Unter dem Titel "Elektrochemische Behandlung bietet zusätzliche Sicherheit" erschien im Heizungsjournal Heft 11 (November 2011) ein Fachbeitrag über die Vorteile, die sich aus der Kombination vollentsalztes Wasser und elektrochemischer Wasserbehandlung mit elector-Korrosionsschutzgeräten bei der nachhaltigen Sanierung von Heizungsanlagen ergeben.

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Elektrochemische Behandlung bietet zusätzliche Sicherheit

Das Heizungswasser und die nachhaltige Sanierung

Bei der nachhaltigen Sanierung von Heizungsanlagen kann die Qualität des Füll- und Heizungswassers ein entscheidender Faktor für die lange Lebensdauer der Heizung bei gleichbleibender Wärmeübertragung sein.

Wie in der VDI-Richtlinie 2035 ausführlich dargestellt, sind Schäden durch Korrosion und Steinbildung in Heizungsanlagen nicht zu erwarten, wenn diese nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik geplant, gebaut, befüllt, betrieben und gewartet werden. Die Realität sieht häufig aber ganz anders aus.

Gerade bei der Sanierung von Altanlagen wird man oftmals mit Bausituationen konfrontiert, die dem heutigen Stand der Technik nicht entsprechen. Die denkbar einfachste Form der Altanlagensanierung, ein kompletter Austausch der alten Anlage, ist praktisch nicht möglich. Welcher Kunde ist schon dazu bereit, den Fußboden aufstemmen zu lassen, um die alten Fußbodenheizungsrohre durch neue, diffusionsdichte Rohre auszutauschen?
Was dem Planer und dem ausführenden Handwerker bleibt, ist eine ausführliche Bestandsaufnahme der bestehenden Anlage sowie eine korrekte Planung und Ausführung der neuen Anlagenbauteile unter der Berücksichtigung, dass

• die neuen Bauteile sensibler auf äußere Einflüsse, wie Heizungswasser, reagieren und sich unproblematisch in das bestehende Gewerk einfügen,
• die Strömungsverhältnisse in alten Anlagenteilen oftmals die Wärmeverteilung verschlechtern,
• auch bei korrekter Druckhaltung ggf. mit Sauerstoffeintrag zu rechnen ist,
• neue Wärmeerzeuger wesentlich geringere Vorlauftemperaturen aufweisen und Systemtrennungen sowie Altablagerungen die Effizienz mindern können,
• Verunreinigungen aus Teilen der Altanlage die neuen Bauteile schädigen können,
• die Qualität des Füll- und Heizungswassers Gewährleistungsbedingungen entsprechen muss und einen störungsfreien Betrieb mit allen Bauteilen begünstigt.

Bestehen die alten Steigleitungen beispielsweise aus Stahl, kann es sinnvoll sein, auf den Einsatz eines neuen Wärmeerzeugers mit Aluminium-Wärmeübertrager zu verzichten. Diese Kombination ist zwar prinzipiell möglich, allerdings verkleinert sich der Rahmen für den möglichen pH-Wert des Heizungswassers. Liegt dieser für Stahl bei 8,2 bis 10, so sollte bei Anwesenheit von Aluminiumbauteilen der pH-Wert 8,5 möglichst nicht übersteigen (Abb. 1). Dies verlangt ein genaues Einstellen
und eine stete Überwachung des Heizungswassers. Da im späteren Betrieb meist mehrere unterschiedliche Personen Hand an die Anlage legen, kann diese Überwachung meist nur unzureichend realisiert werden.

Neben dem pH-Wert ist bei Altanlagen der Sauerstoffgehalt im Wasser vielfach unkalkulierbar. Kann unnötiger Sauerstoffeintrag mit einer neuen Auslegung der Druckhaltung, einem korrektem Fülldruck sowie der Vermeidung von Unterdruckbildung vermieden werden, so sind dennoch vielfach Sauerstoffeintrittsquellen in den Altanlagenteilen vorhanden. Von einem leicht erhöhten Sauerstoffgehalt im Heizungswasser müsste bei derartigen Anlagen von vorne herein ausgegangen werden. Zur Sicherheit sollte sich hier die Leitfähigkeit des Heizungswassers in einem tolerablen Rahmen gemäß der salzarmen Betriebsweise nach VDI 2035 befinden (Abb. 2). Diese empfiehlt bei einem Sauerstoffgehalt <0,1mg/l eine Leitfähigkeit von <100 μS/cm.

