HEIZUNG/LÜFTUNG/ELEKTRIZITÄT Energietechnik im Gebäude     BAU & ENERGIE

2.7 Heizzentrale

Ausgewählte Firmen der Wärmeerzeugung

2.1 Bemessungsfragen
2.2 Öl- und Gasfeuerung
2.3 Holzfeuerung
2.4 Wärmepumpen
2.5 Aktive Solarsysteme
2.6 Wärme-Kraft-Kopplung
2.7 Heizzentrale
2.8 Systemvergleich

2.7.1 Heizraum

2.7.1 Heizraum – 2.7.2 Abgasanlagen – 2.7.3 Wärmespeicher – 2.7.4 Sicherheitseinrichtungen – 2.7.5 Wasseraufbereitung

Die Grösse des Heizraums sollte eine zweckmässige Installation und Wartung des Wärmeerzeugers, des Wassererwärmers und der gesamten Peripherie ermöglichen (Bild 2.45). Angaben zum Volumen von Brennstofflagern sind in [SIA 384/1] zu finden. Im Weiteren ist auch an kommende Entwicklungen mit meistens grösserem Raumbedarf zu denken. Bei Speichern ist jeweils die Raumhöhe kritisch.

Raumbedarf von Heizzentralen abhängig von der Wärmeerzeugerleistung
Bild 2.45 Raumbedarf von Heizzentralen abhängig von der Wärmeerzeugerleistung

Bei Feuerungen wird eine nach aussen führende Verbrennungsluft-Öffnung von 6 cm2 pro kW Kesselleistung benötigt. Wenn der Heizraum innerhalb der dichten, thermischen Gebäudehülle liegt, muss die Verbrennungsluft direkt dem Brenner zugeführt werden. Wenn die Gefahr besteht, dass Halogenverbindungen (vor allem Fluor- und Chlorverbindungen) aus Wasch-, Lösungs- oder Kältemitteln in die Verbrennungsluft gelangen, sollte die Luftzufuhr ebenfalls direkt zum Brenner erfolgen, um Korrosionsschäden zu vermeiden.

2.7.2 Abgasanlagen

2.7.1 Heizraum – 2.7.2 Abgasanlagen – 2.7.3 Wärmespeicher – 2.7.4 Sicherheitseinrichtungen – 2.7.5 Wasseraufbereitung

Die Abgasanlage soll die Abgase einer Feuerung sicher ins Freie abführen.

Herkömmlicher Kamin mit Naturzug

Der Kaminzug wird durch den Gewichtsunterschied der heissen Abgase im Kamin und der gleich hohen, kalten Aussenluftsäule bewirkt. Es entsteht dabei ein Unterdruck in der Abgasanlage. Auch wenn der Kamin nicht ganz dicht ist, besteht keine Gefahr, dass Abgase in Wohnräume austreten.

Bei einem Naturzugkessel (z.B. Holzofen ohne Gebläse) muss der Querschnitt so gewählt werden, dass bei dem durch die Verbrennung gegebenen Abgasmassenstrom der Kaminzug dem gesamten Druckverlust von Luftansaugleitung, Ofen und Abgasanlage entspricht. Bei einem Kessel mit Gebläse wird dieses lediglich dazu benutzt, den Druckverlust des Kessels zu überwinden, sodass am Eintritt in die Abgasanlage Atmosphärendruck oder leichter Unterdruck herrscht. Der natürliche Zug muss nur die Druckverluste von Kamin und Rauchrohr überwinden.

Abgasanlage mit Überdruck

Bei Kondensationskesseln ist die Temperaturdifferenz Abgas - Aussenluft so gering, dass kein genügender Naturzug entsteht. Der Brennerventilator hat deshalb alle Druckverluste vom Luftansaug bis zur Kaminmündung zu überwinden. Es entsteht dabei ein Überdruck in der Abgasanlage. Diese muss daher vollkommen dicht sein.

