Rozwiązania Caleffi Hydronic Solutions

Skuteczne usuwanie powietrza z instalacji z pompami ciepła

Rynek pomp ciepła ma się dobrze czego najlepszym przykładem są nie tak dawno zakończone targi ISH we Frankfurcie, gdzie wszyscy czołowi producenci, jak również ci mniej znani szerszemu audytorium, prezentowali swoje rozwiązania oparte właśnie o tego typu urządzenia.

Nas również nie mogło tam zabraknąć, a dwa z naszych produktów otrzymały prestiżowe nagrody Design Plus. Wyróżnione produkty to Caleffi XF oraz zawór antyzamarzaniowy iStop® (znany również pod kodem 108). Przechadzając się pomiędzy kolejnymi stoiskami i rozmawiając na tematy związane z rozwojem branży nie dało się nie zauważyć, że coraz większą uwagę zwraca się na prawidłowe usuwanie powietrza w małych systemach.

Dlaczego ?

Dziś w tym artykule postaram się odpowiedzieć na to pytanie.

Oczywiście najprostszym elementem przeznaczonym do usuwania powietrza jest automatyczny odpowietrznik z serii Robocal (Rysunek 1). Ja jednak chciałbym zwrócić dziś większą uwagę na separatory powietrza z serii Discal.

Rys. 1 - Robocal - Automatyczny odpowietrznik z zaworem stopowym serii 5025

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

Odpowiedź wydaje się prosta – do usuwania powietrza. I w zasadzie tutaj ujawnia się powód dlaczego tego typu produkt nie jest powszechnie stosowany. Bo skoro jego zadaniem jest usuwanie powietrza, to takie samo zadanie przecież pełni automatyczny odpowietrznik, który jest wielokrotnie tańszy. To błąd, który popełnia duża część osób.

Aby wyjaśnić różnicę pomiędzy separatorem powietrza, a automatycznym odpowietrznikiem należy uzmysłowić sobie, że powietrze może również w instalacji występować w postaci rozpuszczonej. Ilość powietrza, która może zostać rozpuszczona w wodzie jest zależna od ciśnienia i temperatury. Zależność ta jest opisana Prawem Henry’ego (wykres przedstawiony poniżej), które przedstawia ilość powietrza w litrach rozpuszczonego w m3 wody w zależności od temperatury.

Powietrze rozpuszczone w zimnej wodzie używanej do napełniania i uzupełniania instalacji jest uwalniane podczas podgrzewania wody. Na przykład w instalacji o pojemności 1000 l podczas podgrzewu wody od 20 do 80 °C (pozioma strzałka) przy ciśnieniu bezwzględnym 2 bar ilość powietrza uwolnionego wyniesie do 18 l (zmiana z ilości powietrza rozpuszczonego z 35 do 17 litrów). (Patrz wykres 1)

Powietrze uwolnione z wody w ten sposób ma postać mikropęcherzyków o średnicach rzędu dziesiątych części milimetra. W instalacjach grzewczych i chłodniczych występują elementy, w których proces formowania się mikropęcherzyków odbywa się w sposób ciągły, na przykład w źródłach ciepła oraz urządzeniach działających w warunkach kawitacji. Tak powstałe mikropęcherzyki wędrują wraz z tłoczonym czynnikiem w całej instalacji, mając negatywny wpływ na jej działanie.

Zidentyfikujmy w takim razie główne problemy, które mogą powodować to „ukryte” powietrze.

Niedostateczny przepływ

Pęcherzyki powietrza, gromadzące się w pewnych punktach instalacji mogą powodować ograniczenie przepływu czynnika lub całkowity brak przepływu. Takie zjawisko jest szczególnie niebezpieczne w przypadku instalacji płaszczyznowych. (Rysunek 2)

Korozja

Tlen zawarty w powietrzu przyczynia się do powstania korozji. Oprócz uszkodzenia elementów, prowadzi ona do powstania tlenku żelaza, ten dostaje się do wody krążącej w systemie i może być gromadzony w poszczególnych elementach, tj. pompy lub wymienniki ciepła. W przypadku obecności tlenu w instalacji, w skład którego wchodzą elementy z materiałów zawierających żelazo, może dochodzić do następujących reakcji chemicznych:

Tlenek żelaza Fe3O4 zwany jest również magnetytem i w instalacjach grzewczych występuje w postaci ciemno szarego osadu. Może być on gromadzony w poszczególnych elementach instalacji, powodując pogorszenie ich pracy.

W przypadku ciągłej obecności powietrza w układzie Fe3O4 może zostać przekształcony do Fe2O3 czyli hematytu, który może być przyczyną korozji wżerowej w instalacji.

W ten sposób powietrze obecne w instalacji przyczynia się do powstania poważnego problemu jakim są zanieczyszczenia.

Niedostateczna wymiana ciepła

Skład powietrza rozpuszczonego w temperaturze 10 °C : 62% N2 + 38% O2 . Przewodność cieplna wody jest 20 krotnie wyższa niż N2. Duża zawartość powietrza rozpuszczonego w wodzie ogranicza sprawność przenoszenia 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 słabo przepuszczalny i można go usunąć tylko przy użyciu specjalnych produktów (tego typu produktem jest C7 Biocide) lub zabiegów.

Obniżenie sprawności układu ze względu na wyżej wymienione problemy może sięgać nawet kilkunastu procent.

Ale 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 powietrze musi dostać się do samego urządzenia, a to w przypadku mikropęcherzyków zawieszonych w płynącej wodzie nie jest takie proste. To jak rzucać rzutkami w środek tarczy z zawiązanymi oczami.

Cały proces utrudnia fakt, że mikropęcherzyki mogą zostać ponownie wchłonięte do wody (zgodnie z wykresem przy niższej temperaturze czynnika zwiększa się rozpuszczalność, a co za tym idzie cały cykl się powtarza).

Separatory powietrza (Rys.3, Rys.4)

Discal to urządzenia, które dzięki specjalnej budowie są w stanie oddzielać mikropęcherzyki z przepływającego medium. Aktywna część zaworu składa się elementu, który wywołuje turbulencje przepływu, co ułatwia uwalnianie mikropęcherzyków. Pęcherzyki powietrza łączą się ze sobą zwiększając swoją objętość. Następnie unoszą się do góry urządzenia, gdzie są gromadzone, a później uwalniane przez automatyczny zawór odpowietrzający.

Separatory powietrza montowane są na przewodzie zasilającym instalację tuż za źródłem ciepła, co jest niezwykle istotne ponieważ w tym miejscu jest największe nagromadzenie mikropęcherzyków.

Rysunek 3

 

Rysunek 4

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.