„Vermeide!“:

Optimierungsempfehlungen für eine effizientere Heizung priorisieren zumeist Hocheffizienzpumpen, smarte Regelarmaturen und ...

... den hydraulischen Abgleich. In diesem Beitrag geht es hingegen darum, wie man Energieeffizienzverluste vermeidet. Die gute Nachricht: Mit einem geringinvestiven Aufwand kann man die energetische Qualität von Heizanlagen mit Wasser als Wärmeträger sehr effektiv sichern – ganz im Sinne des Gebäudeenergiegesetzes (GEG). Als bemerkenswerter Zusatznutzen wächst die Resilienz.

Mehr als ein Drittel des gesamten Energiebedarfs in Deutschland wird zum Heizen unserer Gebäude und zur Versorgung mit Warmwasser verwendet. Das soll sich mit dem Gebäudeenergiegesetz (GEG) ändern. Das GEG legt dazu energetische Anforderungen an beheizte oder klimatisierte Gebäude fest. Eine wesentliche Änderung durch das GEG 2023 ist die Reduzierung des zulässigen Jahres-Primärenergiebedarfs für Neubauten von bisher 75 Prozent des Primärenergiebedarfs des Referenzgebäudes auf 55 Prozent.

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 – das ist nachhaltig, kostengünstig und die Umsetzung gelingt zeitnah.

Gesetzgebung in Europa und Deutschland

Kurzer Rückblick: Das GEG gilt bereits seit 1. November 2020. Es ist die Umsetzung der europäischen Gebäuderichtlinie (EPBD) vom 30. Mai 2018 in nationales Recht, ab 2024 eine verbindliche Forderung nach Überprüfung und optimaler Einstellung bestehender Anlagen zu implementieren und für Neuanlagen nur noch Techniken zuzulassen, die als klimafreundlich eingestuft werden.

Die durch die aktuelle GEG-Gesetzgebung losgetretenen Diskussionen in der Öffentlichkeit werden auch in anderen europäischen Ländern wie Frankreich und Italien geführt. In Dänemark ist der Einbau von Öl- und Gasheizungen bereits seit 2013 verboten. Fossil betriebene Wärmeerzeuger werden deutlich höher besteuert. Auch Schweden hat die Wärmewende im Bereich Gebäudeheizung bereits vollzogen und setzt auf ein intensiv ausgebautes, dekarbonisiertes Fernwärmenetz zur Beheizung von Mehrfamilienhäusern und Nichtwohngebäuden. In Ein- und Zweifamilienhäusern dominiert die Wärmepumpe als Wärmeerzeuger den Markt.

In Deutschland existiert seit 2021 ein nationaler CO₂-Handel, der den Preis pro Tonne CO₂ aktuell auf 30 Euro festlegt. Bis 2025 soll dieser Preis auf 45 Euro angehoben werden (2024: 40 Euro). Jeder Nutzer fossiler Energie kann sich ausrechnen, was diese Entwicklung für sein eigenes Budget bedeutet und ob es wirklich sinnvoll ist, jetzt noch in eine fossile Technologie zu investieren. Allen voran die deutschen Hersteller von Wärmeerzeugern haben sich längst aufgemacht, Alternativen zur Verbrennung und daraus entstehender Wärme zu entwickeln und im Markt zu etablieren.

Keine Alternative zum aktuellen System existiert im Bereich des Wärmetransportmediums: Wasser! Unabhängig davon ob die Energie aus der Verbrennung von Öl, Gas oder Biomasse resultiert oder ob sie durch Umwandlung von Wärmequellen aus der Umwelt (Grundwasser, Erdwärme, Luft) gewonnen wird, stets wird Wasser eingesetzt, um die gewonnene Energie in einem Pufferspeicher zwischenzulagern und sie dann bedarfsgerecht in den Raum zu transportieren und dort an diesen abzugeben.

Wärmetransportmedium Wasser im Fokus

Als Vorbemerkung ist wichtig zu verstehen: Lediglich störungsfrei laufende Heizanlagen sind mit Blick auf die Notwendigkeit, Heizenergie und Strom zu sparen, noch lange keine guten Anlagen. Das adressiert sehr klar die seit Oktober 2022 geltende „Verordnung zur Sicherung der Energieversorgung über mittelfristig wirksame Maßnahmen“ (EnSimiMaV): Demnach ist der Eigentümer eines Gebäudes (entsprechenden Mehrfamilienhauses), in dem Anlagen zur Wärmeerzeugung durch Erdgas genutzt werden, verpflichtet, eine Heizungsprüfung durchzuführen und die Heizungsanlage des Gebäudes optimieren zu lassen.

In Abhängigkeit von der im Zirkulationskreislauf im Gebäude vorherrschenden Temperatur gibt es drei wahrscheinliche Einflussfaktoren (Risiken), die sich wasserseitig ergeben können und die Effizienz einer Heizungsanlage beeinträchtigen: Da ist zum einen der Steinbelag (Belagsbildung durch Kalk oder Korrosionsprodukte insbesondere an Wärmeübergangsflächen), zum anderen die Korrosion (es sind im Grunde alle Korrosionsarten zu vermeiden) und nicht zuletzt die mikrobiologisch induzierte Korrosion (MIC). Ziel muss es also sein, solche Wasserinhaltsstoffe zu meiden/zumindest zu minimieren – also ein messbar überwachtes Zirkulationswasser zu generieren.

