Füllwasser für Heizung und Kühlung

Trotz aller Vorsorge bei der Befüllung von wasserführenden Systemen wird immer Luft mit eingebracht. Und diese beeinträchtigt den geforderten reibungslosen Betrieb. Je sensibler der Bereich ist, umso wichtiger wird es, dem Aspekt Luft Beachtung zu schenken. Im Zentrum der Betrachtung steht Folgendes: Wie kommt die Luft in ein System und wie wird ihr Eintrag minimiert? Auf welche Weise kann sie ebenso wie entstandene Schlammpartikel entfernt werden?

Der Lufteintrag

Im Anlagenwasser zeigt sich Luft als große freie Luftblasen, Mikroblasen sowie als gelöstes Gas. Trotz Einhaltung der einschlägigen Normen wird zunächst mit dem Füllwasser Luft in ein System befördert. Ebenso spielt die Dichtheit des Systems eine wichtige Rolle. Keine Anlage ist zu 100 % gasdicht: Luft dringt ein durch Verschraubungen, Verpressungen und durch das gewählte Rohrmaterial selbst sowie durch unsachgemäße Nachfüllvorgänge, Mikrolecks oder ein nicht korrekt dimensioniertes, platziertes und eingestelltes Membranausdehnungsgefäß. Für eine gut arbeitende Anlage muss zunächst eine dem System angemessene Druckhaltung eingerichtet werden. Ohne sie wird eine stabile Übertragung von Wärme oder Kälte auf Dauer nicht möglich. Als weiterer Einflussfaktor ist die Temperatur zu nennen. Sie ist eine Größe, die vom System bzw. der Konstruktion vorgegeben wird. Je höher sie steigt, umso weniger Sauerstoff und Stickstoff kann das Wasser binden.

Schmutzpartikel werden schon bei der Installation eines Systems eingetragen – je sorgfältiger gearbeitet wird, umso weniger. Dies hängt beispielsweise von der Lagerung des Materials und dem Kürzen sowie Entgraten von Rohren ab. Ganz vermeiden lässt sich der Eintrag bzw. das Entstehen von Schmutzpartikeln durch Korrosion nicht, es wird allerdings durch das Vorhandensein von Luft deutlich beschleunigt. Das liegt daran, dass eine Reaktion des in der Luft enthaltenen Sauerstoffs mit wasserberührten, korrosiven Bauteilen erfolgt. Enthält eine Anlage viel Luft, können auch mehr Korrosionsprodukte entstehen, die ihrerseits zusätzlich Probleme bereiten. Vor allem bei Mischinstallationen treten Korrosionsprozesse womöglich nur an den Stellen auf, an denen die Oxidation bis zum Durchrosten führen kann.

Die Auswirkungen

Die Folgen von Luft im System zeigen sich auf verschiedene Weise. Eine besteht in einem schlechteren Wärmeübergang, weil Luft im Vergleich zum Füllwasser eine deutlich geringere Wärmetransportkapazität aufweist. Des Weiteren treten Strömungsgeräusche, das bekannte Gluckern in Heizkörpern und Kavitation auf. Zudem verringert sich die Pumpenleistung und häufiges manuelles Entlüften wird notwendig. Ein hydraulischer Abgleich – heute Standard für wasserführende Anlagen – lässt sich bei mit Gas beladenem Heizungswasser praktisch nicht durchführen, weil die Druckverhältnisse instabil sind. In jedem Fall reduziert sich die Effizienz des Systems, die Energiekosten steigen. Kommt es gar zu massiven Störungen oder Ausfällen, muss mit hohen Folgekosten gerechnet werden.

Großentlüfter und Mikroblasenabscheider

Großentlüfter werden am höchsten Punkt der Anlage positioniert. Das Modell „SpiroTop“ von Spirotech verfügt über einen Abstand von ca. 40 mm zwischen Wasseroberfläche und Ventil, vor allem zum Ausgleich von Druckschwankungen. Dadurch arbeitet das Bauteil dauerhaft zuverlässig; ein Verstopfen des Ventils durch Schmutz, Undichtigkeit und damit Wartungskos­ten sind ausgeschlossen. Die solide Messingkonstruktion, die einen Schwimmer aus Vollkunststoff enthält, bietet eine lange Lebensdauer. Auch bei einer Entleerung wird eine schnelle, sichere Belüftung möglich. Der Großentlüfter wird mit einem 1/2-Zoll-Innengewinde geliefert.

Für die Entfernung von Mikroblasen eignet sich der „Spiro­Vent“, der im Vorlauf montiert und vom kompletten Volumenstrom durchströmt wird. Bei geringem Druckverlust fängt das innensitzende „Spirorohr“ die feinen Bläschen ein, sie werden durch das Ventil abgeschieden. Das Füllwasser erhält auf diese Weise absorptive Eigenschaften – es kann an anderer Stelle im System wieder Luft aufnehmen und diese bis zum „SpiroVent“ transportieren. Mit diesem Verfahren unterstützt das Gerät den optimalen Wärmeübergang, die wasserführenden Anlagenteile haben eine längere Lebensdauer und die Korrosion verringert sich. Dabei ist in Heizungsanlagen die geodätische Höhe von 15 m zu berücksichtigen.

