Entgasung und Abschlammung

​​​​​​​Entgasung und Entschlammung​


Gase und Schlammpartikel können in Heizund Kühlsystemen vielfältige Probleme verursachen. Korrosion, Ablagerungen, Geräusche, Zirkulationsstörungen, sowie Reduzierung der Heizleistung können die Folge sein.
Im Entstehungskreislauf der Natur nimmt Wasser aus der Atmosphäre Luft auf. Diese besteht aus ca. 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff und ca. 1 % Spurengase.

Über das Füllwasser gelangen ca. 22,1 ml / l Luft und geringe Mengen CO2 in gelöster Form in die Anlagensysteme.

Stickstoff als Inertgas reichert sich nach dem Füllen der Anlage und im Betrieb an, oft durch ​eingeschlossene Restluftmengen verursacht. Diese lösen sich bei steigendem Druck auf.

Beim Aufheizen werden diese Stickstoffanreicherungen dann freigesetzt, da die Löslichkeitsgrenze des Wassers erreicht wird und führen dann zu den klassischen „Luftproblemen“ gluckernde Heizkörper, Zirkulationsstörungen, etc.​




Der Sauerstoff wird innerhalb kürzester Zeit​ durch Korrosion auf Werte um 0,07 ml / l reduziert. Zunehmend werden auch Gase wie Methan CH4 oder Wasserstoff H2 festgestellt, die durch
verschiedene Materialien bzw. in Kombination mit Inhibitoren auftreten.
Korrosion zerstört das Material, dies führt einerseits zu Ablagerungen von Rost und / oder Magnetit, andererseits zu Erosion durch Korrosionspartikel, die mit der Strömung mitgerissen werden.
Freie Gasblasen erhöhen das Erosionsrisiko​

Abb. 95: Korrosionsauswirkungenin 
Heizungs und Kühlanlagen



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Abb. 96: Schnitt durch einen Mikro-blasenabscheider
1. Erscheinungsformen der Gase
Gase können als freie Blasen oder in gelöster Form auftreten. Das Gesetz von Henry beschreibt die maximale Löslichkeit des Wassers.
Je nach Erscheinungsform und stembedingungen können Gase mit unterschiedlichen Methoden aus dem Wasserkreislauf entfernt werden.
Man spricht von Luftansammlungen bei
stagnierendem Wasser an Hochpunkten,
Gasblasen in fließendem Wasser, Mikroblasen und gelöstem Gas (unsi​chtbar).


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Abb. 97: Mikroblasenabscheider in Flanschausführung
2. Automatische Entlüfter
Entlüfter führen automatisch angesammelte Gase nach außen ab. Das Wasser muss beruhigt sein, sonst werden die Gasblasen mit der Strömung mitgerissen. Wird für die Erstentlüftung bei der Befüllung von Anlagen eingesetzt und dient der Belüftung bei der Entleerung von Anlagen. Sie sind für die Betriebsentlüftung z.B. auf Rohrleitungen
nicht geeignet.​


3. Mikroblasenabscheider
Abscheider für Mikroblasen sind für die Betriebsentgasung geeignet. Mehrere Funktionsprinzipien kommen hier zum Einsatz:

  • Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit
  • Leiteinrichtungen zur Unterstützung der Auftriebskräfte und zentrifugalen Separation
  • Einbauten als Feststoffkeime zurBildung größerer Gasblasen

Abb. 98 Funktionsprinzip eines Mikroblasenabscheiders in einer Heizungsanlage


3.1 Einbauort von Mikroblasen-Abscheidern 
Einbau direkt nach dem Heizkessel zur zentralen Betriebsentlüftung. Der Kessel fungiertals zentraler thermischer Entgaser. An den Kesselheizflächen werden partiell Temperaturen weit über der Vorlauftemperatur erreicht und Mikroblasen freigesetzt, die mit der Umwälzpumpe in den Mikroblasenabscheider transportiert und abgeschieden werden.

