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Wasser hat eine sehr
hohe Wärmekapazität
und eine hohe Verdampfungsenergie.
Auf Grund der hohen spezifischen Wärmekapazität ist Wasser
der häufigste Wärmeträger. Nur für extreme Anwendungen
werden Öle oder flüssige Metalle sowie in speziellen Fällen
verflüssigte Gase verwendet. Reines Trinkwasser (sollte) darf
nicht in Heizungs-, Solar- und Kühlsysteme gefüllt werden.
Die Anlagen muss immer VE-Wasser
(kein Trinkwasser) als Grundlage und das passende Vollschutzmittel
bzw. Frostschutzmittel in richtiger Konzentration
verwendet werden. Das gilt auch für das Nachfüll-
bzw. Nachspeisewasser, .besonders bei größeren
Nachfüllmengen. Damit die richtige Flüssigkeit nachgefüllt
werden kann, muss an jeder Nachfülleinrichtung
ein Aufkleber (z. B. Heizungswasser)
mit den entsprechenden Werten (z. B. pH-Wert, Gemischangabe) und die
Daten der Wartungen vorhanden sein. |
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| Wasserhärte |
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Temporäre
Härte > Carbonathärte oder vorübergehende
Härte Die Gesamthärte wird auf die Ionen des Magnesiums und Calciums bezogen. Beide sind positiv geladen. Um die elektrische Neutralität der Lösung zu wahren, muss die gleiche Menge negativ geladener Ionen vorhanden sein. In Deutschland sind dies meist Karbonat bzw. Hydrogencarbonat. Deswegen spricht man dann von Karbonathärte (KH), Kalkhärte oder temporärer Härte. Die Salze des Magnesiums oder Calciums und der Kohlensäure (Karbonate) sind sehr schwer löslich. Die Kohlensäure ist jedoch eine schwache flüchtige Säure. So können folgende Eigenschaften angegeben werden: |
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| Dauerhafte
Härte Alle anderen Ionen (z.B. Chlorid, Sulfat usw.) sind nicht flüchtig und bilden in kurzer Zeit keine schwer löslichen Verbindungen. Man spricht daher von permanenter Härte, weil diese durch Hitzeeinwirkung nicht entfernt werden kann. In Heizkesseln kann dies zur Verkrustung (Kesselsteinbildung) der wärmeübertragenden Flächen führen. Härte wird hier oft zum Bindemittel für Oxidschlämme. |
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| Am 1. Februar
2007 wurden nach dem Wasch- und Reinigungsmittelgesetz (WRMG)
§ 9 die Härtebereiche an europäische
Standards angepasst. Die Angabe "Grad deutscher
Härte" (°dH) wird durch die Angabe "Millimol
Calciumcarbonat je Liter" ersetzt. Die Wasserversorgungsunternehmen
veröffentlichen weiterhin auch die Gesamthärte. |
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| Die neuen Härtebereiche werden folgendermaßen definiert: | |||||||||||||||||||||
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| Die alten Härtebereiche: | |||||||||||||||||||||
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| pH-Werte Für den Betrieb von Heizkesseln und anderen Wasser berührten Teilen ist es wichtig zu wissen, dass die tatsächliche Korrosionstätigkeit zu einem großen Teil vom pH-Wert abhängt. Da es auch einen alkalischen Angriff auf den Stahl gibt, existiert ein optimaler pH-Wertbereich, bei dem die Korrosionstätigkeit fast nicht mehr messbar ist. Dieser liegt zwischen ca. 8,5 und 10,5. Diese Angabe gilt für salzhaltiges Wasser (elektrische Leitfähigkeiten 100 - 1500 S/cm) und Temperaturen unter 100°C. Bei Aluminium ist der "optimale" pH-Wertbereich wesentlich schmaler und liegt bei etwa 6,5 - 7,5. Bei entsprechenden Legierungen lässt sich dieser Bereich auf ca. 9,5 erweitern. |
