Weichwasseranlage als künftiger Standard in Trinkwasser-Installation

Etwa 123 Liter Trinkwasser werden hierzulande jeden Tag pro Kopf verbraucht [1], wenn auch nur etwa 5 Prozent tatsächlich für Essen und Trinken. Dass die lokalen Wasserqualitäten trotzdem immer stärker...

...in den Fokus geraten und zunehmend über Weichwasseranlagen vor Ort „nachjustiert“ werden müssen, hat also weniger geschmackliche denn handfeste technische Gründe, beispielsweise den störungsfreien Betrieb hoch effizienter Wärmeerzeuger. Nicht zuletzt durch den Klimawandel, mit in der Folge häufiger verschnittenen (Roh-)Wässern auf Versorgerseite, wird sich die Situation verschärfen und der Einsatz von „intelligenten“ Weich-wasseranlagen auch zum Schutz der Hausinstallation zum Standard in der Technischen Gebäudeausrüstung.

Trotz der vergleichsweise trockenen Sommer seit 2014 und signifikanten Dürreperioden in einzelnen Regionen [2] gibt es in Deutschland bislang keinen Wasserstress: Mit 12,8 Prozent liegt die tatsächliche Wasserentnahme noch deutlich unter dem Schwellwert von 20 Prozent des langjährigen mittleren Wasserdargebots [1]. Allerdings ist die Verfügbarkeit regional extrem unterschiedlich.

Gleiches gilt für die Wasserqualitäten: Natürlicherweise muss hierzulande beispielsweise mit einer durchschnittlichen Schwankungsbreite in der speziellen Wasserhärte von etwa 5,8 °dH in Bonn über 10,3 °dH in Dresden bis 19,5 °dH in Berlin gerechnet werden – bei einem empfohlenen Rahmen von 7 bis 9 °dH. Lokale Ausreißer sind aber auch Werte von unter 2 °dH oder, vor allem in stark landwirtschaftlich genutzten Gebieten, von bis zu 40 °dH und mehr. Dies ist in der Regel ein Ergebnis zu hoher Düngung, also einer übermäßigen Nitrat-Belastung (s. Extra Info).

Auf jedes dieser Ereignisse, isoliert betrachtet, kann sich der Fachplaner bzw. Fachhandwerker über die standardmäßige Anforderung einer Wasseranalyse beim lokalen Versorger einstellen, bevor er die Auslegung einer Trinkwasser-Installation in Angriff nimmt. In Regionen mit einer Wasserhärte > 8,4 °dH gehört dazu dann auch gemäß DIN 1988-200, Abschnitt 12.3.2, die empfohlene Installation einer Enthärtungsanlage als Maßnahme zur Vermeidung von Steinbildung. Sich allein auf dieses Regelwerk zurückzuziehen, greift in der Praxis aber zu kurz. Durch die zunehmenden Dürreperioden gehen beispielsweise Wasserversorgungsunternehmen zunehmend dazu über, zur Absicherung der Trinkwasser-Versorgung neue Verbundstrukturen mit anderen Wasserwerken zu schaffen. Exemplarisch dafür stehen die Wasserwerke Paderborn, die ein betriebsgeführtes Wasserwerk zur Versorgung zweier Stadtteile über eine neue Verbundleitung in DN 250 entlasteten. Allerdings mit beträchtlichen Auswirkungen für die Verbraucher, denn anstelle der Härtebereichsstufe 1 hatte das Wasser aus Paderborn 14,2 °dH, war also dem Härtebereich 3 zuzuordnen [3]. Als Lösung wurde hier eine Mischstation gebaut, in der die beiden Wässer kontrolliert zusammengeführt und entsprechend „verschnitten“ werden, um im Härtebereich 1 zu bleiben. Da es sich hier um eine kontrollierte Vorgehensweise handelte, war die Verbundversorgung für die Trinkwasser-Installationen im „Anschlussgebiet“ ohne Folgen. Grundwasser aber ist bekanntermaßen ein träges Medium, so dass sich Rohwasserveränderungen durch Nitratbelastung mit entsprechender Härteveränderung durchaus erst nach Jahrzehnten ergeben können [4]. Dies gilt umso mehr, als auch die Versorgungsunternehmen natürlich dem Minimierungsgebot der Trinkwasserverordnung (TrinkwV) unterliegen und ein kurzfristig wirksames Indizieren des Rohwassers zur Absenkung der Wasserhärte nur innerhalb sehr enger Grenzen zulässig und möglich ist [5].

