Gaser kan orsaka många problem i värme- och kyl- och återvinningsvattensystem – korrosion, smuts, oljud, cirkulationsproblem och minskning av värmeprestandan.
Vad menar vi med gaser i detta sammanhang och varifrån kommer de?
Luft utgör den största andelen, men även CO2, CH4 och H2 finns ofta närvarande.
Följande komponenter är molekylärt lösta i påfyllningsvattnet:
14,3 ml/l N2 - 7,8 ml/l O2
Under den första påfyllningen av systemet tar vattnet upp luft från omgivningen. Luften består av ungefär 78 % kväve N2, 21 % syre O2 och 1 % spårgaser. Ungefär 22,1 ml/l luft och små mängder koldioxid CO2 tränger in i systemen |1| i löst form. Luft kan också komma in i systemet genom vanligen använda plast- eller gummimaterial eller undertryck.
Kväve N2 är huvudorsak till klassiska "luftproblem".
Kvävgas byggs upp som en inert gas efter första påfyllning av systemet och under drift. Detta orsakas ofta av att det finns instängd luft som löses med ökande tryck. Upp till 40 ml/l har mätts upp i system. Detta är tre gånger högre än den naturliga koncentrationen. Detta överskrider lösligheten i vattnet under uppvärmningsfasen. Följden blir fria kvävebubblor. Det har visat sig att de är en av huvudorsakerna till det klassiska «luftproblemet» |1|.
Syre O2 är främsta orsaken till korrosion.
Syre är en mycket reaktiv gas. I system med en hög andel stål minskas syrgasinnehållet beroende på korrosion från 7,8 ml/l till 0,07 ml/l några timmar efter påfyllningen. Detta motsvarar gränsvärdet för korrosion på 0,1 mg/l |2|. Detta är ett tydligt tecken på syrets farliga egenskaper och ett skäl till att ha slutna system! Andra gaser, till exempel metan CH4 eller vätgas H2 upptäcks allt oftare. Olika material kan i samverkan med korrosionshämmare leda till bildning av sådana gaser och till korrosion.
Skador
Korrosion och erosion Korrosion förstör material. Detta orsakar avlagringar av rost och/eller magnetiska partiklar men också till erosion orsakad av korrosionspartiklar som följer med flödet. Fria gasbubblor ökar risken för erosion. Konsekvenserna är:
• Läckor i rör, radiatorer och pannor.
• Igensatta kopplingar, reglerventiler, pumpar.
• Minskade tvärsnitt leder till minskad flödesprestanda.
• Minskad uppvärmningseffekt i pannor och värmeväxlare.
Cirkulationsproblem
Fria gasbubblor kan påverka cirkulationen väsentligt. Värmeöverföringsmediets kapacitet minskar – gasbubblorna undantränger vattnet. Dessutom kan turbulent flöde vid komponenter som är termiskt belastade leda till driftavbrott. Konsekvenserna är:
• Minskad effekt eller fel på pumpen. Pumpar "drunknar i luft".
• Oförutsägbar funktion i reglerventiler, särskilt under lätt belastning.
Oljud
Fria gaser leder till oljud i systemet. Konsekvenserna är:
• Flödesljud i rör och kopplingar.
• "Gurgling" i radiatorer vid högre nivåer.
Minskad uppvärmningseffekt
Gaser kan inverka på värmeöverföring på två olika sätt. Konsekvenserna är:
• Minskning av uppvärmningsprestanda beroende på isoleringseffekten hos gasbubblor på uppvärmningsytor.
• Fel på högt placerade radiatorer beroende på onormal luftansamling som kan stoppa cirkulationen.
Symptom
Gaser kan förekomma i vattnet som fria bubblor eller i en molekylärt löst form. HENRYs lag beskriver lösligheten. Gasövermättnaden anges ovanför Henry-kurvorna*. Här avgår de lösta gaserna ur lösningen i form av bubblor. Om gasen är undermättad så löses alla gaser.