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Sauerstoff Wie bereits in der Einleitung geschrieben, neigen alle gängigen Werkstoffe zur Reaktion mit Sauerstoff. Für diese Art der Korrosion ist Stahl bekanntlich besonders anfällig. Die Oxidschichten bei anderen Werkstoffen (Kupfer, Aluminium) sind zwar dicht und schützen das darunter liegende Material, sind aber bei ständigem Wasserkontakt sehr empfindlich, weil sie durch Schwankungen des pH-Wertes und andere Faktoren leicht angegriffen werden können. |
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Biologische
Prozesse in der Heizung Bakterien sind durchaus in der Lage, in Heizungskreisläufen zu existieren - schließlich kann dort Leben sein, wo Wasser ist. Alles Biologische in einer Heizungsanlage wird als Bakterium bezeichnet, auch wenn es Pilze oder Algen sein können. Bakterien benötigen eine Energiequelle. Das kann Wärme oder - was von ihnen bevorzugt wird - eine bestimmte chemische Reaktion sein. Sie nisten sich in Unebenheiten oder Poren ein, um dort Kolonien zu bilden. Sie bevorzugen vor allem ölige Oberflächen, Kunststoffe und Härtebeläge. Bakterien benötigen eine gewisse Konstanz der Lebensbedingungen, vor allem zu Beginn der Ansiedlung. Hier zwei häufige Fälle: |
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Sulfatreduzierende
Bakterien
Die Verursacher sind sulfatreduzierende Bakterien, die Sulfat zu Sulfid umwandeln. Dabei entsteht Sauerstoff, der zur Oxidation von Metallen führt. Temperatur und Druck spielen für die Bakterien fast keine Rolle. Aus diesem Grunde verwendet man heute nur noch dann Sulfit als Sauerstoffbindemittel, wenn es unter ständiger Beobachtung ist. |
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| Biofouling in Heizungen | |||||||||||||||||||||
Es gibt eine Menge von Lebensformen die mit dem Wasser in die Anlagen hineinkommen und diese greifen die Materialien an. Diese als „Biofouling“ oder „MIC“ (microbially influenced corrosion) bekannten Schadensursachen nehmen deutlich zu. Sie sind noch weitgehend unbekannt, weil die analytischen Nachweise schwierig sind. Einige der Spezies sind vermutlich noch gar nicht mit der Laborwissenschaft in Kontakt gekommen. Eines allerdings haben sie gemeinsam: Dort, wo sie wachsen, verändern sie lokal den pH-Wert (nachgewiesen bisher Veränderungen bis zu pH 2!), das Redoxpotential, die Konzentration an Sauerstoff und gelösten Salzen, die Parameter, die aus chemischer Sicht für Korrosionen verantwortlich sind. „MIC“ bewirkt mithin keineswegs „neue“ Korrosionsmechanismen, sondern beeinflusst die chemischen bzw. elektrochemischen Prozesse an Grenzflächen zwischen Wasser und dem Material. |
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Diese biologische
Filmbildung tritt vorwiegend bei Niedertemperaturheizungen
und Kühlsystemen mit Kunststoffrohren auf. Dabei nisten sich zunächst
Pionierorganismen in den Poren der Oberfläche ein und vermehren
sich. Dadurch wird der Boden für andere Organismen bereitet, die
sich dann dort einnisten. Dieser Prozess geht so weit, bis Teile des
Biofilms abgestoßen werden und an anderer Stelle aufwachsen. Dabei
sind die Bakteriengesellschaften in der Lage, ihr chemisches Milieu
weitgehend selbst zu bestimmen. Das heißt, auch wenn das Wasser
einen pH-Wert von 9 hat, kann an der Oberfläche des Metalls oder
Kunststoffes ein pH-Wert von 4,5 vorliegen. Die biologischen Prozesse
in diesen gallertartigen Schichten sind äußerst vielfältig.
