Воздухосборники: применение в системах отопления

В системах центрального отопления, особенно в водяных, скопления воздуха (точнее — газов) нарушают циркуляцию теплоносителя и вызывают шум и коррозию стали. Борьба с воздушными скоплениями — весьма важная задача, которую необходимо решать при проектировании и эксплуатации систем.

Последствия попадания воздуха в отопительные системы

Воздух в системы отопления попадает двумя путями: частично остаётся в свободном состоянии при заполнении их теплоносителем или вносится водой в процессе заполнения; также вносится водой в процессе эксплуатации в растворённом (а точнее — поглощённом, абсорбированном) виде.

Количество свободного воздуха, остающегося в трубах и приборах при их заполнении, не поддаётся учёту, но этот воздух в правильно сконструированных системах устраняется в течение нескольких дней эксплуатации.

Количество растворённого воздуха, который попадает в системы при периодических добавках воды в процессе эксплуатации, определяется в зависимости от содержания воздуха в подпиточной воде. Подпиточная водопроводная вода содержит свыше 30 г воздуха в 1 т воды, а подпиточная вода из теплофикационной сети, специально деаэрированная (то есть освобождённая от воздуха), — меньше 1 г (но при этом могут появляться водород и даже метан). Поэтому всегда следует стремиться к заполнению и подпитке системы отопления деаэрированной водой.

Большие объёмы свободного воздуха могут образовывать «пробку», что нарушит циркуляцию теплоносителя.

Также стоит отметить, что растворённый воздух содержит около 33% кислорода. То есть для стальных труб более опасен «водяной» воздух, чем атмосферный: в коррозионном отношении первый для них вреднее, хотя в нём содержится примерно 21% кислорода по объёму.

При эксплуатации систем отопления с деаэрированной водой в течение отопительного сезона при сравнительно малой коррозии стальных труб и оборудования могут появиться значительные скопления водорода.

В вертикальных трубах пузырьки газа могут всплывать, находиться во взвешенном состоянии и, наконец, увлекаться потоком воды вниз.

В горизонтальных и наклонных трубах пузырьки газа занимают верхнее положение. Мельчайшие пузырьки задерживаются в нишах шероховатой поверхности труб. Более крупные пузырьки (объёмом 0,1 см³ и более) в зависимости от уклона труб и скорости движения воды как бы катятся вдоль «потолочной» поверхности труб в виде прерывистой ленты. С увеличением скорости движения воды до 0,6 м/с начинается дробление газовых скоплений: пузырьки в верхней части труб отрываются от их поверхности и двигаются по криволинейным траекториям. При скорости движения воды более 1 м/с мелкие пузырьки постепенно распространяются по всему сечению труб — возникает газоводяная эмульсия.

Направление движения пузырьков свободного воздуха в воде зависит от соотношения воздействующих на них сил: подъёмной архимедовой силы и силы сопротивления движению.

Газы переходят из растворённого состояния в свободное по мере уменьшения гидростатического давления. В главном стояке с горячей водой это происходит при верхней разводке, а в отдельных стояках — при нижней. Свободные пузырьки и скопления газов движутся по течению или против него в зависимости от скорости воды и уклона труб. Газы собираются в высших точках системы, а при высокой скорости движения захватываются потоком. По мере понижения температуры и повышения гидростатического давления в нижних частях системы газы вновь абсорбируются водой.

Принцип работы воздухосборника

В системах с верхней разводкой необходимо обеспечить движение свободных газов к точкам их сбора. Точки сбора газов (и удаления их в атмосферу) следует располагать в наиболее высоко расположенных местах систем. Скорость движения воды в точках сбора должна быть менее 0,1 м/с, а длина пути движения воды с пониженной скоростью — выбрана с учётом всплывания пузырьков и скопления газов для последующего их удаления.

Для этого магистралям придают определённый уклон в нужном направлении и устанавливают проточные воздухосборники — вертикальные или горизонтальные.

1 – магистрали

2 - труба Ду 15 с резьбой для выпуска воздуха

3 – муфта Ду 15 для выпуска воздуха через воздухоотводчик

Диаметр воздухосборника должен превышать диаметр магистрали как минимум в два раза. Длину горизонтального воздухосборника делают в 2–2,5 раза больше его диаметра (размеры воздухосборников выбираются по типовым чертежам). Из воздухосборников газы удаляются в атмосферу периодически при помощи ручных спускных кранов или автоматических воздухоотводчиков.

Особенно важны мероприятия по сбору и удалению воздушных скоплений, когда системы подпитываются водопроводной водой.