Als »Kesselstein« bezeichnet man den Niederschlag von unlöslichen Karbonaten und Sulfaten aus hartem Wasser, der sich an der Innenseite von Kesseln und Rohrleitungen als feste Kruste ansetzt. Kesselsteinbildung und die damit zusammenhängende Schädigung der Kesselwand (Korrosion) kann zur Kesselexplosion führen, wenn im Kessel ein entsprechender Überdruck entsteht. Zur Vorbeugung gegen Kesselsteinbildung wird das Wasser enthärtet, d.h. der Kalkanteil durch chemische und/oder physikalische Verfahren verringert. Kesselstein lässt sich mit verdünnter Säure (z.B. Essigessenz) entfernen. Kalkhaltiges Wasser wird umgangssprachlich auch als »Hartes Wasser« bezeichnet.Hartes Wasser mit einer höheren Magnesium- und Calciumkonzentration ist für den menschlichen Körper eher erwünscht und förderlich für die Gesundheit, in technischen Anlagen hat der im Wasser gelöste Kalk allerdings überwiegend unerwünschte Eigenschaften. Denn was dem Körper gut tut, kann Wasserleitungen und den Geräten im Haushalt, im Büro oder auch in Betrieben schwer zusetzen. Kalkflecken auf Armaturen, Waschbecken und Fliesen sowie erhöhte Energiekosten durch Kalkablagerungen auf Heizelementen sind hier in erster Linie zu nennen. Weiches Wasser (also Wasser mit wenigen oder auch ohne Kalkbestandteile) dagegen fördert die Korrosion von Metallen, insbesondere bei verzinkten Eisenrohren tritt dieses Phänomen vergleichsweise schnell nach der Inbetriebnahme auf.Seit je verursachen Kalk und Korrosion in Leitungssystemen fast unüberwindliche Probleme. Die chemische Zusammensetzung sowie der Aufbau einer Kalkschicht, und auch die Korrosion, sind als Einzelerscheinungen absolut bekannt. Unüberwindlich sind die daraus resultierenden Probleme deshalb, weil sie in unendlichen Variationen vorkommen. Dass sich diese Kalkablagerungen bei praktisch allen Rohrleitungen unterschiedlicher Materialien bilden, ist ebenfalls bekannt. Neben verzinkten Stahlrohren und Kupferleitungen sind auch Edelstahlrohre oder auch Kunststoffrohre nicht vor Kalkablagerungen gefeit, wenn sich auch bei glatten Innenrohroberflächen die Anhaftungen langsamer bilden. Vor allem die glatte organische Oberfläche von Kunststoff erschwert die Belagbildung deutlich. Kommt es dann aber doch zu Kalkablagerungen, besteht leicht die Gefahr einer völligen Verstopfung, es kommt quasi zum »Rohrinfarkt« ähnlich einer Arterie im menschlichen Körper. Aufgestaute, abgeplatzte Kalkablagerungen verkleben an schwach durchströmten Rohrabschnitten und können somit im ungünstigsten Fall das Leitungsrohr komplett verstopfen. Dieses Schadensbild tritt am ehesten an Übergängen in senkrechte Leitungsführungen auf, in denen sich diese Halbschalen ansammeln und durch weitere Kalkausscheidungen miteinander verkrusten.Die Kesselsteinbildung wiederum ist von verschiedenen Faktoren wie chemische Substanzen und deren Konzentration im Wasser, Temperatur, Wasserverbrauch, Turbulenzen, Druck sowie Qualität, Material und Anordnung der Installationen abhängig. Laufend sind neue Technologien entwickelt worden, die jedoch nur Teillösungen darstellen. Oft sind sie mit neuen Problemen wie hohen Unterhaltskosten, nachfolgender Korrosion, Umweltbelastung und erhöhtem Wasserverbrauch verbunden. Auf dem Markt sind verschiedene Systeme entsprechender Hersteller verfügbar, die zum einen eine gründliche Reinigung der Rohre und Kessel durchführen als auch eine anschließende Innenbeschichtung durchführen, die die Ablagerung von Calcit verhindern sollen. Weiterhin kann das Wasser durch entsprechende Systeme enthärtet werden.Zur Steinbildung durch Ausfällen von Kalk (Calciumcarbonat) kommt es nach folgender GleichungCa(HCO3)2 <-- --> CaCO3 + CO2 + H2OImmer dann kommt es zur Kesselsteinbildung, wenn durch Erwärmung des Wassers das Calciumhydrogencarbonat in Calciumcarbonat, Kohlendioxid und Wasser zerfällt. Das Calciumcarbonat bildet harte Beläge in Form von Kesselstein und das Gas wird z.B. über automatische Schnellentlüfter aus dem System geführt.CALCIT ist ein Baustein des Lebens, ein Baustein der Erde:• Das Calcit-Carbonat ist ein gesteinsbildendes Material, landläufig auch als Kesselstein bekannt,• Eigenschaft: sehr hohe Bindungskräfte,• Kristallstruktur: hexagonale Zelle.Die Kristallphysik untersucht das Verhalten von Kristallen, wenn äußere Kräfte auf sie einwirken, wobei der stoffliche Aufbau des Minerals selbst unverändert bleibt. Solche Einwirkungen können sein:• Mechanische Beanspruchung,• Optische Einwirkung,• Wärme, Kälte,• Elektrisches und magnetisches Verhalten.Die Struktur eines