Die Dosierung von Chemikalien und anderen Bioziden ist in der Regel nachträglich nicht erfolgreich, weil nur die oberste Schicht der Bakterien abgetötet wird. Die darunterliegende Schicht hat nun genügend Zeit, sich an die giftige Substanz zu gewöhnen. Man spricht hier von Resistenzbildung. Deshalb muss ausgeschlossen werden, das diese Lebewesen gar nicht erst in die Anlage kommen. Auf Dauer kann hier nur durch eine spezielle und wiederkehrende Wasserbehandlung bzw. Reinigung durch Beizen eine Verminderung oder gar Lösung des Problems erreicht werden, die zur langsamen "Verbrennung" des Biofilmes führt. Allerdings sollte man bei dieser Methode die Materialspezifikation der Heizungsanlage genau prüfen, um nicht unerwünschte Nebenwirkungen zu erhalten. deshalb sollten diese Behandlungen nur Spezialfirmen überlassen werden. |
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In fast allen Fällen
bilden auf festen Oberflächen seßhaft werdende Algen, Pilze
und Bakterien stabile Biofilme. Ihre Stoffwechselprodukte
(Schwefelwasserstoff, Schwefelsäure, Salpetersäure u.v.a.)
lösen dann die verschiedensten Korrosionsarten aus. Eine starke
Biofilmbildung kann eine Entzinkung bei Kupfer-Zink-Legierungen
(z.B. Messing) mit mehr als 20% Zink führen. Der
Biofilm kann dann aus der Beizsäurelösung extrahiert und chemisch
identifiziert werden. Viele Zusammenhänge sind noch unerforscht. |
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Moderne
Heizanlagen bestehen nicht selten aus ca. 20 verschiedenen
Materialien. Die Auswahl an Produkten ist sehr groß geworden,
wodurch unweigerlich vielschichtige Probleme auftreten können.
Bei Mischinstallationen kommt es neben dem Kontakt von verschiedenen
Metallen miteinander (Stromfluss) auch zum verstärkten Sauerstoffzutritt
(Kunststoffrohre, O-Ringe und Stopfbuchsen, Verschraubungen,...). Dadurch
kommt es zu einer elektrochemischen Korrosion, dem unedle Metalle zum
Opfer fallen. Dies kann z.B. Aluminium sein. Aber auch andere Materialien
können betroffen sein. Eine Möglichkeit des Schutzes besteht
darin, die betroffenen Bauteile elektrisch zu Isolieren, damit kein
Strom fließen kann. Darüber hinaus kann es bei Mischinstallationen zu Lokalelementbildungen kommen. Das bedeutet, dass beispielsweise Kupfer gelöst wird und das gelöste Kupferion sich zum Beispiel am Aluminium anlagert. Kommen noch weitere Kupferionen hinzu, entsteht ein Lokalelement, bei dem Alu gelöst wird. |
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Korrosion
von feuerverzinktem Stahl - Aufgrund der Temperaturen im Warmwasser-Heizungsanlagen
dürfen wasserseitig feuerverzinkte Bauteile wegen der Blasenbildung
im Bereich des Zinküberzuges und der möglichen Folge von Abplatzungen
nicht zum Einsatz kommen. |
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Heizungswasseranalyse Mit einer Analyse wird die Heizungswasserqualität festgestellt. Die Probennahme und die Analyse sollte grundsätzlich von einem Fachunternehmen, das die theoretischen und praktischen Kenntnisse nachweisen kann, durchgeführt werden. Inwieweit eine Analyse per Internet durchgeführt werden kann, muss jeder für sich entscheiden. Eine Wasseranalyse sollte folgende:Kriterien beinhalten: Das Heizungswasser sollte frei von Rückständen sein. Korrosionsprodukte (z. B. Magnetit, Rostteilchen, Schwebstoffe) weisen auf Korrosionsvorgänge hin und können zur Verschlammung oder Erosion führen. Der pH-Wert im Heizungswasser ist ein wichtiger Faktor und muss im basischen Bereich (>pH 8,2 bis ca. pH 10,5) liegen, denn in diesem Bereicht gilt es als nicht korrosionsbegünstigend. Der pH-Wert beeinflusst die sogenannten Deckschichten, die sich auf den Metallen in der Heizungsanlage als natürlicher Korrosionsschutz bilden. Durch den pH-Wertes kann man auf mögliche Schadensursachen zurückschließen. Hier nimmt verarbeitetes Aluminium eine Sonderstellung ein. Die Deckschichten auf den Aluminiumbauteilen (Wärmetauscher, Heizkörper) können schon ab einem pH-Wert 8,5 geschädigt werden. Wobei bei ungünstige Strömungsverhältnisse Erosionsschäden auftreten können. Sauerstoffgehalt für das Heizungswasser sollte um oder unter 0,1 mg/l. Bei einer geringen elektrischen Leitfähigkeit des Wassers kann auch eine etwas höhere Sauerstoffkonzentration toleriert werden. Die elektrische Leitfähigkeit (µs/cm)muss möglichst gering sein. werden. Hier sollte der