Barion Pixel

VGF&HKL szaklap

Szivattyús melegvíz-fűtési rendszerek légtelenítése

2004/11. lapszám | Szőke Szabolcs |  96 726 |

Figylem! Ez a cikk 20 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A napjainkban kivitelezett fűtési rendszerek keringését kivétel nélkül szivattyú biztosítja, emiatt a rendszerben felhasználható nyomás, az áramlási sebességek nagyságrendekkel nagyobbak a hagyományos gravitációs vagy kis emelőmagasságú szivattyúval kialakított rendszerek hasonló adatainál. Ez nem csak azt jelenti, hogy szabadabb vezeték-elhelyezéssel, kisebb átmérőkkel lehet a hálózatokat kialakítani a tervezőknek, kivitelezőknek, hanem azt is, hogy például számos légtelenítési problémával néz szembe az, aki nem veszi figyelembe a megváltozott rendszerjellemzőket. A hálózatok légtelenítése és annak megoldása sok esetben felületesen kezelt feladatkör, pedig megfelelően kiválasztott és beépített szerelvényekkel sok esetben elérhető a problémamentes üzemelés, valamint a rendszerek egyes elemei élettartamának növekedése.

A vízrendszerek működésére nézve számos problémét jelentenek a hálózatba jutó, a működés során kiváló, illetve ott keletkező gázok, a teljesség igénye nélkül csak néhányat említenék ezek közül:

  • áramlási zavarok a kialakuló légzsákok miatt,
  • zavaró, áramlási eredetű zaj,
  • korrózió, ami a rendszer fontos elemeinek idő előtti elhasználódásához vezet, a leváló korróziós termékek iszapot képeznek, ami áramlási zavarokhoz és elektrokémiai korrózióhoz vezethet,
  • csökkenő szivattyú vízszállítás,
  • a szivattyú élettartama a fellépő kavitáció miatt csökken,
  • a hőátadás hatásfokának csökkenése.

De milyen módon is juthatnak gázok a fűtési rendszerbe?

  • Feltöltéskor a töltővízzel vagy az utántöltéskor bevitt pótvízzel.
  • A túl gyors feltöltés révén, amikor a rendszerben lévő levegő nem tud eltávozni.
  • A vezetékhálózat rosszul kialakított lejtési viszonyai következtében.
  • Oxigéndiffúzióra hajlamos csővezeték beépítésekor.
  • Nyitott tágulási tartályon keresztül.
  • A fűtőberendezésben létrejött hirtelen nyomásesés következtében (szivattyú, szabályozószelep, termosztatikus szelep tömítéseinél stb.), mivel nem gáztömör a rendszer, de előfordulhat az az eset is, hogy a nyomásesés következtében az automatikus légtelenítők légbeszívóként üzemelnek. Ez akkor történhet meg, ha a nyomáscsökkenés a légtelenítők zárásához szükséges 0,2 bar túlnyomás értékét meghaladja.
  • A felfűtés során oldott állapotú levegő válik ki a fűtőközegből mikrobuborékok formájában.
  • A rendszer lehűlésekor a folyadék megnövekedett oldóképessége miatt az egyébként víztömör kötéseken keresztül levegő (molekulák) nyomul be a rendszerbe, és elnyelődik. Ez a levegő később, a felfűtés következtében felszabadul.
  • A fűtővíz kémhatásával, az üzemelés körülményeivel és a hálózat kialakításával összefüggésben, kémiai folyamatok során különböző gázok, például hidrogén keletkezhet.

Látható, hogy még a kifogástalanul tervezett és szakszerűen kivitelezett fűtési rendszerekben is számolni kell a levegő kiválásával. A levegőnek a hálózatba kerülése ellen nem elegendő védekezés zárt fűtési rendszert létrehozni. A víz kiváló oldószer, ezért a hőmérséklet és a nyomás függvényében több-kevesebb mennyiségű gázt tud oldatban tartani, amely a változó üzemi állapotok között kiválhat a vízből.. A gázok vízben való oldódásának mértéke függ a hőmérséklettől és a gáz parciális nyomásától. Az oldhatóság a hőmérséklettel fordítottan, a nyomással egyenesen arányos. Az oldott gázok mennyisége a Henry-Dalton törvény segítségével határozható meg.

