Entgasung von Heizungs-, Solar- oder Kühlsystemen

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
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Gase in Heizungs-, Solar- oder Kühlsystemen können unangenehme Folgen haben. Diese reichen von ärgerlichen Geräuschen über Funktionsstörungen bis zur Zerstörung von Anlagenteilen durch Korrosion. Jede Anlage enthält am Anfang Luft (Gase) durch die Füllflüssigkeit (Heizungswasser, Kühlwasser [Wasser-Frostschutz-Gemisch]). Der grösste Teil davon wird durch thermische Entgasung eliminiert und muss an geeigneten Stellen durch Entlüftungsventile entfernt werden. Abhängig vom Druck und der Temperatur wird immer eine bestimmte Gasmenge weiter vorhanden sein. Entscheidend ist, den Nachschub von Luft bzw. Gasen in die Flüssigkeit zu minimieren. Es gibt keine 100%-dichte Anlagen bzw. geschlossene Systeme, da es immer Schwachstellen (z. B. Kunststoffteile, O-Ringe, offene Be-und Entlüfter) gibt, die Luft bzw. Gase eintragen..
Deshalb ist es wichtig, darauf zu achten
  • dass regelmässig mit aufbereitetem Wasser nachgefüllt wird
  • dass eine thermische Entgasung stattfindet (Kühlanlagen)
  • dass nicht infolge mangelhafter Druckhaltung Luft angesaugt wird
  • dass keine Bakterien im Füllwasser sind bzw. sich in der Anlage bilden, über sulfatreduzierende Bakterien Schwefelwasserstoff entstehen kann.
Der britische Physiker William Henry brachte schon im 18. Jahrhundert den Beweis für den Zusammenhang von Druck, Temperatur und der Menge der gelösten Gase.
Das Henry-Gesetz beschreibt das Löslichkeitsverhalten von (flüchtigen) Substanzen in einer Flüssigkeit. Danach ist die Konzentration eines Gases in einer Flüssigkeit direkt proportional zum Partialdruck des entsprechenden Gases über der Flüssigkeit ist. Die Proportionalität wird durch die Henry-Konstante ausgedrückt.

Die am häufigsten verwendete Schreibweise ist:

                           
(p: Partialdruck der Substanz, cl: Konzentration in der Lösung, kH,pc: Henry-Konstante)

Strenggenommen ist das Henry Gesetz nur für kleine und mäßige Drücke bis ungefähr 5 bar anwendbar. Auch ist es nur bei verdünnten Lösungen (bei niedrigen Partialdrücken) gültig. Zudem darf das gelöste Teilchen nicht mit dem Lösungsmittel reagieren (z. B Kohlenstoffdioxid, welches zu Kohlensäure reagiert und dem Gleichgewicht entzogen wird).

Einfacher gesagt > Je geringer der Druck oder je höher die Temperatur, umso kleiner ist die gelöste Gasmenge in der Flüssigkeit.


Beispiel:
Bei einem konstanten absoluten Druck von 2 bar, wenn das Wasser von 20°C auf 80°C erwärmt wird, ist die abgeschiedene Menge Luft bei dieser Lösung 18 l pro m3 Wasser. Nach dem Henry-Gesetz steigt die Menge der freigesetzten Luft bei steigender Temperatur und verringertem Druck. Die entstehenden Mikroblasen haben einem Durchmesser von 1/10 Millimeter.
Da also der Eintrag von Gasen nicht verhindert werden kann, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die eingetragenen Gase immer wieder aus den Systemen zu entfernen, um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten und eine Korrosion zu minimieren. Die einfachste Lösung ist der Einbau von Lufttöpfen oder Luftabscheidern, die aber nur einen Teil der Gase entfernen können. Wenn eine bessere Entgasung gefordert wird (z. B. in Großanlagen), dann wird der Einsatz von Entgasungsgeräten (Vakuumgeräte) notwendig, die ständig Gase ableiten.
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Bei der Vakuumentgasung wird ein Teil der Anlagenflüssigkeit zeitweise in Unterdruck (Vakuum) versetzt. Die in der Flüssigkeit gelösten Gase werden freigesetzt, abgeschieden und aus der Anlage entfernt. Die entgaste und damit absorptive Flüssigkeit wird in die Anlage zurückgeführt und kann erneut Gase aufnehmen. Durch die fortlaufende Wiederholung dieses Verfahrens werden praktisch alle Gase freigesetzt und abgeschieden. Die Flüssigkeit ist dadurch so stark untersättigt, dass keine Gase in der Anlage mehr freigesetzt werden können.
   

