Entgasung flüssiger Medien in Heizungs- Klima-  und Kälteanlagen

 

Zentralheizungsanlagen werden mit normalem Leitungswasser gefüllt. Auch die erforderliche Nachspeisung wird mit Leitungswasser durchgeführt. Dieses Wasser enthält einen hohen Luftanteil und kann bei einer Nachspeisung als übersättigt bezeichnet werden. Auch bei sorgfältigstem Auffüllen der Zentralheizungsanlage wird sehr viel Luft eingetragen. Bei Inbetriebnahme der Anlage kommen dann noch Faktoren hinzu, die den Luftanteil im Wasser noch weiter ansteigen lassen. Insbesondere entstehen Mikroblasen durch:

              Temperaturerhöhung  Druckunterschiede  Elektrolysen hemische Reaktionen


Luft in Wärme- und Kälteträgersystemen verursacht erhebliche Störungen, Wirkungsgradverluste und Kosten:

  • Geräuschbildung
  • unterbrochene Zirkulation
  • reduzierte Pumpenleistung
  • Kavitation und Korrosion,
  • Lagerschäden an Pumpen,
  • Wartungs- und Reparaturkosten.


In einer Zentralheizungsanlage wird der größte Teil der zunächst im Wasser gelösten Luft an der heißesten Stelle und am höchsten Punkt freigesetzt, also vornehmlich unmittelbar hinter dem Kessel im Vorlauf. Durch Abkühlung im Rohrsystem entsteht die gegenläufige physikalische Situation, d.h., die freigewordenen Mikroluftblasen werden dann wieder vom Wasser aufgenommen. Diese Absorptionsvorgänge laufen nach dem
Henry'schen Gesetz
ab.

Bild 1: Löslichkeit von Luft in Wasser bei 1 bar


Entstehung von Mikroluftblasen

Freie Mikroluftblasen bilden sich an der Feuerraumwand des Kessels, wenn sauerstoffhaltiges bzw. lufthaltiges Wasser erhitzt wird. Die natürliche Eigenschaft von Wasser ist die Verminderung des Aufnahmevermögens von Luft bei steigender Temperatur. Bei Abkühlung des Wassers erfolgt wiederum der umgekehrte Prozeß. Luft wird absorbiert, um das gestörte Gleichgewicht wieder herzustellen. Diese Gesetzmäßigkeit wird genutzt, um freiwerdende Luft im System mittels eines Entgasers kontinuierlich abzuleiten. Die ständige Wiederholung dieses Prozeßablaufes bewirkt, daß der Luftanteil im Heizungssystem gegen Null reduziert wird.
Große, im Heizungswasser vorliegende Luftblasen werden durch die Pumpe zu Mikroblasen zerschlagen und vom Wasserkreislauf in alle Bereiche des Heizungssystems transportiert. Der zum Kessel hin kälter werdende Rücklaufstrom absorbiert die Mikroblasen. Im Kessel beginnt dann durch Erwärmung der Prozeß von neuem mit der Ausbildung von Mikroluftblasen. In Bild 1 wird die Löslichkeit von Luft, bestehend aus ca. 22% Sauerstoff und ca. 76% Stickstoff, bei 1 bar dargestellt. Es zeigt sich, daß Wasser bei 10°C ca. 23 Promille seines Volumens an Luft aufnehmen kann, bei 90°C jedoch nur 3 Promille. Bild 2 zeigt die Löslichkeit von Luft in Wasser bei unterschiedlichen Drücken.

Bild 2: Löslichkeit von Luft in Wasser
bei verschiedenen Drücken
.


Diese wichtige Gesetzmäßigkeit ist Grundlage der Funktion der Entgaser und Entlüfter: Wasser nimmt bei Temperaturminderung und/oder Druckerhöhung Luft auf. Wasser gibt bei Temperaturerhöhung und/oder Druckentspannung Luft ab. Dieser physikalische Sachverhalt wird von den Entgasern und Entlüftern umgesetzt.

Umfangreiche Versuche haben eine Luftreduzierung auf 4 Promille der Ausgangskonzentration ergeben.
Es wurden folgende Ergebnisse erzielt:

  • durch Absorption sank der Luftgehalt des Wassers innerhalb von 4 bis 6 Stunden auf die Hälfte seines Volumens,
  • durch Absorption sank der Luftgehalt letztlich auf ca. 4 Promille der Ausgangskonzentration,
  • nicht zirkulierende Luftblasen waren völlig verschwunden,
  • die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt die Entgasungsgeschwindigkeit,
  • Staubpartikel beeinflussen die Entgasungsgeschwindigkeit positiv.

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