We wcześniejszym wpisie wspominałem o tym, że sprawność systemu to słowo klucz dla instalacji wyposażonych w pompy ciepła. W tekście pojawiły się elementy, które wymagane są do utrzymania instalacji w doskonałym stanie przez cały okres jej funkcjonowania. Dziś chciałbym uzupełnić tę listę o produkt, który w naszych instalacjach pojawia się sporadycznie, a jest niezwykle istotnym elementem. Dzisiejszy wpis chciałbym poświęcić separatorom powietrza.
W tym miejscu należy sobie zadać pytanie: do czego służy separator powietrza?
Odpowiedź wydaje się prosta – do usuwania powietrza. I w zasadzie tutaj ujawnia się powód dlaczego tego typu produkt nie jest powszechnie stosowany. Bo skoro jego zadaniem jest usuwanie powietrza, to takie samo zadanie przecież pełni automatyczny odpowietrznik, który jest wielokrotnie tańszy. To błąd, który popełnia duża część osób.
Aby wyjaśnić różnicę pomiędzy separatorem powietrza, a automatycznym odpowietrznikiem należy uzmysłowić sobie, że powietrze może w instalacji występować w postaci rozpuszczonej.
Ilość powietrza, która może zostać rozpuszczona w wodzie jest zależna od ciśnienia i temperatury. Zależność ta jest opisana Prawem Henry’ego (wykres przedstawiony poniżej), które przedstawia ilość powietrza w litrach rozpuszczonego w m3 wody w zależności od temperatury.
Powietrze rozpuszczone w zimnej wodzie używanej do napełniania i uzupełniania instalacji jest uwalniane podczas podgrzewania wody. Na przykład w instalacji o pojemności 1000 l podczas podgrzewu wody od 20 do 80 °C (pozioma strzałka) przy ciśnieniu bezwzględnym 2 bar ilość powietrza uwolnionego wyniesie do 18 l (zmiana z ilości powietrza rozpuszczonego z 35 do 17 litrów). (Patrz wykres 1)
Powietrze uwolnione z wody w ten sposób ma postać mikropęcherzyków o średnicach rzędu dziesiątych części milimetra. W instalacjach grzewczych i chłodniczych występują elementy, w których proces formowania się mikropęcherzyków odbywa się w sposób ciągły, na przykład w kotłach oraz urządzeniach działających w warunkach kawitacji. Tak powstałe mikropęcherzyki wędrują wraz z tłoczonym czynnikiem w całej instalacji, mając negatywny wpływ na jej działanie.
Zidentyfikujmy w takim razie główne problemy, które mogą powodować to „ukryte” powietrze.
Niedostateczny przepływ
Pęcherzyki powietrza, gromadzące się w pewnych punktach instalacji mogą powodować ograniczenie przepływu czynnika lub całkowity brak przepływu. Takie zjawisko jest szczególnie niebezpieczne w przypadku instalacji płaszczyznowych. (Rysunek 2)
Korozja
Tlen zawarty w powietrzu przyczynia się do powstania korozji. Oprócz uszkodzenia elementów, prowadzi ona do powstania tlenku żelaza, ten dostaje się do wody krążącej w systemie i może być gromadzony w poszczególnych elementach, tj. pompy lub wymienniki ciepła. W przypadku obecności tlenu w instalacji, w skład którego wchodzą elementy z materiałów zawierających żelazo, może dochodzić do następujących reakcji chemicznych:
Tlenek żelaza Fe3O4 zwany jest również magnetytem i w instalacjach grzewczych występuje w postaci ciemno szarego osadu. Może być on gromadzony w poszczególnych elementach instalacji, powodując pogorszenie ich pracy.
W przypadku ciągłej obecności powietrza w układzie Fe3O4 może zostać przekształcony do Fe2O3 czyli hematytu, który może być przyczyną korozji wżerowej w instalacji.
W ten sposób powietrze obecne w instalacji przyczynia się do powstania poważnego problemu jakim są zanieczyszczenia.