Wert weniger als 1/3 des Leitwertes des Füllwassers als gut befunden werden. Eine hohe elektrische Leitfähigkeit des Heizungswassers beschleunigt bzw. fördert Korrosionsvorgänge. Nach der VDI-Richtlinie 2035 kann eine Leitfähigkeit von >100 µS/cm nur toleriert werden, wenn eine sehr geringe Sauerstoffkonzentration (<0,02 mg/l) vorliegt. Chemische Inhibitoren, pH-Wert-Stabilisatoren und andere Dosiermittel erhöhen die Leitfähigkeit. Ein Leitwert von über 1.000 µS/cm gilt nach heutiger Auffassung aber auch unter Einsatz von Inhibitoren als systemgefährdend. Im Heizungswasser darf kein Eisengehalt nachgewiesen werden. Gelöstes Eisen ist der direkte Indikator für aktuelle Korrosionserscheinungen im Heizungssystem. Der Härtegrad des Heizungswassers sollte den Vorgaben der VDI 2035 entsprechen. Hiernach steht die empfehlenswerte Gesamthärte in Zusammenhang mit der Gesamtheizleistung und dem spezifischen Anlagenvolumen. Neben der Bestimmung der Gesamthärte ist auch die Ermittlung der Karbonathärte wichtig. Hierüber kann bestimmt werden, ob das Wasser im Gleichgewicht ist oder dieses durch zu hohen Neutralsalzgehalt oder Inhibitoren gestört ist. Anlagen mit größerem Wasserinhalt, aber auch kleine Anlagen, sollten mit vollentsalztem bzw. demineralisiertes Wasser (VE-Wasser - Härte ~0° dH, Leitfähigkeit <10 µS/cm) befüllt werden, um eine geringe Härte und eine geringe Leitfähigkeit zu erreichen und ein entsprechender Vollschutz schützt die Anlage dauerhaft. |
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Die Heizungswasseranalyse
wird durchgeführt um |
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| Entzinkung | |||||||||||||||||||||
| Die Entzinkung ist eine Korrosionsart, die vor allem bei Kupfer-Zink-Legierungen (z.B. Messing) mit mehr als 20 % Zink auftritt. | |||||||||||||||||||||
Kupfer wird bei diesem Korrosionsvorgang meistens als schwammige Masse aus dem Messing abgeschieden. Das Zink bleibt entweder in Lösung oder lagert sich in Form von basischen Salzen über der Korrosionsstelle ab. Die Entzinkung kann örtlich begrenzt und in die Tiefe gehend oder flächig ausgebreitet auftreten. |
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Die Entstehung dieser Korrosion setzt dickere Deckschichten aus Korrosionsprodukten, Kalkablagerungen oder sonstige Ablagerungen von Fremdteilen auf der Metalloberfläche voraus. Wasser mit erhöhtem Chloridgehalt begünstigt bei höheren Temperaturen und bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten das Auftreten von Entzinkung. |
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Häufig tritt Entzinkung auch im Zusammenhang mit starker Biofilmbildung (Biofouling) auf. Der Biofilm kann dann aus der Beizsäurelösung extrahiert und chemisch identifiziert werden. |
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| Entzinnung | |||||||||||||||||||||
Die Entzinnung ist eine seltene
Korrosionsart, die bei gegossenen Kupfer-Zinn-Legierungen (Zinnbronzen)
vorkommen kann. Dabei geht das enthaltene Zinn in Lösung. Dieser
Vorgang wurde in heißen chloridhaltigen Flüssigkeiten und
Dampf beobachtet. Aber auch in Anlagen mit Biofouling können diese
Legierungen korrodieren. |
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| Diese Legierung wird auch für Bauteile von Umwälzpumpen verwendet. | |||||||||||||||||||||
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Magnetitschlamm
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Bei der Rostbildung
reagiert Eisenoxidhydroxid - 2 FeO(OH) > Fe2O3·H2O |
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Das Produkt hat die
typische rotbraune Farbe. |
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Wenn zu wenig
Sauerstoff für die vollständige Oxidation von Fe(OH)2
vorhanden ist, dann bilden sich Zwischenstufen - 6 Fe(OH)2
+ O2 > 2 Fe3O4·H2O
+ 4 H2O |
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Das grüne
Magnetit-Hydrat - 2 Fe3O4·H2O
> 2 Fe3O4 + 2 H2O |
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Der schwarze
Magnetitschlamm - 3 Fe + 2 O2 > Fe3O4 |
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Quelle:
Chemie im Kontext Sek II - Cornelsen Verlag |
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| Ein niedriger pH-Wert
(sauer oder neutral), eine hohe Leitfahigkeit und der Sauerstoffgehalt
des Wassers führt in Systemen mit Stahlbauteilen zur Magnetitbildung.
