Skuteczne usuwanie powietrza z instalacji z pompami ciepła

Dlaczego?

Oczywiście, jednym z najprostszych rozwiązań do usuwania powietrza jest automatyczny odpowietrznik z serii Robocal (Rys. 1). Niemniej jednak chciałbym dzisiaj skupić się na większym znaczeniu separatorów powietrza z serii Discal.

Rys.1

W tym miejscu należy sobie zadać pytanie: to właściwie, do czego będzie służył ten seperator powietrza?  

Odpowiedź wydaje się prosta – do usuwania powietrza. I właśnie tutaj tkwi powód, dlaczego tego rodzaju produkt nie jest szeroko stosowany. W końcu, jeśli jego zadaniem jest usuwanie powietrza, to tę samą pełni rolę automatyczny odpowietrznik, który jest znacznie tańszy. To błąd, którego wielu ludzi się dopuszcza. Aby wyjaśnić różnicę między separatorem powietrza a automatycznym odpowietrznikiem, trzeba zrozumieć, że powietrze może występować w instalacji także w postaci rozpuszczonej.

Ilość powietrza, które może rozpuścić się w wodzie, zależy od ciśnienia i temperatury. Związek ten jest opisany przez Prawo Henry'ego (patrz wykres poniżej), które przedstawia ilość powietrza w litrach rozpuszczonych w metrze sześciennym wody w zależności od temperatury. Powietrze rozpuszczone w zimnej wodzie używanej do napełniania i uzupełniania instalacji zostaje uwolnione podczas podgrzewania wody. Na przykład, w instalacji o pojemności 1000 litrów, podczas podgrzewania wody od 20 do 80°C (zaznaczone strzałką poziomą) przy ciśnieniu bezwzględnym 2 bara, ilość uwolnionego powietrza wyniesie do 18 litrów (zmiana z 35 do 17 litrów powietrza rozpuszczonego). Powietrze uwolnione z wody przyjmuje postać mikropęcherzyków o średnicach rzędu dziesiątych części milimetra. W instalacjach grzewczych i chłodniczych można napotkać elementy, w których proces tworzenia się mikropęcherzyków zachodzi ciągle. Przykłady to źródła ciepła oraz urządzenia działające w warunkach kawitacji. Mikropęcherzyki te są transportowane przez przepływający czynnik w całej instalacji, co może negatywnie wpływać na jej działanie.  Przejdźmy teraz do identyfikacji głównych problemów związanymi z tym „ukrytym” powietrzem.

Jaką role podczas montażu rekuperacji odgrywają akcesoria montażowe? 

• Niedostateczny przepływ - Pęcherzyki powietrza, które gromadzą się w niektórych punktach instalacji, mogą powodować ograniczenie przepływu czynnika lub nawet całkowity brak przepływu. Takie zjawisko jest szczególnie niebezpieczne w przypadku instalacji płaszczyznowych (Rys. 2).

• Korozja - Obecność tlenu w powietrzu przyczynia się do powstawania korozji. Jest to szkodliwe zarówno dla elementów instalacji, jak i dla samej wody, która krąży w systemie. Tlenek żelaza, powstający w wyniku korozji, może się gromadzić w różnych elementach, takich jak pompy czy wymienniki ciepła. W przypadku obecności tlenu w instalacji, gdzie występują elementy wykonane z materiałów zawierających żelazo, może dojść do następujących reakcji chemicznych:

        O2 + Fe + 2H2 O → Fe(OH)2 + H2

        3Fe(OH)2 → Fe3 O4 + H2 + H2O

Tlenek żelaza Fe3 O4 zwany jest również magnetytem i w instalacjach grzewczych występuje w postaci ciemnoszarego osadu. Może być on gromadzony w poszczególnych elementach instalacji, powodując pogorszenie ich pracy. W przypadku ciągłej obecności powietrza w układzie Fe3 O4 może zostać przekształcony do Fe2 O3, czyli hematytu, który może być przyczyną korozji wżerowej w instalacji. W ten sposób obecność powietrza w instalacji przyczynia się do powstawania poważnego problemu, jakim są zanieczyszczenia.

