Schadensformen

An Installationen von Trinkwasser, Abwasser, Heizung und industriellem Prozesswasser treten tendenziell unterschiedliche Schadensformen auf. In Summe sind die Schadensbilder überaus vielfältig. Entweder handelt es sich um schleichende „Alterungsprozesse“ oder um besondere Ursachen, die mitunter zu heftigen Schadensverläufen führen können (z.B. MIC).

Häufigster Schaden ist der Wasseraustritt, von dem besonders Trinkwassernetze, betroffen sind. Zumeist wird vorschnell das Anlagenalter verantwortlich gemacht. obwohl zusätzliche Ursachen vorliegen, die abzustellen sind sofern sie erkannt werden.

Als zweiter Faktor schädigen Zusetzungen (Rostknollen, Kalkstein, Magnetitablagerungen u.a.) die Netze. Das wird häufig erst wahrgenommen, wenn Temperaturschwankungen und Druckeinbrüche auftreten, gar kein Wasser mehr fließt (Rohrinfarkt) oder die Heizwärme unzureichend ist. Untersuchungen der letzten Jahre zeigen, dass Zusetzungen auch eine wesentliche systemische Ursache für Legionellenbefall sind: Das träge Fließverhalten beeinträchtigt die Warmwasserhydraulik, so dass in einzelnen Wohnungen die notwendigen Warmwassertemperatur nicht oder erst nach sehr hohen Entnahmemengen erreicht wird. Zudem begünstigen Inkrustierungen Biofilmbildungen.

Dritter Faktor sind Probleme mit dem Wasser selbst wie Verfärbungen, Schwermetallbelastungen, überhöhte Keimzahlen, Gerüche, Bildung von schleimigen Belägen und Schaum – kurz: Alle Fälle, bei denen das Wasser nicht den Anforderungen der Trinkwasserverordnung entspricht.

MIC

Noch wenig bekannt ist, dass bestimmte Mikroorganismen Wasser führenden Installationen und generell Werkstoffe stark angreifen können. Eine Reihe solch „schadensträchtiger“ Mikroorganismen dürfte zudem vermutlich noch unbekannt sein da die Forschung hierzu schwierig ist und noch in den Anfängen steckt.

Der Nachweis von „Biofouling“ oder „MIC“ (microbially influenced corrosion) erfolgt am lebenden Biofilm, erfordert daher hohen Aufwand und wird nur von sehr wenigen Fachlaboren durchgeführt.

Eines allerdings haben diese Mikroorganismen 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, genau die Parameter also, welche aus chemischer Sicht für Korrosionen verantwortlich zu machen sind. „MIC“ bewirkt mithin keineswegs „neue“ Korrosionsmechanismen, sondern beeinflusst die chemischen bzw. elektrochemischen Prozesse an Grenzflächen zwischen Wasser und Wasser führenden Systemen. Wie hoch der Anteil von Mikroorganismen an einem bestimmten Schadensprozess ist, lässt sich deshalb oft gar nicht genau bestimmen, da biotische und abiotische Effekte synergetisch ablaufen können.

Wissenschaftliche Untersuchungen gehen aber davon aus, dass MIC insbesondere bei Prozesswässern und mit Nährstoffen angereicherten Wässern an mindestens einem Viertel der Schäden beteiligt ist.

Biofilm

Im Wasser gibt es unzählige Mikroorganismen – ohne sie wäre höheres Leben nicht möglich. Ein großer Teil ist der Wissenschaft bislang vermutlich noch unbekannt, selbst der sog. „unspezifische Wasserkeime“ in unserem Trinkwasser, die zwar als harmlos gelten, eine bestimmte „Gesamtkeimzahl“ aber dennoch nicht überschreiten dürfen.

Andere Keime sind als gesundheitsgefährdend erkannt und dürfen deshalb im Trinkwasser nicht vorkommen. So insbesondere die bekannten Legionellen, aber auch Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Coliforme Keime, Enterokokken und Clostridium perfringens.

In Sanitär- und Heizungsinstallationen beginnt die Bildung von Biofilmen unmittelbar nach dem Befüllen. Vorausgesetzt, es wurde auf der Baustelle hygienisch gearbeitet (kein Eintrag von Keimen über offene Rohre usw.) gelangen die Keime fast ausschließlich in sehr geringer Zahl mit dem Versorgungswasser in die Systeme.

Bauteile und Rohre aus Kunststoff begünstigen die Biofilmbildung, Stahl verhält sich neutral während Kupfer antiseptisch reagiert.

