Problem z powietrzem w instalacji ogrzewczej (cz.1)

Skąd powietrze i gazy i jak się ich pozbyć?

Jedną z głównych przyczyn zakłóceń w prawidłowym funkcjonowaniu urządzeń grzewczych jest zbierające się powietrze w różnych punktach instalacji ogrzewczej. Woda pochodząca z sieci miejskiej zawiera rozpuszczone gazy w różnych ilościach. Gazy poprzednio rozpuszczone w wodzie wydzielają się z niej podczas ogrzewania. Ich obecność prowadzi do powstawania słabych roztworów kwaśnych lub zasadowych. Intensyfikują się wówczas zjawiska korozji i zarastania sieci. Inne problemy wiążą się z obecnością w instalacji ogrzewczej powietrza, które nie zostało usunięte podczas napełniania całej instalacji.
Każda instalacja ogrzewcza, w której czynnikiem grzewczym jest woda, wymaga odpowietrzenia, aby działała poprawnie i bez zakłóceń oraz aby zminimalizować ryzyko korozji.
Skąd powietrze w instalacji?

Gazy tworzą się również wówczas, gdy cała instalacja grzewcza skonstruowana jest z wielu różnych  materiałów, takich jak: stal, mosiądz, aluminium, żeliwo, miedź, brąz, stal nierdzewna. Kiedy materiały te są ze sobą w kontakcie, następuje powstawanie mikroogniwa (ogniwo Volty). W tym zestawie materiałów pojawiają się czasami również złączki wykonane ze staliwa (ocynkowane). Nie powinno montować się ich w instalacjach ogrzewczych.

W przypadku przedostania się do wnętrza instalacji pakuł konopnych zachodzi proces gnicia. Ich rozkład powoduje wydzielanie się metanu, który gromadzi się w górnych częściach instalacji, m.in. w grzejnikach. Bardzo duży wpływ na powstawanie gazów w instalacji ma również pH wody oraz poziom jej twardości. Wartość pH powinna zawierać się w przedziale pomiędzy 7 a 8, zaś jej twardość powinna oscylować wokół 20 F. Woda w instalacjach grzewczych powinna odpowiadać normie PN-93/C-04607: „Woda w instalacjach ogrzewania. Wymagania i badania jakości wody”. Jeżeli woda w instalacji nie odpowiada powyższej normie, to wykazuje ona właściwości korozyjne. Następuje wówczas reakcja z poszczególnymi metalowymi elementami instalacji, powodując korozję i powstanie dużej ilości gazu z przewagą wodoru. Innym powodem przenikania gazów do zładu, w tym przede wszystkim tlenu, może być zastosowanie automatycznego napełniacza, który w sposób ciągły wyrównuje duże ubytki wody w instalacji. Jest on najczęściej podłączony do przewodów wodociągowych zasilających instalację. Kolejnym miejscem przenikania tlenu może być przeponowe naczynie wzbiorcze wypełnione wewnątrz powietrzem atmosferycznym zamiast gazem obojętnym, tj. azotem. Zdarza się, że tlen może dostać się z wodą do instalacji pod wpływem powstania miejscowego podciśnienia wywołanego przez nieodpowiednio zaprojektowaną pompę lub źle obliczoną objętość przeponowego naczynia wzbiorczego. Jego objętość nie może być zbyt mała. Zmiana ciśnienia w instalacji powoduje zmianę warunków, w których następuje rozpuszczanie się gazów.

W instalacjach  wyposażonych w grzejniki wykonane ze stopów aluminium bardzo często dochodzi do ich zapowietrzania się. Najczęściej zapowietrza się grzejnik usytuowany najbliżej kotła. Powodem takiej sytuacji jest wodór. Jest on produktem reakcji chemicznej zachodzącej pomiędzy aluminium a  miedzią.

Najwięcej powietrza oraz innych gazów będzie wydzielało się z wody tam, gdzie jest najwyższa temperatura i najniższe ciśnienie. Można założyć, że temperatura wody w instalacji ma podobną temperaturę jak na wyjściu z kotła. Zatem wydzielanie się gazów i powietrza będzie wzrastało ku górze, tam gdzie ciśnienie statyczne jest najniższe, czyli na końcach przewodów pionowych.

