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1 Leitfaden für Fachleute info 21 FORUM für Energieeffizienz in der Gebäudetechnik e.v. Erhöhung von Funktionalität, Effizienz und Lebensdauer Druckhaltung und Wasserqualität in Heizungsanlagen

2 2 Typische Störungen im Heizsystem: eingeschlossene Luft tropfende Sicherheitsventile Korrosionsschäden schlechte Wärmeabgabe erhöhter Energieverbrauch

3 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

4 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. Rohrführung Fußbodenheizung 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

5 Das Problem»Luft«Wie gelangt Luft 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) Luft findet über viele Wege in die Anlage 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

6 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 2. Kompressor-Druckhalteanlage100 kw bis 5000 kw 3. Pumpen-Druckhalteanlage ab 100 kw 6

7 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

8 Formelzeichen und allgemeine Gleichungen für MAG V N Nennvolumen [l] des MAG (Bestellangabe MAG) V N (V e + V v ) * Df Merke: Zu große MAG sind nicht nachteilig. Aber auch sehr große MAG mit falschem Vordruck sind nicht funktionsfähig. V e Ausdehnungsvolumen [l] der Anlage V e = e * V A 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) V A Anlagenvolumen [l] (alle Komponenten Kessel, Heizkörper, FBH, Armaturen, Rohre, ggfs. Pufferspeicher etc. Der Inhalt des Systems kann über Kennwerte für einzelne Komponenten errechnet werden.) V V Wasservorlage [l] im MAG V V = 0,005 * V A, jedoch mindestens 3 l. Die Wasservorlage mit 0,005 = 0,5% des Anlagenvolumens ist nach EN die Wassermenge zur Bevorratung von systembedingten Wasserverlusten. D f Druckfaktor des MAG in der Anlage D f = (p e + 1 bar) / (p e - p 0 ) p o Vordruck [bar] des MAG (Bestellangabe MAG) p o = H stat / 10 m/bar + 0,3 bar Einzustellender gasseitiger Vordruck bei MAG. H stat = statische Höhe [m] der Anlage. H stat 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. p a Anfangsdruck [bar], oder auch [pf] Fülldruck der Anlage p a = p o + 0,3 bar mit 0,3 bar als empfohlene Mind.-Druckdifferenz zum Vordruck des MAG (Druck bei minimaler Systemtemperatur nach Einbringen der Wasservorlage). p e Enddruck [bar] in der Anlage p e = p sv - 0,5 bar p e = p sv - (0,1 x p sv ) mit für Sicherheitsventil 5 bar für Sicherheitsventil > 5 bar p sv dem Ansprechdruck [bar] des Sicherheitsventils und 0,5 bar als Mind.-Druckdifferenz des max. Betriebsanlagendrucks (Enddruck) zu p sv. Empfehlung Sicherheitsventil: p sv p o + 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 V A 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. 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 (T Vorlauf - T Rücklauf ) der Anlage. 8

