Udržování tlaku a kvality vody v soustavách TZB

Problematika udržování tlaku a kvality vody v soustavách TZB a její řešení prostřednictvím produktů pro ohřev vody, její akumulace a předávání tepla včetně dopadů nové směrnice pro ErP.

Membránové expanzní nádoby pro otopné, chladicí a solární soustavy

Tlakové membránové expanzní nádoby slouží k vyrovnávání objemových změn kapaliny vlivem změn teploty v otopných a chladicích soustavách. Vyráběny jsou v řadách 3, 6 a 10 barů s označením Reflex N/NG (nevyměnitelná membrána), Reflex F (ploché), Reflex S (chlazení a solární soustavy) a Reflex G (robustní s vyměnitelným vakem a přírubovým připojením a i pro tlak 16 barů – obr. 1), v objemových velikostech od 2 až do 5 000 litrů sériově a větší objemy zakázkově. Jsou to univerzálně použitelné tlakové expanzní nádoby pro otopné soustavy a systémy chladicí vody, konstrukčně jednoduché a provozně spolehlivé, fungující bez pomocné energie. Pracují na principu udržování konstantního tlaku v soustavě pomocí dusíkového „polštáře“. Voda je nestlačitelná, při svém ohřevu zvětšuje objem a tento přebytečný objem se uskladní do expanzní nádoby. Tlak plynu se tím zvýší a při chladnutí vody ji vytlačuje zpět do soustavy. Prostor plynu a vodní prostor jsou od sebe navzájem odděleny membránou, která je odolná i glykolovým směsím, takže použití i pro solární a chladicí okruhy je možné. Pro dobrou funkci tlakové expanzní nádoby v provozu je důležitý správný návrh velikosti nádoby, který je daný normou a následné nastavení tlaku plynu v nádobě a plnicího tlaku soustavy podle statické výšky soustavy. Pro kontrolu a správné nastavení tlaku vzduchu se doporučuje servisní armatura MK.

Obr. 1 Membránové expanzní nádoby Reflex G s vyměnitelným vakem

Membránové expanzní nádoby v provedení pro pitnou a užitkovou vodu

Tlakové membránové expanzní nádoby jsou určeny speciálně pro použití v systémech ohřevu pitné a užitkové vody a pro tlumení rázů od čerpadel v zásobovacích systémech (obr. 2–4). V plynovém prostoru jsou dusík, prostory plynu a vody od sebe odděleny membránou. Všechny části nádoby, přicházející do styku s vodou, jsou s protikorozní ochranou, vnitřek nádoby je opatřen plastovým povlakem.

Obr. 2 Refix DD s armaturou Flowje. Refix DD s průtočnou armaturou flowjet – pitná voda. Plastová růžice v připojení nádoby zajišťuje v kombinaci s armaturou flowjet, vsazenou mezi T-kus a nádobu, splnění požadavku na průtočnost nádoby. Zároveň se tím splní potřeba možnosti jednoduché údržby, zajišťuje i další funkce – uzavřít a vypustit vodu z nádoby. Teprve za těchto podmínek je možné správné nastavení tlaku plynu v nádobě. Průtočná expanzní nádoba zamezí tvorbě choroboplodných zárodků. Tlak 10 barů ( 8 litrů i pro 25 barů), velikost 8 až 33 litrů.

Obr. 3 Refix DT – pitná voda je průtočná expanzní nádoba, kdy průtok vody nádobou zabezpečuje Flowjet Rp 5/4 nebo dvojité připojení. Vyrábějí se podle typu ve velikostech 60 až 3 000 litrů pro tlak 10 a 16 barů.

Obr. 4 Refix DE je neprůtočná expanzní nádoba určená pro požární a užitkovou vodu nebo pro otopné soustavy se zvýšeným korozním nebezpečím, například podlahové topení má označení Refix DE. Není vhodná pro pitnou vodu. Vyrábějí se ve velikostech 8 až 5 000 litrů pro tlak 10 a 16 barů.

Dopňovací zařízení

Doplňování je náhrada úbytků vody ze soustav vlivem drobných netěsností. Žádné expanzní zařízení neumí bez doplňování úbytků vody pracovat! I v uzavřených otopných a chladicích soustavách bez zřetelných netěsností dochází k únikům vody. Příčinou je zejména difuze vodních par a malé netěsnosti v rozebíratelných spojích. Pokud tyto úniky nejsou včas a v potřebném objemu nahrazovány, expanzní nádoba nemůže správně fungovat. Důsledkem je pronikání vzduchu do soustavy. Doplňovací zařízení firmy Reflex zajistí vždy správný objem vody v expanzní nádobě a tím i optimální tlak v soustavě.