Zbędne powietrze, np. we wnętrzu pompy, może doprowadzić do jej zniszczenia oraz w bardzo znacznym stopniu przyczynia się do przyspieszenia procesów korozyjnych w całej instalacji.
Kolejnymi punktami, w których może następować przenikanie powietrza do instalacji są: otwarte naczynia wzbiorcze, porowate uszczelki, nieszczelne połączenia oraz zawory a także rozkalibrowane i cieknące dławice.

Przenikanie powietrza do zładu centralnego ogrzewania zachodzi wieloma drogami, spośród których wymienić należy też:
-          przedostawanie się powietrza do instalacji w trakcie jej napełniania,
-          wnikanie powietrza do zładu w postaci zawartych w wodzie pęcherzy i mikropęcherzy,
-          wnikanie do instalacji powietrza rozpuszczonego w wodzie,
-          przedostawanie się powietrza przez ścianki rur z tworzyw sztucznych (bez bariery antydyfuzyjnej), nieszczelne dławice pomp i zaworów.

 Napełnianie instalacji

Pozostawanie części powietrza w instalacji w czasie napełniania jej wodą związane jest głównie z nieprawidłowo prowadzonym odpowietrzaniem. Napełnianie wodą zładu c.o. powinno się wykonywać przewodami:
-          powrotnymi przy rozdziale górnym,
-          powrotnymi i częściowo zasilającymi przy rozdziale dolnym,

przy jednoczesnym odpowietrzaniu zładu w najwyższych punktach i w miejscach niekorzystnie położonych, jak: grzejniki, rozdzielacze, naczynia wzbiorcze, itp. Proces napełniania instalacji należy przeprowadzić bardzo powoli. Zbyt szybkie wypełnianie zładu spowoduje powstanie pęcherzy powietrznych.  Rozpuszczony gaz znajduje się w wodzie użytej do napełniania instalacji, naturalna zawartość rozpuszczonego tlenu wynosi 11mg/l a azotu 18mg/l.

Powietrze zawarte w wodzie

Układy c.o. podłączone do sieci cieplnej miejskiej napełniane są zwykle wodą uzdatnioną. Woda taka poddawana jest procesowi demineralizacji na kolumnach jonitowych. Zmienia się również jej pH. W odgazowywaczach termicznych usuwa się z niej również gazy zawarte w wodzie.  Inna sytuacja będzie w układach napełnianych wodą wodociągową.  Niezależnie od typu ujęcia dla budynku (powierzchniowe, głębinowe) woda będzie zawierać mniejsze lub większe ilości rozpuszczonych gazów, jak: dwutlenek węgla, azot, tlen a nawet wodór czy metan. Rozpuszczalność gazów w wodzie zgodnie z prawem Henry’ego zależy od ciśnienia i temperatury. Im wyższe ciśnienie w instalacji, tym rozpuszczalność gazów w wodzie rośnie i na odwrót: im wyższa temperatura, tym ich rozpuszczalność w wodzie spada. Temperatura ma przy tym znacznie większy wpływ na rozpuszczalność gazów w wodzie niż ciśnienie. Wzrost temperatury powoduje np. zmniejszanie się rozpuszczalności dwutlenku węgla w wodzie, tym samym zachwianie równowagi węglanowo-wapniowej i rozpadu kwaśnych węglanów wapnia i magnezu w myśl reakcji:

Ca(HCO3)2 à CaCO3 + CO2­ + H2O

Mg(HCO3)2 à MgCO3 + CO2­ + H2O

Produktem rozpadu są nierozpuszczalne w wodzie węglany wapnia i magnezu oraz wolny dwutlenek węgla. Gaz ten gromadzi się zwykle w postaci mikropęcherzy na powierzchniach wymiany ciepła, jak: ścianki kotła, ścianki wymienników ciepła. Porywany jest on przez przepływającą wodę i przenoszony do dalszych części instalacji, gdzie w sprzyjających warunkach (spadek temperatury wody) może ponownie ulec rozpuszczeniu. Jednakże w najwyższych punktach instalacji, z uwagi na spadek ciśnienia prawie zawsze przechodzi w fazę gazową.