Idealkristalles wird vollständig gekennzeichnet durch Baumotiv und Metrik einer einzigen Elementarzelle, mit deren gitterartiger Wiederholung ja der ganze Kristall aufgebaut wird. Wenn man kurzhin von Kristallstruktur spricht, meint man damit eben dieses Baumuster eines Idealkristalls.Die Kenntnis feinerer Details, wie z.B. die Zustände der Elektronen oder die Einstellung der magnetischen Momente der Atome, ist für die Interpretation der physikalischen Eigenschaften der Kristalle oft von grundlegender Bedeutung. Daher ist es auch verständlich, dass gerade diese Aspekte der Struktur eine wachsende Beachtung finden, daraus lassen sich dann Systemlösungen entwickeln, die die Kesselsteinbildung verringern oder gar verhindern.Kalkablagerungen an der Heizkesselwand und an Armaturen führen zu Wirkungseinbußen und hydraulischen Problemen in einer Heizungsanlage. Zwar weisen die einschlägigen technischen Normen darauf hin, dass das Heizungswasser bestimmte Qualitäten besitzen muss, aber Maßnahmen zur Vermeidung von Kalkbildung wurden bisher meist nur bei größeren Installationen umgesetzt.Das aktuelle Regelwerk VDI 2035 Blatt 1 - Vermeidung von Schäden durch Steinbildung in Warmwasserheizungs- und Wassererwärmungssystemen - wurde im Dezember 2005 gegenüber der alten Fassung erheblich modifiziert und verlangt deutlich höhere Anforderungen an die Aufbereitung des Anlagenwassers als bisher. Je nach Heizleistung und Anlagenvolumen werden Maßnahmen zur Vermeidung von Kesselsteinbildung gefordert, die bis zur Herstellung von »Weichwasser« (0° dH) reichen.Besonders die Entwicklung zu immer kompakteren Kesseleinheiten mit kleinen Wärmeübertragern und hohen Temperaturen führen zu Problemen. Denn Kalk fällt immer an der heißesten Stelle in der Anlage aus und bildet somit auf dem Wärmeübertrager des Kessels feste Beläge. Rissbildungen an der Kesselwand, zuwachsende Heizungsrohre und Beeinträchtigungen der Funktionsweise von Armaturen durch abplatzende Kalkteilchen sind die Folge.Wenn aus dem Wasserhahn dauernd braunes Wasser kommt, muss das Rohrleitungssystem im Gebäude dringend überprüft und saniert werden. Bei verzinkten Rohren hat sich durch die Kesselsteinbildung die Verzinkungsschicht aufgelöst, es kommt zu großflächiger Korrosion. Rostpartikel führen zu teuren Schäden an Haushaltsgeräten, im schlimmsten Fall kommt es zum Rohrbruch.Die klassische Enthärtung wird mittels Natrium-Ionenaustauscher realisiert. Dabei werden die Härtebildner Ca- und Mg-Ionen durch Na-Ionen ersetzt. Auf die Wasserchemie wird darüber hinaus nicht eingegriffen. Die elektrische Leitfähigkeit und der pH-Wert bleiben unverändert, sodass keine zusätzlichen Maßnahmen zur Wasserkonditionierung erforderlich werden.Bei der Entkarbonatisierung wird die Karbonathärte (d.h. die Härte, die in Form von Kalk in der Heizungsanlage ausfällt) und das Hydrogenkarbonat (HCO3-) nach dem Ionenaustauschprinzip aus dem Trinkwasser entfernt. Während bei der Erhärtung der Austausch der härtebildenden Kationen gegen Natrium-Ionen erfolgt, geschieht dieser bei der Entkarbonatisierung gegen Wasserstoff (H+)-Ionen. Aus dem Hydrogenkarbonat entsteht dadurch Kohlensäure (H+ und HCO3 = H2CO3). Es findet eine Teilentsalzung statt. Da das Hydrogenkarbonat maßgeblich das Puffersystem des Wassers bestimmt (also wie stark wirken sich geringe Säure- bzw. Basezusätze auf den pH-Wert aus), ist eine Entfernung des Hydrogenkarbonats in der Regel mit zusätzlichen Wasserkonditionierungsmaßnahmen verbunden.Wird die Vollentsalzung mittels Mischbettionenaustauscher durchgeführt, gelten die o.g. Wirkungsweisen adäquat. Das Wasser wird dabei über ein stark saures und stark basisches Ionenharz geführt, welches die Kationen (Ca, Na, Mg; etc.) und Anionen (Cl, HCO3, etc.) herausfiltert und gegen H+- und OH--Ionen tauscht. Da hierdurch auch das Hydrogenkarbonat (im Anionentauscher) dem Wasser entzogen wird, fehlt hier wiederum die Pufferwirkung gegen Säuren/Baseeinflüsse, sodass weitere Behandlungen nach der Vollentsalzung unbedingt erforderlich sind. Vorteil der Vollentsalzung ist die Entfernung aller Salze, sodass die elektrische Leitfähigkeit gegen Null tendiert. Hierdurch können höhere Sauerstoffgehalte im Heizungswasser toleriert werden. Eine Vollentsalzung ist allerdings in Heizungsanlagen in keiner Norm bzw. Richtlinie gefordert.Quelle (teilweise): Fachzeitschrift »TAB«, Technik am Bau, Heft 9/2006, S. 40 ff.siehe auch:- Calcit- Grauwasser- Grundwasser- Hauswasserwerk- Korrosion- pH-Wert- Wasser- Wasserenthärter- Wasserkreislauf- Regenwassernutzung- Wasser
