Wasserqualität in der Industrie und Gebäudetechnik

In Deutschland verbrauchen wir im Jahr ca. 115 Milliarden Kubikmeter Wasser, das entspricht ca. 57.500 Schwimmbecken in der Größe von 50 mal 20 Metern und 2 Metern Tiefe. Die Industrie verbraucht davon ca. 20 Milliarden Kubikmeter Wasser im Jahr. Die Wasserqualität gehört zu den Top 10 der (Energie) Einsparpotentiale in Deutschland. Wasser müssen wir erst einmal in 2 Kategorien aufteilen, 1. Trinkwasser und 2. Brauchwasser. Trinkwasser muss zum Brauchwasser immer mit einem Systemtrenner Kategorie 5 getrennt sein damit im Falle eines Wasserrückstoßes das Trinkwasser nicht verunreinigt wird. Trinkwasser wird zu Hause sowohl als auch in Produktionsstätten zur Herstellung von Lebensmitteln, zum Trinken oder Kochen verwendet. Die Wasserqualität von Trinkwasser unterliegt in Deutschland sehr strengen Regularien, die in der Trinkwasserverordnung abgebildet sind.

In Unternehmen sprechen wir auch häufig von Brauchwasser oder Betriebswasser. Betriebswasser wird in der Industrie und Gebäudetechnik in der Heizung, Kühlung und Prozessanlage verwendet. Auch dieses Wasser unterliegt strengen Regularien z.B. VDI 2035 Heizung, VDI 2047 Kühlung, VDI 2070 Nutzung von Grau-, Regen-, Oberflächen- und Prozesswasser und weiteren Normen. Benutztes Betriebswasser wird sehr oft mittels industrieller Wasseraufbereitung gereinigt und wieder nutzbar gemacht, denn Wasser sparen ist in der Industrie, aus vielerlei Gründen, sehr wichtig.

Der Aufbau der Nutzung von Betriebswasser ist immer gleich, ein Rohrleitungssystem bestehend aus Rohren mit Filter, Sensoren, Absperr- und Rückschlagorganen und Pumpen fördert die im Wasser gespeicherte Energie als Wärme- oder Kälteträger an Verbraucher, die Wärme oder Kälte bedürfen. Wasser wird über diese Rohrleitungssysteme auch zur Reinigung oder als Lösungsmittel verwendet, dann sollte unbedingt eine industrielle Wasseraufbereitung nachgeschaltet sein, um den Wasserverbrauch in der Industrie zu senken. Die Anforderungen bei den industriellen Wasseraufbereitungen sind sehr hoch und somit an hohe Kosten gebunden. Wasser zu sparen und Kosten zu senken in der Industrie ist auch eines der zentralen Themen in Deutschland, denn Wasser als Produktionsfaktor spielt sowohl in der Industrie, in der Landwirtschaft, beim Umweltschutz als auch in der Gesundheit eine wesentliche Rolle.

Heute neu aufgebaute Anlagen müssen sich den oben genannten sehr strengen Regeln unterwerfen. Altanlagen unterliegen dem Bestandschutz und können Optimiert werden.
Bei der Optimierung der Wasserqualität in der Industrie und Gebäudetechnik ist grundsätzlich eine Ist-Aufnahme des Pumpensystems mit all Ihren Varianten erforderlich.
Das Wasser in unseren Kühl-, Heiz- und Prozessanlagen ist unser Energieträger für die am Ende wartenden Verbraucher wie Heizkörper, die Wärme verteilen sollen oder Kühlregister, die Kälte verteilen sollen. Wenn das Wasser nicht in einem einwandfreien Zustand ist, wird es über kurz oder lang zu Störungen im System kommen und die Anlagen werden zu Kostentreiber. Viele Unternehmen ahnen nicht, welche biologischen oder chemischen Veränderungen in Ihren Rohrleitungssystemen mit Ihrem Betriebswasser geschehen, wenn die Wasserqualität nicht stimmt. Wasser hat die unangenehme Angewohnheit, wenn es mit Metall und Sauerstoff zusammenkommt, zu Korrodieren. Dabei sprechen wir nicht nur von Sauerstoffkorrosion, sondern zum Beispiel auch von Stickstoffkorrosion. Außerdem können sich Biofilme bilden und das Wasser negativ beeinflussen.

Um den Betriebswasseranforderungen gerecht zu werden, müssen in geschlossenen Rohrleitungssystemen wie Heizung und Kühlung bestimmte Regeln für den Energieträger Wasser befolgt werden.