Mehr als „Kosmetik“

Weichwasseranlagen nach dem Ionentauschverfahren sind eine hoch wirksame Möglichkeit, sich gegen die Folgen derartiger Veränderungen in den Wasserqualitäten nachhaltig zu schützen. Durch die integrierte Elektronik wird, in Verbindung mit entsprechender Sensorik, gewährleistet, dass auch bei nur kurzzeitig auftretenden Schwankungen in der Wasserhärte der gewünschte Weichwasserwert – am Ventil der externen Verschneide- und Umgehungseinheit voreingestellt auf beispielsweise 8 °dH – nicht mehr überschritten wird.

Während sich Endkunden in der Folge unter anderem über

• einen reduzierten Waschmitteleinsatz,

• weniger Hautreizungen oder

• leichter zu reinigende Duschen ohne hartnäckige Kalkflecken

freuen können, sind aus Sicht des Fachhandwerks die technischen Vorteile für die Trinkwasser-Installation als wesentlich weitreichender einzuschätzen:

• Trinkwasser-Installationen werden immer „schlanker“ aus-gelegt, um das zirkulierende Trinkwasservolumen zum Schutz vor Hygienerisiken so gering wie möglich zu halten. Selbst geringfügige Kalkablagerungen an den Rohrinnenwandungen können also aufgrund der dadurch zwangsläufig höheren Rohrreibungszahl λ zu durchaus spürbaren Druckverlusten, also zu Versorgungsproblemen an der „letzten Zapfstelle“ führen.

• Kalkablagerungen an der Rohrinnenwandung führen zu einer turbulenten Strömung mit dem Risiko, dass Ablagerungen abgerissen und die gebildete Schutzschicht an der Rohrinnenwand beschädigt wird. Lochkorrosion wäre die Folge. Zudem steigen hygienische Risiken, da sich an der zerklüfteten Oberfläche leichter Nährstoffe festsetzen können, die Legionellenwachstum begünstigen.

• Durch die über eine Weichwasseranlage konstant definierte Wasserhärte bleibt die Auswahl einsetzbarer Rohrwerkstoffe offen. Es gibt keine Einschränkungen wie beispielsweise für Kupfer bei originär zu weichem Wasser (unter Beachtung der pH- und TOC-Werte gemäß DIN 50930, Teil 6).

BAFA fördert Investitionen

Der verlässlich konstante Härtegrad des Trinkwassers in einer Hausinstallation durch eine Weichwasseranlage nach dem Ionentauscherprinzip hat darüber hinaus konkrete Vorteile für die Betriebssicherheit hoch effizienter Heizungsanlagen. So sind zum Beispiel bei bestimmten Wärmeübertrager-Konstruktionen in Brennwertgeräten schon durch geringe Kalkablagerungen deutliche Effizienzeinbußen nachgewiesen. Dem trägt auch die neue VDI-Richtlinie 2035 „Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen“, Blatt 1 und 2, Rechnung. Danach ist bei Kleinanlagen (< 50 kW) bezüglich der Härteanforderungen an das Füll- und Ergänzungswasser der spezifische Wasserinhalt des Wärmeerzeugers gemäß Richtwerttabelle zu berücksichtigen. An hoch effiziente Wärmeerzeuger mit einem spezifischen Wasserinhalt < 0,3 l/kW (z. B. Umlaufwasserheizer) werden also höhere Anforderungen gestellt; bei Überschreiten des Richtwerts ist eine Enthärtung des Füll- und Ergänzungswassers zwingend erforderlich. Da – umgekehrt – die Weichwasseranlage gleichzeitig die Effizienz insbesondere der Trinkwarmwasserbereitung steigert, werden Investitionen in solche Anlagen auch durch das Bundesamt für Wirtschaft & Ausfuhrkontrolle (BAFA) gefördert. Zu den förderfähigen Investitionskosten zählen dabei neben den Anschaffungskosten auch die Kosten für Installation und Inbetriebnahme sowie Kosten der erforderlichen Umfeldmaßnahmen.

