelleranforderungen.
Der Hauptunterschied zwischen der ZVSHK/BDH-Fachinformation und der Richtlinie VDI 2035 besteht in der Forderung der
VDI-Richtlinie, dass während der Lebensdauer der Installation
ein dreifacher Wasseraustausch nicht überschritten werden
darf. Die ZVSHK-/BDH-Fachinformation stellt hier keine
Forderungen, weil ein erhöhter Wasseraustausch (zum Beispiel durch unkontrolliertes Nachfüllen durch den Betreiber)
vom Handwerker nicht verhindert werden kann. Die Richtlinie
VDI 2035 macht Lösungsvorschläge zur Wasserbehandlung,
die ZVSHK/BDH-Fachinformation verweist auf allgemeine
Lösungen.
Die Herstelleranforderungen sind unterschiedlich und gehen
vereinzelt deutlich über die Anforderungen der Richtlinie VDI
2035 hinaus. Teilweise werden von den Herstellern die Richtlinie VDI 2035 und ZVSHK/BDH Fachinformation gleichzeitig
zitiert, obwohl sie sich im Bereich der zulässigen Wassermengen unterscheiden. Wegen dieser Situation ist es empfehlenswert in der Beziehung Auftraggeber / Aufragnehmer vertragsrechtlich eine entsprechende Vereinbarung zu wählen, ob bzw.
wie das Wasser behandelt werden soll. Vorteilhaft ist darüber
hinaus eine Bestätigung der vereinbarten Lösung vom Hersteller des Wärmeerzeugers.
Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf den Fall, dass
eine VDI-konforme Wasserbehandlung erfolgt.
Die Richtlinie VDI 2035 – Blatt 1 und Blatt 2 – enthält Rahmenbedingungen zur Wasseraufbereitung von Nachspeisewasser
und Systemwasser. In jedem Fall gelten, aus Gründen der Gewährleistung, die möglicherweise abweichenden und strengeren Anforderungen der Hersteller von Wärmeerzeugern.
Die Richtlinie VDI 2035 gibt gewisse Vorgaben und zeigt Möglichkeiten der Verhinderung von Korrosionsschäden auf. Dabei
rücken auch Anlagen unter 50 kW in den Fokus.
Die nebenstehende Tabelle gibt in Abhängigkeit der Kesselleistung und Wasserhärte an, welche Anlagen mit einer Wasseraufbereitungsanlage auszustatten bzw. mit aufbereitetem
Wasser zu befüllen sind.
Die Anwendung der komplexen Richtlinie VDI 2035 (Blatt 1)
entfällt bei Anlagen ≤ 50 kW, wenn der spezifische Wasserinhalt des Wärmeerzeugers ≥ 0,3 Liter / kW beträgt. Darüber
hinaus ist eine Wasseraufbereitung nur erforderlich, wenn die
Grenzwerte der nebenstehenden Tabelle überschritten werden
oder das spezifische Anlagenvolumen mehr als 20 l / kW
Nennwärmeleistung beträgt, typisch bei z.B. Altanlagen mit
großen Rohrdurchmessern und Radiatoren mit großen Wasserinhalten. (Bei Mehrkesselanlagen ist die jeweils kleinste
Einzel-Nennwärmeleistung einzusetzen).
16
Die Richtlinie fordert das Anlegen und Führen eines Anlagenbuches für Anlagen mit einer Kesselleistung > 50 kW.
Es erfordert die Dokumentation von z.B.:
• Summe Erdalkalien (Gesamthärte) des Füll- und
Ergänzungswassers
• Anlagenvolumen
• Gesamt- und Einzelheizleistungen
• Ergänzungswassermenge während der Lebensdauer
Max. Menge: Richtwert < 2 VAnlage in der ges. Lebensdauer
• Zusätze zur Wasserbehandlung
Wichtig sind auch Daten für die Druckhaltung, z.B. statische
Höhe, Vordruck MAG, Enddruck, Ansprechdruck Sicherheitsventil.
Die Verantwortung für das Anlagenwasser und den Anlagenbetrieb liegt beim Betreiber. Da er Laie ist, wird der Planer
und Installateur in die Pflicht genommen. Diese müssen den
Betreiber durch Beratung in die Lage versetzen, dies zu tun.
