24/7-Monitoring optimiert Heizwasser und Luftfeuchte

Die VDI 2035 Blatt 1 ist seit März 2021 der neue Standard zur Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen. Interessant für den Heizungs-/Lüftungsbauer sind zudem wissenschaftlich abgesicherte Forderungen zur optimalen Raumluftfeuchte. Neuartige Monitoring-Angebote helfen, alle Pflichten zu erfüllen.

VDI-Richtlinien geben der Fachwelt die Sicherheit, sich an einer anerkannten Regel der Technik zu orientieren und danach zu handeln; sie sind ein Maßstab für einwandfreies technisches Vorgehen. Kommt es zu einem Rechtsstreit, wird sich das Gericht erfahrungsgemäß am Stand der Technik orientieren, also an den dazu vorliegenden Normen und Richtlinien. Man kann es pragmatisch auch so ausdrücken: Wer als Heizungsbauer die einschlägigen VDI-Richtlinien beachtet, sorgt für seinen Seelenfrieden und eine gute Nachtruhe...

Das hat auch die neue VDI-Richtlinie 2035 zum Ziel. Schon optisch auffallend neu ist die Zusammenführung der alten VDI-2035-Blätter 1 und 2 in nunmehr ein einziges Blatt 1 – es behandelt die bisher getrennten Themen „Steinbildung“ und „wasserseitige Korrosion“ in einem quasi gemeinsamen Kontext („Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen – Steinbildung und wasserseitige Korrosion“).

Bei der Überarbeitung und Zusammenführung sind aktuelle fachliche Erkenntnisse sowie der Themenbereich „Bestandsanlagen“ mit berücksichtigt worden (Abb. 1). Die damals aus der fortgeschrittenen Entwicklung der Heiztechnik und dem gewachsenen Kenntnisstand über Schadensursachen und den Möglichkeiten für ihre Vermeidung gewonnenen Erkenntnisse haben sich also so konkretisiert und vereinfacht, dass dieser Schritt gewagt werden konnte.

Wie bisher beschreibt die VDI 2035 das Thema „abgasseitige Korrosion“ in einem eigenen Blatt.

Reduktion der erlaubten Kalkmengen

VDI 2035 gibt Empfehlungen zu Warmwasser-Heizungsanlagen nach DIN EN 12828 innerhalb eines Gebäudes, bei denen die bestimmungsgemäße Vorlauftemperatur 100 °C nicht überschreitet. Sie gilt ebenso für Warmwasser-Heizungsanlagen, die temporär oder ständig in direkter hydraulischer Verbindung mit korrosionstechnisch geschlossenen Kalt- bzw. Kühlwasserkreisläufen betrieben werden.

Als Folge der Steinbildung vermindert sich in Wärmeerzeugern von Warmwasser-Heizungsanlagen durch den Steinbelag der Wärmedurchgang. Insbesondere auf unmittelbar beheizten Wärmeübertragungsflächen kann es zu örtlicher Überhitzung und dadurch bedingte Rissbildung sowie zu Siedegeräuschen kommen. Steinbelag kann zudem zu einer Querschnittsverminderung und zu einer Strömungswiderstandserhöhung führen – beides verringert die Wärmeleistung. Systembedingt sind die Wärmeübertragungsflächen der Wärmeerzeuger die Orte der höchsten Temperaturbelastung und somit der bevorzugten Steinbildung.

Hier zeigt sich eine inhaltlich bedeutsame Neuerung der VDI 2035: Die erlaubten Kalkmengen für ein Heizungssystem und die darin befindlichen Komponenten sind wieder etwas geringer geworden und erfreulicherweise ist die Umsetzung der Vorgaben praxisgerechter (Abb. 2). Es bleibt anzumerken: Die Schweizer SWKI-Richtlinie BT 102-01 hat das Problem der unterschiedlichen Härtevorgaben schon 2012 noch einfacher gelöst – das Füll- und Ergänzungswasser muss dort auf unter 100 µS/cm entsalzt werden.

