Luft (Gase) in der Anlage
Geschichte
der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen
im SHK-Handwerk
Bosy-online-ABC
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Die Luft
der Atmosphäre ist ein Gasgemisch, das aus den Gasen Stickstoff1 (ca. 78 Vol.-%),
Sauerstoff2 (ca. 21 Vol.-%), Edelgas Argon3 (ca. 0,9 Vol.-%) und Kohlendioxid4
(ca. 0,04 Vol.%) besteht. Außerdem sind noch andere Gase, wie z. B. Neon, Helium, Methan, Krypton, Wasserstoff, Distickstoffoxid,
Kohlenstoffmonoxid, Xenon, Dichlordifluormethan, Trichlorfluormethan und Chlordifluormethan, in Spuren und Wasserdampf
in wechselnden Mengen (um die 0,4 %) vorhanden.
1 Stickstoff (N2 molekularer Stickstoff, Distickstoff) ist ein farb-, geruch-,
geschmackloses und nicht brennbares Gas, welches bei tiefen Temperaturen (-196 °C) zu einer farblosen Flüssigkeit kondensiert. Stickstoff ist in Wasser wenig
löslich und reagiert nicht mit anderen Gasen. Aufgrund der inerten Eigenschaft wird Stickstoff in vielen Bereichen eingesetzt,
so z. B. als Schutzgas beim Schweißen oder zur Füllung von Membrandruckausdehnungsgefäßen..
2 Sauerstoff (O2 molekularer Sauerstoff, Dioxygen, Disauerstoff) ist ein
farb- und geruchloses Gas, welches für alle Verbrennungs- und Korrosionsvorgänge notwendig ist. Alle Menschen, Tiere und
die meisten Pflanzen benötigen Sauerstoff zum Leben. Sie entnehmen ihn meistens durch Atmung aus der Luft oder durch Resorption aus in Wasser gelöstem
Sauerstoff. Für die meisten Lebewesen ist Sauerstoff in hohen Konzentrationen giftig.
3 Argon (Ar) ist ein farb- und geruchlose inertes einatomige Gas. Als Inertgas wird es in automatischen
Feuerlöschanlagen und aufgrund der geringeren Wärmeleitfähigkeit als Luft als wärmeisolierendes Füllgas in Isolierglasscheiben eingesetzt.
4 Kohlendioxid (CO2 Kohlenstoffdioxid) ist eine chemische Verbindung aus
Kohlenstoff und Sauerstoff und ein farb- und geruchloses Gas. Es ist gut in Wasser löslich. Kohlendioxid ist ein Klimagas bzw. "Treibhausgas",
das durch die Anreicherung in der Atmosphäre die Wärmeabstrahlung der Erdoberfläche in das Weltall verhindert und so zu einer Erderwärmung über den Treibhauseffekt
zum Klimawandel beiträgt.
Bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen (ÖL, Gas, Kohle) wird der Kohlenstoff freigesetzt, der in den letzten Jahrmillionen gebunden wurde.
Die Atmosphäre reichert sich mit diesem Gas an, weil es nicht in diesen Mengen von der Natur aufgenommen werden kann. Ein Teil dieses Gases wird auch in den Ozeanen
gebunden und senkt den pH-Wert des Wassers. |
Zusammensetzung Luft - Studyflix GmbH
Luft - Duden Learnattack GmbH
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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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Temperatur
- Druck
Das Verhältnis von Temperatur und Druck bestimmt die Luftmenge, die aufgelöst im Wasser vorhanden sein kann. Das Henrysche Gesetz bestimmt diese Zusammenhänge. Anhand der Kurven in dem Diagramm können die physikalischen Eigenschaften des Luftgehaltes im Wasser und dessen Freisetzung nachvollzogen werden.
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 diesem 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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Strenggenommen ist das Henrysche 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.
Nur die extrem leichten Gase Wasserstoff und Helium bilden eine Ausnahme.
Henry-Gesetz - Hans-Peter Willig, cosmos-indirekt.de
Gesetz von Henry - Roland Zbinden, dekostop.ch |
Die Gase aus der Luft sind der häufigste Grund für Fehlfunktionen
in Heizungs-, Kühl- und Solarsystemen
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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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Grundsätzlich sollte der Grund für "Luft (Gase) in der
Anlage" gefunden werden, damit die Ursachen beseitigt werden können. Luftabscheider, Schlammfänger oder andere Maßnahmen beseitigen nur die Folgen einer nichtfachgerecht gebauten bzw. falsch betriebenen Anlage. |
In einem geschlossenen System ohne Luftaufnahme rosten Heizungsrohre
aus Stahl an den Innenwandungen nicht. Außerdem sinkt die Löslichkeit von Sauerstoff mit steigender
Erwärmung des Wassers und ist bei 111,6 °C am geringsten. Aber bei einer weiteren Erwärmung
steigt das Lösungsvermögen für Sauerstoff wieder
erheblich an.
Aber es gibt keine luftdichte Anlagen, auch wenn die Industrie es uns immer wieder einreden
will. Alle O-Ringe (in alten Anlagen > Stopfbuchsen) und Rohrgewindeverbindungen lassen Luft in die Anlage
diffundieren bzw. einsaugen, weil "Viel" immer zu "Wenig" geht. Besonders dann, wenn das Wasser nicht behandelt wurde, weil die O-Ringe
hart werden und bei ungünstigen Druckverhältnissen Luft durchlassen. Dass Stopfbuchsen von Zeit zu Zeit neu gestopft werden müssen, ist
heutzutage auch nicht mehr jedem bekannt. Dazu kommt, dass Kunststoffrohre und Verbundrohre nicht wirklich "luftdicht"
sind. Hier diffundieren auch Bestandteile der Luft (Sauerstoff, Stickstoff)
durch die Wandungen. So sind nicht nur in Wärmeerzeugungsanlagen (Warmwasserheizung, Biogasanlagen, Wärme-Kraft-Kopplung) sondern auch besonders in
Kühlsystemen Korrosionsschutzmaßnahmen notwendig. |
Außerdem können durch biologische, chemische und
elektrochemische Vorgänge Gase entstehen, die dann als Luft wahrgenommen werden. Hier gilt es, die Ursachen zu finden und zu beseitigen. |
Grundlagen der Wasserchemie - Heino Zimmermann, Klaus Rümler, Rainer Fiebelmann, Spirax Sarco GmbH |
Nur eine richtig behandelte Anlage
kann auf Dauer einen sicheren und effezienten Betrieb einer Anlage gewährleisten.
VDI/BTGA 6044 - VDI Verein Deutscher Ingenieure e.V.