Nach einer bestimmten Betriebszeit bzw. Entgasungsdauer ist das Umlaufwasser bis auf Sättigungsniveau entgast und blasenfrei. Der Wärmeübergang wird damit optimiert,
eventuelle Zirkulationsblockaden, Strömungsgeräusche beseitigt und Erosion minimiert. Einsatzort sollte jede Heizungsanlage sein, die eine geringe statische Höhe hat. Je höher die Temperatur am Einsatzort, desto besser die Wirkungsweise.

Der ideale Einsatzort ist die Dachheizzentrale. Der statische Druck ist gering und die Temperatur am Kessel ist hoch. Die Einsatzgrenzen für Mikroblasenabscheider sind der nachfolgenden Graphik zu entnehmen. Je nach statischer Höhe und Systemtemperatur ergeben sich die Einsatzfelder.
Abb. 99: Einsatzgrenzen von Abscheidern und Druckstufen-Entgasern



4. Einsatzgrenzen verschiedenerEntlüftungs- bzw. Entgasungssysteme
Nur wenn an keiner Stelle des Anlagensystems Gas-Übersättigung herrscht, ist ein blasenfreies System gewährleistet. Die Gasuntersättigung ist ein Maß für die Lösungsfähigkeit von Gasen im Wasser. Bei Gasuntersättigung können freie Gasblasen wie mit einem „Schwamm“ absorbiert
werden.

Man spricht in diesem Fall auch von Absorptionsentgasung. Gaseinbrüche durch Nachspeisewasser oder Reparaturen können ohne Blasenbildung gepuffert werden. 

Dazu sind von der Industrie in den letzten Jahren sogenannte Druckstufenentgaser entwickelt worden. Speziell in Anlagen unter 100 °C Systemtemperatur ist dies eine sehr effektive und kostengünstige Möglichkeit um eine zentrale Entlüftung und Entgasung durchzuführen.

Die Einsatzmöglichkeiten sind im Prinzip unbegrenzt. Neben Industrie- und Fernwärmeanlagen werden diese zentralen Entgasungsautomaten im Mietwohnungsbau eingesetzt. Gerade nach Reparaturen und Teilentleerungen von Heizungs- und Kühlsystemen, wird nach Wiederinbetriebnahme des Systems an zentraler Stelle entlüftet bzw. so entgast, dass gelöste Gase zu Gasblasen desorbieren und abgeschieden werden können. Ein teures Nachentlüften
durch Hausmeister oder Fachhandwerker kann entfallen.​​


Abb. 100: Theoretisch erreichbare Gas-Sättigung bei Entgasern und Abscheidern für Mikroblasen

5. Druckstufen-Entgaser
In Abhängigkeit der Druckstufe werden gelöste Gase gezielt ausgeschieden und eine Gasuntersättigung erreicht. Im Vakuum ist theoretisch starke Untersättigung bis fast 100% möglich.

Atmosphärische und Teilvakuum-Entgaser fahren leicht untersättigt. Hier gibt es Systeme, die als Kombinationsgeräte mit den Funktionen Druckhaltung und Nachspeisung zusammen arbeiten.


5.1 Vento Connect
Vento Connect ist ein Druckstufenentgaser mit dem das Anlagenwasser sowie das Nachspeisewasser durch die zyklonische Abscheidung und durch das Vakuum entgast werden.

Vento Connect ist der EINZIGE Druckstufenentgaser im Markt der diese beiden Entgasungsmethoden kombiniert. Mit dem Vento Connect erfolgt die Entgasung in 3 Stufen: Das Wasser unter Anlagendruck
passiert eine Blende im Zulauf und wird in den Vakuumbehälter mit Zyklontechnik gesaugt. In der Vakuum Zone werden die Gase abgeschieden. Im Vakuumbehälter mit Zyklontechnik werden die Mikroblasen
im Auge des Zyklon gebündelt. So werden viel mehr Gasbläschen zusammengeführt und dann in den Abscheide-Vakuumbehälter weitergesaugt. Dieser Behälter ist größer als der Vakuum-Behälter für den zyklonischen Effekt. Infolgedessen wird die Durchflussgeschwindigkeit reduziert und die Luftblasen
können aufsteigen. Das bedeutet einen erheblich höheren Wirkungsgrad.