Im Rahmen dieser Modelle werden zudem differenzierende algorithmische Techniken unterschieden, die sich in den Datensätzen und den angestrebten Ergebnissen unterscheiden. Algorithmen des maschinellen Lernens orientieren sich grundsätzlich daran, Daten und Dinge zu klassifizieren, eine Musteridentifikation vorzunehmen sowie eine klare und nachvollziehbare Entscheidung zu generieren.

Das Maschine Learning versteht sich ebenso laut Definition als eine Kombination von Algorithmen, die es ermöglichen, komplexe und nicht im Vorfeld nachvollziehbare Daten mit maximaler Genauigkeit festzulegen. 

1. Es muss eine perfekt funktionierende Druckhaltung vorhanden sein. Die Druckhaltung ist der Blutdruck in Ihrem Rohrleitungssystem. Eine Druckhaltung ist das A und O in einer Anlage. Sie sorgt dafür, dass im gesamten System ein Überdruck anliegt. Die Druckhaltung verhindert, dass bei Temperaturdifferenzen eine Vakuumbildung entsteht und somit Luft oder Gase in das System eindringen können. Luft und Gase führen bei den Rohrleitungen aus Stahl zu Biofilm und Korrosion (Rost), bei Edelstahl und Kunststoffrohren zu Biofilm und Ausflockungen im Wasser. Das wiederum führt zu Ablagerungen auf Wärmetauschern, Sensoren, Verteilern und Verbrauchern. Das lässt die Energiekosten steigen und kostet Produktionsunternehmen bares Geld. Deine Wasserqualität kannst Du durch Wasseranalyse Labore prüfen lassen. Wenn sie in Deinen Wasserproben Magnetit, Hämatit oder andere Feststoffe finden, ist es allerhöchste Eisenbahn um Änderungen einzuführen.

2. Luft und Gase müssen aus dem Betriebswasser eliminiert werden. Luft und Gase beeinträchtigen die Sauberkeit und Energieübertragung im Wasser. Warmes Wasser dehnt sich aus, kaltes Wasser zieht sich zusammen. Immer wenn die gespeicherte Energie im Wasser abgegeben wird (sowohl Kälte als auch Wärme), verändert sich der Druck in einem Pumpensystem (Unterdruck-Überdruck). Dann besteht die Möglichkeit (Unterdruck), dass Luft und Gase ins System über Verschraubungen, Flanschverbindungen, Diffusion und andere Bereiche, die anfällig für Unterdruck sind, ins Rohrleitungssystem eindringen. Rost und Schlamm im Wasser treibt die Kosten für Energie in die Höhe. Selbst die beste Instandhaltungsstrategie kann nicht greifen, wenn der Dreck im Wasser bleibt. Luft und Gase finden wir in 3 verschiedenen Zuständen. Freie Luft und Gase, z.B. die Luft zum Atmen. Mikroblasen, z.B. Kohlensaure im Wasser oder Luftblasen beim Kochen von Wasser. Gebundene Luft und Gase, das Atmen z.B. Fische im Wasser. Die freie Luft bekommen wir mit einfachem Entlüften aus unseren Anlagen, die Mikroblasen nur thermisch und die gebundenen Luft- und Gasteilchen nur mit einer Unterdruckentgasung. Es ist wichtig, dass das Wasser getestet wird, um zu ermitteln welche Bestandteile sich im Wasser befinden. Die Anforderungen an das Betriebswasser oder das Wasser in den Produktionsstätten wird immer höher. Sogar Pumpenhersteller und Wärme- Kälteerzeuger lehnen mittlerweile Gewährleistungen ab, wenn die Wasserqualität nicht stimmt.

Für die Entgasung von Rohrleitungsanlagen gibt es mittlerweile exzellente Geräte, die einen Teil des Anlagenwassers entnehmen und zu 99,9% vakuumentgasen. Anschließend wird das nun Gasuntersättigte Anlagenwasser wieder dem System zugeführt und bindet sofort wieder Gase, die beim nächsten Entgasungsprozess wieder ausgeschieden werden. Auf diese Weise bekommt man sein System in kurzer Zeit völlig gasuntersättigt und entzieht somit Korrosion und Biofilmbildung die Grundlage. Wenn keine Luft und Gase mehr im Betriebswasser vorhanden sind, wir das Wasser sehr hart (ohne Luft keine Kompression). Das bedeutet, dass das Betriebswasser auf jede Druckänderung (Kälte/Wärmeabgabe) sofort reagiert. Spätestens jetzt muss eine gut funktionierende Druckhaltung vorhanden sein.