Die VDI-Richtlinie 6044: Was es bei der Kühlwasseraufbereitung zu beachten gibt
perma-trade Wassertechnik GmbH
VDI 2035
- Anforderungen an das Heizungsfüllwasser
Letztendlich ist die Flüssigkeit in Heizungs-, Kühl- und Solaranlagen sowie in Wärmenetzen Prozesswasser. |
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Brennbare
Gase |
Unter bestimmten Umständen (Gasbildung durch Elektrolyse, bakteriellen Zersetzung) können in Heizungsanlagen und Wärmesystemen (Nah- und Fernwärme) brennbare Gase (Methan, Wasserstoff, Faulgas oder Sumpfgas) entstehen, die dann beim Entüften als "Luft" angenommen werden. Unter ungünstigen Umständen können sich die Gase entzünden. Diese Phänomen können in Großanlagen zu erheblichen gefährlichen Problemen führen, da sich hier evtl. große Gasmengen gebildet haben. Diese können sich im Raum bein Entlüften entzünden. |
• Bakterien verarbeiten das harmlose, in natürlichen Wässern häufige Sulfat (in ungelöster Form z.B. Gips) zu Schwefelwasserstoff. Dies ist eine faulig riechende, giftige und aggressive Substanz. In diesen entstehenden brennbaren Faulgasen hat Methan (CH4) den größten Anteil.
• Wenn an den Metallteilen der Anlage Strom anliegt, dann kann es zur Elektrolyse des Wassers kommen und das Produkt daraus ist Wasserstoff. Dieses Gas kann zu einem Knallgasgemisch führen.
• Beide Gase zusammen ergeben dann eine gelb-orangefarbene Flamme. |
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Zündung |
Teillast |
Volllast |
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In dem Wärmenetz einer Biogasanlage gibt ein Problem mit "Luft" (brennbares Gas) im Wassersystem, das beim Entlüften der Anlage austritt. Die Anlage hat einen 50.000 Liter Pufferspeicher und ein Leitungssystem von ca. 2.200 Meter. Es sind geschätzt ca. 100 000 Liter im Umlauf.
Mit einem Gasmeßgerät der Biogasanlage wurden diese Werte (71 mg/l Methan bzw. Wasserstoff, 43 mg/l Schwefel, 22 mg/l CO2, 2,3 mg/l Sauerstoff) gemessen. Es besteht die Vermutung, das durch Kriechströme Wasserstoff entsteht. Die neueste Ergebnisse der Wasseruntersuchung sind ein pH-Wert 5,89 und ein Leitwert 1039 µS/cm. |
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Brennbare Gase beim Entlüften des Wärmenetzes einer Biogasanlage
Quelle: Gottfried Rummel |
Dieses Problem wird auch bei vielen anderen Biogasanlagen bzw. Wärmenetzen vorhanden sein, ohne das es akut bemerkt wird. Wenn diese Anlagen mit automatischen Entlüftungseinrichtungen ausgstattet sind, ist das eine erhebliche Gefahrenquelle. |
Brennbare Gase im Heizungswasser |
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In Wassersystemen,
vor allen Dingen in Heizungs- und Solaranlagen, können sich
Mikroblasen bilden. Wenn diese nicht ausgeschieden
werden, dann sammeln sie sich in Anlagenteilen mit geringen Fließgeschwindigkeiten,
so z. B. in Heizkörpern oder Rohren, die nicht oder nur langsam
durchströmt werden, zu größeren Luftpolstern.
Aber auch in Kühlsystemen können sich Mikroblasen bilden.
Die Mikroblasen und die Luftpolster führen zu Funktionsstörungen
in den Systemen, bis zum Totalausfall der Anlage. Außerdem
wirken die Mikrobläschen wie Schmirgelpapier
an den Laufrädern der Pumpen und Ventiltellern der Heizkörperventile. |
Wenn die Rückschlagklappe
über der Pumpe sitzt, dann
kann sich bei abgeschalteter Pumpe dort ein Luftpolster
bilden, dieses führt zum Trockenlauf der
Pumpe. Sie fördert keine Flüsigkeit
mehr. Deswegen sollte die Klappe unter der Pumpe
angeordnet sein. Dadurch kann sie Anlaufen, das Luftpolster mitreißen,
an einer geeigneten Stelle (Lufttopf
- wenn vorhanden) sammeln und dort automatisch
oder von Hand entweichen. In Wassersytemen reicht
oft eine kleine Bohrung in der Klappe, damit
die Luft entweichen kann. In Systemen mit Frostschutzmittel funktioniert
das nicht immer. |
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Quelle:
CALEFFI Armaturen GmbH |
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Mikroblasenbildung im Wärmeerzeuger
An der Oberfläche,
die das Kesselwasser von der Brennkammer
trennt, bildet sich durch die hohe Temperatur
(160 bis 270 °C) an der Kesselwandung ständig
eine Schicht mit Mikroblasen. Ein Teil dieser
Luft (Dampf), die nicht wieder von dem kälteren Kesselwasser
absorbiert wird, kommt in den Heizungskreislauf und muss im
Kesselvorlauf entfernt werden, damit das lufthaltige Wasser
nicht in die Anlage transportiert wird. Außerdem brennen
sich Schlammteilchen an die Kesselwand, was zu einem schlechteren
Wärmeübergang und zu Spannungen
an dem Material führen kann. Hier hilft
nur das richtige Füllwasser, damit es
gar nicht erst zur Schlammbildung
kommen kann.
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Mikroblasenbildung durch Kavitation
Durch eine sehr hohe Fließgeschwindigkeit
mit gleichzeitiger Druckminderung, so z. B. in Rohrverengungen
(nicht entgratetes Rohr, schlecht hergestellte Rohrabzweigungen)
oder in Armaturen, können Mikroblasen entstehen. Eine Kavitation
kann auch am Pumpenlaufrad durch einen zu niedrigen Zulaufdruck
und zu hoher Temperatur entstehen. Aber auch in den neuartigen
Fittings von Steck- und Presssystemen findet man extreme Querschnittsverengungen.
Diese Mikroblasen aus Luft und
Dampf, deren Bildung sich in nicht entlüftetem Wasser steigert,
können aufgrund des Phänomens der Hohlraumbildung
implodieren. Diese Kavitation führt zum Abtrag des Materials
an den Entstehungsstellen und zu störenden Geräuschen.
Kavitation
in Pumpen
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Quelle:
CALEFFI Armaturen GmbH |
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Wasserstoff-
und Methangasbildung |
Wasserstoff
(H) kann in Anlagen mit Stahlwerkstoffen nach der “Schikorr”-Reaktion
gebildet werden und sich bis zur Übersättigung anreichern.
Bei einer Dosierung von Natriumsulfit Na2SO3
kann sich dadurch Schwefelwasserstoff (H2S) bilden.
