Korszerű fűtési rendszerek „levegő” problémái

2010/3. lapszám | Vinkler Károly |  18 641 |

Figylem! Ez a cikk 16 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A mai korszerű fűtési rendszerek kialakításakor egyre nagyobb figyelmet fordítanak a közvetítőközeg – többnyire víz vagy glikolos víz – minőségére. Ebben az esetben a „minőség”, a víz tisztaságára és az oldott, illetve buborék formájában megjelenő gáztartalmára vonatkozik

A vízben található lebegő szennyeződések kiszűrésére már több, viszonylag egyszerű és hatékony megoldás áll rendelkezésre. Nagyobb problémát okoz azonban a folyadékban lévő gázok eltávolítása. Ez különösen az ún. „vegyes” – fém- és műanyagalkatrészeket tartalmazó – rendszereknél jelent gondot. A következőkben az ezzel a témakörrel kapcsolatban felmerülő gondolatokat, illetve megoldásokat ismertetjük.

A vízben előforduló

nitrogén, oxigén, szén-dioxid és nyomokban egyéb oldott gázok jelenlétének legfőbb oka a környezetünket körülvevő levegő. Elsősorban tehát a levegő fűtési rendszerbe jutását kell megfelelő berendezésekkel és technológiával megakadályozni, illetve csökkenteni. De tekintsük át milyen módon juthat levegő a „zárt” fűtési rendszerbe.

• Feltöltéskor a töltővízzel, vagy az utántöltéskor a pótvízzel.
• Oxigéndiffúzióra hajlamos műanyag csővezetékeken keresztül.
• Csatlakozási pontokon (a többnyire nem gáztömör rendszereknél).
• Szivattyú, szabályozószelep, termosztatikus szelep stb. tömítéseinél.
• Rosszul elhelyezett légtelenítőkön keresztül.
• Esetleges tervezési, kivitelezési hibák következtében.
• Nyitott vagy részben nyitott tágulási tartályon keresztül.
• Nem oxigéndiffúzió-mentes zsákkal vagy membránnal szerelt tágulási tartályokon keresztül.
• Rosszul elhelyezett és nem megfelelő előfeszítési nyomással rendelkező változó nyomású tágulási tartályok miatt.

A fűtési hálózat működése

során buborékként kiváló gázok, valamint az oldott gázok számos problémát okoznak. Csak néhány fontosabb hibajelenséget említve:

• Áramlási zavarok a kialakult gázbuborékok miatt.
• A szivattyú vízszállítása és hatásfoka csökken.
• A szivattyú élettartama a kialakuló kavitáció miatt csökken.
• Áramlási zajok, nem kívánt hangjelenségek.
• A hőátadás hatásfokának csökkenése (hőtermelőnél, hőleadónál).
• Korrózió, ami a rendszer elemeinek idő előtti elhasználódásához vezet.
• Korróziós iszap képződése, ami eltömődést, működési zavarokat okoz.

A felsorolt jelenségek

bizonyára már minden szakember számára ismertek. A tervezők és a kivitelezők a légtelenítés kapcsán elsősorban a közvetlen hibajelenségek – szivattyúzási problémák, zajproblémák – kiküszöbölésére koncentrálnak. A hagyományos légtelenítéssel ezek az alapvető hibák többé-kevésbé valóban megoldhatók.
Sajnos a légtelenítéssel azonban még optimális esetben is csak a „légbuborékok” – többnyire nitrogén – egy részének eltávolítását érhetjük el. A közvetítőközegben továbbra is ott maradnak a mikrobuborékok és az oldott gázok. Bár a fűtési rendszer látszólag „jól működik”, csak idő kérdése a meghibásodás. Az idő előtti meghibásodások gyakori oka például a korrózió, amit a rendszerben maradt és folyamatosan pótlódó, oldott és mikrobuborék formájában jelenlévő oxigén okoz.
Az oxigén rendkívül reakcióképes gáz. Ezt bizonyítja, hogy nagy acél-részaránnyal rendelkező rendszerekben az oldott oxigéntartalom – a korrózió által viszonylag gyorsan – már néhány órával a feltöltés után 7,8 ml/l értékről 0,07 ml/l értékre csökken (1. ábra). Ennek akár örülhetnénk is, de a probléma az, hogy a telítetlenné vált folyadék, szivacsként próbálja magába „szívni” az egyensúlyi állapothoz szükséges oxigénmennyiséget. A vízutántöltésből és a rendszer kialakításától függően bejutó levegőből – például nyitott tágulási tartálynál – ez meg is valósul.