Die Nachspeisung von verdunstetem oder verlorenem gegangenem Wasser wird in der Regel von der Druckhaltung oder dem Entgaser nachgehalten. Hier ist ausdrücklich darauf hinzuweisen, dass das Nachspeisewasser (meistens Trinkwasser) durch einen Systemtrenner der Kategorie 5 getrennt wird.

Oft verbaute Schnellentlüfter auf den höchstpunkten im System sind keine Entgasung und erfüllen die Anforderungen an eine Entgasung nicht! Sie sind Entlüfter für die Befüllung und Belüfter für die Entleerung von Rohrleitungssystemen! Alle vorhandenen Schnellentlüfter sollten mit einem Kugelhahn ausgestatte werden und dieser nach dem Befüllen der Anlage geschlossen werden, ansonsten können Luft und Gase bei Unterdruckerzeugung der Anlage über diesen in das System eindringen.

3. Schlamm und Dreck muss aus dem Energieträger Wasser entfernt werden. In der Regel wird das Betriebswasser in der Industrie und Gebäudetechnik durch Filter gereinigt. Allerdings sind die herkömmlichen Schmutzfänger (Filter) mit sieben vom maximal 100-600 Mikrometer ausgestattet und filtern lediglich Schweißperlen, Unterlegscheiben, Schrauben und Schraubenschlüssen aus dem Rohrleitungssystem. Das reicht bei weitem nicht aus! Die heutigen Anforderungen an das Wasser aufbereiten liegen bei wesentlich kleineren Teilchen. Es gibt Abscheidetechnik die ohne Druckverlust bis zu 5 Mikrometer kleine Teilchen einfach über Turbolenzen abscheiden und somit für ein sauberes und rückstandsfreies Wasser sorgen. Wasser als Produktionsfaktor stellt die Industrie, Betriebe und Produktionsstäten vor immer größere Herausforderungen. Wasseraufbereitung ist eines der vielen Zauberwörter, die immer mehr in den Fokus kommen. Industrielle Wasseraufbereitung geht von der Enthärtung über die Entkalkung hin zu chemischen Inhibitoren die Reaktionen im Brauch- oder Betriebswasser unterbinden sollen. Magnetit, Hämatit, Biofilme bilden Schlämme, die sich im System ablagern und Wärmetauschern, Sensoren, Verteilern und Verbrauchern in ihrer wirkweise einschränken. Steigende Energiekosten sind die Konsequenz. 1 mm Schlammbelag auf einem Wärmetauscher kann ganz schnell zu 40-70% Energieverlust führen. Verunreinigungen auf Sensoren führen sehr oft zu fehlerhaften regelverhalten. Schlamm und Dreck auf Absperr- und Rückschlagklappen können schnell zu Anlagenstörungen und Stillständen führen.

In jedes Pumpensystem gehört ein Schlammabscheider mit oder ohne Magnet um die Schlämme zu eliminieren. Außerdem sollte mindestens einmal im Jahr die Wasserqualität getestet werden und bei bedarf eine Industrielle Wasseraufbereitung nachgerüstet werden.

4. Die Zusammenstellung der Materialkomponenten muss für jedes Rohrleitungssystem abgeglichen und auf die Anwendung abgestimmt werden. Kommen Bauteile aus unterschiedlichen Metalllegierungen (Stahl, Edelstahl, Kunststoff, Kupfer, Messing usw.) mit Wasser, feuchter Luft oder einem anderen Elektrolyten in Kontakt, so greift z. B. der im Wasser gelöste Sauerstoff das mindere Metall an (Oxidation), es bilden sich galvanischen Zellen. Dabei werden dem minderem Metall Elektronen entzogen und die positiv geladenen Ionen gehen in die Lösung über, das mindere Metall korrodiert, löst sich auf und bildet Schlamm. In gewachsenen Brauchwasseranlagen sind in der Regel viele verschiedene Materialien verbaut. Die daraus resultierenden Schlämme sollten mittels Schlammabscheider entfernt werden da sie sich ansonsten auf Sensoren, Wärmetauschern und Verbrauchern absetzen. Im Zeitalter von Industrie 5.0 ist es immer wichtiger, dass Sensoren einwandfreie Daten übermitteln. Beläge durch Schlamm von Opferanoden führen zu Übertragungsstörungen und verhindern einwandfreie Kommunikation zwischen der Leittechnik und den Verbrauchern. Das kostet bares Geld. Auch hier kann man das Wasser Aufbereiten und das Wasser als Produktionsfaktor sollte regelmäßig getestet werden.
Predictive Maintenance heißt hier das Zauberwort, das ist eine Instandhaltungsstrategie, in der die Betriebswasser Anforderungen geprüft werden. Frühzeitig Veränderungen erkannt werden und Stillstände somit vermieden werden. 