Auch über sulfatreduzierende Bakterien kann Schwefelwasserstoff
entstehen. Der gebildete H2S kann in Anlagen mit Kupferwerkstoffen
(z. B. Rohrbündel von Wärmeübertragern, kupfergelötete
Platten-wärmetauschern) durch Reaktion mit Kupferoxid Cu2O
zu Kupfersulfid Cu2S umgebildet werden. Im Gegensatz
zum Cu2O bildet das Cu2S keine schützende
Deckschicht. Korrosionserscheinungen und Korrosionsschäden
nach oft erst mehreren Betriebsjahren sind die Folge. |
Vermutet wird
auch die Wasserstoffbildung durch biologische Prozesse
beim Abbau von Fetten. Diese werden bei der Herstellung von bestimmten
Rohrsystemen verwendet. |
Die Methangasbildung
ist ein natürlicher Prozess bei dem organisches Material
(Öle, Fette, Hanf, Schmutzteile) unter Luftabschluss durch
natürlich vorkommende Mikroorganismen (Methanbakterien) im
nichtbehandeltem Füllwasser zersetzt werden. Bei der bakteriellen
Zersetzung entsteht Faulgas
oder Sumpfgas (ca. 60 % Methan, 35 % Kohlendioxid sowie Stickstoff,
Wasserstoff und Schwefelwasserstoff). Diese Gase sind am Geruch
und durch ihre Brennbarkeit
feststellbar. |
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Gasbildung
durch Elektrolyse |
Die Elektrolyse
ist eine chemische Reaktion, die unter Aufwand von elektrischer Energie
abläuft. In jedem Wassersystem sind verschiedene Metalle vorhanden,
die in dem Elektrolyt (Heizungswasser, besonders dann,
wenn im System eine Biofilmbildung vorhanden ist),
kann es auf Grund der Unterschiede in der Spannungreihe zu eine Stromfluss
kommen. Auch durch die Erdung von Metallleitungen
ist ein Stromfluss möglich. Da der Schutzleiter
betriebsmäßig Strom führt, kann auch durch vagabundierende
Ströme eine Gasbildung entstehen, aber
auch eine "Elektrokorrosion"
ist möglich. |
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Spannungsreihe
verschiedener Metalle |
Quelle:
Rudlf Ölmann |
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Bei der
Wasserelektrolyse handelt es sich um
den Vorgang, welcher Wasser (H2O) in Wasserstoff
(H2) und Sauerstoff (O2) spaltet.
Es entsteht ein Knallgas, das eine explosionsfähige
Mischung ist. Bei dem Kontakt mit offenem Feuer (Flamme,
Glut oder Funken) erfolgt die so genannte Knallgasreaktion. |
Da dieses
Gas nicht aus der Anlage entweichen kann, bilden sich
in beruhigten Anlagenteilen (z. B. Heizkörper) Gaspolster,
die als Luftansammlungen wahrgenommen werden. |
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Elektrolyse |
Quelle:
Planet GbR |
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Das Füllwasser
für Heizungs-, Kühl-
und Solaranlagen wird schon angereichert
mit den in der Luft befindlichen Gasen
(Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid) gesättigt
vom Wasserversorger geliefert und kommt nun bei dem Befüllen
eines Kreislaufsystems noch einmal mit der
Umgebungsluft in den Rohren in Kontakt, da
die Luft erst durch das Wasser zu den Entlüftungsventilen
verdrängt bzw. bei falscher Befüllung zusätzlich
durchmischt wird.
So befindet sich z. B. in einem System mit einem Volumen von
1.000 l zu Beginn des Befüllvorganges 1 m3 Luft
(ca. 780.000 ml Stickstoff, ca. 210.000 ml Sauerstoff, ca. 9.620
ml Edelgase, ca. 380 ml Kohlendioxid).
Das Ziel einer fachgerechten Befüllung
ist die "Luftfreiheit" bei der höchster
Betriebstemperatur. Das Lösevermögen
von Gasen bzw. Stoffen in Abhängigkeit
der Temperatur ist unterschiedlich.
· Bei 10 °C befinden
sich in 1 Liter Wasser bei Sättigung 11,1 mg Sauerstoff,
17,5 mg Stickstoff und 0,6 mg Kohlendioxid.
· Bei 70 ° C
befinden sich in 1 Liter Wasser bei Sättigung 3,8 mg Sauerstoff,
7,0 mg Stickstoff und 0,3 mg Kohlendioxid.
Es befinden sich also bei der maximalen Betriebstemperatur nur
noch geringe Mengen an Gasen
im System. In der Praxis sind die Betriebstemperaturen
aber in der Regel im Laufe des Jahres niedriger.
Heizungsanlagen kühlen in den Sommermonaten
und thermische Solaranlagen in den Wintermonaten
zeitweise auf die Umgebungstemperaturen ab.
Das Anlagenwasser kann also durch Diffusion
(Sauerstoffdiffusion, Stickstoffdiffusion, CO2-Diffusion)
und Lufteinsaugung wieder Gase aufnehmen. |
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Permeation
bezeichnet den Vorgang, bei dem ein Stoff (Permeat)
z. B. die Kunststoffwand eines Rohres
durchdringt bzw. durchwandert. Das Permeat (Gase
[Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid]) geht immer in
die Richtung der geringeren Konzentration
(z. B. Heizungswasser, Kühlwasser, Solarflüssigkeit)
bzw. des niedrigeren Partialdrucks (Bei dem Kontakt
einer Flüssigkeit [z.B. Heizungswasser] mit einem Gas werden
die Moleküle so lange von der Flüssigkeit aufgenommen
[gelöst], bis sich die Partialdrücke angeglichen haben).
Man spricht auch von einem Gleichgewichtsausgleich,
bei dem die Triebkraft der Konzentrationsunterschied
ist. |
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Der Permeationsvorgang
verläuft in vier Teilschritten:
1. Adsorption an der Grenzfläche:
Das Permeat wird an der Oberfläche der Rohrwandung
aufgenommen
2. Absorption in das Material; Das Permeat
dringt in das Material der Rohrwandung ein
3. Diffusion durch das Material: Das Permeat
durchdringt (diffundiert) die Rohrwandung durch Poren bzw.
molekulare Zwischenräume
4 . Desorption: Das Permeat entweicht als
Gas auf der anderen Seite der Rohrwandung und wird von der
Flüssigkeit oder dem Gas aufgenommen (gelöst)
Dieser Vorgang
ist eine langsame Durchdringung und Mischung
von Gasen oder Flüssigkeiten
bis zur gleichmäßigen Durchmischung
(Konzentrationsausgleich), bei der keine
äußeren Kräfte einwirken. Höhere
Temperaturen bewirken eine höhere
Molekularwegung und eine größere
Diffusionsgeschwindigkeit. Durch Diffusion
geht ein geordneter Zustand in einen ungeordneten
Zustand über. |
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| Überschlägige
Berechnung (Fikschen Gesetz) der Permeation
von Gasen durch Rohrwände
aus Kunststoff.
