Kaj skrajša življenjsko dobo toplotne črpalke?

Osnove VDI 2035

Kotli iz litega železa, volumensko dizajnirane črpalke in varjene cevi so preteklost. Današnji energetsko učinkoviti ogrevalni sistemi zahtevajo dobro kakovost za ogrevalne vode: mali in kompaktni toplotni izmenjevalniki so bolj občutljivi na trdoto vode, učinkovite črpalke in ventili so bolj občutljivi na umazanijo, zlitine aluminija zahtevajo pravilno pH vrednost, sodoben material za vgradnjo pa zahteva drugačen pogled na zaščito pred korozijo, če je le mogoče, brez kemikalij.

VDI 2035 so smernice za projektiranje, montažo, polnjenje in vzdrževanje ogrevalnih sistemov za temperaturo ogrevalne vode, ki je nižja od 100 °C. V VDI 2035 niso zajeti sistemi daljinskega ogrevanja. Prav tako se VDI 2035 ne uporablja za sisteme, kjer se uporabljajo sredstva proti zmrzovanju (npr. glikol).

Priporočila niso povezana le s kakovostjo vode, ampak se osredotočajo na preprečevanje treh glavnih virov škode: nastajanje vodnega kamna in vodne korozije ter alkalnost ogrevalne vode. Spodnje informacije so povzetek vseh vidikov ogrevalnega sistema, povezanih z vodo.

Z nabiranjem vodnega kamna se zmanjša prenos toplote, posledica pa je nižja toplotna učinkovitost in povečanje stroškov energije – v skrajnih primerih celo škoda zaradi vročinskih razpok. Vodni kamen nastaja predvsem na mestih ogrevalnega sistema z najvišjimi temperaturami  – na izmenjevalniku toplote v toplotni črpalki. V izogib nastajanju vodnega kamna je treba upoštevati glavni parameter: (skupno) trdoto vode za polnjenje in/ali dopolnjevanje.

Kako preprečiti vodni kamen?

Kako se izognemo vodnemu kamnu? Za zmanjšanje trdote vode in preprečevanje nastajanja vodnega kamna se uporablja mehčanje ali demineralizacija vode za polnjenje in dopolnjevanje.

Za večino ogrevalnih sistemov se priporoča demineralizacijo vode. Demineralizacija po standardu VDI 2035 je primernejša od navadne demineralizirane vode, saj že od samega začetka zagotavlja alkalno pH vrednost.

SISTEM SPECIFIČNEGA VOLUMNA
SKUPNA OGREVALNA MOČ≤ 20 l/kW > 20 do ≤ 40 l/kW> 40 l/kW
≤ 50 kW (≥ 0,3 l/kW*)Brez zahtev≤ 16,8 °dH< 0,3 °dH
≤ 50 kW (< 0,3 l/kW*)≤ 16,8 °dH≤ 8,4 °dH
> 50 kW ≤ 200 kW≤ 11,2 °dH≤ 5,6 °dH
> 200 kW ≤ 600 kW< 8,4 °dH≤ 0,3 °dH
> 600 kW< 0,3 °dH

Priporočene vrednosti za trdoto vode
*Generator toplote s specifično vsebnostjo vode

Tudi pri majhnih ogrevalnih sistemih je potrebna obdelava vode, predvsem na območjih s trdo vodo. Pri večjih ogrevalnih sistemih ali ogrevalnih sistemih v kombinaciji z zalogovnikom se priporoča popolna odstranitev primesi in mineralov iz ogrevalne vode.

Slika 1: Vodni kamen v izmenjevalcu
Slika 1: Vodni kamen v izmenjevalcu

Na vsak milimeter vodnega kamna v izmenjevalcu izgubimo 7 % toplotne energije.

Slika 2: Vodni kamen na obtočni črpalki po 3 letih delovanja toplotne črpalke
Slika 2: Vodni kamen na obtočni črpalki po 3 letih delovanja toplotne črpalke

Kako preprečiti korozijo vode?

Trdota vode vpliva predvsem na tveganje za vodni kamen. Poleg tega je korozija zelo pomemben dejavnik in glavni razlog za okvare in poškodbe ogrevalnih sistemov. VDI 2035 podrobno opisuje različne vrste korozije in poškodbe.

Pomembnejši so glavni parametri vode, ki vplivajo na korozijo v ogrevalni vodi:

  • prevodnost
  • vsebnost kisika
  • pH vrednost
  • inštalacijski materiali
  • mikrobiologija
  • itd.


Čeprav obstaja veliko parametrov, ki vplivajo na korozijo v ogrevalnem sistemu, VDI 2035 podaja le nekaj pomembnih parametrov, ki jih lahko enostavno izmerimo na kraju samem.