Vorteilhafte Vakuumentgaser

Für schwierige Rahmenbedingungen, vor allem in größeren bzw. großen Anlagen, bietet sich der Vakuumentgaser „SpiroVent Superior“ an. Dies kommt beispielsweise bei Anlagen mit zahlreichen Verzweigungen und geringem Durchfluss zum Tragen. Auch bei einer geringen Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf ist die Vakuumentgasung sinnvoll: In solchen Anlagen werden zu wenig Gase freigesetzt. Ein Vakuumentgaser arbeitet unabhängig von der Temperatur der Flüssigkeit. Für Bestandsanlagen ist es hilfreich, dass ein Gerät an nahezu jeder Stelle installiert werden kann. Schließlich ist die statische Höhe von mehr als 5 m bei Kühlanlagen und von mehr als 15 m bei Heizungen zu beachten: Ist die statische Höhe und damit der Druck zu groß, können die gelösten Gase nur schwer aus der Flüssigkeit freigesetzt werden. Außerdem lässt sich kaum vorhersagen, wo genau im System Bläschen auftreten, da die Temperatur und der Druck diesen Vorgang beeinflussen.

Unter solchen Vorzeichen hilft der Vakuumentgaser: Er zieht mithilfe einer Pumpe einen Teil der Flüssigkeit ab und versetzt sie in einem integrierten Behälter in Unterdruck (Vakuum). Dies geschieht durch das Schließen eines Magnetventils. Hier wird ein Wert von –0,8 bar erreicht. Die enthaltene Luft tritt als Gas aus und wird über den integrierten Großentlüfter abgeschieden. Die entgaste Flüssigkeit wird dem Kreislauf anschließend wieder zugeführt. Mit dem Luftabscheiden erhält das Gerät über den eingebauten smart-switch einen Impuls. Bleibt dieser 10 min lang aus, ist kein Entgasungsbedarf vorhanden. Nach voreingestellten Zeiten prüft das Gerät erneut, ob sich der Gasgehalt des Füllwassers erhöht hat. Wenn dies so ist, beginnt der Prozess von vorn, wenn nicht, bleibt das Gerät in Standby bis zum nächs­ten Startimpuls. Durch die absorptive Eigenschaft des Wassers können mit diesem Verfahren auch eingeschlossene Gasblasen nach und nach beseitigt werden. Außerdem trägt die kontrollierte Laufzeit zu einem niedrigen Energieverbrauch und einem geringeren Verschleiß bei.

Besonders sinnvoll ist es, das Abscheiden mit dem Befüllen bzw. Nachfüllen der Anlage sowie der Druckhaltung zu kombi­nieren. Wird nach Druckabfall ein Nachfüllen erforderlich, wird die nachzufüllende Flüssigkeit zunächst entgast und dann eingespeist. Diese Prozedur endet, sobald der gewünschte Einstellwert erreicht ist. Im Anschluss setzt der Vakuumengaser den normalen Entgasungsvorgang fort.

Einfache Installation

Der Vakuumentgaser wird mittels eines Bypasses angeschlossen. Nach dem Entgasen wird die Anlagenflüssigkeit über eine weitere Leitung wieder dem Hauptstrang zugeführt. Da das Gerät als vorkonfektioniertes Bauteil mit flexiblen Anschlussleitungen geliefert wird – kurz Plug and Play –, lässt es sich schnell und einfach installieren. Selbst die größeren Modelle sind sehr kompakt aufgebaut und leicht; ideale Voraussetzungen, um in Bestandsanlagen eingefügt zu werden.

Grundsätzlich eignen sich die Geräte für Wasser sowie Wasser-Glykol-Mischungen, wobei Modelle für unterschiedliche Anlagengrößen bzw. Drücke zur Verfügung stehen. Für Kühlanlagen der „SpiroVent Superior“ in den Modellen „S6“, „S10“ und „S16“ als isolierte Spezialversion angeboten.

Das Gerät zeigt im integrierten Display zahlreiche Daten an. Dazu zählen etwa Start- und Stoppzeiten, Nachfüll- und Betriebsdruck, Status sowie Nachfüll- und Entgasungshistorie. Anhand der Werte lässt sich die Wirkungsweise des „SpiroVent Superior“ aufzeigen, etwa durch die Angabe der Betriebsstunden. Vor allem in Bestandsanlagen, in denen häufig Probleme durch Lufteinschlüsse auftreten, läuft der Vakuumentgaser zunächst fast ständig. Ebenso zeigt er seine Vorzüge, wenn ein System gerade in Betrieb genommen wird. Dann entfernt er die Luft, damit die Betriebsparameter angemessen einreguliert werden können. Darüber hinaus ist von Bedeutung, dass das Gerät in die Gebäudeleittechnik eingebunden werden kann.