Dass das Wärmetransfermedium Wasser gewissen Anforderungen unterliegt, das haben die deutschen Verarbeiter längst verinnerlicht und setzen die Vorgaben der VDI 2035 mehrheitlich in ihren Projekten um. Ziel ist das Vermeiden von Korrosion und von Ablagerungen im Heizungssystem zur Erhaltung der Energieeffizienz der Gesamtanlage. In der DIN EN 15378-1 vom September 2017 sowie in der nationalen Ergänzungsnorm DIN SPEC 15378 vom August 2018 werden die Grundlagen für einen Check der Energieeffizienz eines Heizungssystems aufgezeigt (Abb. 2).

Korrosion und Korrosionsschutz

Üblicherweise werden Heizungssysteme in Deutschland sowie auch in Österreich und in der Schweiz als korrosions-technisch geschlossene Anlage geplant und auch errichtet (zumindest nach Überzeugung des Heizungsbauers). Der im Füllwasser enthaltene Luftsauerstoff verbraucht sich schnell, ohne nennenswerte Korrosionsvorgänge zu verursachen. Wird kein weiterer Sauerstoff eingetragen, kommt die Korrosion schnell zum Erliegen und das Heizungswasser bleibt weitgehend klar und farblos.

Ganz anders ist der Verlauf, wenn dauerhaft neuer Luftsauerstoff in die Anlage gelangt und die Korrosion permanent voranschreitet. Das Heizungswasser beginnt dann, sich über die Stufen Gelb und Orange hin zu Rot und Grau zu verfärben. Im schlimmsten Fall kommt es gar zur Bildung von Korrosionspartikeln und Magnetitschlamm. Vier Eintragspfade können für den Sauerstoffzutritt in eine Heizungsanlage identifiziert werden:

1. nicht oder schlecht diffusionsgesperrte Komponenten aus Kunststoff oder Kunststoff-Verbundwerkstoffen (z.B. Fußbodenheizungsrohre älteren Baujahres, Armaturen und Filter aus Kunststoff),
2. unzureichende Druckhaltung des Systems (falsch ausgelegt, schlecht oder gar nicht gewartet),
3. nicht absperrbare oder nicht abgesperrte Entlüfter, die bei Abkühlung des Heizungswassers Luft in das System einsaugen,
4. hohe Nachspeisewassermengen infolge Undichtigkeiten oder Leckagen.

Darüber kann in Anlehnung an die DIN EN 15378-1 auch eine Klassifizierung für das Heizungswasser in Verbindung mit der Druckhaltung vorgenommen werden, die für die weitere Behandlung des Systems im Problemfall hilfreich sein kann (Abb. 3).

Häufig wird bei schwarzem, partikelhaltigem Heizungswasser einfach ein Filter mit Magnetit-Abscheider installiert – wenngleich ebenso häufig eben dieser Filter mit seinem Kunststoffgehäuse den Zutritt von Sauerstoff in die Anlage verursacht. Werden in der Folge Partikel oder Magnetit von diesem Filter zurückgehalten, verändert sich die Hydraulik der Gesamtanlage durch den neu entstandenen Widerstand im System.

Die durch den hydraulischen Abgleich optimal eingestellte Energieeffizienz der Heizungsanlage wird so torpediert und zunichtegemacht. Angaben zum Druckverlust bei verschmutztem Filterelement sucht man in den Herstellerunterlagen häufig vergebens (und ebenso ein Hinweis, mit welchem Widerstand beim hydraulischen Abgleich zu rechnen ist).

Wärmepumpen: Besonderheiten in Sachen „Heizungswasser“

Eine Wärmepumpe in Kombination mit einer Flächenheizung (in aller Regel ist das eine Fußbodenheizung) – das ist die derzeit im Neubau am häufigsten gewählte Kombination, verspricht sie doch eine hohe Energieeffizienz und damit langfristig niedrige Heizkosten.

Den Komfort-Vorteilen (Strahlungswärme!) steht ein potentiell gravierendes Problem gegenüber: Zum einen ist das, wie beschrieben, das aus allen Warmwasser-Heizungssystemen bekannte Risiko des Sauerstoffzutritts und damit verbunden die Korrosion – dann wird über kurz oder lang das metallische Material des Kessels sowie des Verteilers angegriffen und die Fußbodenheizung verschlammt. Der Besitzer merkt das an der sinkenden Raumtemperatur.