Vorteile durch vollentsalztes Wasser
Ob die Sauerstoffeintrittsquellen durch einen Wärmeübertrager abgetrennt werden sollten, ist letztendlich auch eine Frage des Energieverlustes. Wird als neuer Wärmeerzeuger z.B. eine Wärmepumpe mit geringen Vorlauftemperaturen verwendet, kann ein zusätzlicher Wärmeübertrager schon zu erhöhten Effizienzverlusten führen. Derartige Verluste sind auch durch Ablagerungen aus Korrosionsprodukten und Kalk in alten Wärmeüberträgern möglich. Eine gute Reinigung der alten Anlagenteile unter Zuhilfenahme eines Reinigungs- und Dispergiermittels für Heizungsanlagen ist hier sicherlich angebracht. Nur so kann möglichen Problemen durch Rückstände vorgebeugt werden, die unerwünschte chemische Reaktionen auslösen könnten. Neben den baulich vorbeugenden Maßnahmen ist letztendlich die Qualität des Heizungswassers bei Verbindung von neuen und alten Bauteilen entscheidend für den Schutz vor Steinbildung und Korrosion. Bei einer Vielzahl der Heizungsanlagen besteht Bedarf an alkalischem Wasser mit geringer Leitfähigkeit. Ständige Sauerstoffbindung und Schutz der neuen Anlagenteile vor sich lösenden Ablagerungen aus Altanlagenbeständen sind ebenfalls sinnvoll.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, bietet sich die Möglichkeit, vollentsalztes Wasser zur Füllung und Nachspeisung sowie ein Gerät zur elektrochemischen Wasserbehandlung einzusetzen.

Die Vorteile und Herausforderungen bei der Nutzung von vollentsalztem Wasser im Zuge der Füllwasseraufbereitung gemäß VDI 2035 sind in den vergangenen Jahren erschöpfend in der Fachpresse diskutiert wor den. Dennoch sei nochmals darauf hingewiesen, dass sich vollentsalztes Wasser aufgrund seiner
Härte von ~0°dH hervorragend als vorbeugende Maß nahme gegen Steinschäden eignet. Darüber hinaus ist die geringe Leitfähigkeit von <10 μS/cm der erste
Schritt für einen optimalen Korrosionsschutz in der Heizung. Nicht zu vernachlässigen ist die Tatsache, dass bei der Erzeugung von vollentsalztem Wasser Chloride entfernt werden, die selbst an Edelstahl Korrosion mit verursachen können. Gibt die VDI 2035 in ihrer derzeitigen Version hier noch keine Empfehlung, so sind die Österreicher in der aktuellen Ausgabe der ÖNORM H 5105-1 einen Schritt weiter und empfehlen einen Chloridgehalt von <30mg/l. Der Grenzwert nach der deutschen Trinkwasserverordnung von 250mg/l lässt sich auf den Betrieb von Heizungsanlagen demnach nicht übertragen.
Oftmals wird der pH-Wert des vollentsalzten Wassers als Gefahrenpotential dargestellt, der sich Kritikern zufolge im sauren Bereich befindet. Bei korrekter Erzeugung von vollentsalztem Wasser muss dieser Aussage jedoch widersprochen werden. Innerhalb der Kapazitätsgrenze der Wasseraufbereitungseinheit befindet sich der pH-Wert des vollentsalzten Wassers im neutralen Bereich (Abb. 3). Als Kapazitätsgrenze muss bei der Vollentsalzung eine Leitfähigkeit des aufbereiteten Wassers von 10μS / cm angesehen werden. Ab dieser Leitfähigkeit zeigt der Anionentauscher des Mischbettharzes Erschöpfungserscheinungen, wodurch die Kohlensäure nicht mehr entfernt wird – der pH-Wert des dann nur noch teilentsalzten Wassers sinkt in den sauren Bereich.

Wird die Heizungsanlage mit vollentsalztem Wasser befüllt, weicht die Leitfähigkeit des Wassers gerade bei Altanlagen nach der Befüllung vielfach stark von der des Füllwassers ab. Rückstände aus der Anlage lösen sich im reinen vollentsalzten Wasser und bestimmten letztendlich dessen Leitfähigkeit und pH-Wert,der sich im Normalfall bei pH=8 einpendelt. Sollten jedoch säurebildende Rückstände in der Anlage vorhanden sein, so kann dann der pH-Wert in den sauren Bereich fallen, denn das vollentsalzte Wasser verfügt über keine Inhaltstoffe, die als Puffer dienen könnten.

Einsatz von Korrosionsschutzgerät vorteilhaft

An dieser Stelle spielt bei der Zusammenführung von Neu und Altbauteilen der Einsatz eines Gerätes zur elektrochemischen Wasserbehandlung, wie beispielsweise der Einsatz des elector-Korrosionsschutzgerätes, seine Stärke aus. Der pH-Wert von vollentsalztem Wasser wird automatisch bei 9,5 eingestellt und gegen Säuren gepuffert. Der Einsatz zusätzlicher Inhibitoren oder pH-Stabilisatoren ist hierbei überflüssig.

Das Verfahren der elektrochemischen Wasserbehandlung (in der Vergangenheit oftmals irrtümlich mit dem kathodischen Korrosionsschutz gleichgesetzt) basiert auf Reaktionen, die im Wasser beim Durchfließen einer galvanischen Zelle aus gelöst werden. Die Korrosionsschutzgeräte sind Reaktionsbehälter, die in die Heizungsanlage so eingebaut werden, dass sich stets eine Teilmenge des Heizungswassers in ihnen befindet (Abb. 4). Durch den Einsatz einer hochreinen Magnesiumelektrode (Anode) wird eine galvanische Zelle ausgebildet, die zu einer

konstanten Reduzierung des gelösten Sauerstoffs im Heizungswasser führt. Durch die Bildung von Magnesiumhydroxid-Ionen stellt sich der pH-Wert im genannten Bereich ein. Verunreinigungen, die vom Wasser mitgeführt werden, fallen aus.