Obr. 5 Fillcontrol Auto Compact je univerzálně použitelné doplňovací zařízení s čerpadlem a vestavěnou beztlakou nádobou pro oddělení soustavy od rozvodu pitné vody (není nutné použít Fillset). Je nasazován tam, kde je nedostatečný tlak v přívodu doplňovací vody nebo se doplňuje z beztlaké akumulační nádoby.

Do soustavy se kontrolovaně automaticky doplňuje a zařízení má ochranné funkce pro zastavení doplňování v případě většího úniku vody ze soustavy. Spolehlivě zabrání vzniku problémů, které přináší zavzdušněná soustava. Tlak v plynovém a ve vodním prostoru expanzní nádoby je v rovnováze. Expanzní nádoba může podle aktuální potřeby vodu přijímat nebo vytlačovat a tím udržovat tlak v soustavě v optimálním tlakovém rozmezí. Opotřebení membrány nebo vaku expanzní nádoby je minimální (obr. 5–6).

Obr. 6 Fillcontrol Auto je v kompletu s plastovou nádobou určen pro přípravu a následné automatické doplňování glykolové směsi do soustavy chlazení.

Obr. 7 Fillcontrol Plus Compact a Fillcontrol Plus udržuje nastavený tlak v soustavě s uzavřenou expanzní nádobou. Doplňuje bez čerpadla, a proto musí být dostatečný tlak na přívodu vody. Při doplňování z rozvodu pitné vody doporučujeme u Fillcontrolu Plus předřadit oddělovací člen Fillset. Fillset umožňuje trvale otevřené propojení soustavy s rozvodem pitné vody. Je zkonstruován tak, aby se voda ze soustavy nemohla dostat do rozvodu pitné vody ani v havarijním případě. Fillcontrol Plus Compat oddělovací člen obsahuje, je určen pro rodinné domy a malé soustavy.

Zařízení pro úpravu oběhové vody

Nežádoucí účinky volných bublinek a nečistot unášených oběhovou vodou soustavy jsou: snížení účinnosti ve zdrojích tepla, chladičích, spirálových výměnících, deskových výměnících, radiátorech, snížení průtoku čerpadla, obtížné nebo neúčinné hydraulické vyvážení soustavy, zvýšené opotřebení čerpadla, nepříjemný hluk v potrubí a radiátorech. Vzduch do soustavy se dostává v rozpuštěné formě při plnění soustavy a následném doplňování, nečistoty během montáže (písek, zbytky materiálu, špony, zbytky po svařování, pájení, neprovedené vypláchnutí) nebo během provozu (kvalita plnicí vody, vápenné usazeniny, produkty koroze). Pro zamezení vzniku vápenných usazenin slouží změkčovací a demineralizační armatura Fillsoft a Fillsoft Zero (obr. 8).

Obr. 8 Technologie odlučování Fillsoft

Fillsoft je armatura firmy Reflex určená pro změkčování plnicí a doplňovací vody otopné soustavy. Zakládá se na lety prověřeném principu výměny iontů mezi pryskyřicí, která je obohacená sodíkem a vodou, ze které jsou odebírány ionty vápníku a hořčíku způsobující tvrdost. V kombinaci s praktickým pouzdrem máme k dispozici flexibilní systém s jednoduchou instalací a údržbou. Fillsoft lze použít i samostatně, ale hodí se ideálně k dalším zařízením Control firmy Reflex a kompletuje řadu výrobků, používaných pro doplňování a plnění otopných a chladicích soustav.

Fillsoft Zero určený pro kotle, které mají výměník z hliníku nebo jeho slitin. Změkčování je v těchto případech nevhodné a voda se musí upravit demineralizací. Při odstranění solí jde o odstranění solitvorných kationtů a aniontů. Při takzvané demineralizaci vody se odstraňují veškeré kationty a anionty silných kyselin (deionizovaná voda). Tato technologie se používá v provozech, kde je požadavek velmi vysoké kvality vody s nízkou vodivostí. Existují dva způsoby: proces iontové výměny ve smíšeném loži měniče, mix-bedu a reverzní osmóza, hnací silou reverzní osmózy je rozdíl tlaků. Tato metoda je vhodnější pro velké množství vody. Hodnota pH se při použití demineralizované vody musí nutně upravit.