1. Vakuum erzeugen
Da die Pumpe mehr Wasser aus der Säule zieht, als Wasser zulaufen kann, wird bis zum Siedepunkt ein Vakuum erzeugt. Gas wird freigesetzt und sammelt sich über dem Wasserspiegel.

 

2. Entgasen
Der Druck in der Säule wird durch das Herunterfahren der Pumpe kurzzeitig erhöht, wodurch freigesetzte Gase abgeblasen werden.

 

3. Nachfüllen
Bei zu niedrigem Systemdruck wird entgastes Wasser nachgefüllt, bis der richtige Druck wiederhergestellt ist.

 

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Quelle: Flamco GmbH

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Vacumat Basic + Vacumat Eco - Flamco GmbH

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Vollautomatischer Druckstufenentgaser
Quelle: Pneumatex AG
Kompakter Druckstufenentgaser
Quelle: Pneumatex AG
Ein Lösungsweg mit Pneumatex Vento
In Anlagen mit Gasproblemen wird durch den Einbau eines Pneumatex Vento nachhaltig abgeholfen. Auf den Einsatz chemischer Mittel kann verzichtet werden. Der Vento nutzt das nach dem Physiker Henry benannte Gesetz, wonach Wasser bei hohem Druck mehr Gas lösen kann als bei tiefem Druck. Durch den Vento wird der Anlage regelmässig Wasser entnommen und in einem Behälter unter Vakuum gesetzt. Das Wasser wird so gezwungen, Gas abzugeben. Der Vento arbeitet nach dem Pneumatex-Prinzip des geschlossenen Kreislaufs. In keiner Phase kann Sauerstoff von aussen in Berührung mit Wasser kommen. Anlagenkorrosion wird konsequent unterbunden.

Einsatzbereich
Der Vento VMB kann im Rahmen der zulässigen Temperaturen (siehe technische Daten) an einem beliebigen Ort in Heizungsinstallationen oder in Kühlanlagen eingesetzt werden. Bei Wassertemperaturen über 60 °C ist zu beachten, dass die ausgestossenen Gase einen erhöhten Anteil an Wasserdampf enthalten. Dies kann am Ausgang der Entgasungsarmatur zu Kondenserscheinungen führen. Für Kühlkreisläufe sind Ausführungen erhältlich, die über eine zusätzliche Isolation verfügen und deshalb nicht schwitzwasseranfällig sind.

Das Wirkungsprinzip
a) Spülphase
Der Entgasungsbehälter wird gespült. Entgastes Wasser wird in die Anlage zurückbefördert und durch gasreiches ersetzt.
b) Unterdruckphase
Ein Ventil schliesst, was bei laufender Pumpe zu einem massiven Druckabfall (Vakuum) führt. Unterdruck und Sprüheffekt provozieren gründliche Entgasung des Wassers.
c) Ausstossphase
Das Ventil öffnet. Der im Behälter entstehende Druck treibt das Gas aus.
d) Unterbruchphase
Der beschriebene Ablauf wird regelmässig durch einen Pumpenstopp unter-brochen. Dieses Vorgehen stellt zwar höhere Anforderungen an die Steuerung, bewirkt jedoch, dass die Pumpe auch bei hohem Gasanfall nie trocken läuft.
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Quelle: Reflex Winkelmann GmbH
Vakuum-Sprühentgasung
Das Vakuum-Sprühentgasungsgerät Reflex "servitec 25" bietet eine automatische Entgasung und kontrollierte Nachspeisung mit elektronischer Überwachung in Gebäuden bis zu 20 Wohneinheiten (ca. 2 m3 Wasserinhalt).

Nach einer Handentlüftung beim Füllen der Heizungsanlage übernimmt das Gerät nach der Inbetriebnahme eine nahezu vollständige Entgasung des gasreichen Wassers. Das Volumen der ausgeschiedenen Gase wird durch Nachspeisewasser ersetzt. 

Die kontrollierte, vorentgaste Nachspeisung, auch aus drucklosem Behälter, sowie die Entgasung erfolgen über einen betriebssicheren 3-Wege-Motorkugelhahn. Damit wird der Betrieb der gesamten Anlage optimiert: Das Ausdehnungsgefäß kann störungsfrei arbeiten, und die Umwälzpumpe wird geschützt. Die Steuerung überwacht den Betrieb der Druckhaltung und signalisiert etwaige Störungen.


Einsatzschemen - Vakuum-Sprühentgasung
Quelle: Reflex Winkelmann GmbH

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