V
- permeiertes Gasvolumen1) (cm3)
P - Permeationskoeffizient (cm3 /
m · bar ·
Tag)
d - Außendurchmesser (mm)
L - Rohrlänge (m)
p - Partialdruck des Gases im Rohr (bar)
t - Zeit (Tage)
s - Wandicke des Rohres (mm)
1)
Volumen bezogen auf Temperatur (23 °C) und
Druck (1 bar)
Permeationskoeffizient
(20 °C - [cm3 / m · bar ·
Tag] |
| Permeat |
PE |
PP |
| Luft |
0,029 |
0,028 |
| Stickstoff |
0,018 |
0,017 |
| Sauerstoff |
0,072 |
0,076 |
| Kohlendioxid |
0,28 |
0,24 |
| Erdgas |
0,056 |
- |
| Methan |
0,056 |
- |
| Argon |
0,066 |
0,059 |
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Die Diffusion
ist ein Teil des Permeationsvorgangs
Der Diffusionskoeffizient (molekularer Diffusionskoeffizient)
ist die Kenngrösse (Einheit - Fläche
pro Zeit) für den Materialstrom durch
molekulare Diffusion in flüssigen,
gasförmigen und festen Phasen,
die auf die Konzentrationsunterschiede basieren.
Der Teilchenstrom ist proportional
dem Konzentrationsgradienten (ersten Fickschen
Gesetz).
Der lokale Konzentrationsunterschied der diffundierenden
Teilchen ist die treibende Kraft der
Diffusion. Die Diffusion führt ohne
Einwirkung von äußeren Kräften
zum Abbau des Konzentrationsgradienten und findet in allen Aggregatzuständen
statt.
Der Diffusionskoeffizient hängt von den
Eigenschaften des Stoffes
und des Transportmediums ab. Außerdem
hat die Temperatur, der Druck
und die Wechselwirkungen mit anderen
Stoffen einen Einfluss. Die Proportionalitätskonstante
ist der Diffusionskoeffizient. Die Diffusionskoeffizienten
sind bei Gasen 5·10-6 bis
10-5 m2/s, bei Flüssigkeiten
10-10 bis 10-9 m2/s und bei
Festkörpern 10-14 bis 10-10
m2/s.
Durch die Diffusion wird ein Konzentrationsgefälle
innerhalb eines bestimmten Zeitraums ausgeglichen.
Die Diffusionsgeschwindigkeit ist dabei um
so größer, je größer der Unterschied
der beiden Konzentrationen ist.
Diffusionskoeffizienten
DABvon binären Flüssigkeitsgemischen
bei 101.325 kPa und 25 °C |
| Gemisch A-B |
DAB
10-9m2s-1 |
| Stickstoff - Wasser |
2,34 |
| Sauerstoff - Wasser |
2,51 |
| Kohlenstoffdioxid - Wasser |
1,95 |
Umfangreiche
Ausarbeitungen zur "Diffusion" - H.
Föll, UNI Kiel |
Permeationen
gibt es in vielen Bereichen der Haustechnik und
im täglichen Leben.
- Gasleitungen
können ausgasen und müssen deshalb in Schächten
immer belüftet werden.
- Wasserleitungen
aus Kunststoff in Heizungs-, Solar- und Kühlanlagen
können je nach Rohrart mehr oder weniger Luftsauerstoff
aufnehmen, wodurch das Korrosionsrisiko steigt.
- PE-Rohre
in Erdsonden können Kohlendioxid aufnehmen,
da die Permeation bei diesem Gas etwa doppelt so hoch wie
die von Sauerstoff. So kann sich in der Wärmeträgerflüssigkeit
bei hohen Drücken eine große Menge Gas in der Sonde
ansammeln.
- O-Ringe
an Armaturen und Kunststoffdichtungen können
Luftsauerstoff in Flüssigkeitssysteme durchlassen. Deswegen
gibt es keine luftdichte Anlagen, auch wenn sie aus Metallleitungen
bestehen.
- Kunststoffleitungen
in Biogasanlagen können Gase aufnehmen
und sich dichtsetzen.
- Kunststofffolienverpackungen
können Luftsauerstoff durchlassen, was zum schnellen
Verderben von Lebensmitel führen kann.
- Autoreifen
verlieren Druck durch die Permeation.
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Kohlendioxid ist
im vom Versorger gelieferten Wasser und kann
durch Diffusion
(Permeation) in den Heizungs-, Kühl-
und Solarkreislauf kommen. Es löst sich im Wasser
nicht wie z. B. Sauerstoff oder Stickstoff durch die Einflüsse
von Druck und Temperatur (Henry-Gesetz). Kohlendioxid löst
sich im Wasser und reagiert chemisch mit dem
Wasser. Reaktionsprodukte sind
• Hydrogencarbonate
• Carbonate (Eigen-Alkalisierung)
• Kohlensäure
Durch den Kohlendioxid wird in der Regel der richtige pH-Wert
eingestellt.
Hydrogencarbonate zersetzen sich bei Temperaturen über
50 ° C.
Wenn ein hartes Wasser enthärtet (Austausch
Ca / Mg-Ionen gegen Natrium-Ionen) wird, stellt sich durch den
Zerfall der Hydrogencarbonate
die versteckte Alkalität ein. Der pH-Wert
im Heizungswasser steigt nach 2
bis 4 Wochen an.
So können sich z. B. aus 3,3 ° dH Carbonathärte
(100 mg / l NaHCO33) bis zu 63 mg / l Soda (Na2CO3)
bilden. Dadurch kann der pH-Wert auf Werte von teilweise über
9 ansteigen, was eine Gefahr für
Aluminiumwerkstoffe (Wärmetauscher, Heizkörper)
darstellen kann.
Wird ein salzarmes Wasser (VE-Wasser)
über einen Mischbett-Ionenaustauscher
bzw. über eine Umkehrosmose erzeugt, stellt
der dann vorhandene Natriumhydrogen-Gehalt im Wasser nach einem
Zeitraum von 2 bis 4 Wochen in
der Regel den richtigen pH-Wert im Heizungswasser
ein.
Die natürlichen Reaktionen des Kohlendioxids
und seiner Reaktionsprodukte ermöglichen,
dass die Vorgaben der VDI 2035 T2 eingehalten
werden, wenn salzarmes Wasser (VE-Wasser)
eingesetzt wird. Dies setzt eine Inbetriebnahme mit maximaler
Betriebstemperatur (Vermeidung von Gasblasen und Gaspolstern)
zur vollständigen Entlüftung, eine
fachgerechte Druckhaltung und eine Minimierung der CO2-Diffusion
voraus. Deshalb sollte der pH-Wert regelmäßig überprüft
werden. |
Erdwärmesonden
werden meistens aus PE-Rohren hergestellt. Seit
Jahren hat sich dieser Kunststoff aufgrund seiner guten Verarbeitbarkeit
und seiner dauerhaften Haltbarkeit zum Bau von Erdwärmesonden
durchgesetzt. Diese Rohrarten sind aufgrund ihres molekularen
Gefüges für Gase durchlässig. PE-Rohre können
besonders gut von Kohlendioxid (CO2)
durchdrungen werden. Die Diffusion von Kohlendioxid ist etwa doppelt
so hoch wie die von Sauerstoff. So kann sich in der Wärmeträgerflüssigkeit
bei hohen Drücken eine große Menge Gas in der Sonde
ansammeln. |
Ein Luftabscheider
an der Wärmepumpe kann die bei geringerem Druck ausgasende
Kohlendioxidmenge nicht immer vollständig
abscheiden. Der entstehende Schaum wandert zum
Verdampfer der Wärmepumpe und reduziert erheblich dort die
Entzugsleistung, was nach kurzer Zeit zu einer Störabschaltung
der Wärmepumpe führt. |
Die Ausgasung
kann gering gehalten werden, wenn der Druck
an der höchsten Stelle der Anlage möglichst hoch gehalten
wird. Dies ist bei der Auslegung des MAG's
zu beachten.
