Energieeffizienz fängt beim Heizungswasser an: Lufteintrag, Biofilm und Steinbildung vermeiden

Das Gebäudeenergiegesetz GEG legt energetische Anforderungen für Gebäude, die beheizt oder klimatisiert werden, fest. Es soll dazu beitragen, die Klimaziele zu erreichen und den Energieverbrauch und die CO₂-Emissionen im Gebäudesektor zu senken. Eine wesentliche Änderung schon mit dem GEG 2023 ist die Reduzierung des zulässigen Jahres-Primärenergiebedarfs für Neubauten von zuvor 75% des Referenzgebäudes auf 55%. Es gilt also nicht allein, noch effizientere Technologien rund um das Beheizen bzw. Klimatisieren eines Gebäudes zu nutzen. Insbesondere ist von Bedeutung, Energieeffizienzverluste zu vermeiden, denn der Aufwand zum Erfüllen der Anforderungen macht nur Sinn, wenn diese im Betrieb auch erreicht werden.

Wie das gelingen kann? Nach GEG § 59 sind Heizungsanlagen vom Betreiber sachgerecht zu bedienen. Der Anlagenersteller muss alle notwendigen Parameter, Wartungsarbeiten und Inspektionen des Gesamtsystems dokumentiert übergeben und eine Einweisung durchführen. Und nach GEG § 60 sind Komponenten, die einen wesentlichen Einfluss auf den Wirkungsgrad der Heizungsanlage haben, vom Betreiber regelmäßig fachkundig zu warten und instand zu halten. Beide Paragraphen werden durch das GEG 2024 nicht geändert, ihre Intention durch zusätzliche Effizienznachweise und -überprüfungen aber gestärkt.

Wärmeträgermedium Wasser nach VDI 2035

Zum Wärmeträgermedium Wasser macht die Richtlinie VDI 2035 unter dem Stichwort „Allgemeine Grundsätze“ diese Vorgaben: Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Korrosionsschäden in Warmwasser-Heizungsanlagen ist gering, wenn

• eine fachgerechte Planung und Inbetriebnahme erfolgt,
• die Anlage korrosionstechnisch geschlossen ist,
• eine fachgerecht ausgelegte und betriebene Druckhaltung integriert ist,
• die Vorgaben für das Füll- und Ergänzungswasser sowie das Heizwasser eingehalten und regelmäßig überprüft werden,
• eine regelmäßige Wartung und Instandhaltung des gesamten Heizungssystems durchgeführt wird,
• alle relevanten Planungsdaten und Betriebsparameter im Anlagenbuch dokumentiert sind und
• Mängel durch Ursachenbehebung beseitigt werden.

Um die hohen Effizienzwerte von modernen Wärmeerzeugern tatsächlich zu erreichen, muss das Wärmeträgermedium seine Wärme wie geplant und berechnet bei der Wärmeübergabe übergeben können(z. B. über Heizkörper, Flächenheizungen, Konvektoren und andere Wärmeübertrager).

Für die Wärmeübergabe werden Materialien mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit [W/(m ∙ K)] eingesetzt, z. B. Kupfer, Eisen, Aluminiumlegierungen usw. Diese Wärmeleitfähigkeit muss für ein effizientes System aufrechterhalten werden. Im Gegensatz dazu werden Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit als Dämmstoffe bezeichnet. Um die Effizienz des geplanten Wärmeübergangs aufrecht zu erhalten, müssen 

• stehende Gase (z. B. Luft),
• Biofilme (diese bestehen hauptsächlich aus extrazellulären polymeren Substanzen EPS; so schützen sich Bakterien vor einer thermischen Desinfektion) und

unbedingt vermieden werden – denn das Grundprinzip kostengünstiger Dämmstoffe ist der ruhende Einschluss technisch unbegrenzt verfügbarer Luft mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit von 0,0262 W/(m ∙ K) (Bild 4).

