Gefahren für den Plattenwärmetauscher - was kann ihn beschädigen?

Der Plattenwärmetauscher ist ein Gerät mit vergleichsweise einfachem Aufbau, langlebig und ohne bewegliche Teile. In einer korrekt ausgelegten und betriebenen Heizungsanlage kann er viele Jahre lang arbeiten. Das Vakuumlötverfahren, bei Temperaturen von teils mehreren hundert Grad Celsius, sorgt dafür, dass es sich in der Regel um eine wirklich langlebige Konstruktion handelt. Einige Hersteller, darunter Nordic Tec, verzeichnen eine Ausfallquote von weniger als 3 Stück pro 1000 installierten Einheiten innerhalb der ersten 2 Nutzungsjahre. Das bedeutet jedoch nicht, dass er vollständig unempfindlich gegenüber ungünstigen Betriebsbedingungen ist. Was kann einen Wärmetauscher beschädigen? Welche Bedingungen in der Anlage können ihm schaden?

Ablagerungen, Verunreinigungen in der Anlage, zu hoher Druck, Druckstöße (der sogenannte Wasserschlag) oder das Einfrieren des Mediums? Oder vielleicht die schleichende Einwirkung anderer Faktoren. Tatsächlich gibt es mehrere davon, und einige können durchaus überraschend sein.

Welches sind die größten Gefahren für einen Plattenwärmetauscher, und wie kann man ihnen vorbeugen?

Verunreinigungen und Schlamm in der Heizungsanlage

Eines der häufigsten Probleme sind Verunreinigungen, die mit dem Anlagenwasser zirkulieren. Dazu zählen unter anderem Korrosionsprodukte, Schlamm, Montagerückstände sowie Reste von Dichtungsmaterialien.

Im Plattenwärmetauscher strömt das Medium durch verhältnismäßig enge Kanäle, die zwischen den einzelnen Platten gebildet werden. Dadurch erreicht man eine große Wärmeaustauschfläche bei geringen Geräteabmessungen, gleichzeitig kann der Wärmetauscher dadurch aber auch anfälliger für Verunreinigungen sein als ein Anlagenteil mit breiten Durchflusskanälen.

Die Ansammlung von Ablagerungen kann Folgendes verursachen:

• erhöhten Strömungswiderstand

• eine Verringerung der Wärmeübertragungsleistung,

• eine ungleichmäßige Durchströmung des Wärmetauschers,

• eine erhöhte Belastung der Umwälzpumpe,

• eine allmähliche Verstopfung der Kanäle.

Besondere Aufmerksamkeit sollte älteren Heizungsanlagen gelten, in denen sich über viele Jahre Korrosionsprodukte angesammelt haben können. Vor dem Einbau eines neuen Wärmetauschers in eine alte Anlage lohnt es sich daher, diese gründlich durchzuspülen. In vielen Fällen empfiehlt sich zudem der Einsatz eines geeigneten Filters oder Schmutzabscheiders.

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Beckenchemie und hohe Chlorkonzentration im Zusammenhang mit dem Plattenwärmetauscher

Beckenchemie, insbesondere eine hohe Konzentration von Chlor und Chloriden, kann in Verbindung damit eine ernsthafte Gefahr für einen aus Edelstahl gefertigten Plattenwärmetauscher darstellen. Ein langanhaltender Kontakt mit chemisch aggressivem Wasser kann zur Korrosion der Platten führen, einschließlich Lochfraßkorrosion, und in der Folge zu Mikroundichtigkeiten und einem Übertritt zwischen den Kreisläufen. Das Risiko steigt mit zunehmender Temperatur und Chloridkonzentration.

Besonders gefährlich ist die Situation, wenn stark konzentrierte Beckenchemie direkt in den Wärmetauscher gelangt, etwa infolge einer ungünstigen Platzierung der Dosieranlage. Aus diesem Grund sollte man bei Schwimmbadanlagen nicht nur auf die Betriebsparameter des Wärmetauschers achten, sondern auch auf dessen Materialausführung und Beständigkeit gegenüber der Wasserchemie. Für anspruchsvolle Schwimmbadanlagen kommen spezielle Schwimmbadwärmetauscher zum Einsatz, die aus Materialien mit erhöhter Beständigkeit gegenüber gechlortem oder salzhaltigem Wasser gefertigt sind, zum Beispiel Titan-Wärmetauscher.

