Szkodliwe powietrze w instalacji C.O.
Spis treści
Korozja w instalacjach
Niestety nasze urządzenia i instalacje narażone są na wiele destrukcyjnych zjawisk. Najbardziej zauważalne w układach c.o. są skutki korozji elektrochemicznej (galwanicznej)
i chemicznej .
Elementami, które prowadzą do zniszczeń są głównie tlen i metale o różnych potencjałach.
miedź Cu +0,34 V
nikiel Ni -0,24 V
żelazo Fe -0,44 V
chrom Cr -0,71 V
cynk Zn -0,76 V
aluminium Al. -1,66 V
W instalacjach bardzo często spotykamy miedź (rury, złączki) i aluminium (grzejniki, wymienniki kotłów kondensacyjnych AL-SI). To dwa materiały o skrajnie różnych potencjałach, więc idealne połączenie dla korozji elektrochemicznej. Grzejniki stalowe (płytowe, drabinkowe itp.) … stal, woda, tlen, powietrze. To wszystko to składniki recepty na korozję stali.
W instalacjach wodnych bardzo częstym materiałem, który spotykamy jest mosiądz. Mosiądz szczególnie w wodzie miękkiej, chlorowanej ulega odcynkowaniu i jego struktura robi się porowata prowadząc do uszkodzeń. Drugim zjawiskiem charakterystycznym dla mosiądzu jest tzw. sezonowe pękanie. Raz doświadczyłem tego na własnej skórze, gdy po ponad roku zadzwonił klient u którego pękł mosiężny śrubunek. Od tego doświadczenia dociągałem nakrętki śrubunków mosiężnych z wyczuciem, żeby nie powodować w nich niepotrzebnie za dużych naprężeń.
Czy rury z tworzyw sztucznych to brak problemu korozji?
„Plastik” nie rdzewieje więc wydaje się być dobrym rozwiązaniem na nasze problemy z korozją w instalacji.
Niestety to rozwiązanie ma swoje wady. Nie ma na rynku kotłów z wymiennikami z tworzyw sztucznych. Podobnie grzejniki mamy wykonane ze stali, aluminium, miedzi, żeliwa itp. Całą instalację moglibyśmy wykonać z tworzywa poza źródłem ciepła i grzejnikami.
Gdzie w tym kryje się problem?
Tworzywa sztuczne z jakich powstają materiały instalacyjne takie jak rury są z materiałów przez które stosunkowo łatwo przenika tlen (Dyfuzja). Początkowo dopuszczalną dyfuzję tlenu definiowała norma DIN 4726. Norma była przygotowana pod kątem rur z tworzywa do ogrzewania podłogowego. Rury te często były używane również do instalacji grzejnikowych. Niestety między dyfuzją zachodzącą w rurach tworzywowych w temperaturze 40°C, a dyfuzją w wyższych temperaturach jakie mają miejsce w instalacjach grzejnikowych jest kolosalna różnica.
Wprowadzona później norma PN-EN ISO15875 dzieli rury na klasy zależnie od dopuszczalnej temperatury pracy. Rury klasy 4 do ogrzewania podłogowego testowane są do 40°C, natomiast rury klasy 5 do ogrzewania grzejnikowego do 80°C. Rury z jednorodnego materiału (bez warstwy antydyfuzyjnej) takiego jak: rury z Polietylenu PE, Polibutylenu PB, Polietylenu sieciowanego PEX, Polipropylenu PP, nie nadają się ze względu na przenikalność tlenu do instalacji grzewczych. Materiały te mogą być dobrym tworzywem dla naszej instalacji wyłącznie z bardzo dobrą powłoką antydyfuzyjną.
Musimy więc być ostrożni wybierając. Nawet jeśli rura spełnia kryteria normy to nadal mamy do wyboru lepsza i gorszą rurę. Wbrew pozorom łatwo jest wybrać właściwe rozwiązanie. Wystarczy popatrzeć na tabelę poniżej.