A légtelenítés folyamata

Légtelenítést mindig ott célszerű elvégezni, ahol a legkevesebb oldott állapotú gáz van a rendszerben. Ha a folyadékok gázoldó képességét megvizsgáljuk, látható, hogy minél melegebb a fűtővíz és minél kisebb a rendszer nyomása, annál kevesebb az oldott állapotú gáz, ebből következik, hogy a rendszer hatékony légtelenítését a hőtermelő közelében, az előremenő vezetékben, illetve a magas pontokon lehet megoldani.

1. ábra

Minden melegvízfűtésű rendszerben két lépcsőben kell elvégezni a légtelenítést: először amikor a rendszer elkészült, megtörtént a sikeres nyomáspróba, a rendszer mosatása, és a rendszer feltöltése a megfelelő minőségű fűtőközeggel. A leggyakrabban feltöltésre közvetlenül a hálózati hideg vizet használják, melynek hőmérséklete az évszaktól függően 10-15 °C. Ha a rendszer helyesen van kialakítva, az elsődleges légtelenítés során a rendszerből a levegő a magas pontokon kialakított légtelenítési helyeken keresztül a szabadba áramlik, és rendszer vízzel van tele. A hálózat feltöltését alacsony sebességgel célszerű elvégezni, mert ekkor a gázok és a fűtővíz nem keverednek, ezért hatékonyabb a légtelenítés első lépcsője.

2. ábra

Másodszor akkor kerül sor légtelenítésre, amikor a rendszert felfűtik, és a vízben oldott formában lévő levegő mikrobuborékok formájában kiválik. A mikrobuborékokat, melyek tulajdonképpen a vízben nagyon finoman eloszló gázok, a hagyományos légtelenítési megoldásokkal, például légedénnyel, a csővezetékre ráépített automata légtelenítővel nehezen, időigényesen lehet többé-kevésbé eltávolítani, de sohasem teljes mértékben. Ennek fő okai a szivattyús rendszerekben uralkodó áramlási sebességek. A napjainkban kivitelezett fűtési rendszerekben a fűtőközeg áramlási sebessége közel 1 m/s, de egyes esetekben meg is haladhatja azt. A hagyományos légtelenítési módok (1. ábra) alkalmazása esetén szükséges, hogy az áramló víz sebessége a 0,1 m/s-ot ne haladja meg, mert különben a folyadék magával ragadja a gázokat, így azok nem tudnak a légtelenítőkön keresztül a szabadba távozni.  Korszerű szerelvények alkalmazásával, például az abszorpciós légleválasztókkal a szivattyús központi fűtési rendszerek légtelenítése hatékonyabban oldható meg. A szerelvény kialakításának a lényege, hogy egy sárgaréz, nagyobb kivitelek esetén acél házban – melyben a fűtőközeg áramlása lelassul -, olyan betét található, mely a lelassult folyadék, illetve gázbuborék áramlását széttördeli, így a lefékeződő gázbuborékok kiemelkednek a vízszintes áramlási zónából, majd a nyugalmi zónán keresztül feljutnak a szerelvény tetején elhelyezett automata légtelenítőbe (2., 3. ábra).

A szerelvény hatékonysága annál nagyobb, minél nagyobb a rendszer hőfoklépcsője és minél kisebb a szerelvényen átáramló fűtőközeg áramlási sebessége. A készüléket mindig a rendszer legnagyobb hőmérsékletű pontjára kell beépíteni, központi fűtési rendszereknél a kazán kilépő oldalára, a szivattyú szívócsonkja elé. Tetőtéri kazánok hőtermelői melletti elhelyezésükkor a legjobb a hatásfokuk, hiszen itt a legmagasabb a fűtőközeg hőmérséklete és legkisebb a rendszer nyomása, itt képes a fűtővíz a legkevesebb levegőt oldatban tartani. A levegőleválasztás hatékonysága jelentősen romlik, ha magas épületek alsó szintjén építjük be, mert a felső szinten (általában a szelepek után) létrejövő statikus nyomáskülönbség miatt a folyadékból újra levegő válhat ki.