Die Eco-Automatik Funktion „misst" die Menge der ausgestoßenen Gase und schaltet die Anlage in den Eco-Automatik Modus um. Wird der Druckschalter z.B. 6 mal nacheinander nicht geschaltet, geht die Anlage in Eco-Automatik Funktion, die Entgasung wird bis zum Ende der Nachtabschaltperiode gestoppt.

Ausgerüstet mit der internetfähigen BrainCube Connect Steuerung mit allen Ihren „connectivity“ Möglichkeiten.

Diese verfügt über ein beleuchtetes 3,5“ Farb-Touchdisplay mit intuitiver Bedienung. Damit kann das Entgasungssystem in Echtzeit von jedem internetfähigen Gerät aus über eine webbasierte ​Benutzeroberfläche gesteuert werden. Eine umfassende Datenaufzeichnung ermöglicht zudem eine
detaillierte Anlagenanalyse, um den Betrieb zu optimieren oder die Ursache für eine Fehlfunktion zu identifzieren. Hier kann das System gestaffelte Alarmmeldungen beispielsweise direkt auf das Smartphone
versenden, wenn vorgegebene Betriebsparameter überschritten werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Steuerung über die​ ebenfalls serienmäßig integrierte, Modbusfähige RS-485-Schnittstelle nahtlos in die Gebäudeleittechnik einzubinden.


5.2 Vorteile von Druckstufenentgasern
  • Minimierung der Korrosion durch zumindest teilweise Ausscheidung reaktiver Gase wie O2, H2, CO2. Die Reduzierung von O2 auf ca. 20% des Ausgangswertes beschränkt sich auf das Nachspeisewasser bei Vakuumentgasern. Aufgrund der sehr schnellen Reaktionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs entzieht er sich der Teilstromentgasung. Präventiver Korrosionsschutz.
  • Puffer gegenüber Lufteinbrüchen durch die entstehende Gasuntersättigung. Erreicht man nur eine Untersättigung von 10 ml/l, so kann bei einer 400 kW-Anlage mit einem Inhalt von 5 m3 eine Luftmenge von 50 Litern aufgenommen werden, ohne dass freie Gasblasen entstehen.
  • In großen weit verzweigten Gebäuden, z.B. in Mietwohnungsbau, kann nach Reparaturen und Grundentlüftung das lästige Nachentlüften entfallen, dadurch erhebliche Kosteneinsparungen im Personalbereich und im Unterhalt der Anlage.
  • Keine Reklamationen hinsichtlich nicht warm werdender Heizflächen und Geräuschbelästigung.​

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Abb. 101: Einbindung eines Druckstufen-entgasers Typ Pneumatex Vento in ein ​Heizungssystem



6. Schlammabscheidung:
​Schmutzpartikel, Rost und Kalk verursachen in Heizungs- und Kühlanlagen Schäden an Heizkörpern, Pumpen, Ventilen und Wärmeerzeugern. Um diese Probleme zu vermeiden, können Schlammabscheider eingesetzt werden.

Auch wenn die Anforderungen an die Wasserbeschaffenheit immer höher werden, da die Anlagentechnik letztendlich auch immer „empfndlicher“ auf Verschmutzungen reagiert, ist der Einbau von mechanischen Schlammabscheidern äußerst sinnvoll.

Nach EnEV (Energieeinspar-Verordnung) ergeben sich je nach System, bezogen auf die installierte Heizleistung, höhere Anlagenvolumina. Immer kompaktere Wärmeübertragungsflächen, der Trend zu
Mehrkesselanlagen und die Vereinfachung in der Rohrverlegetechnik erfordern eine gute ​Wasserqualität.

Die VDI 2035 gibt hinsichtlich der Vermeidung von Steinbildung und wasserseitiger Korrosion gewisse Vorgaben undzeigt Möglichkeiten der Verhinderung von Korrosionsschäden auf. Dabei rücken auch
Anlagen unter 50 KW in die Verantwortung von Planer und Heizungsbauer. Hinweise ​zu Schmutzabscheidern werden gegeben.


