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Trinkwassererwärmung

Für die Erwärmung von Trinkwasser gibt es verschiedene Techniken.

 

Zum einen kann man Trinkwasser mittels Wärmetauschern erwärmen, zum anderen mit befeuerten oder elektrischen Erhitzern.

 

Diese beiden Varianten unterscheiden sich in einem wesentlichen Punkt eklatant von einander.

 

Bei den Wärmeaustauschern wird die Wandtemperatur der Wärmetauscherfläche durch den Wärmeübergang der beiden am Wärmeaustausch beteiligten Medien bestimmt. Im schlimmsten Fall (das ist, wenn keine Wärme übertragen wird), kann die Wandtemperatur der Tauscherfläche maximal die Temperatur des wärmsten Mediums annehmen. Bedeutet in der Praxis: ist der Wärmetauscher verschmutzt, bleibt das eine Medium heiß, das andere kalt. Der Wärmetauscher nimmt aber (normalerweise) keinen Schaden.

 

Bei befeuerten oder elektrisch beheizten Erhitzern ist das anders. Hier ist die Leistung vorgegeben, die durch eine bestimmte Fläche übertragen wird. Die Temperaturdifferenz zwischen Heizfläche und Medium wird also (in erster Näherung) nur durch den Wärmeübergang bestimmt. Das Produkt aus Temperaturdifferenz und Wärmeübergang bleibt gleich. Wiederum in die Praxis übertragen: wird der Wärmeübergang schlechter (kleiner), dann wird die Temperaturdifferenz größer.

 

Ein verschmutzter Erhitzer wird durch Überhitzung zerstört. (Aus diesem Grund widmet die Druckgeräterichtlinie den überhitzungsgefährdeten Erhitzern für Dampf- bzw. Heißwassererzeugung ein eigenes Diagramm zur Gefährdungsbeurteilung.) Die Vermeidung dieser Überhitzung ist also extrem wichtig für das „Überleben“ eines Erhitzers.

 

Wenn Trinkwasser erwärmt wird, so ist zu beachten, dass die im Trinkwasser gelösten Mineralien mit zunehmender Temperatur weniger gelöst werden. Mit steigender Temperatur fallen diese Mineralien aus und bilden häufig einen „Kalkbelag“. Dieser Kalkbelag lagert sich vorwiegend auf den heißen Oberflächen ab und behindert die Wärmeabgabe (mit den Folgen, wie oben beschrieben).

 

Die beheizte Oberfläche wird zunehmend heißer, was zu stark erhöhtem Korrosionsangriff führt. Die Korrosionsprozesse werden durch die höheren Temperaturen stark beschleunigt, so dass beispielsweise in der Belagsschicht eingeschlossene Chloridionen zu Spannungsrisskorrosion bei austenitischen Edelstählen führen können.

 

Es wird umso mehr Kalk abgeschieden, je höher die Temperatur der Heizfläche ist. Besonders oberhalb von etwa 60 °C gewinnt dieser Prozess stark an Geschwindigkeit. Aus diesem Grund ist es wichtig, die Heizflächentemperatur gering zu halten. Dies ist umso wichtiger, je härter das Wasser ist, also je mehr gelöste Härtebildner (Calcium- und Magnesiumionen) vorherrschen.

 

Der Quotient aus Leistung und beheizter Oberfläche ist ein Maß dafür, wie stark sich die Heizstaboberfläche gegenüber dem Wasser erhitzt. Bei Wasser mit einer Härte von unter 18 °dH sind mit Oberflächenbelastungen von weniger als 6 W/cm² gute Erfahrungen gemacht worden, bei härterem Wasser sollten nicht mehr als 4 W/cm² vorgesehen werden.

 

In jedem Fall ist es unerlässlich, die Heizfläche rechtzeitig von Belägen zu reinigen. Wann rechtzeitig ist, entscheidet die betriebliche Erfahrung. Eine Schichtdicke von 1 mm kann, je nach Beschaffenheit und chemischer Zusammensetzung bereits zu einer unzulässigen Behinderung der Wärmeabfuhr führen. Die Erfahrung vor Ort mit Verkalkung von Kaffeemaschinen und Armaturen bzw. Kalkflecken an Glasflächen ist ein Indikator dafür, wie häufig ein elektrischer Erhitzer entkalkt werden muss. Bei der Entkalkung ist es wichtig, geeignete Mittel zu verwenden. Diese Mittel dürfen die Heizfläche nicht schädigen. Salzsäurehaltige Mittel sind in jedem Fall nicht zulässig.

 

Bei elektrischen Heizelementen unterscheidet man im Wesentlichen zwischen zwei Varianten: es gibt Heizelemente, die man austauschen kann, ohne dass der Behälter entleert werden muss und die anderen. Die austauschbaren Heizelemente weiden bauartbedingt eine schlechtere Wärmeübertragung gegenüber den nicht austauschbaren Heizelementen auf.

 

Darüber hinaus sind die austauschbaren Heizelemente meistens anfälliger gegen Umgebungseinflüsse. Ein defektes Heizelement bedeutet, dass man es bei der austauschbaren Variante leicht wechseln kann, bei der anderen Variante ist der Austausch aufwendiger. Diesen Vorteil erkauft man sich aber mit einer geringeren Lebensdauer. Diese Punkte muss man gegeneinander abwägen. Bei einem großen Lagertank würde man also eher zu austauschbaren Heizelementen tendieren; bei einem kleinen System eher zu der nicht austauschbaren Variante.

 

Beiden ist gemeinsam: kommt es (z. B. in Folge einer Überhitzung) zu einem Korrosionsschaden, so muss in beiden Fällen die komplette Heizung ausgebaut werden, die austauschbaren Heizelemente bieten hier keinen Vorteil mehr. Nebenbei muss erwähnt werden, dass elektrische Heizelemente, die austauschbar sind, in der Regel nicht so kompakt gebaut werden können, wie die nicht-austauschbaren Heizelemente.

 

Diese Punkte gelten sinngemäß auch für alle anderen zu beheizenden Fluide. Öle vercracken bei zu hohen Temperaturen und bilden so eine Kohleschicht auf den heißen Oberflächen. Andere Medien führen zu erhöhter Korrosion, wenn die Temperatur der Heizfläche zu groß wird. Darum ist die technische Auslegung von elektrischen Heizelementen extrem wichtig, um eine lange Lebensdauer der Heizung (und wenn nötig auch des Mediums) zu erzielen.

 

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