9 Berechnungsbeispiele MAG (Membranausdehnungsgefäß) MAG in einer Heizzentrale ebenerdig bzw. Kellerzentrale Gegeben: - Pumpenwarmwasserheizung mit Heizmedium Wasser ohne Glykol - Temperaturwächter T W = 90 C - Statische Höhe H stat = 12 m - Anlagenvolumen V A = 280 l (ca. größeres Einfamilienhaus) Gesucht: - V N Nennvolumen MAG - p o Vordruck MAG - p sv Ansprechdruck Sicherheitsventil - p a Anfangsdruck (Fülldruck) der Anlage - p e Enddruck der Anlage MAG in einer Dachheizzentrale Gegeben: - Pumpenwarmwasserheizung mit Heizmedium Wasser ohne Glykol - Temperaturwächter TW = 90 C - Statische Höhe Hstat entfällt (Dachzentrale). Dafür hier Mindestzulaufdruck Umwälzpumpe gemäß Herstellerangaben; z.b. p Z = 0,7 bar - Anlagenvolumen V A = 280 l (ca. größeres Einfamilienhaus) Gesucht: - V N Nennvolumen MAG - p o Vordruck MAG - p sv Ansprechdruck Sicherheitsventil - p a Anfangsdruck (Fülldruck) der Anlage - p e Enddruck der Anlage Berechnung: V N (V e + V v ) * D f V e = e * V A = 0,036 * 280 l = 10,1 l (e = 0,036 = 3,6%, siehe Formelzeichen und allgemeine Gleichungen für MAG ) V v = 0,036 * V A, jedoch mindestens 3 l V v = 0,036 * 280 l = 1,4 l, jedoch mindestens 3 l. p o = H stat / 10 m/bar + 0,3 bar p o = 12 m / 10 m/bar + 0,3 bar p o = 1,5 bar p sv p o + 1,5 bar p sv 1,5 bar + 1,5 bar p sv 3,0 bar p a = p o + 0,3 bar p a = 1,5 bar + 0,3 bar p a = 1,8 bar Berechnung: V N (V e + V v ) * D f V e = e * V A = 0,036 * 280 l = 10,1 l (e = 0,036 = 3,6%, siehe Formelzeichen und allgemeine Gleichungen für MAG ) V v = 0,036 * V A, jedoch mindestens 3 l V v = 0,036 * 280 l = 1,4 l, jedoch mindestens 3 l. p o = p Z + 0,3 bar p o = 0,7 bar + 0,3 bar p o = 1,0 bar p sv p o + 1,5 bar p sv 1,0 bar + 1,5 bar p sv 2,5 bar => gewählt 3,0 bar p a = p o + 0,3 bar p a = 1,0 bar + 0,3 bar p a = 1,3 bar p e = p sv - 0,5 bar p e = 3,0 bar - 0,5 bar p e = 2,5 bar D f = (p e + 1 bar) / (p e - p o ) D f = (2,5 bar + 1 bar) / (2,5 bar - 1,5 bar) D f = 3,5 V N (V e + V v ) * D f (von oben) V N (10,1 l + 3 l) * 3,5 = 45,85 l p e = p sv - 0,5 bar p e = 3,0 bar - 0,5 bar p e = 2,5 bar D f = (p e + 1 bar) / (p e - p o ) D f = (2,5 bar + 1 bar) / (2,5 bar - 1,0 bar) D f = 2,33 V N (Ve + V v ) * D f (von oben) V N (10,1 l + 3 l) * 2,33 = 30,5 l Zur Berechnung von p o ist die statische Höhe nicht maßgebend da in diesem Beispiel nicht vorhanden. Hier ist p z einzusetzen oder der Mindestbetriebsdruck des Wärmeerzeugers, wenn dieser > p z ist. Ergebnis: Gewähltes MAG 50 l mit Vordruck 1,5 bar. Gewähltes Sicherheitsventil mit Ansprechdruck 3,0 bar Die Anlage wird mit einem Anfangsdruck p a = 1,8 bar befüllt und in Betrieb genommen. Wenn ein Drucksensor für den Anlagenmindestdruck vorhanden ist, wird dieser auf den Vordruck des MAG p o = 1,5 bar eingestellt; denn sinkt der Anlagendruck unter p o, wird Luft in die Anlage eingesogen > Luftprobleme und Korrosion! Ergebnis: Gewähltes MAG 35 l mit Vordruck 1,0 bar. Gewähltes Sicherheitsventil mit Ansprechdruck 3,0 bar Die Anlage wird mit einem Anfangsdruck p a = 1,3 bar befüllt und in Betrieb genommen. Wenn ein Drucksensor für den Anlagenmindestdruck vorhanden ist, wird dieser auf den Vordruck des MAG p o = 1,0 bar eingestellt; denn sinkt der Anlagendruck unter p o, wird Luft in die Anlage eingesogen > Luftprobleme und Korrosion! 9

10 Entgasung Gase können in Heizungsanlagen vielfältige Probleme verursachen: Geräusche, Korrosion, Ablagerungen, Zirkulationsstörungen, Reduzierung der Heizleistung und Verschlechterung der Effizienz 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 CO ² in gelöster Form. Stickstoff reichert sich nach der Befüllung und im Betrieb an, oft durch eingeschlossene Restluftmengen verursacht. Diese gehen bei steigendem Druck in Lösung. 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 > Ableiten Mikro- bzw. Gasblasen > Absondern und entfernen gelöste Luft > 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 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. 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

11 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

12 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: Entfüfter + Abscheider fu rmikroblasen + Druckstufen- Entgaser Vakuum + Druckstufen- Entgaser atmosphärisch + * Korrosion minimieren Erosion minimieren Erstentlüftung vor Inbetriebnahme Betriebsentgasung Zirkulationsstörungen minimieren Geräusche vermeiden Volle Heizleistung garantieren sehr gut geeignet geeignet mit Einschränkungen bedingt geeignet ungeeignet * nur bei Installation an Hochpunkten 12

13 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. 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. Klassische Schmutzfänger: Druckaufbau durch Zusetzten 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