Gut zu wissen - aus den genannten Gründen bieten manche Hersteller keine Garantie für den Einsatz von Plattenwärmetauschern in der Schwimmbadtechnik. Dazu zählt auch Nordic Tec.

Salz in der Heizungsanlage - Ionenaustauscher-Wasserenthärter und häusliche Aufbereitungsanlagen

Eine potenzielle Gefahr für den Plattenwärmetauscher kann auch unsachgemäß aufbereitetes Wasser darstellen, das zum Befüllen der Heizungsanlage verwendet wird. Besondere Aufmerksamkeit verdienen häusliche Aufbereitungsanlagen, die mit Salz regenerierte Ionenaustauscher-Wasserenthärter nutzen. Das ist eine ziemlich unvorhersehbare und paradoxe Situation, denn solche Geräte werden als Segen für Heizungsanlagen beworben - als Rettung vor hartem Wasser.

Nutzer solcher Geräte gehen davon aus, dass sie, da sie verkauft werden, für die Verwendung mit jedem Bauteil der Heizungsanlage zugelassen sein müssen und das der Anlage zugesetzte Salz vermutlich nicht schädlich ist. Dabei kennen wir alle die Wirkung von Salz - es handelt sich um eine ausgesprochen aggressive Substanz. Auch wenn es große Stahlblöcke nicht beschädigen kann (etwa bei Schiffen, die auf dem Meer fahren), wird es mit Sicherheit die Platten des Wärmetauschers beschädigen, die aufgrund ihrer Funktion der Wärmeübertragung äußerst dünn sein müssen.

Die Zugabe von Salz zum Wasserenthärter wird früher oder später den Austausch des Plattenwärmetauschers erforderlich machen.

Ähnliches gilt für Wärmetauscher, die in Anlagen mit Elektroden-Heizkesseln eingesetzt werden - sofern zur Wasseraufbereitung im Kreislauf Salz verwendet wird.

✅ Zusammenfassend - Salz ist der absolute Feind von Wärmetauschern. Bei hartem Wasser sind Wasserenthärter zulässig, die nicht auf Ionenaustauscherharz basieren oder keine Salzzugabe erfordern, zum Beispiel durchflussbasierte Wasserenthärter, selbst wenn diese nicht so wirksam sind wie salzbasierte Systeme. Es gibt keine sichere Salzmenge in einer Anlage mit Plattenwärmetauscher.

Demineralisierungs- und Deionisierungsanlagen im Zusammenhang mit dem Lot der Wärmetauscher

Tatsächlich erfüllen Demineralisierungsanlagen an vielen Orten eine nützliche und erwünschte Funktion, manchmal werden sie sogar empfohlen, in bestimmten Regionen mit außergewöhnlich hartem Wasser. Das Problem besteht darin, dass ein kritisch hoher Härtegrad des Wassers, der den Einsatz einer solchen Anlage rechtfertigen würde, tatsächlich sehr selten vorkommt. Hartes Wasser ist in Europa die Norm (vielleicht mit Ausnahme Skandinaviens), und nicht jedes harte Wasser ist bereits ein Grund, eine Demineralisierungsanlage einzusetzen. In der Praxis erweisen sich solche Anlagen als eine sehr radikale Lösung.

Das Paradoxon des demineralisierten Wassers

Meist werden Demineralisierungs- oder Deionisierungsanlagen vorbeugend gekauft und installiert und sind sehr häufig überdimensioniert. Unter solchen Bedingungen ist es sehr leicht, es zu übertreiben. Demineralisiertes oder deionisiertes Wasser - wenn es zu stark von Ionen und Mineralien befreit ist - strebt nach einem physikalisch-chemischen Gleichgewicht. Aus diesem Grund greift es Schweißnähte sowie Metalle und andere Werkstoffe in der Anlage an. Das führt schlicht zu einer erhöhten Ausfallrate gelöteter Geräte, wie zum Beispiel Wärmetauscher, aber auch geschweißter Bauteile, wie zum Beispiel Kesselverteiler.