Wer als Wasseraufbereitungsverfahren wie in Punkt 8.3 der neuen VDI 2035 Blatt 1 sich für die Entsalzung entscheidet, muss nicht beachten, dass die Verwendung von voll enthärtetem Wasser für Anlagen mit Aluminium nicht empfohlen wird (vgl. 6.4.4 Aluminiumlegierungen: „Die bevorzugte Wasseraufbereitungsmaßnahme ist bei Aluminiumlegierungen die Entsalzung“). Denn da ab einem spezifischen Anlagenvolumen von 40 l/kW (Achtung bei Systemen mit Puffer!) eine Härteempfehlung von 0,3 °dH gilt, muss das Vorhandensein von Aluminiumkomponenten im gesamten Heizsystem beachtet und die salzarme Fahrweise gewählt werden.

Übrigens: Dem wichtigen Diskussionsthema „vollentsalztes Befüllwasser“ wird durch die klare Vorgabe, man bevorzuge „salzarmes Wasser“ mit einer elektrischen Leitfähigkeit über 10 und bis 100 µS/cm im Heizwasser (und nicht im Befüllwasser!), die Spitze genommen.

Ein natürliches Befüllwasser (auch vollentsalzt unter 0,5 µS/cm) würde im Heizwasser nach dem Befüllen und Umwälzen einen Leitfähigkeitsanstieg ergeben. Eventuell kommt es auch in Deutschland in naher Zukunft zur Erkenntnis der Schweizer Fachkollegen, die im Umlaufwasser (Heizungswasser) sogar eine Leitfähigkeit von kleiner 200 µS/cm und eine Gesamthärte von 2,8 °dH zulassen: eine praktische Vereinfachung, die korrosionstechnisch alle Risiken (auch mikrobiologisch induzierte Korrosion durch Sulfate, Nitrate, Phosphate oder unbeabsichtigt eingetragene organische Substanzen) signifikant reduziert.

Scheinbar werden für die Schweiz besondere Heizkessel gebaut bzw. haben die Schweizer erkannt, dass Kalk die Effizienz und die Steinbildung der Kessel auch in kleineren Leistungsbereichen beeinflusst...

Sauerstoffeintritt: Korrosions-Risiko Nummer 1

Korrosionsreaktionen in Warmwasser-Heizungsanlagen werden wesentlich durch die Anwesenheit von Sauerstoff im Heizwasser bestimmt. Sauerstoff kann einerseits als natürlicher Bestandteil der Umgebungsluft und andererseits als gelöstes Gas mit dem Füll- und Ergänzungswasser in den Heizwasser-Kreislauf gelangen. Korrosionsschäden äußern sich in vielfältiger Weise:

▪ Funktionsstörungen bei Pumpen und Armaturen,

▪ Leckagen bei Wärmeübertragern,

▪ Gasblasen- und Gaspolsterbildung,

▪ Beeinträchtigung des Wärmeübergangs (Bildung von Belägen, Ablagerungen),

▪ Geräusche (z. B. Siedegeräusche, Fließgeräusche).

Bei der Vermeidung von Korrosionsschäden fällt in der neuen Tabelle 1 unter Punkt 7 „Richtwerte und Empfehlungen“ besonders auf, dass es interessanterweise keine Richtwerte für den Sauerstoffgehalt für salzarmes (O₂: unter 0,1 mg/l) bzw. salzhaltiges (O₂: unter 0,02 mg/l) Heizungswasser mehr gibt.

Doch Vorsicht! In der ausführlichen und wirklich gut gemachten Beschreibung der Richtwerte für das Füll-, Ergänzungs- und Heizwasser steht: „Für die wasserseitige Korrosion ist überdies der Sauerstoffgehalt von entscheidender Bedeutung. Erfahrungsgemäß ist die Wahrscheinlichkeit für Korrosionsschäden gering, wenn der Sauerstoffgehalt im bestimmungsgemäßen Betrieb den Wert von 0,1 mg Sauerstoff je Liter Wasser nicht überschreitet. Bei korrosionstechnisch geschlossenen Anlagen stellen sich im laufenden Betrieb erfahrungsgemäß sogar Werte unter 0,02 mg/l ein.“

Es bleibt dabei: Der Sauerstoffgehalt und somit der Sauerstoffeintritt in ein korrosionstechnisch geschlossenes System ist Hauptverursacher für das Korrosionsgeschehen.