Probleme bei herkömmlichen Kaminen

Unter ungünstigen Umständen (überdimensionierte gemauerte Kamine) kühlen sich die Abgase so stark ab, dass der Wassertaupunkt unterschritten wird. Es entsteht saures Kondensat, welches die Kaminwand zerstört und dunkle Flecken an der Kaminaussenwand zurücklässt (Kaminversottung). Unter günstigen Umständen können gemauerte Kamine Abgastemperaturen bis hinunter auf 140 °C unbeschadet überstehen:

  • richtig dimensionierter Kamin
  • Einlass trockener Luft am Kaminfuss (Bild 2.46)
  • Kamin innerhalb Gebäude
Klappen im Kaminfuss (Nebenluftklappe, Zugbegrenzer, Explosionsklappe)
Bild 2.46 Klappen im Kaminfuss (Nebenluftklappe, Zugbegrenzer, Explosionsklappe)

Sofern kein Kondensatablauf eingebaut ist, muss die Abgastemperatur überall über dem Wassertaupunkt liegen. Massgebend ist der zeitliche Mittelwert der Abgastemperatur in Wandnähe während der Brennzeit. Bei Verbrennungsbeginn tritt zunächst meistens Kondensation ein. Folgende Faktoren bewirken, dass der Wassertaupunkt auch am Kaminende regelmässig überschritten wird und allfälliges Kondensat wieder verdunstet:

  • Kamindämmung
  • schnelle Aufheizbarkeit der inneren Oberfläche
  • lange Brennzeiten
  • tiefer Taupunkt
Moderne Abgasanlagen

Die hauptsächlich verwendeten Materialien sind:

  • Kunststoffrohre (PVDF, PP) haben sich inbesondere bei kleineren kondensierenden Kesseln durchgesetzt.
  • Edelstahlrohre weisen eine geringe Wärmeträgheit auf. Sie korrodieren aber im Falle verunreinigter Verbrennungsluft, insbesondere durch Halogenverbindungen, wie sie in Reinigungs- und Lösungsmitteln vorkommen.
  • Kamine aus Keramikprodukten werden oft als ganzes Bauteil eingesetzt, das mehrere Abgasrohre und einen Verbrennungsluftkanal enthalten kann.

Um die Verbrennungsluft direkt einem Kessel zuzuführen, werden Abgasleitungen oft doppelwandig ausgeführt. Im Aussenraum strömt die Verbrennungsluft. Ein solches Luft-Abgas-System LAS bewirkt eine zusätzliche Wärmerückgewinnung nach dem Kesselaustritt.

Bemessung von Abgasanlagen

Der benötigte Durchmesser einer Abgasleitung hängt ab von Leitungslänge, Kesselleistung, Abgastemperatur und Brennstoff (Beispiel Bild 2.47). Dimensionierung und Ausrüstung sollten mit dem Kesselhersteller und der Kaminbaufirma abgesprochen werden.

Abgasleitungsdurchmesser für Kessel mit Öl-/Gasgebläsebrenner, Abgastemperatur 120 °C
Bild 2.47 Abgasleitungsdurchmesser für Kessel mit Öl-/Gasgebläsebrenner, Abgastemperatur 120 °C

Die Funktion der Abgasanlage wird von den Luftströmungen an der Mündung beeinflusst. Die Mündung sollte in einer Zone möglichst ungestörter Luftströmungen liegen. Sie muss höher als der Dachfirst oder benachbarte Hindernisse liegen. Dadurch lassen sich auch Belästigungen durch Abgase meistens vermeiden. Die Mindesthöhe über Dach ist vorgeschrieben [BAFU2] .

2.7.3 Wärmespeicher

2.7.1 Heizraum – 2.7.2 Abgasanlagen – 2.7.3 Wärmespeicher – 2.7.4 Sicherheitseinrichtungen – 2.7.5 Wasseraufbereitung

Speicherarten

Je nach Zweck des Speichers muss die Wärme für sehr verschiedene Zeitdauern gespeichert werden:

Pufferspeicher (technischer Speicher)

Kurzfristige Speicherung für eine Dauer von 0,2 bis 2 h. Pufferspeicher werden eingesetzt zur Ver­min­de­rung der Einschalthäufigkeit des Wärmeerzeugers und zur hydraulischen Entkopplung von der Wär­me­ver­tei­lung. Anwendung beispielsweise bei Wär­me­pum­pen und BHKW.

