Poprawa efektywności pracy instalacji grzewczej w kilku krokach

Odpowiednie przygotowanie to podstawa efektywnego działania. Prawda stara jak świat i dotycząca każdej dziedziny życia, ale też instalacji. Okazuje się, że instalacja centralnego ogrzewania to coś znacznie więcej niż tylko wybór kotła lub pompy ciepła. Duże znaczenie mają tu elementy rozprowadzające czynnik grzewczy, czyli wodę. Za jedne z największych zagrożeń uznawane są procesy korozji, które są efektem występowania pęcherzyków powietrza. Jak temu przeciwdziałać?
 

Za główny czynnik sprzyjający korozji w instalacjach wodnych uznaje się powietrze. Zarówno w układach grzewczych, jak i chłodniczych działa ono jak akcelerator korozji powodując zniszczenia oraz spore straty.

Prawdopodobieństwo wystąpienia szkód w instalacjach wodnych spowodowanych korozją zmniejsza się jeśli:

• proces projektowania i rozruchu instalacji przebiega prawidłowo
• instalacja jest technicznie chroniona przed korozją (system zamknięty) oraz zastosowane zostały systemy stabilizacji ciśnienia
• zachowano odpowiednie parametry wody grzewczej
• wykonywane są regularne procesy remontowe i konserwacyjne, jak również zastosowano systemy do separacji gazów oraz zanieczyszczeń.

Wszystkie powyższe punkty należy uwzględnić jako całość i żaden z nich nie powinien zostać pominięty.

Bez projektu ani rusz

Wiedza i doświadczenie to wartości, na których bazują projektanci instalacji. Często poszukując oszczędności, rezygnujemy z tego, co w niedługim czasie ma swoje konsekwencje. Możemy jednak zredukować koszty związane z przygotowaniem dokumentacji technicznej – za absolutne minimum uważa się przygotowanie kompletnej koncepcji z fachową firmą wykonawczą, która również ma doświadczenie i wiedzę w zakresie instalacji sanitarnych.

Dlaczego proces projektowy jest tak ważny? To właśnie na tym etapie powstają:

• kalkulacja zapotrzebowania na ciepło, obliczenie średnic oraz prędkości przepływów w rurach, obliczenia oporów instalacji oraz wielkość i rodzaj naczynia stabilizacji ciśnienia.
• nieodpowiedni dobór wielkości średnicy rurociągów (zbyt małe średnice) będzie miał znaczący wpływ na hałas, wzrost oporów instalacji, wzrost poboru mocy pompy obiegowej, wycieranie się instalacji, nieefektywne separowanie osadów w filtrach i gazów w odpowietrznikach.
• projektant uwzględnia dodatkowo takie aspekty jak: jakość wody, wielkość i rodzaj systemów stabilizacji ciśnienia, jak również rodzaj zastosowanych materiałów w instalacji.

„Odpowiednia jakość” wody grzewczej – czyli jaka?

Taka woda powinna spełniać kilka oczekiwań:

• niska przewodność elektrolityczna - mała zawartość soli w wodzie. Wody przeznaczone do picia, jak wody naturalne, wody wodociągowe, wody powierzchniowe charakteryzują się przewodnością na poziomie 100 – 1000 µS/cm.
• w miarę wysoką twardość ogólną - w zakresie od 8,2-10.0 dH (niemieckie stopnie twardości), co w przeliczeniu wynosić będzie od 1,45 – 1,78 mmol/l
• niska zwartość tlenu
• brak osadów

W przypadku, gdy woda odbiega od zalecanych wartości konieczne jest jej uzdatnienie poprzez montaż stacji uzdatniania wody, bądź zastosowanie inhibitorów.

fot.: Efekt korozji w instalacji grzewczej po 2 latach pracy. Zanieczyszczenia z filtrów mechanicznych.

Źródło: wytyczne PORT PC na podstawie VDI2035 Część 2

* w przypadku zoastosowania materiałów z aluminium lub jego stopów wartość pH powinna mieścić się w
zakresie 6,5-8,5  

Dobór systemu stabilizacji ciśnienia – na czym polega?

Dla odpowiedniej pracy instalacji i zabezpieczenia przed korozją konieczne jest zapewnienie stabilnego nadciśnienia w instalacji. Im więcej wahań ciśnienia w instalacji, tym większa ilość wolnego powietrza będzie wyodrębniała się z wody. Poprawny dobór naczynia wzbiorczego pozwoli na kompensację zmian objętości wody, która związana jest z jej podgrzewaniem (mniejsza gęstość) i chłodzeniem (zmniejszenie gęstości).

Przyrost objętości wody

Zbyt małe naczynie nie będzie w stanie przejąć przyrastającej objętości wody wraz z jej nagrzewaniem. Ponieważ woda jest nieściśliwa, w zamkniętej instalacji będzie rosło ciśnienie. Może to doprowadzić do niepoprawnej pracy kotła oraz rozszczelnienia się instalacji. Przede wszystkim spowoduje to zadziałanie zaworu bezpieczeństwa i opuszczenie ciśnienia w systemie.
 