Az oxidáció tehát folyamatossá válik. Az oxidáció káros hatását először nem lyukas csövek vagy radiátorok formájában tapasztaljuk, hanem a korróziós iszap megjelenésében (2. ábra). A korrózió okozta lebegő szennyeződés a vízrendszerben keringve egyre több problémát okoz, még akkor is, ha egyébként egy megfelelően kiválasztott iszapleválasztó is beépítésre került. A korszerű hidraulikai rendszerekben manapság egyre gyakrabban alkalmazott nyomáskülönbség-szabályozók, nyomáskiegyenlített kompakt szelepek, kombinált fan-coil szelepek – a kis résméretek miatt – érzékenyebbek a lebegő szennyeződésekre, mint a régebbi berendezések! Az eltömődött, „megszorult” vagy zárásképtelen szelepek javítása, tisztítása komoly költséget jelent az üzemeltetőnek! Mivel a hibajelenségek többnyire fokozatosan alakulnak ki, sokszor csak azt vesszük észre, hogy valami nincs rendben, de a probléma okát nehéz megtalálni.
Könnyen belátható tehát, hogy a hatásos légtelenítés, mikrobuborék-leválasztás vagy gáztalanítás nemcsak a problémamentes működés előfeltétele, de csökkenti a korróziót, az iszapképződést és az ebből adódó meghibásodásokat. Itt jegyezném meg, hogy a hatékony légtelenítés, illetve gáztalanítás elengedhetetlen feltétele a rendszer megfelelő nyomástartása!

Tekintsük át, hogy milyen feladatok vannak

a „levegővel” kapcsolatban.

A fűtési rendszert – az átmosatás és nyomáspróba után – többnyire hálózati vízzel töltik fel. A csőhálózatban ilyenkor rengeteg levegő van, melynek eltávolítása egy úgynevezett elsődleges légtelenítéssel történik. A rendszerbe áramló víz a hálózat legmagasabb pontjain elhelyezett gyors-légtelenítőkön keresztül tudja a levegőt kitolni (3. ábra).

A légtelenítők megfelelő elhelyezése kulcsfontosságú, mivel nagyban befolyásolja a légtelenítés hatékonyságát. Természetesen ügyelni kell arra is, hogy a különböző berendezésekből – fan-coil készülékek, légkezelők, légfüggönyök stb. – a levegő szintén eltávozzon.

A fűtési rendszer felfűtésekor kerülhet sor a második „légtelenítésre”. Mivel a hőközlő folyadékból a nyomás- és hőfokváltozás hatására gázok, többnyire nitrogén és oxigén válik ki (lásd 4. ábra), gondoskodni kell ezek eltávolításáról.

A buborék és mikrobuborék formájában kivált gázok eltávolítása azonban nem egyszerű. A korszerű, szivattyús fűtési rendszereket viszonylag kis csőátmérővel és nagy, 1m/s körüli vízsebességgel tervezik. Ilyen sebesség mellett a gázok nem, illetve csak igen kis hatékonysággal tudnak a csővezetékre szerelt gyorslégtelenítőknél távozni. Az áramló víz magával ragadja a buborékokat, így a felhajtóerő nem tud érvényesülni, és az amúgy is kis átmérőjű furatokon csak kevés buborék tud távozni (különösen az általánosan használt, ¼” csatlakozású légtelenítők hatástalanok). A légtelenítés hatékonyságának javítására csökkenteni kell a folyadék sebességét, optimálisan 0,1 m/s alá. Ez legegyszerűbben az áramlási keresztmetszet drasztikus felbővítésével, vagyis „légtelenítő tartály” alkalmazásával oldható meg. A gyors-légtelenítők segítségével végzett második légtelenítéssel csak a rendszer működőképességét tudjuk biztosítani, a „levegő-problémákat” még nem oldottuk meg.