Vor allem unter Punkt 8.4.4 „Korrosions-Inhibitoren“ wird explizit darauf hingewiesen, dass korrosions-technisch offene Anlagen nicht in den Anwendungsbereich der neuen Richtlinie fallen. Eine Behandlung mit Korrosions-Inhibitoren wird dort – wie auch schon in der alten VDI 2035 Blatt 2 beschrieben – nur bei ständigem, durch andere Maßnahmen (z. B. Systemtrennung, vgl. BDH- Infoblatt Nr. 03) nicht vermeidbarem Sauerstoffeintrag in korrosionstechnisch offenen Anlagen zugelassen. Eine äußerst bemerkenswerte Änderung: Könnte doch in einem Streitfall dem Heizungsbauer, der eine Wasserbehandlung mit Korrosions-Inhibitoren einsetzt, unterstellt werden, dass er kein korrosionstechnisch geschlossenes System geliefert hat. Noch einmal zum Mitschreiben: Die Bewertung und die Vorgaben der neuen VDI 2035 gelten für korrosionstechnisch geschlossene Anlagen. Nebenbei bemerkt: Dem Einsatz von Korrosions-Inhibitoren spricht BWT seit vielen Jahren bereits die Notwendigkeit ab – um es mild auszudrücken.

Kontinuierliches Monitoring auf sichere Funktion aller Schutzmaßnahmen

Mit dem Erscheinen der neuen Richtlinie präsentiert der Wasseraufbereitungsspezialist ein neuartiges Heizungs-Sicherheits-System für geschlossene Heizungsanlagen („AQAtherm HSS“-Monitoring) in zwei Varianten: für kleine Heizanlagen bis 70 kW („AQAtherm Basic Set“, Abb. 3 links) und für größere Heizanlagen über 70 kW („AQAtherm HSS-Set 1“, Abb. 3 rechts).

Zur Begrifflichkeit: Monitoring ist gleichzusetzen mit der Dauerbeobachtung eines Systems. Folgerichtig ist das „AQAtherm HSS“-Monitoring eine Ergebnisdauerüberwachung im Hinblick auf die direkte Korrosion und deren Verlauf mit einer Alarmmeldung bei Abweichungen (Abb. 4).

Korrosion wird durch das Erfassen der Korrosionsgeschwindigkeit, also den Abtrag eines Metallplättchens detektiert. Die neue VDI 2035 Blatt 1 gibt für mögliche Korrosionsschäden unter dem Punkt 6.3 „Korrosionsursachen und Einflussfaktoren“ die bekannten Hauptverursacher wieder – also Sauerstoff (Punkt 6.3.1), elektrische Leitfähigkeit (Punkt 6.3.2) sowie pH-Wert (Punkt 6.3.3).

Bei Betrieb und Instandhaltung wird zum Umfang der Messung/Bestimmung der Heizwasserparameter im Rahmen der jährlichen Messung oder zur Dokumentation der richtigen Befüllung einer Heizungsanlage das farbliche Aussehen des Heizwassers als neuer Bewertungsparameter eingeführt (Abb. 5). In den allgemeinen Grundsätzen (Punkt 4) wird die Einhaltung der spezifizierten Parameter sowie die regelmäßige Überprüfung und Dokumentation in einem Anlagenbuch klar definiert und die Zuständigkeiten juristisch bewertbar geregelt. Eine regelmäßige Wartung und Instandhaltung gehört somit zu einem bestimmungsgemäßen Betrieb und muss mit angeboten werden.

