Luft (Gase) in der Anlage
... 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.
 
Zündung
Teillast
Volllast
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.
Quelle: Caleffi
Mikroblasenbildung
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.
Quelle: Caleffi

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.

 

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
Quelle: Caleffi
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.
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.
Spannungsreihe verschiedener Metalle
Quelle: Rudlf Ölmann
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.
Elektrolyse
Quelle: Planet GbR
Knallgasherstellung  - ist auch in der Anlage möglich
CO2-Diffusion
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.

Quelle: Prof. Dr.-Ing. W. Ameling
Reinigung+Schutz = Funktion+Effizienz <> Heizungswasser ist kein "totes" Wasser
AIR-SEP® Verfahrenstechnik für zirkulierende Systeme in Heiz- und Kühlanlagen

Geschrieben 1985 für den Unterricht in der praxisbezogenen Technologie für Zentralheizungs- und Lüftungbauer in der Landesberufsschule Garding und der BS Husum (Bruno Bosy, Fachlehrer)

Ringentlüfter

 
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