Jaká voda stojí za řadou poruch soustav vytápění a chlazení?
Voda se vyznačuje velkým měrným teplem, dobrou tepelnou a teplotní vodivostí, nízkou dynamickou i kinematickou viskozitou, a proto je oblíbeným mediem pro přenos tepla. Existuje však více druhů vod, a ne každá je vhodná. Některé vlastnosti vody mohou být příčinou poruch.
Řadu poruch otopných a chladicích soustav způsobuje použití nevhodné otopné nebo chladicí vody. Z vodovodů dostupná zdravotně nezávadná voda vhodná k pití není vhodná jako teplonosné médium. Již proto, že obsahuje rozpuštěné plyny a množství minerálních látek. Některá voda je agresivní vůči konstrukčním materiálům použitým v dané soustavě. Z některé vody se vylučují chemické látky, které zanášejí otopné soustavy, vytváří povlaky, které omezují přestup tepla.
Montážní firmy často nevěnují teplonosným kapalinám patřičnou pozornost. Je zcela běžně, že po skončení montáže se připojí otopná, či chladicí soustava k vodovodnímu řadu pitné vody a tou se soustava napustí. Je to časté i v případech, kdy soustava obsahuje soupravu pro úpravu vody, takže napouštění by mohlo probíhat přes ni. Bohužel je to zdlouhavější a v závislosti na kapacitě úpravny by si to mohlo vyžádat i výměnu náplně.
Stejným způsobem jsou napouštěny některé otopné systémy, respektive jejich části, po opravách, přestože jsou zásobovány teplem přes výměník soustavy zásobování teplem, CZT, a je k dispozici upravená voda od dodavatele tepla. To by si však mohl dodavatel tepla nechat zaplatit.
Škodlivost napuštění soustavy nevhodnou vodou se neprojeví hned. Problémy se objeví zpravidla za dva roky a i více. Signálem poruch je vyřazení funkce stoupačkových membránových regulátorů diferenčních tlaků, zvýšená hlučnost termostatických radiátorových ventilů nebo jejich poškození. Korozní produkty ucpou kapiláry snímající tlak v potrubí pro membránové regulátory a vyřadí je z funkce.
Jsou známy případy ucpání výměníků tepla inkrusty a korozními produkty. Čím menší kanálky, kterými voda protéká, tím větší problém vzniká při jejich ucpání. Stejně tak nebezpečná však je i nízká rychlost proudění vody umožňující usazování nečistot ve spodních částech výměníků. Dochází k místnímu přetížení částí výměnků a v případě vysokých teplotních rozdílů může dojít i k jejich destrukci.
Kyslík a chlor ve vodě
Voda z vodovodu obsahuje m.j. dva nejagresivnější plyny, a to kyslík a chlor. Největší vliv na korozní procesy v teplovodních soustavách má obsah rozpuštěného kyslíku. Rychlost koroze závisí na trvalém přísunu kyslíku k povrchu oceli, rychlosti proudění teplonosné kapaliny a na tvoření ochranných vrstev.
Za nepřítomnosti kyslíku je koroze oceli nepatrná. V uzavřeném systému dochází ke korozi pouze tak dlouho, pokud se kyslík nespotřebuje při korozních procesech. V soustavách, v jejichž konstrukci jsou ocelové prvky, vzniká oxid železa Fe2O3.
Problém je v tom, že přítomnosti kyslíku v otopné vodě, i obecně v teplonosné kapalině (směs vody a nízkotuhnoucí kapaliny) nedokážeme zabránit.
Odkud se bere kyslík?
Kyslík je zanášen nebo vniká do teplonosné kapaliny několika cestami. Při napouštění soustavy nevhodnou vodou, netěsnostmi na oběhových čerpadlech, automatickými odvzdušňovacími ventily, spoji armatur a trubek, a také difuzí stěnou plastových trubek.
Stěnou trubky proniká kyslík na základě rozdílu parciálních tlaků plynů v atmosféře a parciálních tlaků plynů rozpuštěných ve vodě. Množství kyslíku pronikající stěnou trubky by podle normy DIN 4726 mělo být rovno nebo menší než 0,1 mg/litr den a je vztaženo k objemu teplonosné kapaliny v trubce. Tuto podmínku plní trubky, které výrobci certifikují pro použití ve vytápění. Množství kyslíku vstupujícího do soustavy difuzí stěnami trubek však představuje jen 5 až 20 % z celkového množství kyslíku rozpuštěného ve vodě.