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| Quelle: Prof. Dr.-Ing. W. Ameling |
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Auch nach dem Umbau von offenen
Anlagen in geschlossene Systeme
wurde das Sauerstoffproblem nicht beseitigt.
Es gibt keine luftdichte Anlagen, da an Verbindungsstellen
(Gewindeverbindungen, Flanschverbindungen) immer Sauerstoff
diffundieren (eindringen, einziehen) kann.
Die Verwendung von Heizungsrohren aus Kunststoff
hat die Aufnahme von Sauerstoff besonders begünstigt. Durch
den zunehmenden Einbau von Fußbodenheizung
aus Kunststoffrohren in Verbindung mit Metallanlagen-
und Bauteilen (Stahl, Grauguss) Ende der 70er Jahre (ca. 30
% Marktanteil im Neubau) wurden Anlagenstörungen
durch Schlammbildung
bekannt. Heutzutage werden auch Wandflächen-, Decken-
und Kühlsysteme aus Kunststoff hergestellt.
- Ablagerungen in Wärmeerzeugern
führten zu Siedegeräuschen, die spezifische Heizflächenbelastung
wurde zu groß. Es kam zu Spannungsrissen.
- Rohrleitungen und Armaturen
wurden durch die Ablagerungen verengt bzw. verstopft, der
Wasserumlauf reduziert, was die Heizleistung gemindert, bis
zum "Heizungsinfakt".
- Die Einsätze in den Filtern
der Wärmemengenzähler waren nach kurzer Zeit verstopft
und mussten ständig gereinigt werden.
Die DIN
4726 "Rohrleitungen aus Kunststoffen für
Warmwasser-Fussbodenheizunge" stellt bestimmte Anforderungen
an Heizungsrohre aus Kunststoffen,
so dass die Gefahr einer Verschlammung durch Sauerstoffdiffusionen
bei den Rohrleitungen nicht mehr so extrem besteht, aber nach
dem Prozentsatz von Stahlteilen in der Anlage nicht ausgeschlossen
wird.
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| Wie
kommt Sauerstoff in eine geschlossenen Anlage?
Es ist ein Naturgesetz, dass alle Kunststoffe
mehr oder weniger gasdurchlässig, also auch sauerstoffdurchlässig
sind. Deshalb sind z. B. auch Lebensmittel in Kunststoffverpackungen
nur begrenzt haltbar. Bei der Fußbodenheizung
muss der Sauerstoff der Umgebungsluft zunächst durch den Bodenbelag
und den Estrich hindurch an den Rohrwerkstoff gelangen. Jeder Stoff
hat eine unterschiedliche Sauerstoffdurchlässigkeit,
sie wird durch die Diffusionszahl ausgedrückt.
Den Vorgang selbst bezeichnet man als Sauerstoffdiffusion. Im Fall der
Fußbodenheizung besitzt das Heizungsrohr stets eine geringere
Durchlässigkeit als die übrigen Bauteile wie z. B. Estrich,
Wärmedämmung. Die Menge an Sauerstoff,
die diffundiert, ist abhängig vom verwendeten
Kunststoffmaterial, dem Partialdruck
des Sauerstoffes in der Luft und der
Temperatur des Heizungswassers, der
Wanddicke und der Oberfläche
des Heizungsrohres. Mit steigender Betriebstemperatur
vergrößert sich im Rohrwerkstoff der Abstand und die Bewegung
der Moleküle, wodurch die Sauerstoffdurchlässigkeit zunimmt.
Andererseits nimmt die Löslichkeit für Sauerstoff
im Heizungswasser mit steigender Temperatur ab. Die
durch Fußbodenheizungsrohre aus Kunststoff eindringenden Sauerstoffmengen
sind jedoch in der Regel so gering, dass die temperaturbedingte Sauerstofflöslichkeit
unberücksichtigt bleiben kann. Da aber der Sauerstoff ständig
in geringer Menge von außen her eindringt, kommt
es zu einer mehr oder weniger großen Verschlammung
der Anlagen.
Um eine Verschlammung möglichst gering
zu halten oder zu vermeiden, gibt
es verschiedene Maßnahmen. |
- Das Kunststoffrohr (Verbundrohr)
wird mehrlagig aufgebaut. Eine der Schichten besteht
aus einer Metallfolie (Metallverbundrohr - Aluminium)
oder einer Kunststofffolie (Mehrschichtverbundrohr
- EVOH [statistisches Copolymer aus Ethylen und Vinylalkohol]).
- Einsatz einer Systemtrennung.
Der "undichte" Anlagenteil aus Kunststoffrohr wird vom Rest
des Systems durch einen Wärmeübertrager getrennt.
- Behandeln
des Heizungswassers durch die Zugabe von korrosionsverhindernden
Mitteln (Inhibitoren). Diese verhindern auch bei
der Anwesenheit von Sauerstoff die Korrosion.
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Sauerstoffbindemittel
Die oft empfohlene Zugabe von Sauerstoffbindemittel
(z. B. Hydrazin,
DEHA, MEKO) als Allheilmittel zur Beseitigung
von Sauerstoff in "normalen"
Heizungs- und Kühlanlagen ist
nicht notwendig und nicht richtig.
Derartige Mittel, die es in den unterschiedlichsten Ausführungen
für verschiedene Anwendungen (Dampfkessel, Heißwasserkessel)
gibt, gehören nur in das Nachspeisewasser von
Großkessel- bzw. Heißwasseranlagen
und in Dampfanlagen. Hier sollte nur
eine Fachfirma tätig werden, die Erfahrung
mit diesen Zusätzen hat. Das gilt auch besonders
bei Kühlanlagen, da sie eine Biofilmbildung
nicht verhindern, denn Biofilme können auch
ohne Sauerstoff existieren.