Konkret heißt es dazu: Liegt der pH-Wert des Heizwassers im Bereich zwischen 7,5 und 8,2, ist entscheidend, dass das in ein Probenahmegefäß entnommene Heizungswasser auch nach etwa fünf Minuten ein farbloses, klares Aussehen ohne nennenswerte sedimentierende Stoffe aufweist. Eine gelblich-bräunliche Färbung deutet auf eine mögliche Eisenkorrosion (aktiv) hin.

Besonders erwähnenswert ist die Tabelle mit Beispielen für Mängel, deren Ursachen und mögliche Abhilfemaßnahmen, Tabelle 2 unter Punkt 10.4 „Abschluss der Arbeiten“. Der Umgang mit Mängeln, das Vorgehen bei wesentlichen oder schadensbedingten Änderungen können dem Punkt 10 „Empfehlungen für Bestandsanlagen“ und auch Punkt 9 „Erforderliche Angaben in einem Anlagenbuch“ für die Dokumentation der Befüllung und Inbetriebnahme einer Neuanlage entnommen werden. Ein Praxisteil in der neuen VDI 2035 Blatt 1, dem viel Aufmerksamkeit zu widmen ist und bei Auffälligkeiten und Abweichungen des Wassers herangezogen werden muss. Gibt es dann noch Erkenntnisse aus dem Verlauf (z.B. Sauerstoffeintrag) der Korrosionsgeschwindigkeit, wie sie das „AQAtherm HSS“ liefert und vor allem rechtzeitig meldet, werden kostspielige Sanierungen der Folgeschäden wie Reinigung, Wasserwechsel oder Komponententausch und vieles mehr vermieden. Die Ursache des „Mangels“ kann also rechtzeitig behoben werden.

Anhand des farblichen Aussehens, einer Messung der elektrischen Leitfähigkeit und des pH-Wertes frühestens zehn Wochen nach Inbetriebnahme mit einem Messgerät, das mittels Zwei-Punkt-Messung zu kalibrieren ist (vgl. Anhang I), kann eine gerichtsfeste Dokumentation der Befüllung erstellt werden. Messgeräte mit Ein-Punkt-Kalibrierung oder das Messen des Füllwassers, das frisch in ein System gefüllt wurde und noch keine Reaktion durch Temperatur, eingesetzte Materialien oder etwaige Inhaltsstoffe haben konnte, sind somit nach der neuen VDI 2035 Blatt 1 ausgeschlossen. Die neu eingeführten Messwert-Toleranzen entsprechen den praktisch auf Baustellen und nicht im Labor von Profis durchzuführenden Messverfahren und müssen beachtet werden. Eine Vorgehensweise, die BWT schon seit Jahren seinen Kunden empfiehlt und mit einem für Kunden kostenlosen Analysen- und Bewertungsservice durch das unternehmenseigene Labor begleitet.

Zusammenfassend: „AQAtherm HSS“ bietet dem Heizungsbauer und dessen Kunden bei einer angenommenen Kesselstandzeit von 15 bis 20 Jahren für etwa zehn Euro pro Jahr (nach BAFA-Förderung) Sicherheit und ständige Funktionskontrolle, dass das Gesamtsystem dauerhaft arbeitet; es erfasst die direkte Korrosion und die komplette Bandbreite der Korrosionsverursacher (inklusive des Sauerstoffs). Das kontinuierliche Monitoring des Gesamtsystems dokumentiert Erkenntnisse durch den Verlauf der Korrosionsgeschwindigkeit und meldet Fehlzustände (z.B. fehlerhafte Komponenten, Fehler in der Druckhaltung, unbeabsichtigten Eintrag von Frostschutzgemischen). Mit diesem neuen Sicherheits-Monitoring können selbst die bei Stillstands- oder bei Absenkphasen in Ferien oder am Wochenende auftretenden Korrosionserscheinungen frühzeitig erkannt (und gemeldet) werden. „AQAtherm HSS“ entspricht den neuesten Erkenntnissen der VDI 2035, da im Punkt 9 „Erforderliche Angaben in einem Anlagenbuch“ unter „Anmerkungen“ die Überwachung und Erfassung relevanter Betriebsdaten und Parameter durch automatisierte Systeme beschrieben wird.