Prevodnost

Priporočene vrednosti za prevodnost:

  • Nizka vsebnost soli: > 10 do ≤ 100 μS/cm
  • Vsebnost soli: > 100 do ≤ 1500 μS/cm


Električna prevodnost sama po sebi ni pokazatelj tveganja korozije v ogrevalni vodi, vendar lahko nizka prevodnost zmanjša tveganje za korozijo kovin. Dokler je zagotovljeno, da med delovanjem ni vnosa kisika v sistem, je sprejemljiva višja prevodnost vode. Uporaba kemikalij v ogrevalnem sistemu poveča prevodnost, vendar ne nujno tveganja za korozijo.

Obstaja nekaj razlogov, zakaj je nizka vsebnost soli in demineralizirana voda v večini primerov boljša rešitev:

  • Vnos kisika

V sodobnih ogrevalnih sistemih se difuziji kisika redkokdaj popolnoma izognemo zaradi npr. plastičnih cevi za talno ogrevanje ali obsežne uporabe stiskalnih fitingov, ki jih je enostavno namestiti z zatiskovanjem.

  • Mešane instalacije

Večina inštalacij je izdelanih iz mešanice različnih kovin, kot so železne kovine, nerjaveče jeklo, baker, medenina, aluminij itd. Manjša prevodnost ogrevalne vode zmanjšuje tveganje za bimetalno korozijo.

  • Vrednost pH in zlitine aluminija

V primeru mehčanja ogrevalne vode za doseganje priporočenih vrednosti v skladu s tabelo 1 lahko pH vrednost med delovanjem enostavno preseže 9,0, kar povzroči večjo korozijo aluminijevih zlitin. Zato VDI 2035 za naprave, ki vsebujejo aluminij, ne priporoča mehčanja vode, temveč demineralizacijo.

Videz ogrevalne vode

Videz ogrevalne vode mora biti bister, brez usedlin.

Motna ali obarvana (rumenkasta, rjava, črna) ogrevalna voda je večinoma pokazatelj korozije in/ali mikrobiologije v sistemu.

Tudi najmanjši delci, kot je magnetit, so lahko vzrok za okvare  črpalk in ventilov. Delci umazanije lahko povzročijo erozijo znotraj celotne inštalacije. Sedimentni delci v toplotnih izmenjevalnikih in radiatorjih zmanjšajo prenos toplote, kar povzroča večjo porabo energije.

Slika 3: Zaradi neustrezne vode se hitro razmnožijo razni organizmi.
Slika 3: Zaradi neustrezne vode se hitro razmnožijo razni organizmi.

pH vrednost

Priporočene vrednosti za pH:

  • brez aluminijevih zlitin: 8,2 do 10,0
  • z aluminijevimi zlitinami: 8,2 do 9,0


Vrednost pH je zelo osnoven vodni parameter, ki kaže na kislo ali alkalno reakcijo vode. Tveganje korozije pri določeni pH vrednosti je odvisno od uporabljene kovine: za železne kovine je alkalna pH idealna vrednost za zmanjšanje tveganja korozije nad 8,0, za aluminijeve zlitine pa se priporoča nižja pH (pod 9,0). Zato je priporočeni pH razpon kompromis. Pomembno je vedeti, da priporočila za vrednost pH veljajo za ogrevalno vodo in ne za polnilno ali dopolnilno vodo. Tudi če je takoj po zagonu ogrevalnega sistema pH vrednost pod referenčnimi vrednostmi, lahko vrednost pH med obratovanjem v prvih tednih naraste (samoalkalizacija).

Meritev pH je treba opraviti 10 tednov po začetku ogrevanja ali najpozneje pri letnem vzdrževanju. Če je pH vrednost nekoliko pod 8, vendar je vzorec vode čist in brez delcev, ni potrebno ukrepati. Vrednost pH pod 7,5 je signal za povečano tveganje korozije in VDI v tem primeru priporoča korektivne ukrepe.

Kisik

Čeprav je kisik glavni vir korozije, VDI 2035 iz očitnih razlogov ne priporoča nobenih parametrov za kisik:

  • Za merjenje pravilne vrednosti kisika so potrebne posebne in zelo drage merilne naprave.
  • Izmerjena vrednost kisika je reprezentativna le za kraj, kjer meritev poteka, in ne za celoten sistem, saj kisik zelo hitro reagira s kovinskimi površinami.


Zato se VDI 2035 osredotoča na priporočila za zmanjšanje ali celo izogibanje stalnemu vnosu kisika v sistem:

PROBLEMVIR UKREPANJE V SKLADU Z VDI 2035DODATNO PRIPOROČILO
Lokalno pod pritiskomNeustrezen tlak Pravilno zasnovan in upravljan tlakPregled in menjava ekspanzijskih posod
Zračni žepiNezadostno prezračevanje   Ustrezno odzračevanje med in po postopku polnjenja

  Montaža avtomatskih odzračevalnih lončkov ali ventilov, povečanje pretoka črpalk

DifuzijaSlabše plastične cevi, tesnila, membraneUporaba materialov z nizko prepustnostjo kisika
Raztopljeni kisik

   Raztopljeni kisik v vodi za polnjenje in  dopolnjevanje

Omejitev količine dopolnitvene vode

Plinski mehurčki in plinske blazine

Plini lahko vstopajo v ogrevalni sistem na različne načine:

  • plini, raztopljeni v vodi za polnjenje in dopolnjevanje;
  • lokalni podtlak zaradi nezadostnega pritiska;
  • nastanek s kemičnimi in/ali mikrobiološkimi reakcijami.