Mindestens 1-mal jährlich ist die Qualität des Heizungswassers
und auch die Druckhaltung zu prüfen.
Bei Nichtführen eines Anlagenbuches kann dies zu Schadensersatzforderungen bzw. zu Gewährleistungseinschränkungen
führen.
Anforderungen an die Gesamthärte gemäß Richtlinie
VDI 2035 Blatt 1 (≤ 20 l/kW), Auszug
Nennwärmeleistung
Gesamthärte
≤ 50 kW bei spez. Wasserinhalt des
Wärmeerzeugers ≥ 0,3 l/kW
keine
Anforderungen
≤ 50 kW bei spez. Wasserinhalt des
Wärmeerzeugers < 0,3 l/kW
(Umlaufwasserheizer)
≤ 16,8 °dH
> 50 kW bis ≤ 200 kW
≤ 11,2 °dH
> 200 kW bis ≤ 600 kW
≤ 8,4 °dH
> 600 kW
≤ 0,11 °dH
Nur wenn der spezifische Wasserinhalt des Umlaufwasserheizers kleiner als 0,3 Liter / KW ist und der Härtegrad in
der Wasserversorgung 16,8° dH übersteigt, muss ein entsprechend aufbereitetes Füll- oder Ergänzungswasser
verwendet werden.
Hinweis: Die Richtlinie VDI 2035 fordert, dass der Wasserinhalt der Anlage über die Lebensdauer maximal dreimal
ausgetauscht werden darf (einschl. Erstbefüllung).
Korrosionsschutz
Auszüge aus VDI 2035 Blatt 2:
» Die fachgerechte Installation und Inbetriebnahme der Druckhaltung ist als Korrosionsschutzmaßnahme zwingend erforderlich.
» Die wichtigste betriebliche Wartungsmaßnahme ist die Kontrolle des Anlagendruckes, um insbesondere Unterdruckzustände mit Sauerstoffeintrag in das Heizwasser zu vermeiden.
» Die Unterschreitung des zulässigen Anlagedrucks während
des Betriebes ist ein Zeichen für eine fehlerhafte Druckhaltung oder eine Leckage.
» Bei Anlagen mit hohen Nachspeisemengen (z. B. bei über
10 % des Anlageinhaltes pro Jahr) ist unverzüglich die Ursache zu suchen und der Mangel zu beseitigen.
» Die erhöhte Korrosionswahrscheinlichkeit ist nicht der Nachspeisung bzw. dem Bauteil mit integrierter Nachspeisefunktion zuzuschreiben, sondern dem zu identifizierenden
Anlagemangel anzulasten.
» Stand der Technik sind Ausdehnungsgefäße mit Membran.
Der Sauerstoffeintrag in das Heizwasser ist abhängig von der
Qualität der Membran. Das Membranmaterial muss mindestens den Anforderungen der EN 13831 genügen.
» Eine Überdehnung der Membran ist durch die Wahl einer geeigneten Geometrie zu vermeiden, da sie zu einer Erhöhung
der Sauerstoffpermeabilität führt.
» Die Diffusionsdichtheit von Membranen nimmt mit steigender
Temperatur ab. Werden Gefäße mit Membran betriebsbedingt
aufgeheizt, können Zwischengefäße zum Abkühlen erforderlich werden.
» Unbedingt einzuplanen sind Zwischengefäße, wenn die Wassertemperatur im Ausdehnungsgefäß die für das jeweilige
Membranmaterial zulässige Temperatur übersteigen kann
(üblicherweise 70°C, Herstellerangaben beachten).
Anlagenbuch
Gibt Überblick über erforderliche und durchgeführte Maßnahmen. Zur Sicherheit für den Ersteller und Betreiber der
Anlage.