Die Vermeidung von Lufteintrag, Biofilm oder Steinbildung durch Kalkablagerungen sind also wesentliche Ziele zur Aufrechterhaltung des effizienten Wärmeübergangs. Deshalb gilt für die Effizienzklasse A (das sind korrosionstechnisch geschlossene Anlagen) des Wärmetransportmediums Wasser:

• je weniger Gase in den Heizkreis eingetragen werden, desto geringer ist das Risiko von Effizienzverlusten und Korrosion (Eisenwert < 0,5 mg/l)
• je weniger Nährstoffe (biologisch abbaubar, wie Organik, Phosphate oder Stickstoffverbindungen) in einem Heizungssystem vorhanden sind, desto geringer ist das Risiko einer Biofilmbildung (C-; P- und N-Gehalt < 5 mg/l)
• je weniger Kalk in ein Heizungssystem gelangt, desto geringer ist das Risiko von wärmedämmenden Kalkablagerungen (Härte < 0,5 °dH im Füllwasser).

Das von BWT entwickelte AQA therm Vitas-Konzept („du vermeidest“) und dessen Komponenten (Befüllwerkzeuge, Reinigungsanlagen sowie Nachspeisesysteme) sorgen ohne Zusatzstoffe für ein optimiertes Heizungswasser zur Vermeidung von Biofilm- und Kalkablagerungen. Das jeweils zum Einsatz kommende Membranverfahren reduziert beim Befüllen auch den Organikgehalt und den Bakterieneintrag wesentlich.

Probleme im Heizungswasser vermeiden, statt Mängel verbergen

Das AQA therm Vitas-Konzept beschreibt Strategien zur Vermeidung von Korrosion und Verlust an Energieeffizienz in Heizungssystemen und ist darüber hinaus geeignet, Umweltbelastungen durch Chemikalien zu reduzieren. Technisch gesehen ist das „Vermeide!“ beim ALARP-Prinzip schon länger in der Branche bekannt: ALARP – das Akronym aus „as low as reasonably practicable“, also „so niedrig, wie vernünftigerweise praktikabel“ – bedeutet als Grundsatz‚ jegliche Veränderung und jeglichen Zusatz von Stoffen zu minimieren.

Wenn durch den Einsatz von salzarmem Wasser die Risiken für Steinbildung, Biofilmbildung und für Korrosionsschäden (sinkt mit abnehmender elektrischer Leitfähigkeit des Heizwassers) nach dem ALARP-Prinzip reduziert werden, darf die Kontrolle der wichtigsten technischen Maßnahme zur Vermeidung des Sauerstoffzutritts (Luft) in die Heizungsanlage nicht fehlen:

Die zu erbringenden Leistungen der Werkstoff- und Bauteilauswahl (z. B. keine Wasser führenden Kunststoffteile ohne DIN-4726-Prüfung usw.) und die kontinuierliche Funktionsüberwachung der Druckhaltung setzen die im Kapitel 4 der VDI 2035 für die fachgerechte Planung und Inbetriebnahme genannten Grundsätze in der Praxis um. Das Frühwarnsystem zur Korrosionserkennung AQA therm HSS (Bild 5) kontrolliert die nach VDI 2035 geforderte Druckhaltung im Gesamtsystem und stellt die Effizienz des Wärmetransports und der Wärmeübergabe sicher. Das System erkennt nicht dicht schließende automatische Entlüfter, sauerstoffpermeable Bauteile und Unterdruckzustände des Gesamtsystems (Mängel in der Druckhaltung).

Die Konzept der Coupon-Überwachung von AQA therm HSS ist denkbar einfach: Ein ferritisches Eisenplättchen (Coupon) an der Spitze der Sonde kann korrodieren und somit an Masse verlieren. Die „AQA therm HSS“-Produkte messen diesen Masseverlust ganz genau. Mit der zugehörigen Software HSS Dashboard lassen sich die Daten einfach visualisieren. Über eine Warnfunktion werden die Anlagenbesitzer rechtzeitig gewarnt, sobald die Korrosionsrate einen kritischen Wert überschreitet.