Zunächst besiedeln anspruchslose Mikroorganismen die Oberflächen, vorzugsweise dort wo wenig Fließbewegung vorliegt. Deshalb sind groß dimensionierte Stahlrohre, an denen sich Rostknollen mit „Stagnationsräumen“ ausbilden, besonders stark mit Biofilmen besetzt. Mit der Zeit werden Biofilme immer artenreicher und komplexer. Ihre Zusammensetzung hängt u.a. von der Wassertemperatur (im Warmwasser- und Heizungsnetzen siedeln bevorzugt „thermophile“ Keime) und vom Sauerstoffgehalt des Wassers ab.

Die Vermehrung der Keime ist neben anderen Bedingungen stark vom Nährstoffangebot abhängig, beispielsweise den Sedimenten die mit dem Versorgungswasser eingetragen werden. Anreicherungen des Wassers mit Nährstoffen (z.B. den häufig zugeführten Phosphaten) sind deshalb vor allem bei Anlagen mit nachgewiesener Kontamination unbedingt zu vermeiden.

Die Reproduktionsrate der Keime ist bei günstigen Voraussetzungen sehr hoch. Es treten Generationenfolgen von weniger als einer Stunde auf, weshalb in vergleichsweise kurzen Zeiträumen Anpassungen an geänderte Lebensbedingungen und Resistenzen auftreten können.

Ein sog. „gealterter“ Biofilm kann Schichtdicken von über einem Millimeter erreichen und beherbergt Dutzende von verschiedenen Spezies.

Bereits seit längerem ist bekannt, dass Biofilme auch Mikroorganismen beinhalten können, die Materialien angreifen: „Biofouling“ oder „MIC“ (microbially influenced corrosion) kann entsprechend der Reproduktionsraten der entsprechenden Keime zu einem extrem schnellen und heftigen Schadensverlauf führen.

In all diesen Fällen schafft auch der Einbau thermischer Regulierventile nur begrenzt Abhilfe. Er muss deshalb einhergehen mit geeigneten Maßnahmen, um die Querschnitte der Warmwasserstränge wieder zu erweitern und dauerhaft frei zu halten.

Planungs- und Ausführungsphase

Die sachgerechte Planung und Bauausführung von Sanitär- und Heizungsinstallationen ist einer der wichtigsten Aspekte der Schadensprävention. Aufgrund von Unkenntnis, Preis- und Termindruck oder auch Nachlässigkeit werden aber gerade hier die Grundlagen für viele der späteren Probleme gelegt.

Häufig anzutreffende Mängel sind

  • Zu kleine Heizräume, die keine sinnvolle Anordnung und spätere Wartung der Anlagen zulassen
  • Verwendung falscher Materialien und problematischer Materialmischungen
  • „Bevorraten“ von Leitungen und Entnahmestellen, deren spätere Nutzung nicht sicher gestellt ist.
  • Räumlich unzureichende Trennung von Kalt- und Warmwasser bzw. Heizwasser
  • Räumlich unzureichende Trennung von Wasser- und Elektroninstallationen
  • Verwendung ungeeigneter Bearbeitungswerkzeuge
  • Unhygienische Lagerung von Rohren, Anlagen und Arbeitsmaterialien auf der Baustelle
  • Fehlendes „Entgraten“ von Schnittflächen
  • Zu frühes Befüllen von Netzen was zu Stagnation des Wassers führt
  • Mangelhafte Druckprüfungen und Spülungen
  • Fehlende Prüfungen der Hydraulik von Heizung und Warmwasser
  • Mangelhaftes Abdichten von Fugen und fehlende Feuchtesperren als Ursache für spätere Außenkorrosion

Ursachen von Wasseraustritten

Die Ursachen von Wasseraustritten sind vielfältig. Da zudem häufig mehrere Schadensformen gleichzeitig vorliegen fordert es umfangreiche Kenntnisse, die Ursache(n) der Schäden festzustellen.