Wichtig bei dem Einsatz von Sauerstoffbindemitteln
ist eine vorherige Spülung
und
Reinigung der Anlage, was in der Praxis in
den meisten Fällen nicht durchgeführt wird. Außerdem
ist die Sauerstoffbindung nur unter Beobachtung
anzuwenden, weil man regelmäßig nachdosieren
muss und das Wasser je nach Produkt umkippen
und eine verstärkte Korrosion
zur Folge haben kann. Dies tritt besonders in Anlagen auf, in denen
aus "Energiespargründen" einzelne Anlagenteile
ständig bzw. längere Zeit abgeschaltet
werden. Hier ist dann keine Kontrolle des Heizungswassers
mehr möglich und die Dosierungen des
Bindemittels stimmen nicht mehr. Deswegen ist eine
ständige und regelmäßige Wasseranalyse
des Heizungswassers
vorzunehmen. |
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| Nicht
die Luft sondern der Stickstoff führt
in dn meisten Fällen in Heizungs-, Kühl-
und Solarsystemen zu Problemen. Diese
äußern sich in Geräuschen (Gluckergeräusche),
kalte Heizkörper, Erosionsschäden und Lagerschäden
in Pumpen und Erosionschäden in Armaturen und Rohrleitungen.
Stickstoff ist im Füllwasser und kommt durch die Diffusion in geschlossene
Anlagen. Die kritische Stickstoffkonzentration an der höchsten
Stelle einer Heizungsanlage ist z. B. bei 70 °C und 0,5 bar 15 mg/l.
Wenn der Sättigungswert überschritten wird, werden Gasblasen
frei. Diese sammeln sich in den Heizkörpern an der höchsten
Stelle der Anlage und müssen durch ein nachhaltiges Entlüften
bei maximaler Betriebstemperatur entfernt werden.
Der durch die Stickstoffdiffusion
und durch Nachspeisewasser (Nachfüllwasser)
eingetragene Stickstoff kann nach den Erfahrungen in
der Praxis nicht durch Luftabscheider,
die in der Regel an der tiefsten Stelle der Anlage
eingesetzt werden, nicht abgeschieden werden. Eine
wirkungsvolle Möglichkeit ist eine Vakuum-Sprührohrentgasung
als Zusatzeinrichtung zur Druckhalteanlage
(pumpengesteuertes oder kompressorgesteuertes MAG) einen Teilstrom
des Anlagenwassers entgasen. Dabei wird das Anlagenwasser über
eine Düse im Vakuumrohr versprüht und reduziert den Stickstoffgehalt
auf ca. 3 mg/l.
Die Grenzwerte für
den Stickstoffgehalt im Anlagenwasser
sollten bei Temperaturen < 70 ° C - 15 mg/
l N2 und > 70 ° C - 10 mg/ l N2 sein.
Bei "Luftproblemen"
sollte bei einer Wasseranalyse
auch der Stickstoffgehalt ermittelt werden.
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Zunder
als Sauerstoffquelle |
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Solarfluid:
Ausgangszustand (pH 8,2)
und stark gealtert (pH 6,8) - Zerstörtes Solarfluid
mit unlöslichen Zersetzungsprodukten |
Quelle:
BDH |
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In einer thermischen
Solaranlage kann es zu einer Sauerstoffbildung
durch Zunder in den Kollektoren und an
den Rohrwandungen der Kupferleitungen kommen. Zunder entsteht
auf der einen Seite durch das Hartlöten
der Kupfer-, Messing und Rotgussteile und auf der anderen
Seite auch durch die Sonneneinstrahlung
auf die leeren Kollektoren. Das ist dann
der Fall, wenn die unbefüllten Kollektoren ungeschützt,
also ohne Abdeckung über längere Zeit der Einstrahlung
ausgesetzt sind. Die Gründe für entleerte Kollektoren
können ein Flüssigkeitsverlust sein oder sie sind
durch eine Stagnation leergedrückt. Hier sollte auf
jeden Fall jede Anlage schon vor der Befüllung
fachgerecht gespült und gereinigt
werden. Außerdem ist die Solarflüssigkeit regelmäßig
überprüft werden, um entsprechende Maßnahmen
einleiten zu können. |
Beide Belastungen,
eine Überhitzung und Oxidation,
können zusammen auftreten. Dadurch können die
schützenden Bestandteile sehr schnell verbraucht werden
und die Solarflüssigkeit
überaltert bzw. crackt aus.
Die Übersäuerung der Flüssigkeit ist korrosiv
und führt zur Bildung von teerartigen Zersetzungsprodukten,
die nicht mehr löslich sind und zu Verklebungen innerhalb
des Solarkreises bis hin zur Zerstörung der Solaranlage
führen können. |
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Luftfreispülen
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Um Flächenheizungen
(Fußboden-, Wand- und Deckenheizungen) und Erdkollektoren luftfrei zu bekommen, unterscheidet
sich die Methode erheblich von den Entlüfungsvorgängen einer
Heizkörperheizung. Eine Heizkörperheizung wird
normalerweise am Wärmerzeuger im Vorlauf, z. B.
durch ein automatisches Be-
und Entlüftungsventil oder einen Luftabscheider,
und an den einzelnen Heizkörpern an den Entlüftungsventilen entlüftet, weil sich an diesen Stellen die Luft ausscheidet bzw. sammelt. Ein Rohrregister oder eine Rohrschlange,
die nicht mt Steigung verlegt werden (können)
und teilweise auch uneben verlegt sind, hat die in den Rohren vorhandene
Luft keine Chance, im normalen Betrieb irgendwo gesammelt und entfernt
zu werden. Außerdem sollte man zwischen einer Entlüftung bei der ersten Befüllung und eine Entlüftung
bestehender Anlagen unterscheiden. Im Internet findet
man Empfehlungen, die man aber genauer lesen und kritsch beurteilen sollte,
bevor man sich als Laie selber an die Arbeit macht. Hier kann einiges
falsch gemacht werden, weil es keine gleichen Anlagen gibt.
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Füllen und Spülen von Erdsonden und Erdkollektoren
Quelle: MS Schwarz GmbH |
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Bei der ersten Befüllung einer neuen
Flächenheizung, und besonders bei Erdkollektoren,
müssen alle Armaturen voll geöffnet sein.
Also dürfen die Heiz- bzw. Kühlkreise noch nicht voreingestellt sein. Das alle Heizungsanlagen vor der Befüllung nach DIN
EN 14336 gespült und gereinigt werden müssen,
hat sich auch noch nicht überall rumgesprochen. In vielen Fällen
werden diese Anlagen nicht mit normalen Leitungswasser befüllt.
Heizungsanlagen müssen in den meisten Fällen nach den Herstellerangaben
der Wärmeerzeuger nach der VDI
2035 befüllt werden. Hier wird also mit VE-Wasser und Vollschutzmittel gefüllt und diese Mischung lässt sich nicht so einfach auffüllen. |
Heutzutage hat
sich das Entlüften mit einer Füll-
bzw. Spülstation, die eine leistungsstarke
Pumpe und großen Vorratsbehälter hat, durchgesetzt.
Vor allen Dingen dann, wenn die Anlage mit behandeltem Heizungswasser oder einem Wasser-Frosstschutzmittel-Gemisch (Sole) befüllt werden soll. Wichtig ist aber,
dass in den einzelnen Kreisen
die Strömungsgeschwindigkeit > 0,4 m/s ist, damit die Lufteinschlüsse mit der Strömung mitgerissen werden können. Diese Art der Spülung und Entlüftung wird auch bei thermischen Solaranlagen angewendet.