Wie im Menschlichen Körper, müssen alle Komponenten miteinander harmonisieren. In der Industrie oder in Produktionsstätten ist die Wasserqualität des Brauchwassers oder Betriebswassers enorm wichtig. Sie transportiert die Energie (Wärme/Kälte) zu den Verbrauchern. Beim Menschen wäre das das Blut, es transportiert alle wichtigen Stoffe zu den Verbrauchern wie Gehirn, Muskeln oder Organe. Wenn der Blutdruck nicht stimmt, klappen wir zusammen (zu niedrig) uns wird schwindelig oder (zu hoch) wir bekommen Hypertonie (Gefäßschädigungen) und wir sind in unseren Aktivitäten eingeschränkt. Wenn in einem Pumpensystem die Druckhaltung nicht abgestimmt ist, passiert das gleiche. Der Energieträger Wasser in Verbindung mit Luft und Gasen schädigt die Rohrleitungen, Wärme/Kälteüberträger und Verbraucher. Wenn beim Menschen die Lunge oder der Magen nicht in einwandfrei funktionieren, bekommen wir zu wenig Energie in die Übertragung (Nährstoffe/Vitamine – Sauerstoff), die die Verbraucher (Gehirn – Muskeln) benötigen und wir sind nicht mehr voll belastbar. So Ist es auch bei einem Betriebswassersystem, wenn die Wärmetauscher mit einem Schmutz oder Schmierfilm belegt sind, wird zu wenig Energie abgegeben. Diese Energie muss dann nachgehalten werden und das kostet zusätzlich Geld.

Wenn bei unserem Menschlichem Körper die Filter nicht mehr einwandfrei arbeiten (Leber/Niere) ist, wenn keine Spende Organe zur Verfügung stehen ggf. nach kurzer Zeit Schluss. Wenn Brauwasser nicht regelmäßig beprobt, analysiert oder aufbereitet wird, vergiftet sich das System selbständig. Entgasung und Entschlammung sind sozusagen die Leber und Niere unseres Betriebswassersystems.´

1. Wofür braucht man Wasser in der Industrie?
   Direkte Wassernutzung z. B. Trinkwasser, Indirekte Wassernutzung z.B. Kühlung und Heizung. In der Chemischen Industrie wird zum Beispiel 75% wes Wassers für die Kühlung verwendet.
    
2. Was ist Betriebswasser?
   Wasser ohne Trinkwasserqualität. Z. B. Brunnenwasser, Heizungswasser, Kühlwasser
    
3. Wo kann man Wasserproben untersuchen lassen?
   In Laboren die dafür ausgestatte sind. Wir unterscheiden Trinkwasser und Brauchwasser.
   
4. Was kostet eine Wasserprobe?
   Wasserproben kosten je nach dem, wie detailliert sie seien sollen von 40-900 Euro und darüber hinaus.
5. Wie Rost aus Wasserleitung entfernen?
   Bei Trinkwasser kann man Rost durch Filtersysteme entfernen oder die Rohrleitung erneuern.
   Bei Brauchwasser kann Abscheidetechnik eingebaut werden oder Chemie zum Reinigen genutzt werden.
   
6. Wie ist die Definition von Industriewasser?
   Industrieabwasser ist ein Abwasser, welches aus verschiedensten Prozessen der Produktion sowie Verarbeitung entsteht.
   
7. Wieso ist die Trennung von Betriebswasser und Trinkwasser wichtig?
   Die Trennung ist verpflichtend, Bei Zusammenführung wird das Trinkwasser konterminiert und ist nicht mehr als Trinkwasser geeignet.
   
8. Wozu destilliertes Wasser nutzen?
   Für medizinische Anwendungen, zur Herstellung von Infusionslösungen zur Herstellung von Autobatterien 
9. Was ist das DVGW Arbeitsblatt W 400/1?
   gilt für die Planung von Wasserverteilungsanlagen der Trinkwasserversorgung.