Az üzem közben végzett „légtelenítésre” manapság a „légtelenítő tartály” egy korszerűbb és hatékonyabb formáját alkalmazzák, az ún. mikrobuborék-leválasztót. A mikrobuborék-leválasztó lényege, hogy a „tartályba” vezetett folyadék sebességét tovább csökkentik a tartályban elhelyezett áramlásterelő betétekkel. A betétek úgy vannak kialakítva, hogy a sebességcsökkentés mellett elősegítik a nagyobb buborékok képződését, és az áramlási zónából felfelé irányítják a gázbuborékokat (5. ábra). A tartály tetején elhelyezett automata légtelenítőn keresztül a gázok a szabadba távoznak. A mikrobuborék-leválasztót több gyártó iszapleválasztóval, mágneses iszapleválasztóval, esetleg hidraulikus váltóval kombinálja.

Újdonságként megjelentek az ún. redoxi-folyamat alapján működő kombinált berendezések, melyek „irányított oxidáció” segítségével kivonják a víz oxigéntartalmát. (A beépített nagy reakcióképességű speciális anód oxidációja miatt a rendszer vizének oxigéntartalma folyamatosan csökken, így a rendszer további oxidációja minimalizálható.)
A legtöbb kombinált berendezés többnyire jó hatásfokú leválasztást biztosít, de az elhelyezésüknél csak kompromisszumos megoldást lehet találni. Mivel a víz gázoldó képessége a nyomás csökkenésével és a hőmérséklet növekedésével csökken, a mikrobuborék-leválasztó optimális elhelyezése a kazán előremenő ágában, a szivattyú szívócsonkja előtt van. (Hűtés esetén a visszatérő ágban, a hűtő előtt.)

Természetesen ez az elhelyezés nem mindig lehetséges, de törekedni kell a lehető legnagyobb hőmérsékletű és legkisebb nyomású pont megtalálására. Ne felejtsünk el számolni a mikrobuborék-leválasztó és/vagy iszapleválasztó hidraulikai ellenállásával, mert – különösen egy rosszul kiválasztott iszapleválasztó – kellemetlen meglepetést tud okozni.
Manapság, a kiterjedt fűtési hálózatoknál egyre gyakrabban alkalmaznak, ún. gáztalanító berendezéseket. Ezek a szivattyúval és vezérlő-elektronikával felszerelt automata készülékek már nagy mennyiségű folyadékot is hatékonyan tudnak gáztalanítani.

Működési elvük többnyire azonos: a rendszerből „kivett” víz nyomását csökkentik – akár vákuum értékig -, így az oldott gázok buborékká deszorbeálódnak. A kivált gázokat eltávolítják, és az ilyen módon telítetlenné vált vizet visszatáplálják a rendszerbe. A folyamatosan vagy időszakosan működő gáztalanítás hatására a közvetítőközeg „gáztelítetlenné” válik. A gáztalanító egyik nagy előnye, hogy a hűtési rendszerekben is hatékonyan lehet alkalmazni.

Költséghatékony megoldásként a gáztalanítót egy nyomástartó berendezésbe építik be és/vagy összeépítik egy automatikus vízutántöltővel. A utántöltővel egybeépített berendezések többnyire már képesek a belépő hálózati víz gáztalanítására is, így a rendszervizet már „gáztelítetlen” folyadékkal lehet pótolni. A 6. ábra egy vákuumos gáztalanító elvi kapcsolási sémáját mutatja.

A fűtési rendszerekhez alkalmazható „vízkezelő” berendezések kiválasztásánál figyelembe kell venni a hidraulikai hálózat méretét, nyomásviszonyait, hőmérsékletét, illetve az igényelt működési biztonságot. A kiválasztáshoz nyújt némi támpontot a 7. ábra.

Összefoglalva

Tehát a fűtési rendszert egy komplex egységként tekintve megállapítható, hogy a megbízható, hosszú távon is jól működő, költséghatékony fűtés biztosításának elengedhetetlen feltétele a közvetítőközeg nyomásának, gáz- és szilárdanyag-tartalmának megfelelő kezelése.

---