Horní mezní hodnoty obsahu kyslíku pro otopné soustavy doporučované tabulkou 1 ve 2. části předpisů VDI 2035, jsou 0,1 mg/l pro vodu zbavenou solí a 0,02 mg/l pro vodu změkčenou [2].
Chlor
Druhým nejagresivnějším plynem obsaženým ve vodě z vodovodního řadu je chlor. Jeho působením vznikají chloridy, které působí jako urychlovač korozních procesů. Za nepřítomnosti rozpuštěného kyslíku nemají chloridy na rychlost koroze podstatný vliv. Chloridy působí problémy hlavně při použití korozivzdorných ocelí. Dochází k bodové a štěrbinové korozi a za zvýšených teplot ke koroznímu praskání. Také hliník snadno podléhá bodové korozi vlivem chloridů. Za určitých podmínek vznikne na konstrukčním materiálu ochranná vrstva, která zpomalí korozní procesy.
Plyny vznikají při korozi
Vnikání kyslíku i jiných plynů do otopné soustavy zcela zabránit nelze. Plyny vznikají i při korozních procesech. Proto je nutné veškeré plyny kontinuálně odstraňovat. Každá otopná i chladící soustava by měla obsahovat zařízení pro aktivní odstraňování plynů. Běžně používané plovákové odplyňovací ventily umožní zprovoznění soustavy, ale neodstraní drobné bublinky plynů a plyny rozpuštěné v teplonosné kapalině.
Podmínky pro vytvoření ochranné protikorozní vrstvy na vnitřním povrchu otopných a chladících soustav
Z hlediska tvorby ochranné vrstvy jsou velmi významnou složkou vod ionty hydrogenuhličitanové, vápenaté a hořečnaté, které mají inhibiční účinek, daný schopností vody vytvářet ochranné vrstvy složené z oxidů kovů a uhličitanu vápenatého. Ochranná vrstva vzniká jen v případě, že uhličitanové a vápenaté (hořečnaté) ionty jsou v roztoku v rovnováze s vyloučeným uhličitanem vápenatým CaCO3 a volným oxidem uhličitým. Pokud je rovnováha posunuta ve prospěch nerozpustného CaCO3, vznikají kaly a úsady, které netvoří ochranné vrstvy a vytvářejí se podmínky pro štěrbinovou a důlkovou korozi. Pokud je rovnováha posunuta ve prospěch rozpustných složek, ochranná vrstva nevzniká a probíhá intenzivní koroze. K tomu, abychom určili, zda může v otopné vodě vznikat stabilní ochranná vrstva, tedy zda v ní budou v rovnováze uhličitanové a vápenaté (hořečnaté) ionty v rovnováze s vyloučeným uhličitanem vápenatým CaCO3 a volným oxidem uhličitým, používáme tzv. Langelierův index nasycení, a Rýznarův index stability. Obě kritéria charakterizují míru nerovnovážnosti kapaliny vzhledem k vylučování CaCO3.
Ke vzniku ochranné vrstvy je nutný určitý obsah solí ve vodě.
Obr. Pitná voda ze studně nemusí být ideální pro transport tepelné energie (Ilustrativní obrázek)
Rozbor složení vody a usazenin
Je-li teplonosná kapalina agresivní vůči použitým konstrukčním materiálům, nebo zda bude docházet k vylučování pevných látek můžeme zjistit odebráním vzorků teplonosné kapaliny v soustavě, usazenin i vody, která se používá k doplnění a provedením chemického rozboru.
Vzorky teplonosné kapaliny se odebírají z nejnižšího místa otopné soustavy. Po odebrání vzorků je dobré provést nejprve jejich smyslové hodnocení. Zjistí se, je-li kapalina čirá, nebo zakalená, obsah mechanických nečistot a úsad na dně zkušební nádoby. Dobrou informací je též případný zápach kapaliny.
Zjišťování agresivity teplonosné kapaliny
Zjišťuje se chemické složení kalu, hodnota pH – alkalita, acidita, elektrická vodivost (konduktivita), celková tvrdost, obsah hydrogenuhličitanů, koncentrace kyslíku, chloridy, vápník, sodík, hořčík, železo, mangan, amonné ionty, Langelierův saturační index, Ryznarův index stability, obsah kovů.