Wydzielanie się dwutlenku węgla z wody wodociągowej w instalacji c.o. jest procesem jednorazowym i zanika po całkowitym rozpadzie  kwaśnych węglanów wapnia i magnezu. Usunięcie w porę fazy gazowej zabezpiecza w tym wypadku całą instalację c.o. przed  korozją i przedwczesnym zniszczeniem.

Dyfuzja przez ścianki rur z tworzyw sztucznych

Przenikanie powietrza do instalacji zachodzi najintensywniej w rurach polietylenowych oraz wykonanych z polibutylenu. Sieć wiązań występująca w polietylenie jest na tyle gęsta, że nie pozwala do przenikania cząsteczek wody na zewnątrz, jednak jest zbyt słabym zabezpieczeniem  dla znacznie mniejszych cząsteczek powietrza. Z tego powodu w instalacjach c.o. należy bezwzględnie stosować  rury PE z barierą antydyfuzyjną. Bariera ta wykonana jest ze specjalnej żywicy z alkoholu poliwinylowego (EVOH). Lepszym rozwiązaniem jest zastosowanie rur wielowarstwowych z polietylenu sieciowanego PE-X lub rur wielowarstwowych z polietylenu o podwyższonej wytrzymałości na temperaturę PE-RT (z wkładką aluminiową lub cienkościenną rurą miedzianą wewnętrz). Rury z osłoną antydyfuzyjną mają powłokę zabezpieczającą na powierzchni zewnętrznej lub powłokę usytuowaną we wnętrzu ścianki rury. Bariera tlenowa jest nieodporna na wodę i nie może być naniesiona na wewnętrznej powierzchni rury. Innym rozwiązaniem może być zastosowanie do budowy instalacji ogrzewczej rur z polipropylenu z wkładką aluminiową (nieperforowaną – tzw. rury ,,stabi”) lub rur z polibutylenu z barierą antydyfuzyjną. Szybkość dyfuzji powietrza w rurach PE zależy od temperatury i stopnia nasycenia wody tlenem.

Proszę pamiętać, że zastosowanie do budowy instalacji rur bez bariery antydyfuzyjnej jest porównywalne z cotygodniową wymianą całej wody w instalacji na nową!!!

Nieszczelności pomp dławnicowych

Zasysanie powietrza przez pompę obiegową może pojawić się w pompie wyposażonej w dławnicę. Powstaje ono po stronie ssawnej pompy. Występujący w tym miejscu spadek ciśnienia przy nieszczelnej dławnicy działa jak eżektor zasysając powietrze z pomieszczenia. Lepszym rozwiązaniem będzie zastosowanie w instalacji pompy bezdławnicowej. Rynek oferuje bardzo bogatą ofertę w tym zakresie.

Odpowietrzanie

Zgodnie z normą PN-91/B-02420 instalacje centralnego ogrzewania, jak również instalacje chłodzące pracujące w systemie zamkniętym, powinny być wyposażone w urządzenia umożliwiające usunięcie powietrza ze zładu, zarówno w czasie ich napełniania, jak i normalnej pracy. Odpowietrzanie urządzeń ogrzewczych może być dokonywane ręcznie lub automatycznie. Zastosowanie urządzeń do automatycznego (samoczynnego) odpowietrzania instalacji centralnego ogrzewania prowadzi do wyeliminowania sieci przewodów i tradycyjnych naczyń odpowietrzających, co gwarantuje prawidłowe działanie całej instalacji. Zastosowanie takiego rozwiązania obniża całkowity koszt instalacji odpowietrzającej o ok. 30-50% w porównaniu z instalacją standardową. Usytuowanie automatycznego odpowietrznika w instalacji c.o. musi być zgodne z zaleceniami PN-91/B-02420 (Ogrzewnictwo. Odpowietrzanie instalacji ogrzewań wodnych. Wymagania). Norma ta, obowiązująca od 1 stycznia 1993 r., zaleca stosowanie automatycznych odpowietrzników w instalacjach c.o. – szczególnie z rozdziałem dolnym i pompą na zasilaniu. Możliwe jest odprowadzanie powietrza z poszczególnych grzejników (np. przy zastosowaniu odpowietrzników ręcznych), pionów i poziomów instalacji. Każdy z automatycznych odpowietrzników powinien być zamontowany wraz z zaworem stopowym. Odpowietrzniki automatyczne instaluje się przy kotłach, na pionach oraz we wszystkich innych miejscach instalacji, gdzie może gromadzić się powietrze i mogą powstawać trudności w samoistnym odprowadzeniu powietrza z danego fragmentu instalacji (syfony).