Kurzzeitspeicher

Speicherung für eine Dauer von 0,2 bis 2 Tagen. Ein sol­cher Speicher übernimmt zu­sätz­lich den Ausgleich zwischen Wärmeangebot und -nachfrage. Wärme muss nicht gleichzeitig erzeugt und verbraucht wer­den. Anwendung bei Holzkesseln, Solar­speichern und Brauchwasserspeichern.

Langzeitspeicher (Saisonspeicher)

Speicherung während Wochen oder Monaten von der warmen zur kalten Jahreszeit. Grosse Heiz­was­ser­spei­cher können, zusammen mit einem mo­no­va­len­ten Solarsystem, die Heizperiode überbrücken (Bild 2.32 und [Sch1]). Auf tie­fe­rem Temperaturniveau ist bei Grossanlagen die Langzeit-Spei­che­rung im Untergrund durchführbar.

Wärme kann durch Temperaturerhöhung oder durch Pha­se­nän­de­rung gespeichert werden:

Sensibelwärmespeicher

Sensibelwärmespeicher nutzen die sogenannte sen­si­ble oder fühlbare Wärme von Speichermedien: Was­ser, Magnesit, Steine, Beton, Erde.

Latentwärmespeicher

Latentwärmespeicher nutzen vor allem die Schmelz­­wär­me von Medien mit Schmelztempera­­turen von 25 bis 45 °C. Ein Vergleich von La­tent­spei­cher­me­dien wie z.B. Glau­ber­salz mit Wasser zeigt: Bei ei­ner Tem­pe­ra­tur­span­ne geladen–entladen von 40 K genügen etwa 40 % des Volumens von Wasser. Für viele Zwecke sind trotzdem die Kosten relativ hoch, und die In­te­gra­ti­on ins System ist schwieriger. Eis­spei­cher mit Schmelztem­pe­ra­tur 0 °C werden in der Kältetechnik sowie auch als Wärmequelle für Wärmepumpen ver­wen­det.

Grundsätzliches zu Sen­si­bel­wär­me­spei­chern

Die Wärmekapazität C eines Speichers ist die not­wen­di­ge Energie, um diesen um 1 K zu er­wär­men:

C   Wärmekapazität des Speichers in kJ/K
m   Masse des Speichermediums in kg
c   spezifische Wärmekapazität des Speichermediums, Bild 2.48
 
Spezifische und volumetrische Wärmekapazität von Speichermedien
Bild 2.48 Spezifische und volumetrische Wärmekapazität von Speichermedien

Der nutzbare Wär­mein­halt Q ei­nes Spei­chers ist gleich der zu­zu­füh­ren­den Wärme, um die­sen von der mi­ni­ma­len Betriebstemperatur θmin auf die Temperatur θ zu brin­gen.

Die momentane Verlustleistung ist proportional zur Temperaturdifferenz θθu, wobei θu die Umgebungstemperatur ist. Die Zeitkonstante beschreibt die Abkühlung des Spei­chers aufgrund der Verluste, ohne Entzug von Nutzwärme.

τ   Zeitkonstante in s
C   Wärmekapazität des Speichers in J/K
f   Faktor für Wärmebrücken: 1,2 bis 1,5 (gut gedämmt)
U   Wärmedurchgangskoeffizient der Dämmung in W/m2K
A   Fläche (Mittel von innen und aussen) in m2
 

In Bild 2.49 ist das Exponentialgesetz dargestellt, nach welchem die Speichertemperatur θ aufgrund der Verluste im Lauf der Zeit ab­nimmt. Die Tan­gen­te der Auskühlkurve im Start­punkt schnei­det die Zeitach­se im Punkt t = τ.

Auskühlung eines hydraulisch abgekoppelten Speichers bei konstanter Umgebungstemperatur θu
Bild 2.49 Auskühlung eines hydraulisch abgekoppelten Speichers bei konstanter Umgebungstemperatur θu

Das Dia­gramm kann benutzt werden, um die Ver­lust­lei­stung eines Spei­chers auf einfache Weise ex­pe­ri­men­tell zu be­stim­men, indem man Wärmezu- und -abfuhr un­ter­bin­det und zu einem späteren Zeit­punkt die noch vor­han­de­ne Speichertemperatur misst.