Erstbefüllung mit Membranverfahren statt Entsalzungsharzen 

Nach dem Vitas-Konzept gilt es, Umweltbelastungen durch übermäßigen Einsatz von Mischbett-Harzen zur Entsalzung zu vermeiden. Gerade bei der Erstbefüllung eines Heizungssystems empfiehlt es sich nicht nur aus Kostengründen (entsalztes Füllwasser ist z. B. mit dem System AQA therm MovePower (Bild 7) für weniger als 4 Ct/l herzustellen) auf den Einsatz von Entsalzungsharzen zu verzichten und das Wasser stattdessen mit einer Membrantechnologie zu entsalzen und in die Anlage einzufüllen.

Kleinere Mengen, spätestens bei der Wartung des Membranausdehnungsgefäßes (das MAG muss bei der Wartung abgesperrt, entleert, mit Stickstoff vorgespannt und anschließend wieder mit entsalztem Heizungswasser aufgefüllt werden), können dann über eine fachgerecht installierte Befüllstation mit Entsalzungskartusche nachgespeist werden.

BWT hat es sich im Rahmen des AQA therm Vitas-Konzepts darüber hinaus zur Aufgabe gemacht, verbrauchte Filterkartuschen wieder einzusammeln und dem internen Recyclingprozess zuzuführen.

Dauerüberwachung der Druckhaltung

Die zurückliegenden Jahre (Stichwort: Pandemie) haben eindringlich vor Augen geführt, welche Bedeutung die Themen Digitalisierung, Flexibilität und stabile Lieferketten haben. Wo bisher Kostensenkung und Effizienz im Vordergrund standen, rücken heute verstärkt Flexibilität und Resilienz in den Vordergrund. Das gilt auch für die Gebäudetechnik: Wenn einzelne Komponenten einer Heizanlage nicht verfügbar und / oder nur schwer zu beschaffen sind, nutzt die beste Effizienz nichts.

Resilienz steht für Widerstands- und Anpassungsfähigkeit bei kurz- und langfristigen Veränderungen der äußeren Bedingungen. Hierbei spielen sowohl die Sicherheit als auch die Robustheit und damit die Langlebigkeit wichtige Rollen. Um Störungen an technischem Equipment frühzeitig zu erkennen, bevor die Verfügbarkeit beeinträchtigt wird, sind Sensoren und vor allem eine pfiffige Diagnostik erforderlich. Kurzes Nachdenken macht unmittelbar klar: Die Kosten dafür sind keine Frage des Wertes der zu überwachenden Anlage; viel wichtiger sind das Ausfallrisiko und mögliche Effizienzverluste (hier: der Heizung).

Die elektronische Coupon-Überwachung AQA therm HSS (Bild 5) bietet per Dauerüberwachung der Druckhaltung mit frühzeitiger Alarmmeldemöglichkeit eine langfristige Werterhaltung sowie Schutz vor Effizienzverlusten und Korrosionsschäden. Im Grunde geht es bei diesem System um „Predictive Maintenance“: Man misst permanent, um sich anbahnende Fehlzustände frühzeitig zu erkennen. Das gewährleistet eine stabil funktionierende Anlage. Nicht zuletzt bleiben natürlich eine regelmäßige Wartung der Anlagentechnik und spezifische Heizungswasseranalysen weiter unerlässlich. Beides zusammen bietet allen Beteiligten (TGA-Planer, Heizungsbauer, FM-Manager) „peace of mind“ – innere Ruhe. Resilienz in Bestform.

Dieser Artikel von Axel Kraushaar und Willibald Schodorf erschien zuerst in TGA Fachplaner Ausgabe 11/2023.

Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Axel Kraushaar ist Vertriebsleiter Technisches Geschäft mit Prokura bei der BWT Wassertechnik GmbH, 69198 Schriesheim, www.bwt.de