Zusammensetzung Luft - Studyflix GmbH
Luft - Duden Learnattack GmbH
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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.
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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. |
Henry-Gesetz
Der britische Physiker William Henry brachte schon im 18. Jahrhundert den Beweis für den Zusammenhang von Druck, Temperatur und der Menge der gelösten Gase, der in Wärme- und Kühlsystemen von großer Bedeutung ist.
Das Henrysche Gesetz (Henrysches Absorptionsgesetz) 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 im Wassersystemen (Heizungs-, Kühl- und Solaranlagen sowie Wärmenetzen) gelösten Gase führen von ärgerlichen Geräuschen über Funktionsstörungen bis
zur Zerstörung von Anlagenteilen durch Korrosion.
Stehen ein Gas und eine Flüssigkeit in Kontakt (z. B. Wasser mit Luft [Gasgemisch aus Stickstoff N2, Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2]), dann strebt die Natur nach einem Ausgleich. Das Gas versucht, in die Flüssigkeit einzudringen und wird dabei von den Wassermolekülen behindert. Das Wasser versucht, in die Luft zu gelangen, besitzt aber nicht genügend Energie dazu, so dass das nur in geringer Menge erfolgt. Trotzdem gibt es über jeder Wasserfläche auch gasförmiges Wasser und einen dazugehörigen Partialdruck. Gase lösen sich in Wasser, aber nicht beliebig, sondern nur in einer bestimmten Menge. Diesen Vorgang beschreibt das Henrysche Gesetz.
Die Gaskonzentration im Wasser ist immer proportional zum Druck in der Gasphase.
Steigt der Druck, steigt die Konzentration. |
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Henrysches Gesetz
Henrysches Absorptionsgesetz
p = k • c
p: Partialdruck des Gases [bar];
k: Henry-Konstante [l • bar / molGas];
c: Konzentration des Gases in der Lösung [mol/l]
Die Löslichkeit der Gase in Wasser ist abhängig von der Temperatur, mit zunehmender Temperatur sinkt sie.
Auch der Absolutdruck hat Einfluss.
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| Gas (25 °C) |
Henry-Konstante
[N • m / mol]. |
| Sauerstoff |
770 |
| Stickstoff |
1600 |
| Wasserstoff |
1300 |
| Kohlendioxid |
29 |
Die Konstanten gelten nur in bestimmten Druckgrenzen
Sauerstoff
ca. 20 bar,
Stickstoff ca. 30 bar
Kohlendioxid ca. 5 bar |
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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.
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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
oderLuftabscheidern, 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. |
Folgende Ursachen können für Gaseinträge oder Gasbildung führen
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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. |
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Vacumat Basic + Vacumat Eco - Flamco GmbH |
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VacuStream Entgaser
Das Vorhandensein von Luftblasen macht Niedrigtemperatursysteme (Fußboden-, Wand- und Deckenheizungen, Kühlwasseranlagen) anfällig für Korrosion, Biofilm und Verstopfung. Das Aufheizen dauert länger, es entstehen kalte Zonen, und das System kann sogar ausfallen. Spülen war bisher das einzige (vorübergehende) Mittel, aber Vorbeugen ist besser, billiger und nachhaltiger als Heilen. Der VacuStream ist ein kompakter und leiser Entgaser für Anlagen mit einer Kapazität bis zu 500 Litern / Monat. Unter anderem aufgrund seiner Größe und Entgasungskapazität ist der VacuStream ideal für kleinere Niedertemperatursysteme in Privathaushalten und kleinen Unternehmen geeignet.
Aufgrund seines breiten Temperaturbereichs (-5 ºC bis 65 ºC) funktioniert der VacuStream sowohl im Heiz- als auch im Kühlbetrieb.
Der VacuStream entgast das Systemwasser in einem festen 4-Stufen-Zyklus, wobei ein Vakuum mit dem zu entgasenden Systemwasser erzeugt wird. Die dabei freigesetzten Luftpartikel schwimmen nach oben und werden, sobald der Kolben in seine ursprüngliche Position zurückkehrt, schnell und effektiv über den automatischen Flexvent-Schwimmerentlüfter an der Oberseite abgeschieden. |
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Funktionsprinzip des VacuStream Entgasers
VacuStream Entgaser - Aalberts hydronic flow contro (Flamco)
VacuStream Entgaser - Video
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Vollautomatischer
Druckstufenentgaser |
Quelle:
Pneumatex AG |
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| Kompakter
Druckstufenentgaser |
Quelle: Pneumatex AG |
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<> | 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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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). |
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Quelle:
Reflex Winkelmann GmbH |
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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.
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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.
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Einsatzschemen
- Vakuum-Sprühentgasung
Quelle:
Reflex Winkelmann GmbH
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In Kühlwasseranlagen gibt es zusätzliche Anforderungen an den Betrieb oder die Wartung. Die niedrigere Wassertemperatur führt zu verstärkten hydraulischen Problemen aufgrund von Luft bzw. Gase. Aber noch mehr muss z. B. Korrosion oder mikrobiologischem Wachstum (Biofilmbildung) und den daraus resultierenden Folgen in der Kühlanlage geachtet werden. In Kühlanlagen ist die Qualität des Anlagenwassers ein entscheidender Faktor für die Effizienz. Sie wird erreicht, wenn die Aspekte Druck, Korrosion, Luft/Gase und Schmutz in die Betrachtung einbezogen werden.
In Kühlanlagen ist die Vermeidung von Luft- bzw. Gaseinträgen besonders wichtig.
SpiroCool - Kühllösungen - Spirotech BV |
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Schutzrechtsverletzung: Falls Sie
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