Der Speicherwirkungsgrad gibt an, welcher Anteil des anfänglich nutzbaren Wärmeinhalts Q0, nach einer Periode ohne Wärmeentzug, an das Heiz­sy­stem abgegeben werden kann:

Q0   nutzbarer Wärmeinhalt am Anfang in kJ
QV   Wärmeverlust in kJ
θ   Speichertemperatur in °C
θ0   Anfangstemperatur in °C
θmin   Mindestbetriebstemperatur in °C
 
Beispiel:

Im Speicher einer Holzheizung soll die Wärme mit einem Speicherwirkungsgrad von 90 % während 12 h gespeichert werden.

  • Anfangstemperatur θo = 90 °C
  • Min. Betriebstemperatur θmin = 50 °C
  • Umgebungstemperatur θu = 10 °C 

Wie gross muss die Zeitkonstante sein?

Lösung:

Am Ende der Zeitperiode ohne Wärmeentnahme gilt:

Gemäss Bild 2.49 ist diese Temperatur bei t = 0,05 · τ erreicht. Es ist also eine Zeitkonstante τ = 12 h / 0,05 = 240 h zu for­dern (mehr als vie­le aus­ge­führ­te Spei­cher auf­wei­sen!).

Wasserspeicher

Die hervorragenden Eigenschaften des Wassers ma­chen dieses zum häufigsten Speichermedium. Die Spei­cher­ver­lu­ste ausgeführter Speicher sind infolge von Wärmebrücken wesentlich grösser als die Verluste durch die Isolation allein (bis 5fach). Ein schlecht isoliertes Rohr löst geradezu einen kalten Wasserfall aus (Bild 2.50): Im oberen Teil des Rohr­quer­schnitts strömt warmes Wasser vom Speicher weg und kühlt ab. Im unteren Teil erfolgt die kalte Rückströmung. Dieser Vorgang wird als Gegenstromzirkulation bezeichnet.

Versuchsanordnung zum Wasserfalleffekt
Bild 2.50 Versuchsanordnung zum Wasserfalleffekt

Für eine optimale Speicherfunktion ist auch die Schich­tung wichtig. Kaltes und warmes Wasser sollen sich möglichst wenig vermischen. So kann dem vollen Speicher ein grosser Teil seines Volumens bei kon­stan­ter Temperatur entnommen werden. Die Schich­tung wird durch ungünstige Speichergeometrie, Strö­mun­gen, Wärmeübertrager und in geringem Mass durch reine Wärmeleitung beeinträchtigt.

Bei Konzeption und Installation von Wasserspeichern ist betreffend Schichtung zu beachten (Bild 2.51):

  • Günstig ist eine schlanke Form H/D > 2 (1).
  • Eine Eintrittsgeschwindigkeit über 0,2 m/s zerstört die Schichtung: genügend langes, er­wei­ter­tes Eintrittsrohr (2a) oder Prallplatte, Lochblech (2b).
  • Wärmeübertrager verursachen freie Konvektion und Durchmischung. Wärmezufuhr mischt oberhalb des Tauschers (3a), Wärmeabfuhr unterhalb (3b).
  • Die Stutzen sind möglichst schichtungsgerecht an­zu­brin­gen (Beispiel Bild 2.31).
  • Oft ergibt sich zuunterst im Speicher ein nicht be­heiz­ba­res Totvolumen.
Speicherkonzeption und -installation
Bild 2.51 Speicherkonzeption und -installation

Betreffend Verluste ist zu beachten:

  • Gegenstromzirkulation durch Siphons (Säcke) un­ter­bin­den, Armaturen ausserhalb Bereich Gegenstrom­zir­ku­la­ti­on (4a). Unvermeidbare Anschlüsse nach oben möglichst nahe horizontal wegführen, Armaturen mög­lichst weit weg (4b).
  • Lückenlose Isolation, auch unten (5a), bei Anschlüssen (5b) und Flanschen (5c) (Service!). Isolation satt an Ober­flä­che, sonst Luftzirkulationen (5d).
Speicherladung

Stufenladung: Die Wärmepumpe Bild 2.26 heizt das vom Pufferspeicher kommende Wasser entsprechend der Wärmeerzeugerleistung um wenige Kelvin auf. Das Vorlaufwasser fliesst oben in den Speicher. Sobald das Wasser mit dieser Temperatur bis nach unten vorgerückt ist, folgt theoretisch die nächste Temperatur-«Stufe». In solchen Schaltungen ist jedoch der Durchfluss oft so gross, dass der Speicher durchmischt wird. Es herrscht dann im ganzen Speicher praktisch die Rücklauftemperatur zum Wärmeerzeuger [BFE5] .