Schlamm bestmöglich entfernen

Die kontinuierliche Abscheidung von Korrosionspartikeln sollte insbesondere im Bestand immer im Zusammenhang mit der Luftabscheidung bzw. Vakuumentgasung bedacht werden. Auch ein geringer Anteil von Luft bzw. Sauerstoff führt dazu, dass sich kleine und kleinste Partikel bilden. Bei einem Heizungstausch und gleichzeitigem Belassen der Verrohrung reicht ein Spülen der Anlage meist nicht aus. Magnetische und nicht magnetische Kleinstteile lösen sich im Betrieb und setzen sich an sensiblen Anlagenteilen fest. Das betrifft neben Pumpen auch Wärmemessgeräte oder Ventile, um nur einige Komponenten zu nennen. Dadurch behindert der Schmutz die gewünschte Wärme- oder Kälteübertragung.

Gegen diese Folgen lässt sich ein „SpiroTrap“-Magnet einsetzen. Er entfernt sowohl magnetische als auch nicht magnetische Partikel bis 5 µm – das liegt deutlich über den Werten von Standardprodukten. Die Konstruktion aus „Spirorohr“ plus Magnet entzieht dem kontinuierlich strömenden Füllwasser die störenden Stoffe. Die nicht magnetischen Teilchen werden vom „Spirorohr“ abgebremst und sinken in den unteren Teil des Abscheiders. Die magnetischen Partikel haften innen an den magnetisierten Bereichen. Vor dem eigentlichen Abscheidevorgang wird entweder der außenanliegende Magnet entfernt oder der flexible Abziehmechanismus betätigt. Die im groß dimensionierten Auffangbereich gesammelten Partikel werden dann mit etwas Füllwasser abgelassen. Ein großer Vorteil: Der Magnet kann sich nicht wie ein Filter zusetzen. Der Druckverlust bleibt dauerhaft gering, unabhängig vom Füllstand. Filter und Schmutzfänger weisen stattdessen einen steigenden Druckverlust auf, bis hin zur völligen Blockade. Bei einem „SpiroTrap“ besteht keine Gefahr einer Betriebsunterbrechung, auch die Abscheidung erfolgt im laufenden Betrieb. Anschließend sollte der Fachmann den Anlagendruck prüfen und bei Bedarf VDI-2035-konformes Füllwasser zuführen.

Als Material für die Produkte werden Messing, Stahl und Edelstahl verwendet. Die Messingabscheider werden bis zu einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 m/s eingesetzt. Die Stahl- und Edelstahlausführungen sind als Standard- und Hi-Flow-Varianten erhältlich. Hier liegt die Strömungsgeschwindigkeit bei 1,5 bzw. 3 m/s. Als Arbeitsdruck wird üblicherweise 0 bis 10 bar angegeben.

Abscheider für kleinere Anlagen

Für kleinere Anlagen hat Spirotech den „SpiroTrap MB3“ mit den Anschlüssen 22 und 28 mm sowie 3/4 und 1 Zoll sowie den „SpiroTrap MBL“ in den Größen 1 1/4, 1 1/2 und 2 Zoll entwickelt. Beide lassen sich in bestehende Systeme integrieren. Dazu verfügen sie über einen drehbaren Anschluss. Für den Verarbeiter bedeutet dies, dass die Montage schnell und problemlos vonstattengeht: Er wählt den Installationsort, entfernt ein kurzes Stück des Rücklaufrohrs und setzt dort den „SpiroTrap MB3/MBL“ ein. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Leitung horizontal, vertikal oder diagonal verläuft.

Die robusten Bauteile verfügen über eine hohe Auffangkapazität für Schmutzpartikel, so dass die Abscheidevorgänge in einem langen Turnus durchgeführt werden können. Der Vorgang selbst erfolgt werkzeugfrei, denn der Deckel unter der Abscheideöffnung dient auch als Öffner für das Ventil. Die gesamte Prozedur dauert nur wenige Augenblicke. Der Hersteller gewährt 20 Jahre Garantie auf die aus Messing gefertigten Geräte.

Abscheider für mittlere und groß Anlagen

In größeren Anlagen wird der „SpiroTrap“-Magnet in den Dimensionen 50 bis 300 mm eingebaut, auch in bestehende enge Leitungen bei Gewerbe- oder Industrieprojekten. Hier lässt sich zwischen der Flansch- und der Schweißausführung wählen. Für besondere Fälle besteht die Möglichkeit, eine demontierbare Variante zu nutzen. Dann lässt sich der untere Bereich entfernen und der Abscheider kann selbst gereinigt werden. Der wichtigste Teil eines Magneten sitzt verborgen im Innern: die sogenannte Dry-Pocket-Konstruktion. In ihrem Kern befindet sich der Magnet, geschützt in der Mitte des Bauteils und wartungsfrei.

Die größeren aus Stahl gefertigten Geräte verfügen über zwei Abscheideanschlüsse, die an Ableitungen anzuschließen sind. Vor dem Ablassen werden die magnetischen Partikel nach unten in den Auffangbereich befördert. Dann müssen lediglich die Ablasshähne geöffnet werden, um die schmutzbehaftete Flüssigkeit abzuscheiden.