Zweifellos ist es problematisch, dass man im Internet zahlreiche Informationen findet, die sich auf die positive Wirkung von demineralisierendem Wasser konzentrieren, denn nur für einen Teil der Geräte kann es schädlich sein, und weil der maßvolle Einsatz einer richtig dimensionierten Demineralisierungsanlage - ohne Überdimensionierung - eigentlich nicht zu solchen Situationen führen sollte. Setzt man jedoch einen Wärmetauscher ein, lohnt es sich zu überlegen, ob eine Demineralisierungsanlage überhaupt notwendig ist. In den meisten von uns analysierten Fällen, in denen ein Wärmetauscher durch demineralisiertes Wasser beschädigt wurde, war der Wasserhärtegrad überhaupt nicht höher als der Durchschnitt. Das Paradoxon besteht darin, dass ein solcher Härtegrad dem Wärmetauscher eine Lebensdauer von sogar 12 bis 15 Jahren ermöglicht. Demineralisiertes Wasser kann ihn hingegen innerhalb weniger Monate undicht werden lassen.

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Kesselstein und mineralische Ablagerungen im Wärmetauscher

Eine weitere Gefahr ist die Ablagerung von im Wasser enthaltenen Mineralverbindungen. Das Problem kann besonders in Anlagen auftreten, die häufig mit frischem, hartem Wasser nachgefüllt werden - offene Systeme sind diesem Problem also stärker ausgesetzt.

Die Ablagerungsschicht auf der Plattenoberfläche wirkt wie ein Isolator. Selbst wenn der Durchfluss durch den Wärmetauscher weiterhin möglich ist, kann seine Effizienz allmählich sinken.

In der Praxis lässt sich dann eine Situation beobachten, in der die Temperaturen auf einer Seite des Wärmetauschers korrekt sind, während es auf der anderen Seite zunehmend schwieriger wird, die erwarteten Parameter zu erreichen.

Das Risiko einer Kesselsteinbildung steigt unter anderem mit zunehmender Temperatur und häufigem Nachfüllen von Frischwasser in die Anlage.

Wenn eine Anlage regelmäßig mit Wasser nachgefüllt werden muss, lohnt es sich vor allem, die Ursache des Wasserverlusts zu finden. Das ständige Nachfüllen von Frischwasser sollte nicht als normale Betriebsweise einer dichten Heizungsanlage betrachtet werden.

Zu hoher Betriebsdruck

Jeder Plattenwärmetauscher besitzt einen vom Hersteller festgelegten maximal zulässigen Betriebsdruck. Dessen Überschreitung kann zu einer dauerhaften Beschädigung des Geräts führen.

Gefährlich kann sowohl eine langanhaltende Einwirkung eines zu hohen Drucks sein als auch plötzliche, kurzzeitige Druckspitzen. Deshalb sollte der Wärmetauscher nicht nur hinsichtlich der erforderlichen Leistung, der Temperaturen und des Durchflusses ausgewählt werden, sondern auch hinsichtlich der Druckparameter der jeweiligen Anlage. Besonders wichtig ist die Prüfung, welcher maximale Druck in der Anlage tatsächlich auftreten kann, und nicht nur, welcher Druck während des normalen Betriebs beobachtet wird.

In der Praxis läuft dieses Problem häufig auf den Einsatz von Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauschern hinaus - also solchen, die eher für standardmäßige, klassische Medien ohne Kältemittel bestimmt sind. Kältemittel wie R410a, R32, R407c und ähnliche - die in Wärmepumpen oder Klimaanlagen vorkommen - erreichen einfach deutlich höhere Drücke. Für diese sollte man spezielle Wärmetauscher für Kältemittel verwenden, das ist die Voraussetzung dafür, dass sie in der Anlage bestehen bleiben.

Druckstöße und Ausfälle von Wärmetauschern

Eine plötzliche Änderung der Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit kann einen abrupten Druckanstieg verursachen, der als Druckstoß bezeichnet wird. Dazu kann es in verschiedenen Situationen kommen, unter anderem beim sehr schnellen Schließen eines Ventils, beim plötzlichen Einschalten einer Pumpe oder bei einer abrupten Änderung der Strömungsbedingungen, beim plötzlichen Starten der Strömung sowie bei einem ruckartigen, unterbrochenen Betrieb.

Der Wärmetauscher kann also bei einem scheinbar sicheren statischen Druck arbeiten und dennoch zeitweise deutlich höheren kurzzeitigen Belastungen ausgesetzt sein.