14 Darüber hinaus sind auch Multifunktionsgeräte zur Schlammabscheidung und Entgasung verfügbar. Hier ein Beispiel mit fünf Funktionen: Multifunktionsgerät Entlüftung freier Gasblasen Mikroblasenabscheidung Abschlammung Magnetitabscheidung (Magnet) Sauerstoffbindung (Magnesium-Anode) Luft- und Schlammabschleider auch für senkrechten Einbau Einbausituation Großanlage Beispiel: Luft- (im Vorlauf) und Schlammabscheider (im Rücklauf) in Heizungssystemen mit mehreren Wärmeerzeugern 14

15 Ablagerungen und die Folgen Entstehung von Ablagerungen Falsche Installation von Ausdehnungsgefäßen Falsch eingestellte Ausdehnungsgefäße Zu klein dimensionierte Ausdehnungsgefäße Defekte Ausdehnungsgefäße, nachlassender Vordruck Undichte Anlagen, unzureichende Wartung Abnehmendes Platzangebot für die Wärmeerzeugung Gesamthärte >16,8 dh Hohe Füllwassermenge Zusammensetzung der Härtebildner Häufiges Nachfüllen der Heizungsanlage O2-durchlässige Fußbodenheizung Kompakte Wärmeerzeuger Warmwasserbereitung mit Plattentauscher Hohe Mengen an Härtebildnern im Heizungswasser Zu hoher Sauerstoff und Gasgehalt im Wasser (z.b. N2) Hohe Wärmestromdichte an den Heizflächen Ablagerungen Blockaden Korrosion Folge von Ablagerungen Ablagerungen Ablagerungen platzen ab durch thermische Spannungen Ablagerungen haften an Ablagerungen werden in das Heizsystem gespült Plattenwärmetauscher durch Ablagerungen zugesetzt Siedegeräusche Wärmestromdichten an frisch abgeplatzen Stellen erhöht Abgastemperatur kann eventuell ansteigen Heizflächen überhitzen Blockierung z.b. von Thermostatventilen Warmwasserleistung reduziert Siedegeräusche In seltenen Fällen kann der Jahresnutzungsgrad leicht sinken Lebensdauer des Wärmetauschers beeinträchtigt, Totalausfall 15

16 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 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 V Anlage 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 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 50kW in den Fokus. Nennwärmeleistung 50 kw bei spez. Wasserinhalt des Wärmeerzeugers 0,3 l/kw 50 kw bei spez. Wasserinhalt des Wärmeerzeugers < 0,3 l/kw (Umlaufwasserheizer) Gesamthärte keine Anforderungen 16,8 dh 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). > 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). 16

17 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 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 (71), Wartung Installation DIN 4807 Teil 2, (abgelöst durch EN 12828) EN , Heizungsanlagen in Gebäuden, Anhang D, Dimensionierung DIN (abgelöst durch EN 12828) VDI 4708, Druckhaltung, Entlüftung, Entgasung DIN 50900, Korrosion der Metalle VDI , VDI , Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen DIN EN 1717, Schutz des Trinkwassers DIN Die am 1. November 2011 in Kraft getretene Änderung der Trinkwasserverordnung schreibt vor, dass Trinkwasser durch den Einsatz geeigneter Sicherungseinrichtungen nach DIN in Verbindung mit DIN EN 1717 vor Verunreinigungen zu schützen ist. Damit wurde die Normkonkurrenz zwischen der DIN und der DIN EN 1717 aufgehoben. 17

18 Heizwasseraufbereitung 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. 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? Unterschiedliche»Fahrweisen«Salzhaltig Salzarm Enthärtung Entsalzung z.b. ca 8 dh z.b. 100 µs Leitfähigkeit bleibt Leitfähigkeit sinkt Enthärtung (Salzhaltige Fahrweise) 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) 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 ) 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 Enthärtungs-Kartusche oder Entsalzungs-Kartusche ph 8,2 ph 8,2 ph 8,2 < > ph 8,5 Aluminium ph 8,2 8,5 ph 9,5 Kupfer ph 10 Stahl 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. 18

19 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 1. Schritt: Unter Beachtung des spezifischen Anlagenvolumens (z.b. Pufferspeichersysteme) entscheiden, welche Forderungen hinsichtlich der Gesamthärte des Befüllwassers gelten. 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. > neue Komponenten werden in ein vorhandenes System integriert 1. Schritt: Prüfen der vorhandenen Wasserqualität auf Leitfähigkeit, ph-wert, etc. 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. 19

20 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: apple Jährlich Druckhaltung, ph-wert, Leitfähigkeit und Ergänzungswassermenge kontrollieren und dokumentieren am besten im Rahmen eines Wartungsvertrages. Weitere hilfreiche Informationen unter: 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 Klimatisierung 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 Berlin FORUM für Energieeffizienz in der Gebäudetechnik e.v.

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