Aby bylo možné vyhodnotit chemické procesy probíhající v soustavě, je nutné stejný rozbor provést i u napájecí vody.
Potřeba změkčování, odsolování – demineralizace nebo i jiné úpravy vody
Především v územně rozsáhlých otopných soustavách, ve kterých je velké množství spojů, armatur atp. může docházet k úniku teplonosné kapaliny. Uniklý objem je nutné doplňovat.
V kvalitně navržených a instalovaných soustavách malých, i bytových, by tato potřeba měla být mnohem menší. Příčinou úniku kapaliny mohou být nejen netěsnosti, ale i nevhodně navržená velikost expanzní nádoby, případně její zhoršená funkce. Stále častěji se soustavy vybavují automaticky pracujícími doplňovacími soupravami, stanicemi. Vlivem jejich činnosti se spotřebě vody nutné na doplnění, pokud není extrémní, nevěnuje pozornost. S tím roste potřeba, aby doplňovaná voda měla potřebné parametry.
Změkčování vody, během kterého se mění chemické složení příměsí ve vodě, není ideální v případě výskytu výměníků z hliníkových slitin. Po změkčení vody následuje samovolný proces alkalizace a voda se tak může dostat mimo přípustný rozsah pro danou hliníkovou slitinu. [3]
Demineralizace zvyšuje agresivitu vody, její schopnost rozpouštět jiné látky. Proto demineralizovaná voda poměrně rychle své vlastnosti ztrácí a je zapotřebí je neustále obnovovat. K zamezení vzniku úsad se využívají i fyzikální metody založené na změně magnetické orientace atomů a narušení procesu krystalizace.
Závěr
Pro dlouhodobý a bezporuchový provoz otopných i chladicích soustav je zásadní prevence. Tedy jejich návrh a instalace tak, aby nedošlo k nevhodné kombinaci materiálů, kovů, aby byla potlačena a vhodně řešena místa s nižší těsností vůči pronikání plynů, aby ze soustav neunikala teplonosná látka vlivem nevhodného návrhu expanzních nádob, zhoršení jejich činnosti, špatnou funkcí bezpečnostního přetlakového ventilu aj.
Neupravená voda z vodovodního řadu, zejména nezbavená kyslíku a chloru, do otopných a chladicích soustav nepatří.
Součástí udržování dlouhodobé stability soustavy má být pravidelné ověřování vlastností používané teplonosné kapaliny a vody, kterou je soustava doplňována, chemickým rozborem vybraných ukazatelů včetně rozboru odebraných kalů, a to se týká i koncentrace případně použitých inhibitorů.
Některé problémy může pomoci řešit přidávání inhibitorů. Při volbě inhibitoru je však nutné být maximálně opatrný. Výběr inhibitoru je nutné provést s ohledem na spolupůsobení jeho chemického složení a materiálového složení konkrétní soustavy, konkrétní kombinace kovů. Není vyloučeno, že použití inhibitoru nařízeného výrobcem kotle se může negativně projevit u materiálově odlišných částí soustavy.
Pokud se v otopné soustavě vyskytují problémy způsobené korozí, např. opakované zavzdušňování systému, netěsnosti ve spojích, významné zakalení teplonosné kapaliny, zanášení regulačních prvků korozními produkty apod., je nutné odebrat vzorek napájecí i oběhové vody a provést chemický rozbor obou kapalin a na jeho základě hledat příčinu. Na základě hodnot vybraných chemických ukazatelů je pak možné rozhodnout o vhodném způsobu nápravy. Ve většině případů je výhodné použít fyzikální úpravu teplonosné (chladící) kapaliny.
Použitá literatura:
- Bartoníček a kol. Koroze a protikorozní ochrana kovů. – Academia Praha 1966.
- Jsou inhibitory v otopné vodě potřebné nebo zbytečné? TZB-info
- Změkčování a odsolování otopné vody, koroze, samoalkalizace, TZB-info
- Vlastnosti teplonosných kapalin a jejich vliv na korozi, TZB-info, TZB-info
Water is characterized by high specific heat, good thermal and thermal conductivity, low dynamic and kinematic viscosity, and is therefore a popular medium for heat transfer. However, there are several types of water, and not all of them are suitable. Some properties of water can cause malfunctions.