Na bazie tego zestawienia jasno widać, że jeśli decydujemy się na wybór rur z tworzyw sztucznych to najlepszym rozwiązaniem dla nas będą rury z zgrzewaną warstwą aluminium. Zaskakująca dla mnie była duża różnica między rurami z aluminium zgrzewanym, a aluminium łączonym na zakładkę. Nie sądziłem, że taki detal tak wpływa na przenikalność tlenu. Wybór rur z tworzywa z warstwą aluminium ma jeszcze jedną ważną zaletę – zmniejszona w stosunku do rury bez aluminium wydłużalność temperaturowa rury. Rura z aluminium będzie się mniej wydłużała podczas nagrzewania przez co będzie mniej tarła o izolację i może jakieś twardsze elementy typu beton. Wydłużalność liniowa i kompensacja wydłużeń to odrębny temat.
Podsumowując:
Rury stalowe, miedziane dają zdecydowanie lepszą ochronę dyfuzyjną dla naszej instalacji. Rury te mają swoje wady i zalety. Jeśli wybierzemy dla naszej instalacji rury z tworzyw sztucznych to najlepszym wyborem w mojej ocenie będą rury zabezpieczone zgrzewana/spawaną warstwą nieperforowanego aluminium.
Ja w instalacjach, które kiedyś budowałem stosowałem w nowych obiektach rury PE-X/Al./PE-X (instalacje podposadzkowe), natomiast w starszych budynkach, gdzie instalacja szła po wierzchu ścian wykonywaliśmy instalację z miedzi. Aktualnie na rynku dostępne są również systemy zaciskowe ze stali nierdzewnej. To ciekawa alternatywa dla miedzi, której kiedyś „za moich czasów” nie było.
Jeden czynnik, który często pomijamy przy ochronie przed korozją
Tlen + metal = korozja i tlenki
Metale takie jak miedź i aluminium są odporne na korozję (w określonych warunkach) ponieważ na ich powietrzni tworzy się warstwa tlenków stanowiących skuteczną barierę dla tlenu. Inaczej mówiąc metale te korodują ale tylko do momentu, aż warstwa tlenków odetnie dopływ tlenu do metal.
Problem o którym chcę wspomnieć najlepiej jest widoczny w kolankach w instalacji miedzianej. Jeśli w instalacji zastosujemy za małe średnice rur, kolanka zamiast łuków, nie zastosujemy skutecznych filtrów mechanicznych/magnetycznych np. takich jak VORTEX to w naszej instalacji przepływ wody z zanieczyszczeniami będzie powodował ścieranie się warstwy tlenków miedzi. Zdarta warstwa tlenków spowoduje ponowny dostęp tlenu do miedzi i ponowne utlenianie. Ta sytuacja będzie się powtarzać aż do uszkodzenia kształtki. W tym miejscu widać jak duże znaczenie w instalacji mają filtry wody. Woda z zanieczyszczeniami jest jak papier ścierny.
Drugim mniej oczywistym problemem z zanieczyszczeniami jest przenoszenie drobin metali w inne miejsca i osadzanie się ich. Jeśli starte drobinki miedzi przeniosą się i osadzą w wymienniku aluminiowo-krzemowym to mamy obok siebie dwa metale o skrajnych potencjałach i właśnie stworzyliśmy ogniwo galwaniczne.
Prawo Henry’ego, koalescencja i nie tylko
Nie wchodząc w szczegóły definicji …
– Im wyższą mamy temperaturę cieczy, tym łatwiej usunąć z niej gazy.
– Im niższe mamy ciśnienie cieczy, tym łatwiej usunąć z niej gazy.
– Im wolniejszy przepływ cieczy, tym łatwiej usunąć z niej gazy.
– Jeśli stworzymy dobre środowisko dla koalescencji (osadzania się na czymś małych pęcherzyków i łączenia się w większe, które łatwiej usunąć) to ułatwimy usuwanie gazów z wody.
Z tych zasad wynika, że chcąc skutecznie odpowietrzać instalację najlepiej:
– Odpowietrzać wodę za kotłem bo tam ma najwyższą temperaturę.
– Montować odpowietrznik przed pompą bo tam jest niższe ciśnienie.
– Chcąc usunąć wodę z przepływającej rury najlepiej zwiększyć jej średnicę, żeby spowolnić przepływ (przy okazji zwiększenie średnicy obniża ciśnienie).