3. ábra

Készülnek függőleges és vízszintes áramba beépíthető típusok egyaránt, de a függőleges áramú kivitelek csak kisebb térfogatáramoknál alkalmazhatók. Beépítésüknél ügyelni kell arra, hogy minden esetben állítva kell őket a hálózatba építeni, vízszintes beépítés esetén nem képesek feladatukat betölteni (4. ábra). A kombinált levegő- és iszapleválasztó készülékek alkalmazása központi fűtési rendszerekben nem célszerű, hiszen a légleválasztót a hőtermelő kilépő, míg az iszapleválasztót a hőtermelő belépő oldalára kell elhelyezni.

Az utóbbi években megjelentek a piacon olyan készülékek, melyek működésének lényege, hogy beállított gyakorisággal folyadékot szívnak egy csatlakozó vezetéken keresztül a rendszerből, majd a mágnesszelep lezárása után egy szivattyú a tartályban erősen lecsökkenti a nyomást. Emiatt az oldott állapotú levegő kiválik a folyadékból, és a légtelenítő szelepen keresztül távozik a tartályból. Alkalmazásuk akkor célszerű, ha:

  • kicsi a rendszer hőfoklépcsője vagy
  • nagy a rendszer tömegárama, netán
  • a hőtermelő és a rendszer legmagasabb pontja között nagy a statikus nyomáskülönbség, illetve
  • a hálózatban nagy a dinamikus nyomáskülönbség.

Bekötésüket a visszatérő hálózatban úgy kell kialakítani, hogy rövidzárlat ne alakulhasson ki; a szükséges szerelési távolságokat, bekötési módokat az egyes gyártmánykatalógusok közlik. A készülék beépítésekor figyelni kell arra, hogy az nem képes a táguló vízmennyiséget felvenni, a rendszer nyomástartását megoldani, ezért tágulási tartály beépítése is szükséges (5. ábra).

4. ábra

Nagyobb rendszerek esetén terjed a nyomástartásra, gáztalanításra, valamint utántöltésre alkalmas berendezések alkalmazása (6. ábra). Az általuk végzett gáztalanítási folyamat igen hasonló az előzőkben bemutatott berendezések által folytatott gáztalanítási művelethez. A folyamat a berendezés nyomásmentes víztartályában történik. Beállított időközönként a berendezés mégnesszelepei a hálózat fűtővizének egy részét (akkora mennyiséget, hogy a rendszer nyomása a minimum szintig csökkenjen) beengedik a nyomásmentes víztartályba, melyben a fűtővíz a lecsökkent nyomás miatt elengedi a benne lévő oldott állapotú levegő egy részét, ami nyitott tartályok esetén a tartály légterébe vagy a túlfolyón keresztül a légtérbe, membrános kiviteleknél a tartály beömlőnyílásához beépített gyorslégtelenítőn keresztül a környezetbe távozik. A folyamat végeztével a berendezés szivattyúja a beállított maximális nyomásérték eléréséig visszatáplálja a fűtővizet a hálózatba, ahol a gáztalanított fűtőközeg találkozik a magasabb gáztartalmú közeggel, és a fizika törvényeinek megfelelően a gázok eloszlása kiegyenlítődik a rendszerben.

5. ábra

  A különbség a fentiekben bemutatott berendezések által végzett gáztalanításhoz képest, hogy míg azok lecsökkentik a nyomást a beépített tartályukban, addig ezek ezt nem teszik meg, hanem az atmoszférikus nyomáson lévő tartályukba engedik a fűtőközeget, és az ott gáztalanodik ki. A gáztalanítás gyakoriságát a beüzemeléskor az adott berendezést forgalmazó cég egy szakembere állítja be a hálózat víztartalmának és az üzemi nyomásnak a függvényében. Általánosságban a beállított legkisebb időintervallum két gáztalanítás között 90-120 perc. A berendezések ezen funkcióját kézi indítással is igénybe lehet venni, tetszőleges időközönként. A gáztalanítás időtartama a rendszer méretétől függ, kisebb hálózatok esetén körülbelül 15 perc, nagyobbak esetén 45 perc is lehet.