Bei der Fehlersuche und deren Behebung offeriert der Anbieter fachmännische Unterstützung durch seine auch nach den neuen Vorgaben der VDI 2035 Teil 1 (2021) ausgebildeten Wasserspezialisten. Dabei überprüfen diese gemäß SWKI-Richtlinie auch das Heizungswasser auf organische Verunreinigungen, die die Betriebssicherheit der Anlage stören können.

Kontrollierte Raumlüftung und gesunde Raumluftfeuchte

Für Heizungsbauer, die in neuen Gebäuden oder in nachträglich gedämmten Altbauten eine moderne Heizungsanlage planen und installieren, ist die parallele Planung einer Lüftungsanlage heute Stand der Technik. Damit das Raumklima ein gesundes Gleichgewicht erhält, bietet sich eine Kontrollierte Wohnraumlüftung (KWL) an. Sie sorgt für ein gesundes Raumklima und das zu jeder Jahreszeit.

Das gewinnt aktuell an Bedeutung, wie internationale Studien zeigen: Die Ausbreitung des Corona-Virus Sars-CoV-2 über Aerosole in Innenräumen wird offenbar stark von der Luftfeuchtigkeit beeinflusst. Das schließen Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung in Leipzig und des CSIR-National Physical Laboratory in New Delhi aus der Analyse von zehn internationalen Studien zum Thema. Sie empfehlen daher, neben den bisher üblichen Maßnahmen (Abstand, Masken, Handhygiene) auch die Raumluft zu kontrollieren. Eine relative Feuchte von 40 bis 60 Prozent könne die Ausbreitung der Viren und die Aufnahme über die Nasenschleimhaut reduzieren. Daher sei es für die Eindämmung der Covid-19-Pandemie sehr wichtig, Standards für die Luftfeuchte in Innenräumen mit vielen Menschen, wie Krankenhäusern, Großraumbüros oder dem öffentlichen Nahverkehr, zu schaffen und umzusetzen, schreibt das Forscherteam im Fachjournal „Aerosol and Air Quality Research“.

Selbst in der Tagesschau oder vom Bundesministerium für Bildung und Forschung wurden diese Erkenntnisse unter dem Titel „Luftfeuchtigkeit kann Virus bremsen“ vereinfacht wiedergegeben. Die Forschung beschreibt eine dreifache Wirkung der Luftfeuchte auf die Verbreitung des Corona-Virus in Innenräumen:

▪ Sie beeinflusst das Verhalten der Viren in den Aerosolpartikeln und bestimmt die Tröpfchengröße.

▪ Das Überleben des Virus auf Oberflächen und auch die Rolle der trockenen Innenraumluft bei der Übertragung der Viren durch die Luft wird beeinflusst.

▪ Bei trockener Luft werden die Nasenschleimhäute trockener und für Viren durchlässiger.

Eine eigentlich nicht neue Erkenntnis, denn „Winterzeit ist Erkältungszeit“ heißt es im Volksmund. In den 1980er-Jahren wurde schon intensiv die Aerosol-Übertragung von Influenza-A-Viren untersucht (Abb. 6). Ergebnis:

▪ 75 bis 100 Prozent Übertragungsrate bei einer relativen Feuchte zwischen 20 und 30 Prozent (Temperatur: 20 °C).

▪ 25 Prozent Übertragungsrate bei einer relativen Feuchte von 50 Prozent (Temperatur: 20 °C).

Das Problem: Der Mensch hat keinen Sensor für Luftfeuchtigkeit und muss deshalb diesen Parameter messen und bewerten. Zwar besitzen viele Haushalte ein Hygrometer (misst Feuchte und Temperatur), aber wirklich sehr wenige führen eine bewusste Beobachtung der Veränderung der relativen Feuchte beim Lüften durch (also ein Monitoring mit Alarmmeldung bei Unterschreiten oder Überschreiten von Werten).