Odvzdušňování bez úniků

Volné plynové bublinky při oběhu zapříčiňují hluk, brání cirkulaci teplonosného média, rozrušují usazeniny v potrubí a narušují tak bezvadnou funkci soustav, které jsou naplněny vodou či směsí vody s glykolem. Armatury Exvoid A (obr. 9) se používají pro otopné a solární soustavy s malými nebo žádnými statickými výškovými rozdíly nad odlučovačem (např. půdní uspořádání kotelen), s omezením pro soustavy chladicí vody. Slouží pro odvzdušnění po novém napuštění soustavy a pro provozní odvzdušnění v nejvyšších bodech, místech shromažďování vzduchu a úsecích s termickým odplyňováním. Vytvořená turbulence v hlavním toku způsobí narážení mikrobublinek do jemných vestaveb a jejich stoupání vzhůru, kde se soustřeďují a následně odvedou ze soustavy.

Obr. 9 Přesný a spolehlivý odvzdušňovací ventil Exvoid T, zamezující únikům vody. Stabilní provoz při různých podmínkách, velká vzduchová komora tlumí kolísání tlaku a udržuje nečistoty v dostatečné vzdálenosti od těla ventilu, čímž zajišťuje stabilní funkčnost za různých podmínek.

Obr. 10 Armatury Exvoid A se používají pro otopné a solární soustavy s malými nebo žádnými statickými výškovými rozdíly nad odlučovačem (např. půdní uspořádání kotelen), s omezením pro soustavy chladicí vody.

Odlučování nečistot a kalu

Armatury Exdirt (obr. 11) se používají ve zpátečce před zdroji tepla a tepelnými výměníky a před armaturami a úseky potrubí citlivými na nečistoty. Kalové odlučovače Exdirt se od klasických filtrů odlišují. Mají stejný princip funkce jako odlučovače mikrobublin Exvoid A. Rovněž odlučování kalů se uskutečňuje ve dvou fázích. V té první jsou částečky kalů strhávány proudem a ve druhé fázi jsou díky unikátnímu účinku trubice z drátěného pletiva ve spojení se snížením rychlosti odlučovány a shromažďovány v zachycovacím úseku, který lze jednoduchým způsobem pravidelně prostřednictvím vypouštěcího kohoutu vyprazdňovat.

Obr. 11 Armatury Exdirt se používají ve zpátečce před zdroji tepla a tepelnými výměníky a před armaturami a úseky potrubí citlivými na nečistoty.

Expanzní automaty

Jsou zařízení určená pro větší otopné a chladicí soustavy. Reflexomat – kompresorový expanzní automat slouží k vyrovnávání objemových změn soustavy pomocí přepouštění do nádoby expanzního automatu a vracení zpět pomocí tlaku, vyvolaného kompresorem. Nádoba reflexomatu je tlaková, automat umí jen udržovat tlak a je možné pomocí elektromagnetického doplňovacího ventilu z našeho příslušenství jeho funkci rozšířit o automatické doplňování. Další možnost je rozšířit jeho funkci o doplňování a centrální odplyňování soustavy pomocí odplyňovacího a doplňovacího automatu Servitec. Jednotlivé typy pro různé výkony se od sebe odlišují velikostí a počtem kompresorů, jejich umístěním a velikostí a počtem nádob. V nádobách je vak, ve kterém je uskladněna voda, stlačený vzduch je v prostoru mezi stěnou nádoby a stěnou vaku. Soustava i s expanzním zařízením je uzavřená, vzdušný kyslík se k vodě soustavy nedostane.

Obr. 12 Variomat – čerpadlový expanzní automat s odplyňováním a doplňováním.

Výsledkem dlouholetého vývoje v úzké spolupráci s Technickou univerzitou v Drážďanech, podložený výsledky měření, je čerpadlový expanzní automat s odplyňováním a doplňováním Variomat (obr. 12). K vyrovnávání objemových změn soustavy dochází pomocí přepouštění do beztlaké nádoby expanzního automatu a vracení zpět pomocí čerpadla. Tady začíná náš boj s rozpuštěným vzduchem v otopných a chladicích soustavách. Rozpustnost plynů ve vodě roste úměrně s tlakem a klesá s rostoucí teplotou. Rozpuštěné plyny jsou nežádoucí jen tehdy, pokud působí destrukčně, např. kyslík (vzduch ≅ 20 % kyslíku + 80 % dusíku) chemicky reaguje se železem a způsobuje korozi. Dusík, který se právě prostřednictvím vzduchu do zařízení dostává, je plyn inertní, nevyvolává žádné chemické reakce a v rozpuštěné formě žádnou škodu nepůsobí.

V případě, že voda je přesycena a tlak poklesne, např. ve vyšších místech soustavy, vyloučí se přebytečný plyn ve formě bublinek, a to především:

• na horkých stěnách – např. v kotli,
• na místech s nízkým tlakem – v nejvyšších místech soustavy a obzvlášť poté „zlobí” v radiátorech.