Übersicht Normen, Richtlinien
• ZVSHK Merkblatt
• BDH Fachinformation
• EN 12 170 (71), Wartung Installation
• DIN 4807 Teil 2, (abgelöst durch EN 12828)
• EN 12 828, Heizungsanlagen in Gebäuden,
Anhang D, Dimensionierung
• DIN 4751-2 (abgelöst durch EN 12828)
• VDI 4708, Druckhaltung, Entlüftung, Entgasung
• DIN 50900, Korrosion der Metalle
• VDI 2035 -1, VDI 2035 – 2, Vermeidung von Schäden in
Warmwasser-Heizungsanlagen
• DIN EN 1717, Schutz des Trinkwassers
• DIN 1988-100
Die am 1. November 2011 in Kraft getretene Änderung der Trinkwasserverordnung schreibt vor, dass Trinkwasser durch den Einsatz geeigneter Sicherungseinrichtungen nach DIN 1988-100 in Verbindung mit
DIN EN 1717 vor Verunreinigungen zu schützen ist.
Damit wurde die Normkonkurrenz zwischen der DIN 1988-4 und der
DIN EN 1717 aufgehoben.
17
Heizwasseraufbereitung
Enthärtung (Salzhaltige Fahrweise)
Ist die Behandlung von Heizungswasser erforderlich, dann
stehen grundsätzlich zwei verschiedene gängige Arten (auch
Fahrweise genannt) – Enthärtung und Entsalzung – zur Verfügung, deren Anwendung je nach Herstellervorgabe von Wärmeerzeugern individuell entschieden wird.
Bei der Wasserenthärtung wird ein Verfahren angewendet, das
die Härtebildner Calcium und Magnesium gegen nicht Härte bildendes Natrium tauscht. Bei diesem Vorgang strömt das Wasser
durch eine Kartusche mit Ionentauscherharz. Dabei werden die
Salzbestandteile Calcium und Magnesium vom Harz aufgenommen und gegen Natriumionen ausgetauscht. (siehe Grafik rechts)
Die Entscheidung für eine der beiden Techniken beruht auf der
Leitfähigkeit des Wassers. Diese definiert den Gesamtgehalt
(= Gesamtmenge an Mineralien im Wasser) und lässt sich über
Leitfähigkeitsmessbestecke feststellen.
Für beide Methoden der Heizungswasserbehandlung werden
spezielle Enthärtungs- und (Voll-) Entsalzungssysteme angeboten. Welche Variante aber wählt man?
Ergebnis: Weiches Füllwasser, ggf. mit Resthärte von z.B. 8 °dH.
Die Leitfähigkeit des weiterhin salzhaltigen Wassers bleibt bei
diesem Prinzip unverändert, da Salz im Wasser gelöst bleibt.
Man spricht von salzhaltiger Fahrweise der Heizungsanlage.
Das Verfahren ist kostengünstig. Vorhandene Salze im Wasser
halten den pH-Wert weitgehend konstant.
Entsalzung (Salzarme Fahrweise )
Unterschiedliche »Fahrweisen«
Salzhaltig
Salzarm
Enthärtung
z.B. ca 8° dH
Entsalzung
z.B. 100° µs
Leitfähigkeit bleibt
Leitfähigkeit sinkt
Im Gegensatz zur Enthärtung, bei der die Härtebildner im Wasser getauscht werden, entfernen Entsalzungspatronen weitgehend alle Salze aus dem Füllwasser. Der Unterschied zur
Enthärtung liegt in der Leitfähigkeit des Wassers. Diese wird
deutlich reduziert, z.B. < 100 µs, wenn alle Salze im Heizungswasser entfernt werden.
Ergebnis: Entsalztes Füllwasser, besonders weiches Wasser.
Man spricht von salzarmer Fahrweise der Heizungsanlage.
Das Verfahren ist relativ teuer, z.B. durch den erhöhten Einsatz
von Austauscherharz. Durch die geringe Leitfähigkeit des salzarm aufbereiteten Wassers wird eine galvanische Korrosion
zwischen Metallen unterschiedlicher Spannungsreihen verringert, allerdings ist eine regelmäßige Überwachung des pH-Wertes erforderlich, da dieser unter einen bestimmten Wert sinken
oder aber auch extrem ansteigen kann und dann z.B. das Material Aluminium gefährdet.
Die Kontrolle des pH-Wertes sollte erst 8–12 Wochen nach der
Befüllung erfolgen!