In Anlagen mit Plattenwärmetauschern sollte man ein abruptes Öffnen und Schließen von Armaturen sowie plötzliche Durchflussänderungen vermeiden. Das geben übrigens die meisten Hersteller in ihren Nutzungsbedingungen, Garantiebedingungen oder Bedienungsanleitungen an.

Ausfälle von Plattenwärmetauschern beim Betrieb mit Motoren und Verdichtern

Plattenwärmetauscher werden mitunter zur Kühlung von Motoren, Verdichtern sowie anderen Industriegeräten und -maschinen eingesetzt, wo sie beispielsweise Hydrauliköl kühlen können. Bei solchen Anwendungen können bereits die von der laufenden Maschine auf den Wärmetauscher und die Anlage übertragenen Vibrationen selbst eine Gefahr für den Wärmetauscher darstellen. Wird der Wärmetauscher direkt an einem Gerät montiert, das starke Vibrationen erzeugt, oder mit diesem über starre Leitungen verbunden, können sich wiederholende Belastungen mit der Zeit Materialermüdung sowie Spannungen im Bereich der Anschlussstutzen, der Lötverbindungen und der Platten selbst verursachen. Das Risiko steigt bei großen Verdichtern, Verbrennungsmotoren und zyklisch arbeitenden Geräten, insbesondere während des An- und Abfahrens.

Das eigentliche Problem ist jedoch der charakteristische, wenig gleichmäßige Arbeitsrhythmus solcher Geräte, den man als ruckartig und uneinheitlich bezeichnen kann. Besonders bei Verdichtern oder Motoren, die schnell hohe Drehzahlen erreichen und danach ihren Betriebsmodus ändern, kommt es früher oder später zu Druckstößen.

Deshalb sollte man sich bewusst machen, dass selbst ein Wärmetauscher, der bei korrektem Druck und korrekter Temperatur an einem Motor oder Verdichter arbeitet, vorzeitig undicht werden kann.

✅ Der Einsatz eines Wärmetauschers mit einem Motor oder Verdichter führt zu deutlich mehr Schäden an Wärmetauschern als der klassische Betrieb in einer häuslichen Heizungsanlage. Wenn Sie einen Wärmetauscher für diesen Einsatzzweck auswählen, prüfen Sie, ob Sie dafür Garantie erhalten - jeder Hersteller kann hier andere Regelungen haben.

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Fehlerhafte Montage des Wärmetauschers - zum Beispiel waagerecht

Schäden an Wärmetauschern können auch durch Montagefehler entstehen.

Besonders gefährlich ist die Übertragung von Spannungen aus der Rohrleitung direkt auf die Anschlussstutzen des Wärmetauschers. Dazu kann es kommen, wenn die Rohre schlecht angepasst sind, der Wärmetauscher als tragendes Element der Anlage verwendet wird oder bei der Montage übermäßige Kraft angewendet wird. Rohrleitungen sollten ordnungsgemäß befestigt und abgestützt werden, damit ihr Gewicht und auftretende Spannungen nicht die Anschlussstutzen des Wärmetauschers belasten.

Auch auf die Art des Anziehens der Verbindungen sollte geachtet werden. Übermäßige Kraft verbessert nicht die Dichtheit der Anlage, sondern kann zu einer Beschädigung des Anschlussstutzens oder seiner Verbindung mit dem Wärmetauscher führen.

Eine waagerechte Montage des Wärmetauschers verhindert die Durchströmung und führt zu Undichtigkeiten

✅ Plattenwärmetauscher sollten senkrecht montiert werden.

Eine falsche Einbauposition des Plattenwärmetauschers kann Probleme bei der Entlüftung und beim korrekten Durchfluss des Mediums verursachen. Das führt natürlich dazu, dass die Anlage nicht richtig - oder im Falle einer Blockade überhaupt nicht - funktioniert.