Podział i montaż

Automatyczny zawór odpowietrzający pływakowy, to mały zbiorniczek z zamocowanym wewnątrz pływakiem, który jest połączony z dźwignią zaworu wylotowego. Zasada jego działania jest następująca: w momencie pojawienia się w okolicy zaworu powietrza lub innych gazów pływak zaworu opada na dół pod własnym ciężarem pociągając za sobą ramię dźwigni. Wówczas następuje otwarcie zaworu wylotowego. Powietrze i gazy uwalniają się do atmosfery. Miejsce usuniętego powietrza wypełnia woda, która unosi pływak i zamyka zawór wylotowy. Automatyczne zawory odpowietrzające pływakowe przeznaczone są do usuwania fazy gazowej w postaci dużych pęcherzy przemieszczających się grawitacyjnie w kierunku najwyżej położonych punktów instalacji. Każdy z odpowietrzników automatycznych powinien być zamontowany wraz z zaworem stopowym. Pozwala on na bezpieczną wymianę odpowietrznika na nowy bez konieczności spuszczania całej wody z instalacji. Podczas wykręcania odpowietrznika z zaworu stopowego następuje odcięcie wody do urządzenia.
Automatyczne odpowietrzniki, ze względu na ich przeznaczenie, możemy podzielić na:

  • pionowe – montowane na pionach, zbiornikach, rozdzielaczach itp.;
  • kątowe – grzejnikowe montowane na grzejnikach stalowych, aluminiowych lub żeliwnych.

 

Ogólne zasady montażu odpowietrzników automatycznych

  • Odpowietrznik automatyczny montujemy w najwyższym punkcie instalacji, to znaczy tam, gdzie najłatwiej gromadzi się powietrze. Może to być między innymi górna część korpusu kotła czy też najwyższy punkt obudowy podgrzewacza wody. Zaleca się również montaż na przewodach zasilających instalację,
  • Odpowietrznik nie powinien być instalowany w miejscach, w których występuje podciśnienie, np. przed pompą, gdyż może to doprowadzić do zassania powietrza do wnętrza instalacji,
  • Odpowietrznik musi być zainstalowany w pozycji pionowej zgodnie z naturalnym ruchem powietrza w instalacji ku górze,
  • Zaleca się stosowanie dodatkowo pod odpowietrznikiem zaworu zwrotnego (stopowego), co umożliwia jego wymianę bez konieczności spuszczania wody z całej instalacji c.o.,
  • Podczas odprowadzania gazów z instalacji lub wprowadzania powietrza podczas spuszczania wody nie należy całkowicie wykręcać kapturka zamykającego kanał powietrzny.

Powyższe zasady dotyczą większości oferowanych na rynku tanich popularnych odpowietrzników automatycznych. Jednak nieznajomość ich budowy powoduje narzekanie użytkowników na to, że ciekną i zapychają się, powodując zalania pomieszczeń. W kolejnym numerze wyjaśnię, dlaczego taka sytuacja zdarza się dość często i jak można tego uniknąć!


Instalnews - bezpłatny biuletyn e-czasopisma InstalReporter 4/2017 6/2016 2/2016