Schichtladung: Mit der Schaltung Bild 2.52 lässt sich der ganze Speicher auf die gewünschte Solltemperatur laden. Je nachdem, ob der Temperaturfühler am Rücklauf oder am Vorlauf des Wärmeerzeugers montiert ist, handelt es sich um eine Rücklauftemperatur-Hochhaltung oder eine Austrittstemperatur-Regelung. Die Wirkung ist ähnlich, die Austrittstemperatur ist aber schwieriger zu regeln. Der obere Speicherthermostat gibt den Einschalt-, der untere den Ausschaltbefehl.

Speicher mit Schichtladung
Bild 2.52 Speicher mit Schichtladung
Speicherdimensionierung

Ist das Speichervolumen zu klein, entstehen be­trieb­li­che Nachteile, ist es zu gross, ergeben sich höhere Verluste und Kosten.

Beispiel:

Holzheizung für einen Leistungsbedarf von 25 kW mit einem 50 kW-Holzkessel. Brenndauer 4 h. Vor­lauf­tem­pe­ra­tur zu Heizflächen 50 °C (Bild 2.12 ohne Ölkessel).

Lösung:

Nutzbare Energie einer Kesselfüllung: 4 h · 50 kW = 200 kWh

Während der Brennzeit wird direkt verbraucht: 4 h · 25 kW = 100 kWh

Zu speichernde Energie somit: 200 kWh – 100 kWh = 100 kWh = 360000 kJ

Der Speicher kann bis etwa 90 °C aufgeheizt wer­den, er ist also erwärmbar um 90 °C – 50 °C = 40 K

Damit ergibt sich die notwendige Wassermasse

Mit einem Durchmesser von 1,1 m erhält man eine mittlere Höhe von 2,25 m. Mit diesem Speicher darf der Kessel bei Auslegungsbedingungen ganz ge­füllt werden.

2.7.4 Sicherheitseinrichtungen

2.7.1 Heizraum – 2.7.2 Abgasanlagen – 2.7.3 Wärmespeicher – 2.7.4 Sicherheitseinrichtungen – 2.7.5 Wasseraufbereitung

Sicherheitsphilosophie

Für den grössten anzunehmenden Unfall (GAU) wer­den mindestens zwei voneinander unabhängige Mass­nah­men getroffen, von denen jede genügt, den Unfall zu verhindern. Dies gewährleistet die Sicherheit auch dann noch, wenn eine Sicherheitseinrichtung versagen sollte. Sicherheits­einrichtungen müssen periodisch auf Funktionsfähigkeit hin geprüft werden.

Übertemperatur und Überdruck im Kessel

Übertemperatur und Überdruck können einen GAU durch Kes­se­lexplo­si­on ver­ur­sa­chen. Des­halb wird die Ölfeuerung bei Überschreiten der zu­läs­si­gen Betrieb­s­tem­pe­ra­tur durch den Re­gu­lier- und, bei dessen Ver­sa­gen, durch den Sicherheitsthermostaten un­ter­bro­chen. Beim Fest­stoff­kes­sel kann die Ver­bren­nung nicht genügend rasch gestoppt wer­den, sodass eine Notkühlfunktion nötig ist. Dies ist ent­we­der eine ther­mi­sche Ab­lauf­si­che­rung (Not­kühlsy­stem mit Kalt­was­ser ohne Hilf­sener­gie) oder eine Not­küh­lung durch ein offenes Ex­pan­si­ons­ge­fäss. Zusätzlich wird bei Dampf­bil­dung abgeblasen, ent­we­der mittels Si­cher­heits­ven­til oder über das offene Ex­pan­si­ons­ge­fäss. Wegen des Ein­frier-Risikos ist es auch bei of­fe­nen Gefässen ratsam, am Kessel ein Si­cher­heits­ven­til anzubringen.

