Идеальной жидкостью в системах отопления является вода без каких-либо примесей, пузырьков воздуха или растворенных газов, таких как кислород и азот. Но уже при заполнении системы водопроводной водой мы сами привносим порцию воздуха. Условные 100 л воды температурой 10°С при атмосферном давлении, которыми мы заполнили систему отопления, содержат до 3 л растворенного воздуха.

Сколько воздуха может раствориться в воде. Закон Генри

Что представляет собой жидкость, в которой растворен газ, мы знаем на примере газированных напитков. В них растворена двуокись углерода (CO₂) — безвредный газ, используемый в пищевой промышленности. После открытия бутылки эти напитки пенятся потому, что падает давление внутри и ранее растворенный газ начинает выделяться из жидкости в атмосферу.

Рассмотрим это свойство для каждой составной части воздуха в отдельности. Кислород, азот, двуокись углерода и другие газы обладают различной растворимостью.

Однако существуют общие закономерности для всех газов. Чем выше температура жидкости, тем меньше растворимость газов. Строго говоря, возможное количество растворенного газа зависит не только от температуры жидкости, но и от относительного давления смеси жидкость-газ. Эту взаимосвязь изучал английский физик 19 века Генри, открывший закон, который носит его имя.

В сильно упрощенном, но более удобным для понимания, виде закон можно сформулировать следующим образом: при увеличении температуры способность жидкости удерживать ранее растворенные газы уменьшается, при увеличении давления – увеличивается.

«Возвращаясь» к системе заполненной холодной неподготовленной водой: при нагревании до 80°С и избыточном давлении 1 атм. способность воды удерживать растворенные газы изменится кажется незначительно – с почти 3 л воздуха до 2,5 на 100 л воды. Но даже эти 0,5 л высвободившегося воздуха необходимо захватить и удалить, а учитывая более высокие температуры, к примеру, на стенках теплообменников, количество высвободившегося воздуха больше, и следует говорить о задаче удалить почти весь ранее растворенный воздух.

Зачем вообще удалять воздух из теплоносителя

Воздух в системе отопления является не только причиной «плохо греющих» радиаторов и коррозии металлических элементов из-за наличия кислорода, но и причиной шумов, преждевременного выхода из строя циркуляционных насосов. Способность поддерживать достаточно низкий уровень воздуха в системе отопления жизненно важна для бесшумной, эффективной и надежной работы.

Грамотно спроектированная и качественно собранная система способна обеспечить быстрое удаление воздуха из теплоносителя. Отвечающее за это оборудование должно поддерживать содержание растворенного воздуха в воде на очень низком уровне в течение всего срока службы системы.

Оборудование для удаления воздуха

Оборудование для удаления воздуха можно условно разделить на устройства для удаления, так называемого, «хорошо сформированного воздуха» и элементы для удаления микропузырьков. Почему это не одно и то же оборудования рассмотрим далее.

К первому типу следует отнести автоматические воздухоотводчики (достаточно простая арматура), устроенные таким образом, чтобы те самые «хорошо сформированные пузырьки воздуха» поднимались в камеру сбора и выходились через вентиляционное отверстие в верхней части. Автоматические поплавковые воздухоотводчики не предназначены для улавливания микропузырьков. Из-за небольшого размера и низкой плавучести микропузырьки труднее захватить. Для этого требуются поверхности, к которым микропузырьки могут цепляться и, в конечном итоге, сливаться в более крупные пузыри. Сам процесс «слипания» называется коалесценцией (от лат. coalesco — срастаюсь, соединяюсь). Для удаления микропузырьков применяют сепараторы воздуха.

Принципы работы сепараторов воздуха

В сепараторах воздуха площадь для прохождения потока среды увеличивается, что ведет к снижению скорости и пузырьки не увлекаются потоком,  а  поднимаются  вверх. Эффект  усиливается сеткой,  блокирующей   путь   для   прохождения микропузырьков, при этом образуются скопления, достигающие значительных размеров, что позднее приводит к их отрыву и всплыванию.

Практически любой сепаратор воздуха устроен и работает по этим принципам: удаление воздуха за счет снижения скорости потока и наличия специальных сеток/ колец/ картриджей для улавливания/слипания микропузырьков и направления сформированных пузырей в верхнюю камеру, которая представляет собой классический поплавковый воздухоотводчик, для непосредственного удаления воздуха из системы.

Как подобрать и где установить?

Сепараторы микропузырьков лучше всего работают там, где растворимость газов в воде самая низкая. В системах отопления они должны устанавливаться на подающей линии непосредственно возле источника тепла, так как в котле теплоноситель нагревается до высокой температуры, как следствие выделяются пузырьки и если их незамедлительно не вывести, то они растворятся в других местах системы, где температура меньше. Если же эти пузырьки будут выведены из системы в месте их образования, то в такой системе воздуха не будет.

Типоразмер подходящего сепаратора воздуха определяют с условием протекания жидкости внутри со скоростью не более 1,0...1,2 м/сек для обеспечения максимальной эффективности. Т.е. для грамотного подбора необходимо знать расчетный расход среды. Ошибочно подбирать сепаратор воздуха опираясь исключительно на диаметр трубопровода, на котором он будет установлен.

Сепаратор микропузырьков вместо автоматического воздухоотводчика?

Сепаратор воздуха не дублирует функции установленных в системе автоматических воздухоотводчиков. Сепаратор отвечает, в первую очередь, за отведение микропузырьков. Чем большее количество раз вода в системе проходит через источник тепла и сепаратор микропузырьков, тем эффективнее захватываются пузырьки воздуха из воды и удаляются. В итоге можно довести содержание растворенного воздуха в воде приблизительно до 0,5% от объема системы. В таком состоянии вода может обеспечивать эффективную и практически бесшумную передачу тепла, а низкое содержание кислорода сведет к минимуму коррозионные процессы.