Glavna težava plinskih ali zračnih mehurčkov je, da delujejo kot izolacija, ki zmanjšuje prenos toplote, npr. v radiatorjih, ali povzročijo pregrevanje v izmenjevalcu. Poleg tega lahko povzročijo hrup v celotnem ogrevalnem sistemu ali celo kavitacijo in erozijo pri višjih hitrostih pretoka.

Mikrobiologija

Zaradi večje učinkovitosti ogrevalnih sistemov in uporabe zelenih tehnologij ogrevanja se je temperatura v ogrevalnih sistemih v zadnjih letih občutno znižala. Zlasti pri uporabi toplotnih črpalk so običajne temperature pretoka okoli 40 °C in manj.

Nizke temperature lahko spodbujajo mikrobiološko rast v ogrevalnem sistemu, kar povzroči nastanek biofilmov. Biofilmi lahko:

  • negativno vplivajo na prenos toplote, kar povzroči večjo porabo energije;
  • povzročijo lokalno korozijo, t. i. mikrobiološko povzročeno korozijo.

Preprečevanje mikrobiološke rasti je omejeno predvsem na zmanjšanje »hrane« (npr. iz plastičnih cevi ali nekaterih vrst zaviralcev korozije) za mikroorganizme. Če je mikrobiološka rast že prisotna, se priporoča razkuževanje (biocid) v kombinaciji z mehanskim čiščenjem (izpiranje zrak-voda) za odstranitev biofilmov.

Tlak

VDI 2035 jasno navaja, da lahko tlak pomembno vpliva na tveganje korozije v ogrevalnem sistemu. Pravilno zasnovan in delujoč tlačni sistem zagotavlja nadtlak v celotnem sistemu in s tem preprečuje nenadzorovan vnos kisika. S tlakom se prepreči tudi stalno izgubo vode pri varnostnem ventilu in s tem nepotrebno ponovno polnjenje sveže vode z raztopljenim kisikom in vodnim kamnom.

Priprava vode s kemikalijami

V skladu z VDI 2035 je treba uporabo kemikalij omejiti na primere, ko noben drug ukrep ni bil uspešen. VDI 2035 sicer ne prepoveduje uporabe kemikalij.

Povsem jasno je, zakaj VDI 2035 priporoča previdno ravnanje s kemikalijami: namen VDI 2035 je ponuditi celovite, a še vedno praktične in enostavne smernice za nadzor ogrevalnih sistemov. A vendar uporaba kemikalij zahteva več strokovnega znanja in ustreznih orodij za spremljanje:

  • Preveliko ali premajhno odmerjanje kemikalij naredi več škode kot koristi.
  • Upoštevati je treba interakcije z uporabljenimi materiali v inštalaciji.
  • Upoštevati je treba medsebojno odvisnost različnih kemikalij.
  • Zagotoviti je treba pogosto spremljanje.

Uporaba kemikalij ne pomeni, da sistem ni več v skladu z VDI 2035!         

Tehnologije kemičnega kondicioniranja:

OBDELAVAOPOMBE
Stabilizatorji trdote
  • povečanje prevodnostI
  • tveganje za nastanek blata
Zaviralci korozije
  • samo za uporabo v sistemih z neizogibnim stalnim vnosom kisika
  • povečanje »dobre« prevodnosti
  • lokalna korozija zaradi pomanjkanja zaščitne plasti
  • tveganje za nastanek blata in biofilma
Lovilci kisika
  • samo za uporabo v sistemih z neizogibnim stalnim vnosom kisika
  • povečanje prevodnosti
  • ni primerno za vse kovine
  • tveganje za nastanek biofilma
Elektrokemična vezava kisika
  • samo za uporabo v sistemih z neizogibnim stalnim vnosom kisika
  • zares učinkovito samo na mestu vstopa  kisika
  • tveganje za nastanek blata
Alkalizacija
  • povečanje prevodnosti
  • tveganje za nastanek blata in biofilma
Sredstva proti zmrzovanjuSistemi, kjer se uporabljajo sredstva proti zmrzovanju, niso del  VDI 2035. V tem primeru je treba upoštevati specifikacije proizvajalca sredstva proti zmrzovanju (npr. glikola). Kakovostno sredstvo proti zmrzovanju vsebuje dovolj elementov za obdelavo ogrevalne vode (npr. zaviralci korozije), tako da nadaljnja obdelava ni potrebna.


Demineralizacijo ogrevalne vode po standardu VDI 2035 nudimo tudi pri nas v okviru montaže vaše toplotne črpalke, lahko pa jo izvedemo ob rednem servisu.


Viri:

Preprečevanje poškodb v napravah za ogrevanje vode  – nastajanje vodnega kamna in korozije, Verein Deutscher Ingenieure e.V., Düsseldorf 2021