• Niedostateczna wymiana ciepła - Skład powietrza rozpuszczonego w temperaturze 10°C: 62% N2 + 38% O2 . Przewodność cieplna wody jest dwudziestokrotniekrotnie wyższa niż N2 . Duża ilość rozpuszczonego powietrza w wodzie ogranicza efektywność transferu ciepła. 

• Rozwój mikroorganizmów  - Do szybkiego namnażania się mikroorganizmów znajdujących się w wodzie, którą napełniana jest instalacja, mogą przyczynić się następujące czynniki:

         • obecność tlenu (niezbędnego dla bakterii tlenowych),

         • niskie temperatury (37/38°C to optymalna temperatura dla rozwoju bakterii i grzybów),

         • obecność substancji organicznych (stanowią pożywkę dla bakterii),

         • stagnacja wody (w okresach letnich).

Rozwój bakterii prowadzi do osadzania się na ściankach rur szlamu organicznego (biofilmu), który jeżeli nie jest odpowiednio zwalczany, ogranicza wymianę ciepła i przepływ wody. Biofilm jest mało przepuszczalny i usuwanie go możliwe jest tylko za pomocą specjalistycznych produktów lub procedur, takich jak zastosowanie preparatu C7 Biocide. Obniżenie sprawności układu ze względu na wyżej wymienione problemy może sięgać nawet kilkunastu procent.

• Dlaczego automatyczny odpowietrznik nie będzie skuteczny? -  Tego typu urządzenia sprawdzają się w przypadku powietrza znajdującego się w instalacji po jej wykonaniu, a które usuwamy w trakcie napełniania układu wodą. Podczas pracy instalacji istotne jest, aby powietrze dostawało się do samego urządzenia. Jednak w przypadku mikropęcherzyków zawieszonych w płynącej wodzie, jest to zadanie trudne do wykonania. Można to porównać do próby rzucania rzutkami w środek tarczy z zawiązanymi oczami. Dodatkowo cały proces utrudnia fakt, że mikropęcherzyki mogą być ponownie wchłaniane do wody, szczególnie w niższych temperaturach, gdzie rozpuszczalność wzrasta, powodując powtarzanie się cyklu.

• Separatory powietrza (Rys. 3, Rys. 4) - Urządzenia z serii Discal są zaprojektowane w taki sposób, aby skutecznie separować mikropęcherzyki z przepływającego medium. Ich specjalna konstrukcja umożliwia oddzielenie powietrza od cieczy. Aktywna część zaworu powoduje turbulencje przepływu, co ułatwia uwalnianie mikropęcherzyków. Pęcherzyki powietrza łączą się ze sobą, zwiększając swoją objętość, a następnie unoszą się do góry urządzenia, gdzie są gromadzone. W ostateczności są one uwalniane przez automatyczny zawór odpowietrzający. Separatory powietrza są montowane na przewodzie zasilającym instalację, bezpośrednio za źródłem ciepła. Ten punkt instalacji jest szczególnie istotny, ponieważ to tam najczęściej gromadzą się mikropęcherzyki.

Sprawność separacji uzależniona jest od kilku zmiennych czynników, ale z pewnym przybliżeniem możemy stwierdzić, że ponad 90% powietrza wprowadzonego do układu zostanie usunięta już po 25 cyklach pracy instalacji. Usunięte w ten sposób powietrze zaoszczędzi użytkownikowi instalacji problemów, które opisałem powyżej, co również przełoży się bezpośrednio na koszty użytkowania układu. Zapraszamy serdecznie do kontaktu z naszym działem technicznym, który pomoże w doborze odpowiedniego rozwiązania przeznaczonego do Państwa systemu.

Autor: Przemysław Dutka | Caleffi

Przeczytaj także: 

• Platforma Szkoleniowa Akademii IK dla Profesjonalistów dla Partnerów Grupy Instal-Konsorcjum 
• Poradnik IK dla Profesjonalistów - Programy dopłat Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej 

Zapraszamy także na tematyczne e-szkolenie IK