Dobór wielkości naczynia powinien uwzględniać takie aspekty jak:

• Wysokość statyczna: wysokość instalacji mierzona od miejsca wpięcia urządzenia wzbiorczego do najwyższego punktu instalacji w metrach słupa wody (1 m H2O = 0,1bar).
• Pojemność wodna instalacji: suma pojemności wodnej źródła ciepła, grzejników, rur itp. po ich całkowitym napełnieniu i odpowietrzeniu.
• Wzrost objętości wody (w %): wzrost objętości wody w punktach procentowych przy wzroście temperatury wody np. z 10°C do 80°C wynosić będzie 2,89%.
• Objętość wzbiorcza: ilość wody którą należy zmagazynować – przejąć – przez naczynie. Wartość tę uzyskujemy znając pojemność instalacji i mnożąc ją przez % wzrostu objętości wody.

Jak pracują instalacje z różnych materiałów?

Zastosowanie tzw. montażu mieszanego, gdzie występuje mnogość materiałów (typowe dla obiektów modernizowanych), nie będzie problematyczne, jeżeli instalacja zostanie technicznie zabezpieczona przed korozją. W instalacjach wodnych, charakteryzujących się niską zawartością soli oraz powietrza, prawdopodobieństwo pojawienia się korozji bimetalicznej (jaka może zachodzić przy kombinacji np. grzejników aluminiowych z grzejnikami stalowymi) będzie niewielkie. Należy przy tym jednak zwrócić uwagę na referencyjne wartości twardości ogólne dla danego materiału. Im bardziej jednorodna instalacja, tym łatwiej będzie nam ją zabezpieczyć. Nie mniej jednak nie unikniemy zastosowania różnych materiałów, więc znacznie korzystniejsze dla instalacji będzie zapewnienie w niej warunków niesprzyjających rozwojowi korozji.

Przedstawiony obok przykład, pokazuje szkody związane z korozją erozyjną na powierzchni elementów mosiężnych (CuZn40Pb2) takich jak armatura zwrotna, odcinająca, regulacyjna.

Do takiej sytuacji dochodzi często w systemach ciepłej wody użytkowej lub innych instalacjach, w których następuje stałe przenikanie tlenu oraz zwiększona prędkość przepływu czynnika >2m/s.

Staranne wykonanie i odpowiedni rozruch

Świadomy Instalator, bazując na pozyskanej wiedzy i doświadczeniu, będzie doskonale wiedział, że nie opłaci mu się robić instalacji „byle jak, aby taniej i szybciej”. Każdy przyjazd na poprawki po zakończeniu inwestycji to straty czasu i pieniędzy, które mógłby zarabiać na kolejnej instalacji. Dlatego też staranny rozruch sytemu leży w interesie obu stron.

Instalację przed uruchomieniem, należy:

• poddać próbie ciśnieniowej
• odpowiednio przepłukać z drobin pomontażowych. Częstą przyczyną usterek pomp obiegowych (mokrobieżnych) jest przedostanie się do hydrauliki i łożyskowania past uszczelniających, opiłków metali i tworzyw powstałych po fazowaniu rur.
• starannie odpowietrzyć. Proces ten powinien odbywać się przy maksymalnej temperaturze roboczej, najczęściej z wykorzystaniem tzw. funkcji kominiarza w kotłach. W wysokiej temperaturze wodę jest łatwiej odparować, a w tym przypadku znacznie efektywniej jest usunąć pęcherzyki gazów w całej instalacji. Dla efektywnego odpowietrzenia instalacji zaleca się stosowanie dwustrefowego procesu separacji:
  - centralnego tj. w najcieplejszych elementach instalacji (na zasilaniu, za kotłem/wymiennikiem), gdzie powinno stosować się separatory gazów,
  - lokalnego w formie odpowietrzników automatycznych zlokalizowanych na pionach w najwyższych punktach instalacji.

Brak odpowiedniego odpowietrzenia prowadzi do powstawania poduszek powietrznych w instalacji, co jest równoznaczne z pojawieniem się korka w instalacji wynikającego z niskiej przewodności cieplnej gazów względem wody. Ponadto będzie wiązało się to z powstaniem lokalnych przegrzewów oraz hałasu przepływowego.

Na etapie rozruchu należy zadbać o:

• zastosowanie odpowiedniej wielkości systemu stabilizacji ciśnienia
• ustawienia ciśnienia powyżej wartości dopuszczalnej.

Zarówno na etapie rozruchu, jak i dalszej eksploatacji niezwykle ważne jest, aby unikać opróżniania instalacji grzewczej. Szacuje się, iż w całym cyklu życia instalacji ilość wymienionej/uzupełnionej wody nie powinna przekroczyć 3-krotności objętości systemu. Co więcej, jeżeli ilość wody uzupełniającej w ciągu roku przekracza 10% pojemności systemu, należy to rozumieć za warunek konieczny do przeprowadzenia wnikliwej inwentaryzacji instalacji celem zidentyfikowania usterek/nieszczelności.

fot.: Zmiana średnicy rurociągu. Brak przepływu w instalacji.

Instalacje, które od początku zostaną przygotowane zgodnie ze sztuką budowlaną (projekt, wykonanie, uruchomienie i konserwacja) nie będą narażone na występowanie problemów związanych z pęcherzykami powietrza, poduszkami gazowymi lub blokadami przepływu. Każda modernizacja lub wykonanie instalacji od podstaw wymaga odpowiedniego przygotowania, a za tym idzie podwójny efekt ekonomiczny – dla użytkownika (niskie koszty napraw i wysoka efektywność pracy) oraz wykonawcy (polecenie fachowych usług oraz umowy na coroczną konserwację systemu).