Exemplarisch soll dies am sog. „Lochfraß“ (genauer: „Muldenkorrosion“) bei verzinktem Stahlrohr dargestellt werden. Er kann unter anderem verursacht sein u.a. durch

  • in Verzinkung und Stahl schlechte Materialqualität
  • Hanfüberschuss bei der Verarbeitung der Gewinde
  • unzureichende Spülung vor Inbetriebnahme
  • Stagnation des Wassers vor Inbetriebnahme und bei der späteren Nutzung
  • Partikeleintrag aus dem Versorgungsnetz (Fehlen eines Hauswasserfilters)
  • zu große Rohrdimensionierungen
  • geringe Fließgeschwindigkeit des Wassers
  • unsachgerechte Mischinstallationen insbesondere mit Kupfer und Bauteilen aus Kupferlegierungen (auch an Kälte- und Wärmekreisläufen)
  • Falsche Materialübergänge
  • Parameter des Wassers wie Kalk-Kohlensäuregleichgewicht, pH-Wert, Sauerstoffgehalt, Leitfähigkeit, Salz- und Chlorgehalt, Nitratgehalt usw.
  • Betrieb mit zu hohen Temperaturen
  • materialaggressiver Biofilm (sog. „Biofouling“ oder „MIC“: microbially influenced corrosion)
  • überhöhter Reststrom auf den Rohren infolge einer fehlenden oder mangelhaften Objekterdung, fehlender Potentialausgleiche oder korrodierter Kontaktflächen
  • hohe Ladung des Wassers nach Durchfließen nicht leitender Kunststoffleitungen

Neben dem der „Muldenkorrosion“ sind weitere systemische Ursachen für Wasseraustritte u.a.

  • Gewindekorrosion mit Gewindebrüchen, die zu sehr starken Wasseraustritten führen können
  • Spaltkorrosion
  • Korrosion an Schweißnähten
  • Spannungsrisse
  • Defekte Kompensatoren bei hohen Anlagen
  • Defekte an Be- und Entlüftern oder Überlaufventilen
  • Punktkorrosion (häufig an Kupfer- und Edelstahlrohr)
  • Erosionskorrosion (vor allem bei Kupfer verursacht durch zu hohen Wasserdruck oder zu starke Pumpen)
  • Falsches Löten von Kupfer
  • schlecht bzw. mit falschem Bearbeitungswerkzeug verarbeitete Pressverbindungen
  • Zersetzen von Dichtmaterialien (häufig ist hier MIC die Ursache)
  • mechanische Beschädigung und Verspröden von Verbundrohren
  • Rohraußenkorrosion (häufig an Heizwasserrohren als Folge unzureichender Trocknung nach Wasserschäden. Auch infolge undichter Fugen und fehlender Feuchtesperren)
  • Kesselrisse

Trinkwassernetze aus verzinktem Stahlrohr

Von Fachleuten wird Trinkwassernetzen aus verzinktem Stahlrohr eine mittlere Lebensdauer von 40 bis 50 Jahren zugesprochen, die nur bei materialverträglichen Versorgungswässern deutlich überschritten wird. Je nach Wasserbeschaffenheit (und entsprechend dem ortsspezifischen Schadensbild) müssen Netze erneuert werden weil entweder Lochfraß zunehmende Wasserschäden verursacht oder weil die Zusetzung so stark wird, dass keine angemessene Wasserversorgung und Warmwasserhydraulik (als wesentliche Voraussetzung der Trinkwasserhygiene) mehr gegeben ist.

Beim Alterungsprozess von verzinktem Stahlrohr handelt es sich zumeist um eine „Mischkonstellation“ aus Kalksteinbildung an Abschnitten des Warmwassernetzes, bei denen das Wasser am heißesten ist (also nach den Boilern). Mit zunehmender Entfernung vom Boiler und entsprechend abnehmender Tem­pera­tur steigt der Anteil von Rost an den Inkrustierungen. Er herrscht in den Warmwassersteigsträngen, rückführenden Zirkulationsleitungen und Wohnungsverteilleitungen meistens vor.

Kaltwassernetze sind dem gegenüber häufig mit Rostknollen zugesetzt, unter denen sich zunehmend Lochfraß bildet. Die ersten Wasseraustritte finden sich bei vergleichbaren Netzen deshalb zumeist in den waagrechten Kellerverteilleitungen des Kaltwassers, bevor dann auch Steigstränge und Stichleitungen von Schäden betroffen sind.

Die ursprünglich schützende Schutzschicht aus Zink ist nach spätestens 25 bis 30 Jahren weitgehend aufgebraucht, weshalb der Korrosionsprozess dann immer rascher voranschreitet.

Zum Verständnis hydraulischer Abläufe ist zudem wichtig zu wissen, dass Wasser an Widerständen (also z.B. Rostknollen) starke Wirbel ausprägt, wodurch die Fließgeschwindigkeit stark gemindert wird. Dadurch entstehen andererseits auch kleinräumige „Ruhezonen“ (=Stagnation) für das Wasser an den Rohrwandungen, was die Bildung von Biofilmen begünstigt. Aus diesen Gründen gelten ältere und besonders weitläufige Netze aus verzinktem Stahlrohr hinsichtlich Verkeimung als „Risikoanlagen“. Das Risiko steigt mit dem Grad der Inkrustierungen. 

