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ist der häufigste Grund für Fehlfunktionen in Heizungs-, Kühl-
und Solarsystemen |
| Grundsätzlich
sollte der Grund für "Luft 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. |
Auch sollte man
bedenken, dass es keine "dichten" Anlagen
gibt. Auch wenn die Industrie es uns immer wieder einreden will. Alle
O-Ringe (in alten Anlagen > Stopfbuchsen)
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. |
Außerdem können
durch biologische, chemische und elektrochemische Vorgänge Gase
entstehen, die dann als Luft wahrgenommen werden. |
Einige
Beispiele sind über die unten aufgeführten Links zu sehen.
Nur eine richtig
aufbereitete Anlage kann auf Dauer einen sicheren und
effezienten Betrieb einer Anlage gewährleisten. |
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Zündung |
Teillast |
Volllast |
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Temperatur
- Druck
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.
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Quelle:
CALEFFI Armaturen GmbH |
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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 Ventiltellern der Heizkörperventile. |
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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, bilden 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.
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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. |
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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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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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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 Quellscheibe
entlüften wasserführende Systeme automatisch.
Sie werden an Heizkörper, Rohrregister, Wärme-erzeuger,
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
Entlüf-tungsventil 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
Schwimmerentlüfter bzw. Schnellentlüfter
entlüftetn 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. Eine selbstdichtende Absperrautomat
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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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 praxisbezogenen
Technologie 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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