Wichtig für den Fachmann sind aber nicht nur die Kenntnisse
über die unterschiedlichen Arten der Aufbereitung. Es sind auch
weiterführende Anforderungen z.B. bei Anwendung der Richtlinie VDI 2035 zu beachten. So besteht beispielsweise eine Verpflichtung zur Beratung des Betreibers und zur Dokumentation
z.B. über Einstellungen, Reparaturen, Komponententausch,
Wasserwechsel etc.
Thema pH-Wert
Da in der Regel keine sortenreine Installation, sondern eine
Mischinstallation vorhanden ist, müssen alle Werkstoffe sämtlicher Komponenten berücksichtigt werden.
„Geschützte” pH-Bereiche verschiedener Werkstoffe
pH 8,2
pH 8,5 Aluminium
pH 8,2
pH 8,2
oder
Enthärtungs-Kartusche
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pH 9,5 Kupfer
pH 10 Stahl
< > pH 8,2 – 8,5
Entsalzungs-Kartusche
Sind in der Anlage z.B. die drei Werkstoffe Aluminium, Kupfer, Stahl verbaut, sollte der pH-Wert des Heizungswassers
zwischen 8,2 – 8,5 pH liegen. Da sich die geschützten Bereiche der drei Werkstoffe überschneiden, kann somit keine
Korrosion entstehen.
Arbeitsweise eines
Ionentauschers am
Beispiel einer Heizungswasserenthärtung
Harz
Natrium-Ionen
Calcium- und
Magnesium-Ionen
Leitfaden für die Heizungswasseraufbereitung
1. Schritt:
Unter Beachtung des Anlagenvolumens entscheiden, welche Forderungen hinsichtlich der Gesamthärte
des Befüllwassers gelten.
2. Schritt:
In Abhängigkeit der eingesetzten Materialien entscheiden, ob Enthärtung oder Entsalzung die richtige
Aufbereitungsmaßnahme ist.
3. Schritt:
Befüllen und Dokumentieren. Dabei auf vollständige Entgasung achten!
4. Schritt:
Nach 8 bis 12 Wochen den pH-Wert und die Härte (Leitfähigkeit) kontrollieren und dokumentieren.
5. Schritt:
Jährlich Druckhaltung, pH-Wert, Leitfähigkeit und Ergänzungswassermenge kontrollieren und dokumentieren.
Empfohlene Vorgehensweise für den Heizungsbauer
> bei neuen Systemen
> neue Komponenten werden in
ein vorhandenes System integriert
1. Schritt: Unter Beachtung des spezifischen Anlagenvolumens
(z.B. Pufferspeichersysteme) entscheiden, welche Forderungen
hinsichtlich der Gesamthärte des Befüllwassers gelten.
1. Schritt: Prüfen der vorhandenen Wasserqualität auf
Leitfähigkeit, pH-Wert, etc.
2. Schritt: In Abhängigkeit der eingesetzten Materialien
(Achtung bei Aluminium!) entscheiden, ob Enthärtung oder
Entsalzung die richtige Aufbereitungsmaßnahme ist.
3. Schritt: Befüllen und dokumentieren. Eine vollständige Entlüftung der Anlage bei maximaler Betriebstemperatur ist zur
Vermeidung von Gaspolstern und Gasblasen unverzichtbar.
4. Schritt: Prüfen und Anschluss des Potentialausgleichs.
5. Schritt: Nach 8 bis 12 Wochen den pH-Wert und die
Leitfähigkeit kontrollieren und dokumentieren.
Wartungsvertrag anbieten und abschließen.
6. Schritt: Jährlich Druckhaltung, pH-Wert, Leitfähigkeit und
Ergänzungswassermenge kontrollieren und dokumentieren.
2. Schritt: In Abhängigkeit von der Wasserqualität das
vorhandene System reinigen und spülen.
3. Schritt: In Abhängigkeit von der gewählten Werkstoffe,
Kesselleistung und der Rohwasserqualität die richtige
Füll- und Ergänzungswasserqualität festlegen.
4. Schritt: Befüllen und dokumentieren. Eine vollständige Entlüftung der Anlage bei maximaler Betriebstemperatur ist zur
Vermeidung von Gaspolstern und Gasblasen unverzichtbar.