Luftansamling
i stillastående vatten vid höga punkter. Under påfyllning av ett system ersätts den lättare luften av vattnet och stiger högst upp. Om avluftning inte har gjorts ordentligt samlas luften i de högsta punkterna. Under tryck kan luften – åtminstone delvis – lösas i vattnet igen. Detta leder till övermättnad. När vattnet värms upp minskar vattnets löslighet och det skapas bubblor som följer med i cirkulationen.
Gasbubblor i vattenflödet.
Gasbubblorna följer med i flödet. I de flesta fall är flödet i rören större än bubblornas flytförmåga. Därför är avskiljning endast möjlig med särskilda utrustningar som kan fånga upp bubblorna.
Mikrobubblor är mycket små och förekommer i stort antal. De kan knappast ses med bara ögat. Vattnet ser ut att vara mjölkvitt. De förs med av flödet på ett sätt så att de endast kan fångas upp med särskilda avskiljningsutrustningar. Större bubblor växer ifall det finns fasta partiklar närvarande. Tendensen att fastna i ytorna gör avskiljningsprocessen svårare och ökar risken för skador.
Effektivt skydd
Avluftningsventiler
Avluftningsventilerna avluftar automatiskt ackumulerade gaser till omgivningsluften. Vattnet måste vara stilla. Annars kommer bubblorna att följa med flödet. Därför är avluftningsventiler inte lämpliga för avluftning under drift om de är direkt monterade på genomflödesrör. En säkerhetsventil är i de flesta fall styrd med en flottör. Den första luftningen under påfyllningen av system, decentraliserad avluftning av radiatorer och luftning under avtappning är prioriterade tillämpningar.
Luftavskiljare
Classic luftavskiljare minskar flödeshastigheten. De befintliga bubblorna kan stiga till överdelen i det lugna vattnet och separeras. De tas sedan bort med hjälp av en automatisk avluftningsventil. Avskiljningseffekten i sådana utrustningar är låg. Detta kan förbättras med hjälp av en baffelplåt.
Avskiljare för mikrobubblor
Avskiljare för mikrobubblor kan konstrueras mycket kompakta. De är lämpliga för avgasning under drift. Olika separationsprinciper kan kombineras och ge ökad effektivitet.
• Reduktion av flödeshastighet.
• Mekanismer som hjälper bubblorna att stiga upp.
• Utrustningar som bidrar till att slå samman bubblor.
Avgasare
Avgasare tar bort lösta gaser från vattnet under systemdrift. Principiellt finns det två olika metoder:
Termiska avgasare – högre temperatur minskar lösligheten. Sådana system används huvudsakligen för varmvatten och ånga.
I fastighetssystem kan denna princip inte tillämpas eftersom temperaturen inte är tillräcklig. Men den termiska avgasningseffekten vid heta pannväggar kan användas via en avskiljare för mikrobubblor.
Tryckstegsavgasare – lägre tryck minskar lösligheten. Tryckstegsavgasare, så kallade vakuumavgasare, har med framgång använts för effektiv avgasning av HEVAC-system i byggnader.
Principen:
• Tag ett prov av gasmättat vatten från systemet och minska trycket – lösta gaser avgår ur lösningen i form av mikrobubblor.
• Avluftning av gasbubblor till omgivningsluften.
• Återfyll med avluftat vatten i systemet.
Om denna process kontinuerligt upprepas kan hela vatteninnehållet konditioneras så att det blir mycket adsorberande. Det finns en skillnad mellan stegavgasare för vakuum och för atmosfärstryck.
Slutna system
Förebyggande åtgärder är det effektivaste skyddet.
• Lufttillförseln via påfyllningsvattnet ska vara så liten som möjligt. Systemet får inte läcka.
• Lufttillförsel från omgivningsluften måste förhindras. Det är nödvändigt med ett tillförlitligt slutet tryckhållningssystem!
• Gaser som byggs upp i systemet måste avluftas till omgivningsluften på ett målinriktat och säkert sätt.
CleanSys lösning är installation av en Undertrycks Avgasare.