– Jeśli woda przy spowolnionym przepływie napotka jakąś barierę do której przyczepią się pęcherzyki powietrza, to w następnym kroku małe pęcherzyki będą się ze sobą łączyć, a następnie będzie szansa je usunąć dzięki odpowietrznikowi.
Wpływ temperatury i ciśnienia na powietrze w instalacji
Gazy w wodzie występują w formie pęcherzyków powietrza, lub rozpuszczonych molekuł. Usuwanie gazów przy pomocy separatorów powietrza i automatycznych odpowietrzników działa w przypadku pęcherzyków powietrza. Musimy zatem stworzyć warunki w instalacji w których powietrze będzie mogło przejść z poziomu rozpuszczonego w stan pęcherzyków powietrza. Rozpuszczalność powietrza w wodzie maleje wraz ze wzrostem temperatury. Wraz ze spadkiem ciśnienia również maleje ilość gazów rozpuszczonych w wodzie. Temperatura wody w instalacji zależy od zapotrzebowania na ciepło i nie będziemy w instalacji gotować wody tylko dlatego żeby usunąć z niej gazy. Możemy jednak zastanowić się nad poziomem ciśnienia w instalacji. Jeżeli zmierzymy wysokość od punktu pomiaru do najwyższego punktu w instalacji będziemy wiedzieć jakie ciśnienie statyczne w układzie gwarantuje wypełnienie instalacji wodą. Załóżmy że kocioł mamy w piwnicy, manometr jest na wysokości ok 1,5m nad podłogą. Najwyższe grzejniki są na pierwszym piętrze. Od manometru do najwyższego punktu w grzejnikach na piętrze będziemy mieli około 5,5m czyli 0,55 bara.
Kotły pracujące w układzie zamkniętym powinny pracować zgodnie z zaleceniami producenta. Najczęściej zakres ciśnienia pracy kotła to 1-2 bar. Ciśnienie przy którym kocioł wyłączy się awaryjnie to najczęściej ok 0,75 bara. Jeśli nasza instalacja ma ciśnienie statyczne słupa wody 0,55 bar to musimy mieć na naszym kotle ciśnienie trochę wyższe niż ciśnienie statyczne, żeby instalacja nie zasysała powietrza przez odpowietrzniki. Ciśnienie ustawiamy na zimnej instalacji, podczas nagrzewania ciśnienie będzie trochę wyższe ze względu na rozszerzalność temperaturową wody. Instalacja w moim domu jest parterowa, kocioł kondensacyjny ma ciśnienie minimalne zalecane 1 bar. Ciśnienie statyczne w mojej instalacji to niecałe 0,2 bar. Na zimnej instalacji ustawiłem ciśnienie ok 0,85 bar i układ pracuje wzorowo.
- Powietrze w grzejnikach
Każdy grzejnik stalowy płytowy, żeliwny, aluminiowy, drabinkowy ma sporą pojemność wodną i przepływ wody w grzejniku jest spowolniony w stosunku do przepływu w rurze zasilającej grzejnik. W grzejniku mamy optymalne warunki do odgazowania wody i zbierania się w grzejniku powietrza. Każdy grzejnik jest przy okazji dużym separatorem powietrza. Niestety ten separator ma jedną wadę … nie da się go do końca odpowietrzyć. Przy grzejnikach pojawiają się w większości przypadków dwa poważne problemy. – Najczęściej grzejniki mają w zestawie odpowietrznik ręczny, który działa tylko wtedy jak go odkręcimy. Odpowietrzamy grzejniki najczęściej dopiero wtedy jak woda w grzejnikach zaczyna chlupać. Często grzejniki w instalacji nie są odpowietrzane przez długie lata i cały czas utrzymuje się w nich niepotrzebnie poduszka powietrzna. Granica między linią A i B na zdjęciu obok to oś odpowietrznika. Powietrza powyżej linii osi nie da się spuścić odpowietrznikiem. Linia C to orientacyjny poziom wody w grzejniku przy którym zacznie być słyszalne chlupanie. Punkt D to granica zgrzewów najwyższy poziom wody/powietrza powyżej osi odpowietrznika. Jeśli chcemy dbać o naszą instalację musimy zamontować w grzejnikach odpowietrznik automatyczny taki jak na zdjęciu obok.Jest to szwajcarski odpowietrznik TacoVent Vent.