Ausdehnung des Wassers

Bild 2.53 zeigt, dass die Dichte beispielsweise zwi­schen 10 und 90 °C um rund 4 % abnimmt, d.h., das Wasser, das ins Ausdehnungsgefäss verdrängt wird (Nutz­vo­lu­men VN des Ausdehnungsgefässes), ist 4 % des Anlagevolumens.

Dichte und Sättigungsdruck (absolut) von Wasser
Bild 2.53 Dichte und Sättigungsdruck (absolut) von Wasser
Offenes Ausdehnungsgefäss

Bei Feststoffkesseln über 80 kW ist nach [SWKI 93-1] ein offenes Gefäss einzubauen (Bild 2.54). Im Fall einer Kes­se­lüb­er­hit­zung schiesst der Dampf durch den Sicherheitsvorlauf SV ungedrosselt oben ins Gefäss hin­ein. Dort kondensiert er teilweise. Der restliche Dampf entweicht durch die Überlaufleitung (8). Durch den Sicherheitsrücklauf SR strömt Wasser in den Kes­sel hinunter und kühlt diesen. Das Ge­fäs­svo­lu­men ent­spricht zweckmässigerweise etwa dem dop­pel­ten Ausdehnungsvolumen VN. Auf diese Wei­se lässt sich bei der kalten Füllung eine Reserve von etwa 1/3 des Ge­fäs­svo­lu­mens schaffen. Andererseits soll­te bei Ma­xi­maltem­pe­ra­tur das Wasser nicht bis in die Über­lauf­lei­tung hinaufsteigen (Einfriergefahr). Das Füllniveau wird deshalb kontrolliert (Hahn 5). Mit der Zir­ku­la­ti­ons­lei­tung (6) soll das Ein­frie­ren des Gefässes ver­hin­dert werden. Zwecks ge­rin­ger Sau­er­stof­f­auf­nah­me (Korrosion) wird die Zir­ku­la­ti­ons­lei­tung nicht direkt ins Ge­fäss geführt. Aus dem­sel­ben Grund sind lie­gen­de Gefässe möglichst zu vermeiden.

Anlage mit offenem Ausdehnungsgefäss
Bild 2.54 Anlage mit offenem Ausdehnungsgefäss [SWKI 93-1]
Druck-Ausdehnungsgefäss

Druck-Ausdehnungsgefässe sind, zusammen mit einem Sicherheitsventil, für alle Wärmeerzeuger sinn­voll. Bei Feststoffkesseln ist zusätzlich eine thermische Ablaufsicherung erforderlich. Das Gaspolster wird durch eine Membran vom Wasser getrennt (Bild 2.55). Wenn in der Rücklaufleitung, an die das Ex­pan­si­ons­ge­fäss angeschlossen ist, eine Temperatur über etwa 50 °C erreicht wird, dann sollte, zwecks längerer Lebensdauer der Membran, ein unisoliertes Vor­schalt­ge­fäss (5) eingebaut werden. Vor dem Einbau füllt das Gas das gesamte Gefässvolumen VG aus (Gas­druck = eingestellter Vordruck). Der Vordruck soll­te so ge­wählt werden, dass im höchsten Punkt der Anlage im­mer ein Überdruck besteht (etwa 0,3 bar). Bei grossen An­la­gen wird zur Volumen-Einsparung beim Druckan­stieg Luft abgeblasen und bei der Druckab­sen­kung mit ei­nem Kompressor wieder nach­ge­speist.

Anlage mit Druck-Expansionsgefäss
Bild 2.55 Anlage mit Druck-Expansionsgefäss [SWKI 93-1]
Beispiel:

Eine Feststoff-Anlage mit einem Volumen von 1000 l soll mit einem Gefäss mit einem Gesamtvolumen VG = 100 l und einem Vor(über)druck von pe1 = 1,5 bar aus­ge­rü­stet werden.

Genügt das Gefäss­volumen?

Lösung:

Bereich 10 bis 90 °C: VN = 40 l. Vordruck (absolut) p1 = 1,5+1 = 2,5 bar.
Gemäss Gas­glei­chung ist der Gasdruck bei warmer Anlage (Gas bleibt kalt)

Der Gasüberdruck pe2 = 4,2-1 = 3,2 bar liegt über dem An­sprech(über)druck des Sicherheitsventils von 3 bar. Grösseres Gefäss wählen!