In den vergangenen Jahren wurden diese Geräte vielfach zur einfachen Sanierung verschlammter Fußbodenheizungen eingesetzt. Verunreinigungen im System werden abgetragen und können über die Behälter entfernt werden, das Heizungswasser wird und bleibt klar – die Effizienz der Wärmeübertragung
wieder hergestellt. Häufig wurden sogar stark verschlammte Fußbodenheizungen wieder frei – ganz ohne vorherige Spülarbeiten. Bei den heutigen Anforderungen an das Füllwasser dient die elektrochemische Wasserbehandlung als zusätzliche Sicherheit und ermöglicht ein salzarmes alkalisches Heizungswasser mit geringster Härte.

Die Einstellung des pH-Wertes durch Zugabe von Stabilisatoren steigert generell die Leitfähigkeit des Wassers. Da das in der galvanischen Zelle gebildete Magnesiumhydroxid nur eine sehr geringe Wasserlöslichkeit von ~0,009g/l in Reinstwasser hat, wird eine geringe Leitfähigkeit des Heizungswassers ermöglicht. Zum Vergleich: Ein pH-Stabilisator wie Trinatriumphosphat verfügt über eine Löslichkeit von 88g/l.

Die Löslichkeitsgrenze des Magnesiumhydroxids wird durch den pH-Wert bestimmt. So wird das Magnesium in den Korrosionsschutzgeräten ab einem
pH-Wert von 9,5 in Feststoffform abgeschieden. Einer unkontrollierten Zunahme von pH und Leitfähigkeit ist somit vorgebeugt.

Ein weiterer wichtiger Faktor für die Qualität des Heizungswassers ist dessen Härte, welche mit der Vollentsalzung durch Entfernung der härtebildenden Karbonate und Bicarbonate auf annähernd 0°dH gebracht wird.
Im Zusammenspiel mit der elektrochemischen Wasserbehandlung spielt auch hier die geringe Löslichkeit der pH-stabilisierenden Magnesiumhydroxidionen eine entscheidende Rolle – die Härte bleibt weitgehend unverändert klein.
Dem Korrosionsschutz dienlich ist die starke Reduzierung des gelösten Sauerstoffs im Heizungswasser durch die elektrochemische Wasserbehandlung, wodurch der gesamte Sauerstoffgehalt entscheidend abgesenkt wird. Eine zusätzliche Entfernung von Mikroluftblasen mit einem geeigneten Abscheider kann hier noch eine sinnvolle Ergänzung sein.

Fazit
Insgesamt betrachtet entwickelt sich durch die elektrochemische Wasserbehandlung eine Beschaffenheit des Heizungswassers, die der Bildung stabiler Deckschichten zum Korrosionsschutz auf den Metallen im System zuträglichist.

In Bezug auf Aluminium zeigt die langjährige Erfahrung bei Einsatz der elektrochemischen Wasserbehandlung, dass auch dieses Metall trotz höheren pHWerts stabile Deckschichten aufbauen kann. Die praktischen Erfahrungswerte weisen den Einsatz von vollentsalztem Wasser als Voraussetzung auf.

Durch die gering bleibende Anzahl gelöster Stoffe und Gase werden bei dieser Kombination pH-Wert und Korrosionspotential maßgeblich von Magnesiumhydroxid-Ionen bestimmt. Dies scheint zu einer Stabilität der Deckschichten von Aluminium auch bei pH-Werten zwischen 9 und 10 beizutragen. Gestützt werden diese Erfahrungen von den theoretischen pH-Diagrammen von Aluminium, nach denen dessen Passivität, also die Ausbildung stabiler Deckschichten,in Abhängigkeit zu der Stoffmengenkonzentration im Wasser steht (Abb. 5).

Bei der nachhaltigen Heizungssanierung spielte eine Vielzahl von unbeeinflussbaren Gegebenheiten eine große Rolle, und dem Installateur bietet sich eine Vielzahl bewährter Möglichkeiten zur erfolgreichen Durchführung des Vorhabens. Gut beraten ist, wer nach dem Ausschlussverfahren möglichen Gefahren vorbeugt. Die Kombination aus vollentsalztem Füll- und Ergänzungswasser und der elektrochemischen Wasserbehandlung ist ein solcher Ansatz, der ohne aufwändige Kontrollen durch den Installateur Sicherheit beim späteren Betrieb der Anlage bietet und dabei den Vorgaben der VDI 2035 entspricht. Zur Umsetzung der möglichen Material- und Verfahrenskombination steht natürlich am Ende immer die Frage, ob hiermit den Vorgaben von Kessel- und Komponentenherstellern entsprochen erden kann.