Ein Spülvorgang kann auch mit Trinkwasser über einen Wasserschlauch durchgeführt werden.
Nur ist dann die Anlage mit Trinkwasser gefüllt,
was in vielen Fällen nicht mehr sinnvoll bzw. zulässig
ist. Außerdem fehlen meistens für diese Methode
auch die richtig gesetzten Spülstutzen. |
Um die
einzelnen Kreise luftfrei zu bekommen, muss ein
Kreis nach dem anderen durchgespült werden.
Dabei sind alle anderen Kreise geschlossen. Die Luft wird im Behälter der Spülstation oder in einem zentralen Luftabscheider ausgetrieben. Natürlich kann man
diese Vorgänge auch mit der vorhandenen Umwälzpumpe
versuchen, was aber in vielen Fällen nicht möglich
ist, weil die Fließgeschwindigkeiten nicht hoch
genug sind. Egal ob mit einer Spülstation, mit einem
Wasserdruck oder einer Umwälzpumpe gespült wird,
müssen die Voreinstellungungen an den Armaturen auf voll offen gestellt
und nach dem Spülen wieder eingestellt werden. Wichtig hierbei ist, dass man sich fie entsprechenden Voreinstellungen des hydraulischen Abgleichs aufgeschrieben hat. |
Wenn
bei einer älteren Fußbodenheizung einzelne Kreise nicht mehr warm werden, ist auch hier
ein Luftfreispülen notwendig. Bei
dieser Gelegenheit kann gleichzeitig eine evtl. vorhandene Verschlammung beseitigt werden.
Eine Reinigung und eine Behandlung des Heizungswassers,
um eine erneute Verschlammung vorzubeugen, kann bzw. ist hier sinnvoll sein. |
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Um Flüssigkeitssysteme (Wasserheizungen [Fußboden-/Wandflächenheizungen], Kühlanlagen, Solaranlagen, Erdwärmeanlagen) fachgerecht mit einer behandelten bzw. aufbereiteten Fllüssigkkeit (Wasser, Wärmeträgerflüssigkeiten, Frostschutzmittel, wässrige Lösungen, Emulsionen) zu füllen, zu spülen, luftfreispülen und zu reinigen sind leistungsstarke elektrische Füll- und Spülgeräte notwendig. |
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Quelle: Aalberts hydronic flow control (Flamco) |
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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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Entlüftungsventile
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Die Entlüftungsventile
müssen immer so angebracht werden, dass die Luft
aus den Heizkörpern oder Lufttöpfen bzw. Luftabscheidern möglichst
vollständig entfernt werden kann. Um das zu erreichen,
gibt es verschiedene Armaturen. (Handventile, automatische Ventile)
Jedes Luftpolster wirkt wie ein kleines Ausdehnungsgefäß
und kann den Nullpunkt
in der Anlage verschieben. Außerdem werden die
Flächen, die luftbelastet sind, nicht richtig warm und mindern
die Wärmeabgabe des Heizkörpers. Dass Luft auch zur Korrosion
führen kann, ist ein weiterer Nebeneffekt. |
Entlüftungsventile
mit Handrad (Luftschrauben) sollten
in Mietwohnungen nicht eingebaut werden, damit die
Mieter nicht unkontrolliert "Wasser zapfen"
können. Aus diesem Grund sollten sie auch keine Luftschraubenschlüssel
bekommen. Wenn der Mieter keinen Zugang zur Fülleinrichtung
im Heizraum hat, kann der Wasserverlust nach dem Entlüften
zu Schwierigkeiten mit der Druckhaltung in der Anlage
kommen. |
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| Entlüftungsstopfen
- HK-Entlüftungsventile - Luftschraubenschlüssel -
Ventil mit Handrad |
Radiatoren-Entlüftungsstopfen |
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Automatische
Entlüftungsventile |
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Quelle:Voss
Entlüftungs-Armaturen GmbH |
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Diese Ventile
mit hygroskopischer Quellscheibe entlüften
wasserführende Systeme automatisch. Sie werden an
Heizkörper, Rohrregister, Wärmeerzeuger, Pufferspeicher
und Fußbodenheizungsverteiler eingesetzt.
Die automatische
Funktion des Ventils basiert auf der Quellfähigkeit
einer Scheibe im Ventileinsatz. Die trockene Quellscheibe
lässt Luft und Gas entweichen. Sobald Wasser an die
Scheibe kommt, quillt sie auf und verschließt den
Ausgang. Eine Handentlüftung kann durch das Lösen
der Schraube erfolgen. Das Anlagenwasser sollte frei von
chemische Zusätzen sein, da diese die Lebensdauer
der Quellscheibe reduzieren oder aufheben. Durch eine
im Entlüfter eingebaute Rückschlagautomatik
kann der Ventileinsatz, die Dichtung und Quellscheibe
ausgewechselt werden.
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Öffnungsadapter
mit Entlüftungsschlach |
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Quelle:
Wilhelm Schauerte GmbH & Co. KG |
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Dieses
automatische
Entlüftungsventil arbeitet mit einer
Membran und ist dadurch wartungsfrei.
Durch den Einsatz einer Membran ist das Ventil wartungsfrei.
Undichtigkeiten durch Verklebungen treten
nicht auf und damit entsteht keine Verschmutzungsgefahr
für die Umgebung. |
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Quelle:
Wilhelm Schauerte GmbH & Co. KG |
Dieses
Ventil kann auch ohne Membran als Heizkörper-Entleerungsventil
eingesetzt werden. |
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Automatische
Be- und Entlüfter mit
Schwimmer |
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Die automatischen Schwimmer-Ent- und Belüfter bzw. "Schnellentlüfter"
entlüften automatisch und kontinuierlich wasserführende
Systeme (Heizungs-, Kühl- und Solaranlagen).
Sie haben leider in den meisten Fällen auch eine
Belüftungsfunktion. Diese führt in der Praxis
ofmals zu Problemen bezüglich der Luftansaugung
in die Anlage und sollten immer eine Absperreinrichtung
vorgeschaltet haben. |
Die Be-
und Entlüftungsfunktion wird zusammen mit einem Luftabscheider
optimal ausgeführt.Einige Bauteile haben auch eine selbstdichtende
Absperrfunktion, die verhindert beim Ausbau des Schwimmerentlüfters
den Wasseraustritt aus dem Netz Ein schwimmergesteuertes
Ventil öffnet mit steigendem Luftvolumen und entläßt
die im Becher angesammelte Luft kontinuierlich. Der Verbindungskanal
leitet das Wasser sowie die Luft ungehindert in den Luftbecher. |
Schwimmentlüfter
für Solaranlagen sollten aus Edelstahl
hergestellt sein und Temperaturen bis 150 °C
aushalten können und außerdem einen Nenndruck
von 16 bar haben. |
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Der Hersteller Caleffi bietet für alle MINICAL® und VALCAL® -Serien eine
hygroskopische Sicherheitskappe an. Die Funktionsweise basiert auf dem Verhalten der
Zellulosefaserscheiben, die den Dichtungseinsatz bilden. Die Scheiben verdoppeln ihr
Volumen, sobald sie nass werden, und schließen das Ventil. Auf diese Weise werden bei Wasseraustritt
mögliche Schäden verhindert. Außerdem wird ein Ansaugen von Luft verhindert und muss
deswegen nicht unbedingt zugedreht werden.
Die Ausführungen mit automatischem Absperrventil hat
eine Abdichtung zum Ventilgehäuse durch einen O-Ring aus EPDM. Das erleichtert die Wartung durch
das Absperren des Wasserzuflusses bei deaktiviertem Ventil und auch die Funktionskontrolle des Entlüfters. |
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Quelle:
Caleffi Armaturen GmbH |
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Heutzutage ist es aufgrund der verwendeten Materialien und Verbindungstechniken einfacher,
fertige Luftabscheider einzubauen.
Luftabscheider |
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Untere Verteilung mit zentraler Entlüftung
über Luftleitungen
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Zentrale
Entlüftung
Bei der unteren Verteilung,
die bei den heutigen Pumpenheizungen üblich ist, sind die
Vorlauf- und Rücklaufleitungen an der Kellerdecke verlegt.
Die Heizkörper werden von hier durch Vorlaufsteigleitungen
mit Heizwasser versorgt, das durch die Rücklaufleitungen
zum Kessel zurückgeführt wird, An den höchsten
Stellen sind zentrale oder örtliche
Entlüftung vorgesehen, die aber nie ein automatischen
Schwimmentlüfter haben sollten.
Größere und weitverzweigte
Anlagen werden/wurden mit einer zentralen Entlüfung
über Luftleitungen (DN 10) ausgeführt.
Hier muss bei einer Entlüftung nicht an Entlüftungsventilen
in den einzelnen Wohnungen entlüftet werden. Die Heizkörpervorlaufanschlüsse
haben Steigung vom Heizkörper weg und
die Anschlüsse an der Luftleitung müssen
genau berechnet werden, damit die Pumpe das
Wasser nicht durch die Luftleitung drückt.
Die untere Verteilung kann kostengünstiger
gegenüber einer oberen Verteilung erstellt werden. Nachteilig
kann die Erwärmung des Kellers, trotzt guter Wärmedämmung,
sein.
Bei der oberen
Verteilung wird das Heizwasser in einer Steigeleitung
in das Dachgeschoss gefördert und hier durch Verteilungsleitungen
auf die Fallstränge (Vorlaufleitungen) mit den angeschlossenen
Heizkörpern verteilt. Durch Rücklauffallleitungen
kehrt das Heizwasser zum Kessel zurück. In diesen Anlagen
ist eine zentrale Entlüftung
an der höchster Stelle zwingend notwendig.
Dieses Systems wird besonders dann eingebaut, wenn kein
Keller, aber ein Dachraum, vorhanden
ist. Bei diesem System sind die Wärmeverluste
erheblich größer gegenüber der unteren Verteilung.
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Entlüften
und Spülen von thermischen Solaranlagen |
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Das Entlüften
von Solarkreisen kann ein Problem sein, wenn
bei der Befüllung Pumpen mit geringer Leistung verwendet
werden. In diesem Fall muss die Luft an der höchsten
Stelle entweichen können. Dies kann durch Handentlüfter
aus Metall oder mit thermisch belastbaren Automatik-entlüfter
mit Absperrhahn erfolgen. Diese müssen aber
für die Druckprobe und nach der Inbetriebnahme zugedreht
werden. Außerdem ist der Einsatz eines Luftabscheiders
zur Abscheidung von Mikroblasen sinnvoll. |
Heutzutage
hat sich das Entlüften mit einer
Spül- und Befülleinheit mit
einer leistungsstarken Pumpe und großem Vorratsbehälter
durchgesetzt. Bei diesem Verfahren kann auf eine Entlüftung
an höchster Stelle verzichtet werden. Wichtig ist
aber, dass in waagerechten und fallenden Anlagenteilen
des Solarkreises die Strömungsgeschwindigkeit
> 0,4 m/s ist, damit die Lufteinschlüsse
mit der Strömung mitrissen werden können. |
Diese
Art der Spülung und Entlüftung wird auch in
Fußboden-, Wand- und Deckenheizungen angewendet. |
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Das Leitungssystem
sollte langsam mit gedrosseltem Volumenstrom
gefüllt werden, damit das Solarfluids
nicht zu stark aufschäumt. Danach wird der Volumemstrom
schrittweise erhöht. Außerdem ist bei dem Zurückfließen
in den Befüllbehälter darauf zu achten, dass keine
Verwirbelungen entstehen. Dabei sollte die Oberfläche
im Befüllbehälter immer ruhig sein. |
| Bei Anlagen
mit großer statischer Höhe kann
sich an hoch gelegenen Stellen aufgrund der dahinter fallenden
Wassersäule ein Unterdruck bilden und der Siedepunkt
des Fluids sinkt stark ab und es kann auch bei einer geringen
Temperatur zur Dampfbildung kommen. Dadurch kann die Anlage
nicht korrekt befüllt werden. Durch die Drosselung
des Auslaufs am FE-Hahn kann der austretende
Volumenstrom so weit reduziert werden, dass immer der notwendige
Anlagenbetriebsdruck am Manometer erhalten bleibt. |
Wenn der
Solarkreis inkl. der Kollektoren mit dem Wärmeträger
gefüllt ist, werden durch das Spülen,
dass alle Verunreinigungen (Zunder, Späne),
Lufteinschlüsse und Mikroblasen entfernt. Der Spülvorgang
sollte mindestens 15 Minuten dauern. |
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AIR-SEP®
Verfahrenstechnik für zirkulierende Systeme in Heiz- und Kühlanlagen |
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Unterrichtsunterlagen
geschrieben 1985 für die praxisbezogene
Technologie (Fachpraxis) für Zentralheizungs- und
Lüftungbauer in der Landesberufsschule
Garding und der BS
Husum (Bruno Bosy, Fachlehrer)
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| Videos
aus der SHK-Branche |
SHK-Lexikon |
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Hinweis!
Schutzrechtsverletzung: Falls Sie meinen, dass von meiner Website
aus Ihre Schutzrechte verletzt werden, bitte ich Sie, zur Vermeidung
eines unnötigen Rechtsstreites, mich
umgehend bereits im Vorfeld zu kontaktieren, damit zügig
Abhilfe geschaffen werden kann. Bitte nehmen Sie zur Kenntnis: Das zeitaufwändigere
Einschalten eines Anwaltes zur Erstellung einer für den Diensteanbieter
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ohne vorhergehende Kontaktaufnahme mit mir wird daher im Sinne der Schadensminderungspflicht
als unbegründet zurückgewiesen. |