2.7.5 Wasseraufbereitung

2.7.1 Heizraum – 2.7.2 Abgasanlagen – 2.7.3 Wärmespeicher – 2.7.4 Sicherheitseinrichtungen – 2.7.5 Wasseraufbereitung

Die Entwicklung der Gebäudetechnik hat zu erhöhten Anforderungen an die Wasserqualität geführt.

Vermeidung der Steinbildung

Kalkausscheidungen vermindern den Wärmedurchgang von Wärmeübertragungsflächen, verstopfen feine Kanäle und beeinträchtigen Regelventile und Pumpen. Zur Vermeidung von Steinbildung können mit einer Enthärtung die Calcium- und Magnesiumionen dauerhaft aus dem System entfernt werden. Mittels des Ionenaustauschverfahrens können diese durch Natriumionen aus Kochsalz NaCl ersetzt werden. Der Ionenaustausch reduziert die Härte, nicht aber den Salzgehalt. Enthärtetes Wasser für Trinkwasserzwecke mit der folgenden maximalen Gesamthärte genügt oft auch zur Vermeidung der Steinbildung:

1 mmol/l (Millimol Erdalkaliionen pro Liter)

= 10 °fH (Grad «französische» Härte)

= 5,6 °dH (Grad «deutsche» Härte).

Vermeidung wasserseitiger Korrosion

Für die Korrosion ist die elektrische Leitfähigkeit (Mass für den Salzgehalt) und der gelöste Sauerstoff von Bedeutung (Bild 2.56). Die Korrosionsgefahr ist umso geringer, je kleiner Sauerstoff- und Salzgehalt sind. Die Leitfähigkeit «salzhaltig» ist mit einer Enthärtung erreichbar, hingegen ist der geforderte, zugehörige Sauerstoffgehalt nur sehr schwer erreichbar. Die Leitfähigkeit «salzarm» ist mir einer blossen Enthärtung nicht erreichbar. Das Umlaufwasser sollte, nach etwa zwei Monaten Betrieb, leicht alkalisch sein.

Korrosion abhängig von Sauerstoffgehalt und Leitfähigkeit, empfohlene Eigenschaften gemäss grauer Fläche
Bild 2.56 Korrosion abhängig von Sauerstoffgehalt und Leitfähigkeit, empfohlene Eigenschaften gemäss grauer Fläche [VDI 2035]
Demineralisierung

Mit einer Vollentsalzung werden sämtliche gelösten Mineralien entfernt. Damit werden eine äusserst geringe Leitfähigkeit gemäss «salzarm» und eine Härte unter 0,1 mmol/l erreicht. Entsprechende Patronen oder Füllstationen sind recht einfach einsetzbar, müssen aber gewartet werden.

Wasseraufbereitung in der Praxis

Die Hersteller schreiben die erforderliche Wasserqualität vor, wobei sie sich in der Regel an den Richtlinien orientieren [SWKI BT102] [VDI 2035] [ÖNORM H5195]. Die qualitativen Aussagen dieser Richtlinien sind ähnlich, in den Feinheiten sind Unterschiede auszumachen. Angesichts der Schwierigkeiten, die Anforderungen auf anderem Weg zu erfüllen, schreibt die SWKI-Richtlinie die Vollentsalzung sowohl für das Füll- wie das Ergänzungswasser vor [Ric]. Bei der Inbetriebnahme einer Anlage sollte eine Wasseranalyse des Füllwassers durchgeführt werden (bei grösseren Anlagen immer). Diese ist Voraussetzung für die Gewährleistung des Herstellers. Periodische Nachkontrollen sind ratsam oder obligatorisch, da sich die Wasserqualität im Lauf der Zeit verändern kann.

Wird ausschliesslich demineralisiertes Wasser verwendet, so lassen sich zweifellos Steinbildung und Korrosion vermeiden. Es bleibt offen, ob damit in allen Fällen Schadenpotenzial und Aufwand zweckmässig gegeneinander abgewogen sind.