Abb. 103: Anlagenwasser mit starker Magnetitbelastung
Die VDI 2035 gibt hinsichtlich der Vermeidung von Steinbildung und wasserseitiger Korrosion gewisse Vorgaben undzeigt Möglichkeiten der Verhinderung von Korrosionsschäden auf. Dabei rücken auch
Anlagen unter 50 KW in die Verantwortung von Planer und Heizungsbauer. Hinweise ​zu Schmutzabscheidern werden gegeben.

Heizthermen mit geringen Wasserinhalten sind besonders störanfällig, wenn die Anlage mit kalkhaltigem Wasser befüllt wird. Der angesetzte Kesselstein platzt ab wenn er eine gewisse Schichtdicke erreicht hat, gelangt über die Umwälzpumpe in das System und verstopft Thermostatventile, Pumpen, Heizkörper etc.

Der wachsende Anteil an Kunststoffrohren in Mischinstallationen mit metallischen Werkstoffen erhöht das Korrosionsrisiko und die Gefahr der Verschlammung. Es wird vermehrt eine verstärkte Gasbildung bei Einsatz von Aluminium beobachtet. Je nach Anwendungsfall kann es sinnvoll sein, Schlammabscheider im Vorlauf zu montieren. Dies wird man dann aber in Kombination mit einem Mikroblasenabscheider tun. Im Regelfall erfolgt die Anordnung des Schlammabscheiders im Rücklauf vor dem zu schützenden
Bauteil (z.B. vor dem Kessel).

Je nach Einsatzfall gibt es eine Vielzahl von Ausführungsvarianten. Da die Systemtechnik diese hohen Anforderungen braucht, um noch einwandfrei funktionieren zu können, damit es nicht zu Blockaden durch Ablagerungen von Kalk und Schlamm kommt, wird auch die Garantie bzw. Gewährleistung z.B. bei Umlaufwasserheizern eingeschränkt oder abgelehnt, wenn die Vorgaben an die Wasserqualität nicht eingehalten werden.

Insbesondere wenn das Verhältnis von Wasservolumen zu Eisenoberfläche sehr hoch ist, z.B. bei großen Pufferspeichern oder großen Oberflächen aus nicht mit Sauerstoff reagierenden Werkstoffen (z.B. Kunststoff), kann der Sauerstoff des Füllwassers zur Bildung von nicht haftendem Schlamm führen,
der aus verschiedenen Korrosionsprodukten besteht.

Die Ablagerung von Eisenkorrosionsprodukten auf der Innenseite von Kunststoffrohren kann die Wärmeübertragung behindern. Schlammabscheider haben hier den Vorteil, dass sie in Durchflussrichtung imGegensatz zu Schmutzfängern bzw. Filtern nicht verstopfen und immer niedrige und konstante Druckverluste haben. Schmutzpartikel haben im Abscheider ausreichend Andockfläche um aus dem Wasser abgesondert zu werden. Die Reinigung ist sehr einfach durch Öffnen des Ablasshahnes
möglich, ohne dass dabei die Anlage außerBetrieb genommen werden muss.

Der neue Zeparo Cyclone erreicht die höchste Abscheiderate aller am Markt befndlichen Abscheider. Auf Grund der einzigartigen Cyclone-Technik ist die Schmutzabscheidung um bis zu 9 mal besser, als bei
herkömmlichen Abscheidern. Und anders als bei klassischen Abscheidern erhöht sich der Wirkungsgrad bei zunehmender Durchflussmenge. Optional sind beide Abscheider mit einem Magneten ausrüstbar, so dass die Abscheideleistung noch effektiver wird, da Magnetit verstärkt aufgenommen und abgeschieden
werden kann. Durch Entfernen des Magneten fällt das Magnetit in die Schlammkammer und wird dort mit den anderen Fremdkörpern manuell abgeschieden.​

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Abb. 104: Korrosion durch Sauerstoff-eintrag in einem Rohr

Abb. 105: Zeparo Cyclone, Wirkungsweise


 

Abb. 106: Verschiedene Ausführungen Zeparo-Schlammabscheider: 1. Zeparo Dirt, 2. Zeparo Cyclone Dirt, 3. Zeparo Industrial




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