6. ábra

Légtelenítő szerelvények kiválasztása

Az egyes légtelenítő szelepek kiválasztása esetén lényeges momentum az alkalmazásuk körülménye, nem mindegy, hogy egyetlen fűtőtest vagy egy strang légtelenítésére kerülnek beépítésre. Kiválasztásuk különösebb számítást nem igényel, mivel a rendszerben nyomásveszteséget nem okoznak. A hálózatban uralkodó nyomás és üzemi hőmérséklet függvényében megbecsülhető a rendszerben kiváló levegő mennyisége, ehhez a levegőmennyiséghez kell a szerelvényt kiválasztani, azok légtelenítési teljesítménye (maximális levegő-kibocsátása) figyelembevételével. Üzemvitel tekintetében célszerűbb a gyorslégtelenítők alkalmazása, melyek valamivel költségesebb kivitelek, mint a hagyományos automatikus légtelenítők, de alkalmasak a hálózatban lévő levegő késedelem nélküli elvezetésére (természetesen, ha az áramlási viszonyok a légtelenítőnél azt lehetővé teszik, ld. 7. ábra). Kiválasztásukkor célszerű azt is szem előtt tartani, hogy ezeknek a szerelvényeknek a meghibásodását legtöbb esetben a hálózatban kialakuló lengések és a fűtőközegben áramló szennyeződések okozzák. A meghibásodásokat teljes mértékben kiküszöbölni nem lehet, de üzembiztos konstrukciók választásával kialakulásuk veszélye csökkenthető, például olyan légtelenítő választásával, melyben a vízszint és a szelep között nagy távolság található, ezzel a vízfelfröccsenés veszélye minimalizálható.

Az abszorpciós légleválasztók beépítése méretezés nélkül nem ajánlatos, mivel komoly ellenállású részét képezhetik a fűtési rendszernek, kiválasztásukhoz az egyes gyártók által közölt méretezési diagramok nyújtanak segítséget. A diagramokból megtudható, hogy a rajtuk átfolyó térfogatáramhoz mekkora névleges átmérőjű szerelvényre van szükség, milyen helyzetben építhető be, ezen mekkora a rendszer nyomásvesztesége és a fűtőközeg áramlási sebessége. Nagyobb méretek esetén költségük akkora lehet, hogy gazdaságossági szempontból már kedvezőbb valamilyen gáztalanító berendezést beépíteni.

A kereskedelemben kapható számos légtelenítő készülék között megtalálható minden rendszer hatékony gáztalanításához alkalmazható készülék, de a legtöbb esetben olyan hálózatok készülnek, melyek ezeket, a szerelvényeket nem tartalmazzák. Fő oka alkalmazásuk elmaradásának, hogy jelentősen megemelhetik az anyagköltségeket. Szivattyús fűtési rendszerek légtelenítésekor a hagyományos légtelenítési megoldások alkalmazásával akkor érhetünk el kellő hatásfokú gáztalanítást, ha a légtelenítők környezetében nyugodt áramlási viszonyokat alakítunk ki, kellően alacsony, 0,1m/s-ot nem meghaladó áramlási sebesség mellett. A feladat megoldására a kereskedelemben kapható olyan szerelvény, melyben megnövelt belső áramlási keresztmetszete miatt az áramló közeg sebessége lecsökken, a benne elhelyezett perdítőlemez, (lemezek) a fűtőközeg egy részét a szerelvény felső részébe tereli, ahol a gázok egy automatikus légtelenítőn keresztül távozhatnak. Megfelelő megoldás az is, ha a légtelenítő egy felbővített vezetékszakaszban kerül elhelyezésre, melynek hossza és átmérője akkora, hogy a már említett áramlási feltételek teljesüljenek.