Besonders wird eine intakte Warmwasserhydraulik dadurch erschwert, dass die Boiler nicht mittig sondern „peripher“ gelegen sind, wodurch lange Versorgungsstrecken entstehen. In solchen Fällen ist es besonders wichtig, Querschnittsverengungen an den Rohren so gering wie möglich zu halten: Das Fließverhalten des Wassers (und damit der Selbstreinigungsprozess des Systems durch Ausspülen von Rostpartikeln) ist sowohl durch die Länge der zu durchlaufenden Versorgungsstecke wie auch durch zunehmendes Inkrustieren der Rohre stark beeinträchtigt. Der immer höhere Fließwiderstand kann auch durch eine stärkere Leistung von Umwälzpumpen nur bedingt überwunden werden.

Deshalb ist es nicht nur mit Blick auf künftige Wasserschäden sondern auch auf Querschnittsverengungen wesentlich, eine effiziente Korrosionsminderung zu betreiben – spätestens sobald die schützende Zinkschicht  verbraucht ist.

Da Phosphatbeigaben an das Wasser bei bestehender Kontamination nicht geeignet sind (Phosphate erhöhen das Nährstoffangebot im Wasser und so die Neigung zur Biofilmbildung), werden heute zur Korrosionsminderung Schutzanoden vor allem aus Magnesium eingesetzt. Das „unedle Metall“ übernimmt hierbei die Funktion der ursprünglichen Zinkschutzschicht. Die eingesetzten Anoden verbrauchen und versiegeln sich und müssen regelmäßig ersetzt werden, um die Wirkung dauerhaft aufrecht zu erhalten.

Mit Blick auf den immensen Aufwand für eine mögliche Erneuerung der Netze sind effiziente Schritte zur Korrosionsminderung jedenfalls als wirtschaftlich anzusehen.

Hydraulik

Unter Hydraulik wird in der Versorgungstechnik die ausgewogene Temperaturverteilung in einem Kreislauf verstanden. Sie ist Voraussetzung für einen energieeffizienten Betrieb und für eine angemessene Trinkwasserhygiene, die an das Erreichen ausreichend hoher Warmwassertemperaturen im gesamten Netz gebunden ist.

Sowohl in Warmwasser- wie in Heizwasserkreisläufen älterer Gebäude ist die Hydraulik häufig aber nicht mehr intakt, was für einzelne Nutzer eine Unterversorgung zur Folge hat.

Erforderlich ist dann ein sog. „hydraulischer Abgleich“. Er wird wesentlich erzielt durch Messung der Temperaturwerte mit anschließenden Berechnungen zur Leistung der Zirkulationspumpe und zur Neueinstellung der Regelventile. Häufig werden in diesem Zug die alten statischen Ventile durch solche ersetzt, die Temperaturen selbsttätig regulieren (thermische Regulierventile in der Warmwasserzirkulation, Thermostatventile in der Heizung usw).

Soweit die Theorie. In der Praxis findet die Möglichkeit des hydraulischen Abgleichs ihre Grenzen, wo Rohrnetze mit Inkrustierungen verschlossen sind. Das ist insbesondere der Fall bei älteren Fußbodenheizungen, deren Heizschlagen durch Magnetitablagerungen verschlossen sind und bei verzinkten Stahlrohren, die durch Rostknollen und Kalkstein verengt sind.

Ablagerungen machen generell das Fließverhalten des Wassers träge. Es sucht sich seinen Weg vorzugsweise durch Rohre mit glatten Oberflächen und weiten Querschnitten. Da gerade an Anlagen mit vielen Versorgungssträngen diese häufig sehr unterschiedlich verengt sind, ist das Fließverhalten des Wassers entsprechend unterschiedlich ausgeprägt. Wenn das Netz ab Kellerdecke aufwärts insgesamt bereits stark durch Inkrustierungen verengt ist, findet die Zirkulation wesentlich nur noch in der waagrechten Kellerverteilung statt.

In all diesen Fällen schafft auch der Einbau thermischer Regulierventile nur begrenzt Abhilfe. Er muss deshalb einhergehen mit geeigneten Maßnahmen, um die Querschnitte der Warmwasserstränge wieder zu erweitern und dauerhaft frei zu halten.

HAUPTSITZ
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ZWEIGSTELLE
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