Ten konkretny model ma gwint 1/2” i będzie pasował do każdego typowego grzejnika domowego. Seria TacoVent Vent to najmniejsze odpowietrzniki automatyczne na rynku. Odpowietrzniki automatyczne grzejnikowe TacoVent Vent występują w średnicach gwintu 1/8”, 1/4”, 3/8” i 1/2”. Większy z ruchomą plastikową częścią to klasyczny odpowietrznik grzejnikowy 1/2”. Klasyczny, ale wyjątkowy bo automatyczny. Małe odpowietrzniki czyli DN6, DN8, DN10 bez plastikowego, ruchomego odprowadzenia wody najczęściej są montowane w grzejnikach ozdobnych, designerskich gdzie duży półcalowy odpowietrznik psułby estetykę produktu.Tutaj możesz zobaczyć jak są zbudowane i jak działają najmniejsze odpowietrzniki automatyczne na rynku. (film na YT) - Piony i najwyższe punkty w instalacji
W zależności od tego z jak dużymi ilościami powietrza planujemy się rozprawić możemy zastosować odpowietrzniki różnego kalibru.To tylko drobna część asortymentu do odpowietrzania instalacji jaką mamy. Przegląd całości można zobaczyć w tym katalogu:https://www.taconova.com/fileadmin/downloads/Drucksachen/Broschueren/Entluefter/Entlueftersortiment_pl.pdfTo na co warto zwrócić uwagę to te małe odpowietrzniki automatyczne grzejnikowe. Czasem trzeba zamontować odpowietrznik gdzieś wysoko pod sufitem i jest problem z miejscem. Te maluchy mogą w tym momencie rozwiązać problem. Co ciekawe w tych malutkich odpowietrznikach jest wbudowany zawór stopowy. Można pod ciśnieniem wykręcić element higroskopijny i go wymienić gdyby zachodziła taka potrzeba. - Odpowietrzniki w kotłowni
W instalacji grzejnikowej montowanie separatorów powietrza w kotłowni może się wydawać niepotrzebne. Niestety jeśli przyjrzymy się bliżej tematyce powietrza okazuje się, że w trosce o żywotność instalacji zdecydowanie warto i trzeba montować separatory powietrza przy źródle ciepła.Rozważmy dwa warianty:- Instalacja grzejnikowa, grzejniki stalowe płytowe, rury miedziane, kocioł gazowy kondensacyjny, układ zamknięty.
Mamy rury miedziane, więc o przenikanie tlenu przez rury nie musimy się martwić bo miedź jest bardzo dobrym materiałem jeśli chodzi o barierę dyfuzyjną.
Może się wydawać, że taki układ raz odpowietrzony nigdy się nie zapowietrzy.
Niestety tak nie jest. W tabeli w punkcie 2 mamy dwie rury różniące się tylko tym, że w jednej warstwa aluminium jest zgrzana, w drugiej układana na zakładkę. Różnicę między PP i PE możemy pominąć bo te materiały mają podobną dyfuzyjność. W róże z zakładanym aluminium przenikalność tlenu jest 70 razy większa niż przy rurze z aluminium zgrzewanym. W naszej instalacji mamy wiele połączeń gwintowanych, pompa ma na wirniku uszczelnienia, które z pewnością nie są dobrą barierą dla tlenu itd. W instalacji mamy przy napełnianiu dużą dawkę powietrza, które z czasem jest usuwane o ile mamy coś co je będzie wyłapywać i usuwać.
Co możemy zrobić? Rozwiązań pasujących do każdej instalacji mamy wiele. Przypomnę katalog pokazany wcześniej: https://www.taconova.com/fileadmin/downloads/Drucksachen/Broschueren/Entluefter/Entlueftersortiment_pl.pdf
Gdybym w tym układzie dzisiaj budował instalację z wiedzą na temat zagadnienia jaką mam dzisiaj to przed i za kotłem zastosowałby takie filtry: Bezpośrednio za kotłem na rurze głównej zasilającej zamontowałbym profesjonalny separator powietrza.