Es wird auch die These vertreten, dass sich Magnetit
auch durch Bakterien bilden kann. |
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Ein falsches Füll-
und Ergänzungswasser führt zu einer Magnetitbildung
in Stahlrohrsystemen und/oder in Pufferspeicheranlagen.
Da es aber auch keine absolut dichte Heizungs- und Kühlsysteme
gibt, besteht immer eine mehr oder weniger große Magnetitbildung.
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Eine Sauerstoffdiffusion
(Rohre, Kunststoffteile) bzw. ein Sauerstoffeintrag
findet ständig über undichte Ventile (Stopfbuchsen, O-Ringe),
geschrumpfte Dichtungen, Saugkrafte (verschobener Nullpunkt, falsche
Anordnung der Pumpe und Entlüftungseinrichtungen) und fehlerhafte
Druckhaltung (zu niedriger Druck, defekte oder zu kleine Ausdehnungsgefäße)
statt. Die Geschwindigkeit einer Magnetitbildung steigt mit zunehmendem
Sauerstoffgehalt des Wassers. |
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Ein alkalischer pH-Wert
und eine niedrige Leitfahigkeit des Wassers kann die Korrosionsreaktion
herabsetzen. Dies setzt aber eine richtige der Systemflüssigkeit
voraus. |
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Wie kommt
es zur Magnetitbildung? |
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Magnetit löst
sich vom Eisen und bildet eine Schutzschicht und dadurch wird das Eisen
geschützt. Es bildet sich die "bekannte" schwarze Brühe
in Stahlrohrsystemen. Wenn Magnetit schützt, wieso schadet es dann
der Heizung? |
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Welche Folgeschäden
von Magnetitbildung gibt es? |
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Damit der Magnetitschlamm
keine größeren Schäden anrichtigen kann, muss die Bildung
verhindert werden. Dies ist durch die richtig Materialwahl oder durch
eine richtig behandelte Anlage (Spülung-Reinigung-Inhibierung)
zu erreichen. Entschlammungsbehälter
mit Magnete erreichen bei richtiger Wartung nur die Beseitigung gröberer
Magnetitteilchen, aber die Ursache wird dadurch nicht beseitigt. |
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| höhere
Anforderungen an Heizungsfüllwasser mit dieser fast
nicht brauchbaren |
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| die
ÖNorm
5195-1 und 5195-2
soll um einiges praktikabler sein gegenüber der VDI-Richtlinien |
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| Merkblatt
Heizungswasser 1 + Merkblatt
Heizungswasser 2 nach der ÖNorm |
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Anlagenbuch
nach VDI 2035 zur Dokumentierung des Heizungswassers
>
letzte Seiten |
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Eisen
und Mangan im Trinkwasser -
nicht als Füllwasser geeignet |
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Systemtrenner
nach DIN EN 1717 auch für
Heizungsfülleinrichtungen |
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Anlagenbuch
für Warmwasser-Heizungsanlagen
- Grünbeck Wasseraufbereitung GmbH |
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Fachfirmen
und Einrichtungen für Wasseraufbereitung |
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Hinweis!
Schutzrechtsverletzung: Falls
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