Die Sättigungskurve (100 Prozent relative Luftfeuchte) zeigt an einem einfachen Beispiel die Problematik (Abb. 7): Bei einer Außentemperatur von -5 °C kann 1 m³ Luft max. 3,3 g/m³ Wasser aufnehmen. Wird diese Luft im Raum auf 20 °C Zimmertemperatur aufgewärmt (100 Prozent Sättigung würden dann 17,3 g/m³ entsprechen), ergibt sich eine relative Feuchte von nur 19 Prozent (vgl. Abb. 8).

Da es in vielen Konzepten zur Wohnraumlüftung im Wesentlichen um Heizenergieeinsparung und um die Vermeidung von Schimmelpilzbildung oder die CO₂-Abfuhr geht, wird zwangsweise viel Außenluft benötigt. Das führt bei kalten Außentemperaturen (ab 5 °C und kälter) schnell zu unerwünscht trockener Raumluft. Für das Wohlbefinden von Menschen und für den Erhalt von Gebäuden (z. B. Holz) liegt der Idealwert der relativen Luftfeuchtigkeit bei 50 Prozent mit einer Schwankungsbreite von ± zehn Prozent. Nur ein Monitoring mit Alarmsignalen – also ein bewusstes Beobachten – zeigt die verschiedenen Einflüsse auf und vermittelt Erkenntnisse über den Zustand der Raumluft.

Nicht nur die neue VDI 2035 Blatt 1, sondern die auch schon sehr lange bekannten Fakten hinsichtlich Luftfeuchte und CO₂ zeigen den Nutzen eines Monitorings auf – ein Ankommen in der digitalen Zeit.

BWT offeriert dazu ein breites Produkt-Portfolio: „Move Power“-Heizungswasser-Befüllwerkzeuge, Premium-Kartuschen „RLT“ zur Luftbefeuchtung (nach kleinem Umbau dienen sie als Befeuchterwasser-Tankstelle für „AQAtherm HES“ und entfernen mit einem speziellen A-Kohlevlies und einer Ultrafiltrationsmembrane kleiner 0,1 µm Filterschärfe Viren und Bakterien sowie organische Bestandteile VOC) und nicht zuletzt das Spezial-Umkehrosmose-Programm „ROC 14/16“ (Abb. 9) zur Produktion von „Hygienewasser“ für die Heizung und den Menschen. Natürlich – ohne Chemie!

Bedeutung und Wertschätzung des SHK-Handwerks wächst

Das SHK-Handwerk, die Experten und Praktiker für Wasser, Wärme und Raumlufttechnik, wurden in der Corona-Krise von der Bundesregierung als Teil der kritischen Infrastrukturen (KRITIS) eingestuft. Wirtschaftlich gesehen hilft die Politik durch zeitgemäße Förderungen für effiziente Heizsysteme und Lüftungstechnologien, das Geschäft in der Gebäudetechnik anzukurbeln.

Der Heizungs-/Lüftungsbauer sollte das als langfristige Chance sehen, seine Position im Markt zu festigen. Beispielsweise mit einem bewussten Monitoring, einem bewussten Umgang mit Energie und Ressourcen, mit der bewusst umweltfreundlichen und nachhaltigen Erzeugung von korrektem Befüllwasser der Heizanlage und nicht zuletzt mit einem gesunden Raumbefeuchtungswasser. Mit dieser Einstellung und mit Hilfe der dazu verfügbaren Technik wird er daran mitwirken, dass Bedeutung und Wertschätzung des SHK-Handwerks weiter wachsen.

Fazit: Die neue VDI 2035 Blatt 1 vom März 2021 unterstützt den Heizungsbauer bei seinem Ziel, Schäden in der Heizwassertechnik zu vermeiden; sie hilft ihm, seinen Kunden langfristig eine hohe Verfügbarkeit zu sichern. Als Fachmann für Wasser, Wärme und Raumlufttechnik kann er zudem konkrete Empfehlungen für ein gesundes Raumklima geben.