Niedostateczna wymiana ciepła
Skład powietrza rozpuszczonego w temperaturze 10 °C : 62% N2 + 38% O2 . Przewodność cieplna wody jest 20 krotnie wyższa niż N2. Duża zawartość powietrza rozpuszczonego w wodzie ogranicza sprawność przenoszenia ciepła.
Obniżenie sprawności układu ze względu na wyżej wymienione problemy może sięgać kilkunastu procent.
Ale dlaczego automatyczny odpowietrznik nie będzie skuteczny?
Tego typu urządzenia sprawdzają się w przypadku powietrza znajdującego się w instalacji po jej wykonaniu, a które usuwamy w trakcie napełniania układu wodą. Podczas pracy instalacji powietrze musi dostać się do samego urządzenia, a to w przypadku mikropęcherzyków zawieszonych w płynącej wodzie nie jest takie proste. To jak rzucać rzutkami w środek tarczy z zawiązanymi oczami.
Cały proces utrudnia fakt, że mikropęcherzyki mogą zostać ponownie wchłonięte do wody (zgodnie z wykresem przy niższej temperaturze czynnika zwiększa się rozpuszczalność, a co za tym idzie cały cykl się powtarza).
Separatory powietrza (Rys.3, Rys.4)
To urządzenia, które dzięki specjalnej budowie są w stanie oddzielać mikropęcherzyki z przepływającego medium. Aktywna część zaworu składa się elementu, który wywołuje turbulencje przepływu, co ułatwia uwalnianie mikropęcherzyków. Pęcherzyki powietrza łączą się ze sobą zwiększając swoją objętość. Następnie unoszą się do góry urządzenia, gdzie są gromadzone, a później uwalniane przez automatyczny zawór odpowietrzający. Separatory powietrza montowane są na przewodzie zasilającym instalację tuż za źródłem ciepła, co jest niezwykle istotne ponieważ w tym miejscu jest największe nagromadzenie mikropęcherzyków. 
Rys.3 Separator powietrza DISCAL
Rys. 4 Separator powietrza DiscalSLIM
Co w przypadku urządzeń „2 w 1”, łączących w sobie separatory zanieczyszczeń i separatory powietrza?
Problemem takiego urządzenia jest jego prawidłowa lokalizacja w układzie. Zamontowane na zasilaniu instalacji, będzie optymalnie spełniał swoją rolę jako separator powietrza, natomiast niestety nie zabezpieczy źródła ciepła przed zanieczyszczeniami. Zanieczyszczenia najczęściej pochodzą z wewnętrznej instalacji (grzejniki, rury itd.) stąd separatory zanieczyszczeń montujemy na powrocie z instalacji, żeby nie trafiły na wymiennik źródła ciepła, jak również nie dostały się do pompy obiegowej (najczęściej montowanej w urządzeniu). W szczególności dla pompy ma znaczenie ochrona przed zanieczyszczeniami ferromagnetycznymi (ponieważ sama działa poniekąd jak magnes, gromadząc tego typu cząstki, czego efektem jest jej zablokowanie). Separator zanieczyszczeń-powietrza z magnesem zamontowany za pompą w zasadzie może nie mieć co wyłapywać jeśli chodzi o zanieczyszczenia ferromagnetyczne, ponieważ zrobi to za niego pompa. Tego typu rozwiązanie zamontowane na powrocie z instalacji sprawdzi się jako separator zanieczyszczeń, natomiast traci sens jako separator powietrza, ponieważ w zasadzie może nie mieć co wyłapywać.
Najlepszym rozwiązaniem jest montaż dwóch niezależnych urządzeń zgodnie z ich przeznaczeniem, co w skali kosztów inwestycyjnych całej instalacji jest minimalnym obciążeniem, a będzie miało realne odzwierciedlenie w rachunkach.
Przemysław Dutka
Doradca Techniczny
przemyslaw.dutka@caleffi.com
668 652 314