Bei waagerechter Montage können je nach Konstruktion des Wärmetauschers und Anordnung der Anschlussstutzen Luftsäcke in seinen Kanälen entstehen. Luft verringert die tatsächliche Durchflussfläche, verschlechtert den Wärmeaustausch und kann zu einer ungleichmäßigen thermischen Belastung einzelner Wärmetauscherbereiche führen. Besonders gefährlich ist die Situation, in der der Durchfluss stark eingeschränkt oder zeitweise gestoppt wird, während die andere Seite des Wärmetauschers weiterhin eine große Wärmemenge liefert und die Umwälzpumpen laufen. Dabei kann es zu lokaler Überhitzung, plötzlichen Temperaturschwankungen und thermischen Spannungen sowie zu Druckanstiegen kommen, die unter extremen Bedingungen zu einer Undichtigkeit des Wärmetauschers beitragen können. Deshalb sollte die Einbauposition stets gemäß der Herstellerdokumentation gewählt und die Anlage so ausgeführt werden, dass eine wirksame Entlüftung beider Kreisläufe möglich ist. Für Plattenmodelle wird allgemein die senkrechte Position angenommen.

Betrieb des Wärmetauschers mit Grundwasser, Brunnenwasser, Flusswasser oder unbehandeltem Wasser

Zu diesem Thema haben wir bereits ausführlicher in einem separaten Beitrag geschrieben, da es sich um ein häufiges Phänomen handelt - besonders im Zusammenhang mit erdgekoppelten Wärmepumpen, die bekanntlich Wasser aus dem Grundwasser (die sogenannte Sole) beziehen, manchmal aber auch aus Flüssen, Teichen oder Brunnen. Solche Personen installieren den Wärmetauscher zum Schutz der Wärmepumpe, während der Wärmetauscher selbst grundsätzlich ebenso empfindlich gegenüber Grundwasser ist.

Warum stellt Wasser dieser Art ein Problem dar und kann Wärmetauscher undicht machen? Weil es schädliche Chloride enthält (in Extremfällen mit einer Wirkung, die der von Salz ähnelt) sowie einen Überschuss an schädlichen Mineralsalzen. Besonders gefährlich sind Eisen, Mangan und Kalzium. Wie bei anderen problematischen Anwendungen werden für Brunnen- oder Grundwasser spezielle Wärmetauscher benötigt. Setzt man einen klassischen Wärmetauscher ein (der von Natur aus für Netzwasser, also vorbehandeltes Wasser, bestimmt ist), riskiert man eine Undichtigkeit, die außerhalb der Garantie auftritt.

✅ Für Brunnen- und Grundwasser jeglicher Art sollte man eher gedichtete (zerlegbare) Wärmetauscher einsetzen. Diese sind zerlegbar und ermöglichen den Austausch einer einzelnen Komponente, zum Beispiel einer undichten Platte oder einer bestimmten Dichtung. In diesem Fall lässt sich ein solcher Wärmetauscher bei Undichtigkeit einfach auf relativ kostengünstige Weise reparieren. Setzt man in diesem Einsatzbereich einen gelöteten Wärmetauscher ein, besteht nach dessen Undichtwerden keine solche Möglichkeit.

Zusammenfassung

Ein gelöteter Plattenwärmetauscher kann viele Jahre lang in einer Heizungsanlage arbeiten, sofern er korrekt ausgewählt, montiert und geschützt wurde.

Zu den wichtigsten Gefahren zählen Verunreinigungen und Magnetit, Kesselstein, das Einfrieren des Mediums, die Überschreitung des zulässigen Drucks oder der zulässigen Temperatur, Druckstöße, ein ungeeignetes Medium sowie Montagefehler.

Viele Ausfälle, die umgangssprachlich als „Beschädigung des Wärmetauschers" bezeichnet werden, sind in Wirklichkeit die Folge von Problemen, die in der gesamten Anlage auftreten, oder einer fehlerhaften Auswahl des Wärmetauschers im Hinblick auf den Einsatzzweck oder andere Geräte in der Anlage, die nicht zusammen mit dem Wärmetauscher betrieben werden sollten. Deshalb lohnt es sich bei einem Leistungsabfall des Wärmetauschers, nicht nur nach einer Möglichkeit zu seiner Reinigung oder seinem Austausch zu suchen, sondern vor allem nach der Ursache, die zur Verschlechterung seiner Arbeitsweise geführt hat.

Die Beseitigung dieser Ursache trägt dazu bei, sowohl den Wärmetauscher als auch die übrigen Bauteile der Heizungsanlage zu schützen.

BLOG:

• Nennvolumenstrom bei Nordic Tec Wärmetauschern - was bedeutet das?
• Anschluss eines Kältemittel-Wasser-Wärmetauschers, Gasseite