Was sagen Wärmepumpen-Hersteller dazu? Laut Mitsubishi Electric können sich Korrosionsprodukte, wie zum Beispiel Rostschlamm, im Verflüssiger der Wärmepumpe absetzen und durch Querschnittsverengung Leistungsverluste der Wärmepumpe oder ein Abschalten durch den Hochdruckwächter bewirken. Der Hersteller gibt klar vor, dass Inhibitoren nicht zugelassen sind. Die genaue Spezifikation für Wasserinhaltsstoffe ist in jeder Installationsanleitung definiert – beispielsweise muss bei Wärmepumpen des Typs „Ecodan“ die Summe der Erdalkalien im Wasser kleiner 3 mol/m³ sein und die Gesamthärte des Wassers unter 16,8 °dH liegen.

Beträgt das spezifische Anlagenvolumen mehr als 20 l/kW Heizleistung (zum Beispiel bei Anlagen mit Pufferspeicher), soll das Heizungswasser generell enthärtet werden. Nibe betont, dass man in diffusionsdicht installierten Anlagen in der Praxis kaum Probleme kenne. Sauerstoffeintrag führe natürlich zu Ablagerungen – wobei die niedrigeren Temperaturen einer Wärmepumpe sich bei der Kalkbildung positiv auswirken. Ab einer Wasserhärte über 14 °dH wird eine Enthärtung bzw. Entsalzung empfohlen.

Grundsätzlich gilt: Je niedriger die maximale Vorlauftemperatur des Heizsystems ist, desto effizienter und wirtschaftlicher arbeitet die Wärmepumpe. Das schafft allerdings auch als weiteres Risiko die Verkeimung des Heizungswassers: Mikrobiologische Vorgänge haben einen direkten Einfluss auf die Wärmeübertragung (nach Luft ist Biofilm der zweitbeste Isolator – muss also vermieden werden) und das Korrosionsrisiko – beispielsweise dadurch, dass sie den pH-Wert absenken.

Beläge oder auch Gaspolster sind problematisch, da sie durch die wesentlich verringerte Wärmeleitfähigkeit in den Wärmeübertragungsflächen Effizienzverluste verursachen (Abb. 4). Je geringer der Eintrag von Luft, Nährstoffen für Mikroorganismen und Steinbildnern wie Kalk, umso geringer das Risiko von Energieeffizienzverlusten und Beeinflussung der Betriebssicherheit des Systems.

Nach Überzeugung von BWT und der VDI 2035 hilft allein der Einsatz von salzarmem Wasser, um Keimen keine ausreichende „Nahrung“ zur kontinuierlichen Vermehrung anzubieten; die kontinuierliche Überwachung der funktionierenden Druckhaltung minimiert nachhaltig alle genannten Risiken.

„Vermeide!“: Das „AQA therm Vitas“-Konzept

Das „AQA therm Vitas“-Konzept von BWT (Vitas = lat. „Du vermeidest“) 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 Einsatz von salzarmem Wasser die Risiken für Steinbildung, Biofilmbildung und für Korrosionsschäden (sinkt mit abnehmender elektrischer Leitfähigkeit des Heizungswassers) 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 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.

„AQA therm HSS“ (Abb. 5) realisiert 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).

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 (1 l entsalztes Füllwasser ist z.B. mit dem System „AQA therm MovePower“ für weniger als 4 Cent herzustellen), auf den Einsatz von Entsalzungsharzen zu verzichten und das Wasser stattdessen mit einer Membrantechnologie zu entsalzen und in die Anlage einzufüllen.

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) wird eine größere Menge entsalzten Wassers benötigt, die von der Entsalzungskartusche zu liefern ist. Nach DIN EN 1717 ist der unmittelbare Anschluss der Entsalzungskartusche an die Trinkwasserinstallation nicht zulässig; hier muss zwingend ein Systemtrenner BA vorgeschaltet werden.

Im Übrigen gilt: Nach GEG § 60, VDI 2035 sowie VDI 4708 Blatt 1 müssen Komponenten, die einen wesentlichen Einfluss auf den Wirkungsgrad haben, in Verantwortung des Betreibers regelmäßig fachkundig gewartet und instandgehalten 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 (Abb. 6).

Resilienz: Für TGA-Planer, Heizungsbauer und Betreiber

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“ bedeutet Widerstands- und Anpassungsfähigkeit bei kurz- und langfristigen Veränderungen der äußeren Bedingungen. Hierbei spielt sowohl die Sicherheit als auch die Robustheit und damit die Langlebigkeit eine wichtige Rolle. 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“ 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 (Abb. 7). Beides zusammen bietet allen Beteiligten (TGA-Planer, Heizungsbauer, Betreiber) „peace of mind“ – eine innere Ruhe. Resilienz in Bestform.

Fazit

Durch gezieltes und überlegtes Handeln nach dem „AQA therm Vitas“-Konzept spart der Heizungsbauer bares Geld, vermeidet den Verlust von Energieeffizienz im Betrieb und schützt die Umwelt durch den Verzicht auf toxische Chemikalien sowie auf überflüssiges Equipment. Dazu startet BWT eine umfassende Schulung zum Heizungswasser-Experten.

[Axel Kraushaar, Willibald Schodorf]

Weitere informative Fachbeiträge zu den Meta-Themen „Energieeffizienz“ und „Nachhaltiges Heizungswasser“ finden Sie hier:

https://tga.li/p17

https://tga.li/GaY8

https://tga.li/l9AD