Przed kotłem na rurze powrotnej zamontowałbym filtr cyklonowo magnetyczny Vortex 300, albo Vortex 500. Wszystkie modele tych filtrów można zobaczyć tutaj.
Dlaczego w instalacji z grzejnikami separator powietrza jest tak ważny?
W każdym grzejniku na górze powyżej otworu odpowietrznika automatycznego (o ile ktoś ma taki zamontowany) jest poduszka powietrzna. Ta poduszka to zapas powietrza i tlenu potrzebnego do korozji w naszej instalacji. Warto montować grzejniki z lekko uniesioną stroną z odpowietrznikiem. Powinien to być minimalny kąt, żeby nie psuć wizualnego ułożenia grzejnika. Dzięki lekko uniesionej części z odpowietrznikiem możemy zredukować objętość buforu powietrza w grzejniku o ok połowę. Mając zamontowany w instalacji separator powietrza w sposób ciągłu usuwamy nadmiar tlenu z instalacji. Bez tego urządzenia mielibyśmy ciągle pełne nasycenie tlenu w wodzie i dodatkowo zapas powietrza w grzejnikach.
2. Instalacja w 100% oparta o ogrzewanie podłogowe.
Szczególnie przy kotłach kondensacyjnych i pompach ciepła ogrzewanie podłogowe, płaszczyznowe jest bardzo dobrą opcją. Oba te źródła ciepła mają najwyższą sprawność pracując na niskich parametrach, a ogrzewanie płaszczyznowe idealnie się do tego nadaje. Ogrzewanie podłogowe jest najbardziej ekonomicznym i powszechnym rozwiązaniem ogrzewania pomieszczeń w których przebywamy. Komfort cieplny uzyskujemy przy dużo niższych temperaturach niż w układzie z grzejnikami i możemy w ten sposób zaoszczędzić nawet ok 30% energii na ogrzewanie. Instalację ogrzewania podłogowego najczęściej wykonujemy z rur PE-X z barierą antydyfuzyjną. Nawet jeśli zastosujemy najlepsze rury to i tak w przeciętnym domku jednorodzinnym w instalacji podłogowej możemy mieć ok 1000mb rury, która przepuszcza tlen i napowietrza naszą wodę kotłową. W instalacji z samym ogrzewaniem podłogowym mamy znikomą ilość metalowych części podatnych na korozję (pewnie w łazienkach znajdziemy oprócz podłogówki grzejniki drabinkowe). Niestety ze względu na właściwości dyfuzyjne setek metrów rur jakie zamontowaliśmy trzeba w układzie zastosować separator powietrza z automatycznym odpowietrznikiem. W instalacji w której nie ma elementów ze stali czarnej (np. grzejniki stalowe) nie będziemy mieli zbyt wiele odpadów, które mogą być wyłapane przez rdzeń magnetyczny filtra magnetycznego typu Vortex. Oczywiście można i warto go zastosować, ale będziemy wtedy wykorzystywać tylko jego zdolność do separacji zanieczyszczeń stałych na zasadach filtracji cyklonowej. Ciekawą opcją w tych warunkach pracy w instalacji jest filtr TacoVent Twin MAG RHKomplet informacji na temat tego ciekawego filtra dostępny jest tutaj:
https://www.taconova.com/fileadmin/downloads/DB/AT/TacoVent_Twin_pl.pdf
W instalacji w pełni podłogowej odpowietrzniki automatyczne poza źródłem ciepła powinny znajdować się przy rozdzielaczach i na pionach jeśli mamy klasyczne piony. W instalacjach grzejnikowych w których dodajemy małą podłogówkę np. w łazience z ograniczeniem temperatury na zaworze RTL częstym problemem jest zapowietrzenie rur na podejściu do zaworu zabudowanego powyżej posadzki np. w skrzynce w ścianie. W takim przypadku świetnie sprawdza się TacoVent Vent 1/2”.
Jak usunąć powietrze z instalacji?