Automatische Betriebsweise

Erreicht wird der Effekt der Wasserenthärtung bei Ionentauscheranlagen, indem das Trinkwasser über ein spezielles Regeneriersalz geführt wird. Dabei werden Kalzium- und Magnesium-Ionen (also: Kalk) durch „weiche“ Natrium-Ionen ersetzt. Die gewünschte Wasserhärte selbst wird dann an der nachgeschalteten, elektronisch gesteuerten Verschneide- und Umgehungseinheit eingestellt. Sollte über diese Einheit eine zu hohe Anreicherung des Regeneriersalzes mit Kalzium- und Magnesium-Ionen festgestellt werden, erfolgt automatisch eine Rückspülung, um einen Härtedurchbruch und damit ungewünschte Kalkeinträge in das nachgeschaltete Rohrleitungsnetz zu verhindern. Der Trinkwassereinsatz für die Rückspülung ist dabei auf ein absolut notwendiges Mindestmaß reduziert, so dass sich der Gesamtwasserverbrauch eines 4-Personen-Haushaltes im Durchschnitt nur um etwa 2 bis 3 Prozent (!) erhöht. Bei einem Gesamtverbrauch von etwa 170 m³ pro Jahr entspräche das einem zusätzlichen Bedarf von rund 4 m³. Die Mehrkosten betragen also kaum mehr als 50 Cent pro Monat [6].

Damit liegen sowohl die Investitions- als auch die Betriebskosten von Weichwasseranlagen deutlich unter denen anderer Systeme. Hinzu kommt, dass deren sogenanntes „Reinwasser“ aufgrund der deutlich über die reine Wasserenthärtung hinausgehenden Wasserbehandlung (u. a. Entmineralisierung) von Experten durchaus als gesundheitlich kritisch angesehen wird.

Sicherheit als Zusatznutzen

Durch die Anbindung einer Weichwasseranlage über ein integriertes WLAN-Modul bzw. via LAN an das Internet ist es im Übrigen möglich, sämtliche Funktionalitäten der Anlage per App auch zentral – optional durch den installierenden Fachhandwerker – zu parametrieren und zu protokollieren. Auffälligkeiten, wie ein zu Ende gehender Salzvorrat, werden dabei automatisch gemeldet. Der Fachhandwerker kann also im Sinne seines Kunden schon vorbeugend einen entsprechenden Serviceeinsatz auslösen. Über die originäre Funktion der Wasserenthärtung hinaus besteht bei integrierten Systemen außerdem die Möglichkeit, Zusatzfunktionen wie Leckageschutz, Hygienekontrolle oder Heizungsüberwachung in einer zentralen Weichwasseranlage mit ihrer Regelintelligenz einzubinden. Dafür wird das System zum Beispiel um einen Trinkwasserfilter sowie ein Leckageschutzmodul erweitert. Die Sensoren der einzelnen Installationskomponenten erfassen dann alle wesentlichen Betriebszustände der Trinkwasseranlage, insbesondere die Volumenströme, und bilden sie auf das gelernte Nutzerverhalten (bzw. auf den zuvor definierten bestimmungsgemäßen Betrieb) ab. Kommt es dabei zu Abweichungen, wie durch eine geringfügige Undichtheit, sperrt das System gegebenenfalls den Wasserdurchfluss automatisch ab und verhindert so eventuelle Schäden. Umgekehrt sorgt die Regelintelligenz des Gesamtsystems dafür, dass für die Zeit der notwendigen Spülphasen die hinterlegten Durchflussmengen automatisch angehoben werden und so eine sichere Rückspülung der Filter bzw. das Ausspülen des Regeneriersalzes ohne händischen Eingriff erfolgen kann. Das reduziert die Betriebskosten zusätzlich.

Fazit

Die Notwendigkeit zur Installation von Weichwasseranlagen wird immer weniger von den aktuellen Wasseranalysen vor Ort beeinflusst als von der perspektivischen Entwicklung der Wasserqualitäten – und von den steigenden Ansprüchen der Endkunden an die ihnen bereitgestellte Wasserqualität. Dazu gehört nicht nur das gesteigerte Wohlempfinden durch weicheres Wasser, sondern genauso der reduzierte Einsatz von Reinigungsmitteln, also ökologische Aspekte. In Kombination mit weiteren Funktionalitäten, wie Leckageschutz, und der zentralen Steuerung/Überwachung durch die SYR-App werden Weichwasseranlagen daher künftig zu einem festen Bestandteil von Trinkwasser-Installationen. Dies gilt insbesondere in Gebäuden, in denen Wasser an die Öffentlichkeit abgegeben wird, also im Sinne der Trinkwasserverordnung (TrinkwV) zusätzlich besonderes Augenmerk auf den Erhalt der Trinkwasserhygiene gerichtet wird.