Ve volné formě jsou plyny příčinou nejen poruch při cirkulaci, ale také hluku. Bublinky vzduchu jsou dokonce schopné „smirkovat” vnitřní plochy potrubí a uvolňovat ze stěny potrubí to, co svou přítomností ve vodě způsobil kyslík, tedy důsledky koroze. Výsledkem je kal, který se usazuje v nejnižších místech, na teplosměnných plochách, kde zhoršuje přestup tepla, je příčinou poruch armatur a tím omezení možnosti řízení tepelných soustav. Podívejme se na tlakové poměry a s tím související množství dusíku, protože kyslík se odbourá sám chemickou reakcí. Všechna expanzní zařízení firmy Reflex jsou navrhována tak, že v nejvyšším místě za studeného stavu udržují přetlak 0,5 baru. Za tohoto přetlaku je voda schopná rozpustit při teplotě 70 °C více plynu, než v beztlaké nádobě, kde počítáme s teplotou asi 50 °C. Tady, při tlakovém uvolnění, se vyloučí přebytečný dusík z vody.

Odplyněná voda se vrací do soustavy, postupně se snižuje koncentrace rozpuštěného plynu v soustavě, až se soustava dostane do stavu, kdy v ní není žádný volný plyn a koncentrace rozpuštěného plynu je tak nízká, že ani v nejvyšším místě při přetlaku, který tam naše zařízení udržuje, se žádný neuvolňuje. Propojení vnitřku nádoby s atmosferou je mezi stěnu nádoby a stěnu vaku a k hladině vody se nedostane žádný kyslík! Vak v našich beztlakých nádobách, stejně tak jako membrány v tlakových expanzních nádobách, dokonale zabrání vodě vaší soustavy doplňovat si kyslík, o který přišla způsobenou korozí. Jednotlivé typy pro různé výkony a statické výšky se od sebe odlišují výkonem a počtem čerpadel, velikostí a počtem nádob. Variomat se dokáže postarat o soustavy do výkonu 8 MW a statické výšky až 130 m.

Obr. 13 Storatherm Heat Combi akumulační zásobník s průtočným ohřevem pitné vody

Podtlakové odplyňovací a doplňovací automaty

Zařízení s označením Servitec jsou určené pro nasazení v součinnosti s jakýmkoli expanzním zařízením. Servitec přepouští vodu ze soustavy do podtlakové trubky a zpět v závislosti na nastaveném režimu odplyňování. Odplyňovací trubka je místo, kde se dosahuje téměř vakua. Podtlak v trubce je vytvářen dýzou, rozprašující nastřikovanou vodu a dimenzovanou tak, že čerpadlu „nestačí“. Ve vakuu je rozpustnost plynů ve vodě téměř nulová. Při dosažení spodní hladiny čerpadlo vypne, hladina v trubce začne stoupat a vytlačí uvolněný plyn přes speciální armaturu do atmosféry. Díky podtlaku dokáže servitec snížit obsah rozpuštěných plynů v soustavě na nižší úroveň než variomat, obě zařízení však na úroveň dostatečně nízkou.

To výrazně minimalizuje škody způsobené plyny v otopných soustavách.Velmi důležité je to, že Servitecem můžeme soustavu již plnit a odstranit tak asi 80 % obsahu dusíku a kyslíku, obsaženého v povrchové vodě za barometrického tlaku. Rovněž všechna doplňovací voda projde tímto podtlakovým odplyněním. Toto zařízení může spolupracovat s jakýmkoli zdrojem udržování tlaku v soustavě a je vhodné pro rekonstrukce systémů a pro soustavy, kde jsou problémy se zavzdušňováním. Standardní zařízení jsou do objemu 200 m3, větší soustavy řešíme individuálně. Servitec se může provozovat v modu magcontrol pro soustavy s tlakovou expanzní nádobou, doplňování je řízeno od tlaku v soustavě, nebo levelcontrol pro soustavy s expanzními automaty, kde řídicí funkci přebírá expanzní automat.

Akumulace a předávání tepla

Smaltované zásobníkové ohřívače Storatherm (obr. 13) slouží pro ohřev a akumulaci pitné vody. Díky široké typové rozmanitosti a rozsáhlému programu příslušenství se otevírají četné možnosti využití v rodinných domech, veřejných budovách a v živnostenském podnikání. Slouží pro monovalentní i bivalentní ohřev, ale i pro flexibilní využívání ohřevu vody v externích výměnících tepla. Všechny části přicházející do styku s pitnou vodou jsou smaltované a navíc chráněné hořčíkovou anodou. Jsou dodávané v kompletu s tepelnou izolací.

Foto: Reflex

Ing. Michal Absolon, Ing. David Čech, Ing. Martin Fořt, Ing. Vladimír Vaněk
Autoři pracují ve společnosti Reflex CZ, s. r. o.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.