5. Schritt: Prüfen und Anschluss des Potentialausgleichs.
6. Schritt: Nach 8 bis 12 Wochen den pH-Wert und die
Leitfähigkeit kontrollieren und dokumentieren.
Wartungsvertrag anbieten und abschließen.
7. Schritt: Jährlich Druckhaltung, pH-Wert, Leitfähigkeit und
Ergänzungswassermenge kontrollieren und dokumentieren.
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02 .2 013
Das Wichtigste auf einen Blick
Folgen falscher Druckhaltung und
unzureichender Wasserqualität
Geräuschbelästigung durch eingeschlossene Luft,
tropfende Sicherheitsventile,
unzureichende Wärmeabgabe,
Ärger mit Eigentümern, Hausverwaltungen
und Mietern.
Das sind die Ursachen:
In heutigen Anlagen werden verschiedenste Materialien
eingesetzt, bei Fußbodenverlegungen verfügen die
Rohre häufig nur über geringe Querschnitte.
Es kommt zu Ansammlungen von Luft, Korrosion und
Schlamm im System, darüber hinaus sind ungünstige
Systemwahl, falsche Auslegung und fehlende Wartung
von Entgasungs- und Druckhaltesystemen, ein nicht
oder nur unzureichend durchgeführter hydraulischer Abgleich die Ursache.
Reparaturen an Heizungssystemen ergeben besonders
im Mietwohnungsbau Probleme hinsichtlich der Zugangsmöglichkeit in die Wohnungen. Umso wichtiger ist
es, dass der Auswahl und der Auslegung von Systemkomponenten höchste Aufmerksamkeit gewidmet wird.
Der Einsatz leistungsfähiger Systemkomponenten verhindert Störungen
bzw. Schäden:
1. Optimierung der Druckhaltung / MAG
Überprüfung der Dimensionierung (z.B. zu kleines MAG)
Überprüfung der Einstellung (z.B. zu geringer oder zu hoch
eingestellter Vordruck)
Überprüfung der Installation
Nachlassender Vordruck bei MAG
Fehlende oder unzureichende Wartung
2. Optimierung der Wasserqualität
Entgasung durch Komponenten wie Mikroblasenabscheider oder
Druckstufenentgaser
Schlammabscheidung auch mit Dauermagneten oder Kombigeräten
Wasseraufbereitung durch Enthärtung oder Entsalzung und
Optimierung des pH-Wertes.

Wichtig für Kundenzufriedenheit,
Garantieleistungen und bei Haftungsfragen:
Jährlich Druckhaltung, pH-Wert, Leitfähigkeit und Ergänzungswassermenge kontrollieren und dokumentieren – am besten im Rahmen
eines Wartungsvertrages.
Weitere hilfreiche Informationen unter: www.vdzev.de
Aktuelle Informationsbroschüren rund um das Thema Heizungsmodernisierung
finden Sie auf den Internet-Seiten der VdZ.
Die VdZ – Forum für Energieeffizienz in der Gebäudetechnik e. V. ist ein etablierter
Branchenverband mit Standort Berlin. Als Forum bieten wir eine Plattform für
den Interessenaustausch zwischen Industrie, Großhandel und Fachbetrieben.
Unsere Zielsetzung ist die rationelle und energiesparende Energieverwendung
durch Einsatz moderner Technologien für die Beheizung, Lüftung und Klimati-
sierung von Gebäuden. Bei der projektorientierten Aufbereitung von Fragestellungen der Branche verfolgen wir das Ziel einer systemübergreifenden und
energieträgerneutralen Darstellung. Die VdZ – Forum für Energieeffizienz in der
Gebäudetechnik e.V. – publiziert Informationsschriften für Fachbetriebe sowie
zur Weitergabe an deren Kunden.
Überreicht durch:
Ausgabe: Februar 2013
Herausgeber:
FÖGES – Fördergemeinschaft
Gebäude- und Energiesysteme GmbH
Oranienburger Straße 3
10178 Berlin
[email protected] · www.vdzev.de
www.intelligent-heizen.info
FORUM für
Energieeffizienz in der
Gebäudetechnik e.V.