Różnica między instalacją grzejnikową, a podłogową jest taka, że w ogrzewaniu podłogowym, poza kotłem, są praktycznie same rury (czyli miejsca szybkiego przepływu wody), w grzejnikowej oprócz rur mamy grzejniki, w których przepływ jest powolny (pominę wyjątek, jakim są grzejniki konwektorowe zbudowane z rur i radiatorów).
W każdej instalacji musimy uwzględniać aspekty typu odpowietrzanie pionów, odpowietrzniki automatyczne w miejscach w których rury idą w górę, a następnie schodzą w dół (np. jeśli puścimy rury od podłogi, nad drzwi, a potem znów zejdziemy do poziomu podłogi). Każdy pęcherzyk powietrza w rurze dławi jej przepływ i negatywnie wpływa na rozprowadzenie czynnika grzewczego, dlatego układając instalację musimy myśleć jak będzie płynąć w niej woda i jak będą się zachowywać w niej pęcherzyki powietrza.
Dobrym przykładem jak warto myśleć o powietrzu w naszej instalacji jest prosta kwestia jaką jest podejście do grzejnika w instalacji podposadzkowej trójnikowej.
W takiej instalacji rury idą najczęściej wzdłuż ścian budynku, a podejścia do grzejnika robione są przy użyciu trójników.
Na rysunku A mamy obejście rury idącej bliżej ściany pod rurą. Na rysunku B przechodzimy nad rurą.
Różnica jest niewielka, ale lepszym rozwiązaniem jest wersja A. W punkcie B w rurze mogą gromadzić się pęcherzyki powietrza i dławić przepływ. W wersji A takiej możliwości nie ma. Drugą zaletą rozwiązania A jest to że jest płaskie, bo rurę musimy puścić w małej bruździe pod trójnikiem. Dzięki temu może się okazać że łatwiej i lepiej uda się ułożyć styropian na posadzce. Szczególnie może to być zauważalne przy instalacji na piętrze, gdzie izolacja na podłodze nie jest tak gruba jak na parterze.
Budując instalację instalator musi myśleć o szczegółach bo czasami drobny błąd może powodować, że instalacja nie chce działać prawidłowo.
Odpowietrzanie instalacji, a regulacja hydrauliczna układu
Pęcherzyki wody w rurach powodują przewężenie prześwitu rury i stwarzają dodatkowy opór hydrauliczny. Pęcherzyki gromadzą się również np. w wymiennikach ograniczając nie tylko przepływ, ale też izolując termicznie punktowo wymiennik. Podobnie ograniczenie wydajności przekazywania ciepła powodowane pęcherzykami powietrza osadzonymi na ściankach możemy obserwować w grzejnikach. W grzejnikach strat ciśnienia raczej nie zauważymy, ale za to ograniczenie oddawania ciepła to mniejsza wydajność, wyższa temperatura powrotu i w efekcie np. gorsza sprawność kotła kondensacyjnego, albo pompy ciepła. Zanim przystąpimy do regulacji hydraulicznej należy odpowietrzyć dokładnie układ i pozwolić by nowa woda wpuszczona do instalacji w możliwie dużym stopniu została odgazowana. Dopiero po procesie odpowietrzania możemy na stabilnych przepływach w instalacji dokonać regulacji hydraulicznej.
Co należy zrobić żeby zredukować korozję w instalacji?
Ograniczanie korozji poprzez eliminację tlenu z instalacji to jeden ze sposobów redukcji korozji w układzie c.o. Zagadnienie jest złożone i tak naprawdę należy o nim myśleć już na etapie projektowania instalacji i doboru materiałów. Kolejnymi krokami jest czyszczenie nowej instalacji, napełnienie wodą demineralizowana, uzdatnienie wody inhibitorem korozji i dbanie o instalację poprzez kontrole poziomu inhibitora, okresowe czyszczenie i wymiana zładu.
Wszystko opisaliśmy szczegółowo w naszych poradnikach na stronie:
Zapraszamy do kontaktu, składania pytań na www.termovent.pl/b2b/q-qa/ – szybkie pytania – szybkie odpowiedzi.
Twoje pytania, lub uwagi pomogą nam rozwijać nasz serwis.
Będziemy wdzięczni za kontakt pomoc@termovent.pl
