Odpowietrzniki, czyli jak chronić instalacje grzewcze i chłodnicze?

Woda jako czynnik transportujący ciepło jest niezwykle popularna zarówno w małych instalacjach domowych, jak i wielkich sieciach przemysłowych czy ciepłowniczych. Zawdzięcza to swoim parametrom fizycznym takim jak: duże ciepło właściwe, stan skupienia w zakresie stosowanej temperatury, gęstość. Należy jednak zdawać sobie sprawę z właściwości, które z kolei powodują problemy w zastosowaniu wody jako nośnika energii cieplnej.

Powietrze w instalacjach
W zależności od występujących wartości
ciśnienia i temperatury w danym punkcie
instalacji, gazy tam występujące będą się
rozpuszczać w wodzie lub z niej wydzielać.
Zauważono, że powietrze w instalacjach
może występować w trzech postaciach:
- wolne powietrze - przedostające się do
instalacji w wyniku jej napełniania/dopełniania lub przez uszkodzone przeponowe
naczynia wzbiorcze i inną armaturę, drogą dyfuzji przez mikronieszczelności materia
łów (niewłaściwy projekt) czy złącza
hydrauliczne (złe wykonanie instalacji);
- mikropęcherze powietrza - "bąble"
gazowe o wielkościach 0,05 do 0,01 mm,
które usuwa się za pomocą separatorów
powietrza;
- powietrze związane - pomiędzy molekułami wody. To właśnie powietrze
zamienia się w tzw. mikropęcherze podczas
zmian temperatury i ciśnienia
zgodnie z opisanym prawem Henry’ego.

Odpowietrzniki z brązu, stali nierdzewnej, do instalacji i systemów solarnych,
na wysoką temperaturę do 180°C i ciśnienie do 25 bar
Usuwanie "poduszek powietrznych"
Duże obszary powietrza – "poduszki powietrzne"
w urządzeniach, armaturze,
grzejnikach i rurociągach oraz powietrze
w najwyższych punktach instalacji i końcówkach
pionów – likwidowane są przez
automatyczne odpowietrzniki, które działają na bazie układu pływak-zawór. Z pozoru
to banalnie proste w konstrukcji
urządzenie, w praktyce, poza nielicznymi
wyjątkami, nastręcza ciągłych kłopotów
nie tylko użytkownikom, ale też wykonawcom
i firmom instalacyjnym.
Jak twierdzi ludowe porzekadło "diabeł
tkwi w szczegółach" i właśnie te szczegóły powodują, że proste i tanie odpowietrzniki
automatyczne nie działają.
Często spotyka się odpowietrzniki z zakręconym
wyjściem powietrza, aby uniknąć ciągłego wycieku wody. Czy jednak taki odpowietrznik można nazywać automatycznym?
Budowa a działanie odpowietrzników
Konstrukcja zaworu z wysokiej jakości
materiałów zapewniająca jego szczelność
po usunięciu powietrza ma wielkie znaczenie.
Jednocześnie zawór ma umożliwiać
aktywne, czyli wydajne napowietrzanie
instalacji w przypadku jej opróżniania.
Niestety nieliczne firmy kontrolują każdy
montowany w odpowietrzniku zawór, za
pomocą mikroskopu i sprawdzają jego
działanie na stanowisku testowym, używając wody i powietrza.
Efekt kapilarny to wynik zbyt małej
średnicy wejścia wody do komory odpowietrznika.
W wyniku napięcia powierzchniowego
wody powstaje "korek"
uniemożliwiający ujście powietrza z "poduszki
powietrznej" na dojściu do odpowietrznika.
Praktyczne rozwiązanie to
stosowanie odpowietrzników o dużej
średnicy wejściowej, gdzie rozmiar 1/2"
jest optymalny i wystarczający dla uniknięcia
efektu kapilarnego.

Efekt kapilarny
Duża komora pływakowa zapewnia swobodny,
laminarny przepływ powietrza,
umożliwiając efektywne odpowietrzanie,
a znaczna wysokość bezpieczeństwa
H chroni zawór przed zanieczyszczeniami
od wody instalacyjnej. Duża wysokość
H to także możliwość poprawnej
pracy pod wysokim ciśnieniem występującym w instalacjach. Na dowód istnienia
różnych konstrukcji, możemy tu podać
przykładowo, że zdarzają się odpowietrzniki
z wysokością bezpieczeństwa rzędu
10 mm, najlepsze zaś konstrukcje powyżej z 40 mm.
Materiały wysokiej jakości gwarantują
trwałość i niezawodność odpowietrznika.
Właściwy materiał pływaka to odporność
na wysoką temperaturę, czy też agresywne
media grzewcze. W odpowietrznikach
automatycznych renomowanych producentów
dostępne są pływaki i całe korpusy
ze stali nierdzewnej.


Prawo Henry’ego
Woda to miejsce powstawania życia wszelkich organizmów żywych. Proste pytanie, dlaczego ryby mogą żyć
w wodzie, skąd biorą tlen do życia? Woda ma naturalną własność do absorbcji powietrza, a bardziej ogólnie
różnych gazów. Zjawisko odkrył i zbadał angielski fizyk i chemik William Henry na początku XIX wieku.
W 1803 roku opisał on zasadę zwaną obecnie prawem Henry’ego: "W danym ciśnieniu i temperaturze ciecz
(woda) zawiera pewną ilość rozpuszczonych gazów. Rozpuszczalność gazów w cieczach maleje wraz ze wzrostem
temperatury i obniżaniem ciśnienia i odwrotnie, rozpuszczalność gazów w cieczach rośnie wraz
z obniżaniem się temperatury i wzrostem ciśnienia".
Przykład 1 (pomarańczowa linia):
Stałe ciśnienie – np. 2 bary, zmiana temperatury, Δt = 75°C – 10°C = 65°C, to ΔV= 68 dm³ – 28 dm³ =
= 40 dm³. Wzrost temperatury z 10°C do 75°C to uwolnienie 40 dm³ powietrza z 1 m³ wody w instalacji.
Przykład 2 (zielona linia):
Stała temperatura – np. 10°C, zmiana ciśnienia, Δp = 2 bar - 0 bar = 2 bar, to ΔV= 68 dm³ - 21 dm³=
= 47 dm³. Spadek ciśnienia z 2 bar do poziomu ciśnienia atmosferycznego powoduje uwolnienie 47 dm³
powietrza z 1 m³ wody w instalacji.


Spirotop

Jak działa odpowietrznik?
Podczas napływu powietrza, obniża się
poziom wody. Pływak opada i zawór
w górnej części odpowietrznika otwiera
się, a powietrze opuszcza instalację.
Gdy rośnie poziom wody, zawór zamyka
się, kończąc cykl odpowietrzania. Co
w takim razie powoduje, że większość
automatycznych odpowietrzników nie
działa lub przestaje działać zaraz po
zamontowaniu w instalacji? Cóż, aby
odpowietrznik działał właściwie, i przez
wiele lat musi zostać równocześnie
spełnionych kilka warunków:
• trwała i niezawodna konstrukcja zaworu wypływu powietrza,
• kontrola jakości każdego wyprodukowanego urządzenia,
• duża średnica wejścia wody (wymiar D), by uniknąć efektu kapilarnego,
• duża wysokość bezpieczeństwa (wymiar H) oraz stosunkowo duża wielkość komory pływaka,
• wysoka jakość materiałów i części składowych odpowietrznika.
Autor: Jacek Hupert
Fot., rys. Spirotech/Husty
Źródło: