Lufttöpfe/Luftabscheider
Solar-Lufttopf
Quelle: Westech-Solar OHG
Luftabscheider mit Beruhigungsstrecke
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Absorptionsluftabscheider – Flexcon
Mikroblasenluftabscheider – Spirotech
Quelle: CALEFFI Armaturen GmbH
Mikroblasen-Abscheider
Quelle: Pneumatex AG
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Zentrifugalluftabscheider – Flexcon
Luftabscheider gibt es in verschiedenen Ausführungen. Sie werden nach dem Wirkprinzip eingeteilt

  Lufttopf

  Absorptions- / Mikroblasenluftabscheider

  Zentrifugalluftabscheider

  VacuStream Entgaser

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Richtig gesetzte und ausgelegte Lufttöpfe haben fast den gleichen Abscheidegrad wie die von der Industrie hergestellten Luftabscheider. Die im Wasser vorhandenen Mikrobläschen steigen aufgrund der langsamen Fließgeschwindigkeit in den oberen Teil des Lufttopfes. Hier muß die Luft regelmäßig abgelassen und durch automatische Entlüfter entfernt werden. Der selbstgebaute Lufttopf besteht aus einem Rohr größerer Nennweite, damit die Strömungsgeschwindigkeit unter 0,1 m/s absinkt und die Luft sich aus dem Wasser lösen kann. Falsch angeordnet Lufttöpfe haben keine Wirkung.
Thermische Solaranlagen werden normalerweise durch Spülen luftfrei gemacht. Es ist aber auch möglich die Luft durch spezielle Lufttöpfe oder Luftabscheider luftfrei zu bekommen.
Wenn ein einfacher Lufttopf nicht ausreicht, kann man spezielle Lufttöpfe einsetzen, Der in der Abbildung dargestellte Solar-Lufttopf funktioniert folgendermaßen:
Die Solarflüssigkeit strömt von oben (1) in den Entlüftungstopf. Die  Solarflüssigkeit prallt auf, die mitgeführten Luftblasen werden abgeschieden und driften nach oben. Die Luft sammelt sich im oberen Teil des Entlüftungstopfes. Diese Luft kann durch manuelles Entlüften aus der Anlage entfernt werden:
1. Schlauch des Entlüftungshahns (5) in ein Auffanggefäß führen.
2. Ventil (4) öffnen. Die abgeschiedene Luft entweicht aus dem Entlüftungstopf.
3. Sobald Solarflüssigkeit entweicht, das Ventil wieder schließen, damit bei einer Dampfbildung dieser nicht entweichen kann.


"altmodische" Ausführung

Heutzutage ist es aufgrund der verwendeten Materialien und Verbindungstechniken einfacher, fertige Luftabscheider einzubauen.
Der Luftabscheider ist eine Fortentwicklung eine Lufttopfes. Die Strömungsumlenkung im Gehäuse ermöglicht den Luftblasen aufzusteigen. Das Luftpolster kann schliesslich über einen aufgeschalteten Entlüfter aus der Anlage entweichen. Die Abscheideleistung wird durch eine Beruhigungsstrecke in Form eines geraden Rohrstückes von ca. 0,5 m Länge vor und nach dem Bauteil erhöht.

Absorptionsluftabscheider / Mikroblasenluftabscheider

Größere Luftblasen in zirkulierendem Wasser abzuscheiden ist einfach, besonders bei niedrigen Volumen. Die Mikroluftblasen bei hohen Wassermengen sind normalerweise problematisch, aber nicht für die NONAIR®. Die Konstruktion sorgt dafür, dass ein Teilfluss des Wassers zu einem turbulenzfreien Raum abgelenkt ist, wo die Blasen sich zu größere Blasen zusammen tun und steigen zu dem Oberteil des Gehäuses hinauf. Die Luft wird automatisch durch das Entlüftungsventil abgeschieden. Nach einigen Tagen ist die Flüssigkeit luftfrei und alle Probleme in der Anlage die damit verbunden sind, verschwinden.
Der unteren Teil des Gefäßes wirkt als Entschlammungsbehälter, denn dort sammeln sich Schwebstoffe, die abgelassen werden sollten. Leider werden die Feinschlämme nicht aufgehalten. Sie können weiterhin erhebliche Schäden an den Wärmeerzeuger hervorrufen.
Um diese Schlämme zu vermeiden, hilft nur eine richtige Anlagenbehandlung, die sowieso nach DIN EN 14336 vorgeschrieben ist.
Absorptionsluftabscheider lehnen sich die im Wasser enthaltenen Mikrobläschen an einer Füllung aus Drahtgeflecht, Metallgranulat oder anderen Festkörpern an. Die gefilterten Mikrobläschen steigen in dieser beruhigten Zone nach oben in den Luftsammelraum und werden über einen Schwimmentlüfter aus der Anlage entfernt.
Einbau des Absorptionsluftabscheider in Heizungsanlagen
Mikroblasen, die im Kessel (hohe Temperatur) freigesetzt werden, werden an anderer Stelle im System (niedrigere Temperatur) wieder gelöst, wenn sie nicht sofort abgeschieden werden. Um eine möglichst gute Luftabscheidung aus dem System zu gewährleisten, muß der Luftabscheider im Vorlauf unmittelbar hinter dem Kessel oder dem Mischventil angeordnet werden.
Wird der Luftabscheider an der Saugseite der Umwälzpumpe eingebaut können größere Luftblasen an der Pumpe keinen Schaden verursachen und werden diese nicht zu kleineren Blasen vermahlen.
Einbau des Absorptionsluftabscheider in Kühlanlagen
Luftblasen in der Anlage sind vor der Kühleinheit größer als dahinter. Dies ist auf die niedrigere Wassertemperatur hinter der Kühleinheit zurückzuführen. Zur optimalen Entlüftung der Anlage muß der Luftabscheider kurz vor dem Kühler in den Rücklauf eingebaut werden.

Für den Fall, daß die statische Höhe über dem Luftabscheider 30 m übersteigt, sollte auf jeder Etage oberhalb 30 m ein Luftabscheider eingebaut werden, um die Luft, die durch die Abnahme des statischen Drucks auf den höheren Etagen freigesetzt wird, abzuscheiden.

 
Grundsätzlich sollten an Lufttöpfen und Luftabscheidern nur automatische Entlüfungsventile eingebaut werden. Bei einfachen Be- und Entlüftern besteht die Möglichkeit, dass bei schlechten Druckverhältnissen in der Anlage, Luft eingesaugt werden kann.

Zentrifugalluftabscheider

Bei diesem Luftabscheider wird die unterschiedliche Dichte von Wasser und Luft zur Abscheidung der im Wasser vorhandenen Luft ausgenutzt. Hier wird das Wirkprinzip einer Zentrifuge zur Grundlage der Luftabscheidung.
Das Wasser wird durch die tangential angeordneten Anschlüsse am Gefäß in eine Drehbewegung versetzt. Durch der Rotation des Wassers wird das schwerere Medium Wasser gegen die Wand gedrückt, während sich das leichtere Medium Luft (im Wasser enthalten) in der Mitte des Gefäßes gesammelt. Die Entlüfung kann von Hand oder in diesem Fall besser durch einen automatischen Schwimmentlüfter aus der Anlage entfernt werden.

Die Zentrifugalluftabscheider werden heutzutage nur noch in Großanlagen eingebaut. In kleineren Anlagen haben sich Lufttöpfe oder Mikroblasenluftabscheider durchgesetzt.

 
Quelle: Aalberts hydronic flow control (Flamco)

VacuStream Entgaser
Das Vorhandensein von Luftblasen macht Niedrigtemperatursysteme 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.


Funktionsprinzip des VacuStream Entgasers
VacuStream Entgaser - Aalberts hydronic flow contro (Flamco)

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.

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.

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

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

Das Verhältnis von Temperatur und Druck bestimmt die Luftmenge, die aufgelöst im Wasser vorhanden sein kann. Das Henry’sche 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.

Luft in der Anlage

Quelle: CALEFFI Armaturen GmbH
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. > mehr

Und wer jetzt noch immer daran glaubt, dass man mit den automatischen Schwimmerent- und Belüftern (auch Sabberpötte genannt) die immer wieder entstehende Luft und Gase aus dem Wasser holen kann, der glaubt auch noch an den Weihnachtsmann.

Mit solchen Bauteilen, besonders an den höchsten Stellen der Anlage oder auf der Saugseite der Pumpe eingebaut und ständig geöffnet, weil ja automatisch draufsteht, holt man sich nur unnötig Probleme in das System, so z. B. Einsaugen von Luft und tropfende Ventile, was zu Korrosion und Druckabfall führen kann.
automatischen Schwimmerent- und Belüfter

Hydraulische Multifunktions-Weiche
Die hydraulische Multifunktions-Weiche erfüllt verschiedene Funktionen in Heizungs- und Kühlanlagen in einem Bauteil. Zur Ausstattung gehört außerdem ein im Warmverfahren vorgeformte Dämmschalenisolierung zum perfekten Schutz gegen Wärme- bzw. Kälteverluste. Die Multifunktions-Weiche beinhaltet folgende Funktionen:

  • Hydraulische Trennung Der Wärmeerzeuger bzw. Kälteerzeuger wird vom Heiz- bzw. Kühlkreis hydraulische entkoppelt.
  • Luftabscheidung Durch die Vergrößerung des Querschnitts verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit, und im Netz aus technischen Polymeren entstehen wirbelartige Bewegungen, die die Lösung der Mikroblasen begünstigen. Die Blasen verbinden sich, werden größer, steigen dadurch in den oberen Bereich der Weiche und können durch den automatischen Schwimmentlüfter abgeschieden werden.
  • Schlammabscheidung Der Schlammabscheider ermöglicht das Abscheiden und Sammeln der in den Kreisläufen befindlichen Verunreinigungen (z. B. Magnetitschlamm, Rostteilchen), die auf die Oberfläche des inneren Elements treffen und somit aufgefangen werden.
  • Entfernung magnetischer Partikel Ein entsprechendes magnetisches System (patentiert) reinigt das Wasser von eventuell enthaltenen ferromagnetischen (eisenhaltigen) Partikeln. Diese werden im Sammelbereich zurückgehalten und können somit nicht mehr in den Umlauf kommen.


Hydraulische Multifunktions-Weiche


Entschlammungsvorgang
Quelle: CALEFFI ARMATUREN GmbH

Entlüftungselement Im oberen Teil der Weiche befindet sich ein Entlüftungselement, das die Abscheidung der in der Anlage vorhandenen Luftpartikel bis zur Größe von Mikroblasen ermöglicht. Die Entlüftung erfolgt schließlich über den automatischen Schwimmentlüfter, der am oberen Ende der Multifunktions-Weiche eingebaut ist.

Schlammabscheider Eine weitere Funktion der hydraulischen Multifunktions-Weiche wird von dem in der Armatur befindlichen Schlammabscheider durchgeführt. Dieser ermöglicht das Abscheiden und Auffangen der in der Anlage vorhandenen Schmutzteilchen. Letztere werden durch das im unteren Teil befindliche Ventil beseitigt, das an eine Ablassleitung anschließbar ist (kann während Anlagenbetrieb geöffnet werden).

Magnetclip Der im unteren Bereich der Vorrichtung positionierte Magnetclip ermöglicht eine wirksamere Abscheidung und Sammlung ferromagnetischer (eisenhaltiger) Verunreinigungen. Diese werden durch das starke Magnetfeld, das die im Außenring eingesetzten Magnete erzeugen, im Gehäuse der Weiche zurückgehalten. Der Magnetclip lässt sich außerdem vom Gehäuse abziehen, um die abgelagerten Verunreinigungen auch bei laufender Anlage abzuscheiden. Der außen am Gehäuse der Weiche angebrachte Magnetring ändert nicht dessen hydraulische Eigenschaften.

Entschlammung Zur Ausführung der Entschlammung ist es ausreichend, den Clip (A) zu entfernen, in dem sich die Magnete befinden, welche in der Phase der Schlammabscheidung die ferromagnetischen (eisenhaltigen) Verunreinigungen zurückgehalten haben. Anschließend ist für die Entschlammung der Absperr-Kugelhahn (B) mit dem vorgesehenen Schlüssel (C) zu öffnen.

Hydraulische Multifunktions-Weiche



SorbOx LI
Quelle: ELYSATOR Engineering AG

Die Elysator Einheit "SorbOx LI System" hat vier Funktionen in einem Gerät.

• Ein Magnetflussfilter für das Umlaufwasser hält Schlamm (z. B. Magnetitschlamm) und Rostpartikel zurück
• Ein Anodenschutz sorgt für eine optimale Wärmeübertragung
• Ein Mikrogasblasenabscheider entfernt Sauerstoff und Gase aus dem Umlaufwasser
- Eine Demineralisierungspatrone verhindert Kalkablagerungen

Der Magnetflussfilter verhindert, dass Ablagerungen den Heizkreise verstopfen und Lochfraß begünstigen. Eine Entschlammung, die nur auf dem Prinzip der Schwerkraft basierenden Durchflussfilter basiert erfassen nur gröbere Partikel. Im SorbOx System kommt ein neuartiger Magnetflussfilter zum Einsatz. Damit wird nicht nur auf herkömmliche Weise filtriert, sondern zusätzlich kommen zwei äußerst starken Permanentmagneten zum Einsatz, die so gut wie alle magnetischen Korrosionspartikel zurückhalten. Bei dem Abschlämmen kann jeder Zeit und ohne Unterbrechung des Heizbetriebes der Schlamm ausgespült werden.
Der Anodenschutz besteht aus einer hochreinen Magnesiumanode. In dem Bauteil findet an dem "Opfermetall" konstant eine Reaktion statt, durch die die Menge des in das Wasser hereindiffundierenden Sauerstoffs auf ein vernachlässigbares Niveau herabgesenkt wird. Als Nebenprodukt entsteht bei dieser Reaktion Magnesiumhydroxid, das den Anstieg des pH-Werts begünstigt und in den optimalen Bereich anhebt. Durch diese Reaktionen sinkt, abhängig von der genauen Zusammensetzung des Heizungswassers, nicht nur die elektrische Leitfähigkeit sondern auch die Härte des Wassers. Das Heizungswasser ist schließlich nur noch eine salzarme, alkalische Flüssigkeit mit einer äußerst minimalen Sauerstoffkonzentration.
Im Mikroblasenabscheider werden die feinen Mikroluftblasen zurückgehalten und zu größeren Gasdepots zusammengefasst, da nur größere Luftblasen genügend Auftrieb haben, um durch Entlüftungsventile entweichen zu können.
Das Purotap System zur Demineralisierung kann in das SorbOx LI Systems integriert werden. Hierzu wird eine Purotap Patrone eingesetzt, die nach der Verwendung wieder entfernt wird. Dadurch ist das Wasser mit VE-Wasser gefüllt.


Die Entschlammung wird bei vielen renovierten Anlagen (aber auch Neubauten) und beim Kesselaustausch vernachlässigt. Vor allen Dingen, wenn viel Stahl (Kessel, Rohre, Heizkörper und Pufferspeicher) in den Anlagen vorhanden ist. Deswegen sollten möglichst wenig verschiedene Materialien verwendet werden. Die hier aufgeführten Bauteile sind meist nur zur Beseitung von Schlamm in der Anlage zu gebrauchen. Es gibt aber auch Kombinationen aus Mikroblasenabscheider und Entschlammungsbehälter. Der Einsatz von Schmutzfänger (Filter) ist nicht mehr zeitgemäß, weil der Wartungsaufwand gegenüber den Entschlammungsbehältern höher ist. > mehr

Mikroblasenabscheider & Schlammabscheider

Eigenbau

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