Extra Info:

Minimierungsgebot beachten

Das Funktionsprinzip einer Weichwasseranlage beruht darauf, dass über einen Ionenaustauscher im Trinkwasser jeweils ein Kalzium- bzw. Magnesiumion durch zwei Natriumionen ersetzt wird. Die Senkung der Härte um 1 °dH entspricht dabei der Anhebung des Natriumgehalts um 8,2 mg/l [7]. Der Grenzwert der Trinkwasserverordnung (TrinkwV; Allg. Indikatorparameter Nr. 14) beträgt hierfür 200 mg/l.

Im Rahmen der Anlagenplanung ist über die üblicherweise zugrunde liegende aktuelle Trinkwasseranalyse die Einhaltung dieser Grenzwerte zu prüfen. Das ist im Regelfall aber unproblematisch, wie ein Blick auf typische Trinkwässer zeigt: In Hamburg liegt der Natriumgehalt bei 64 mg/l, in Berlin bei 38 mg/l, in Köln (rechtsrheinisch) bei 26 mg/l (linksrheinisch aber bei 35 mg/l), und in München sogar nur bei 5,3 mg/l [8].

Wirtschaftlich installieren und betreiben

Auf die Installation von Weichwasseranlagen wird, trotz der unbestrittenen Vorteile auch für den störungsfreien Betrieb der Trinkwasser-Installationen und der angeschlossenen Verbraucher, bisweilen immer noch mit dem Verweis auf „vermeidbare Betriebskosten“ verzichtet. Aufgrund optimierter Spültechniken sind der zusätzliche Wasser- und Energieeinsatz aber vernachlässigbar. Größeres Augenmerk sollten insbesondere Fachhandwerker aber auf die Anlagenauswahl an sich legen, um den Installationsaufwand möglichst gering zu halten. Systeme wie „LEX Plus 10 Connect S und SL“ (Hersteller: SYR) sind zum Beispiel unter anderem durch ihre spezielle Flanschtechnologie besonders leicht zu installieren und gegebenenfalls durch ein Leckageschutzmodul o. Ä. zu erweitern.

Hinzu kommt bei diesen Anlagen die einfache Integration des Gesamtsystems in die „smarte“ Steuerung per Browser via Internet und App. SYR hat dafür eine Internetgestützte Schwarm-Intelligenz (ISI) hinterlegt, mit der sämtliche Anlagenkomponenten mit SYR CONNECT-Technologie vernetzt und zentral gesteuert werden können.

Generell sind die Anlagen bevorzugt im Anschluss an den Hauseingang, aber nach eventuellen Entnahmestellen für die Gartenbewässerung, Poolbefüllung o. Ä. zu installieren, da diese Wässer nicht enthärtet werden müssen. Das verringert die Betriebskosten nochmals.

Quellen

[1] Umweltbundesamt (UBA); https://www.umweltbundesamt.de/themen/trockenheit-in-deutschland-fragen-antworten

[2] Helmholtz Zentrum für Umweltforschung; https://www.ufz.de/index.php?de=40990

[3] Fachzeitschrift energie/wasser-praxis 3/2019; S. 9ff.

[4] Studie „Nitrat im Trinkwasser“, Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland (BUND), 2019.

[5] Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit; Bundesministerium für Gesundheit; Bekanntmachung: Katalog vorsorgender Leistungen der Wasserversorger für den Gewässer- und Gesundheitsschutz; 13. August 2014.

[6] angenommener Grundpreis: 1,70 Euro/m³; Stand: Juni 2020

[7] DVGW: twin Nr. 07, Bonn, 2013.

[8] Angaben durch: Hamburg Wasser (2019), Berliner Wasserbetriebe (2018), Rheinenergie (2020), Stadtwerke München (2020).