Удаление растворенных газов из закрытой системы отопления

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Приветствую участников форума. Сразу прошу прощения за объёмный текст (я довольно дотошный) и, возможно, некоторую сумбурность изложения вследствие неопытности в вопросах отопления. Собираюсь делать систему отопления в одноэтажном деревянном деревенском доме. Установлен настенный газовый котел Аристон с закрытой камерой сгорания и закуплены чугунные радиаторы МС-140. Трубы планируются полипропиленовые. Теплоноситель-вода из колодца. Поскольку по роду основной деятельности к теплогазоснабжению не имею, изучать отопление приходится только теоретически по книгам и форумам. При этом возникло некоторое количество вопросов, на которые не нашел ответа или нашел ответ лишь частично. И один из них связан с удалением растворенных в теплоносителе газов. На форумах с завидным постоянством появляются темы с проблемой постоянного завоздушивания системы. Как я понял, источников появления газов три: а) растворенный воздух в неподготовленном теплоносителе; б) продукт химических реакций в системе (в частности алюминиевых радиаторов с теплоносителем или другими элементами системы, образующими гальванические пары); в) диффузия кислорода через стенки полимерных труб. И если при проблеме только номер 1 худо-бедно организовано воздухоудаление, хотя бы кранами маевского на радиаторах, то при пунктах два и три спускать воздух вручную придется постоянно. Поскольку выделение газов из жидкости зависит от температуры, давления и времени нахождения жидкости под этим давлением, я вижу следующие идеальные варианты удаления растворенных газов:


1) В системе отопления имеется зона с комбинацией вышеназванных параметров, способствующих максимальному испарению газов из теплоносителя, эта зона находится вне радиаторов, и сразу после этой зоны стоит автоматический воздухоотводчик. Причем производительность этой зоны по удалению растворенных газов превышает их поступление в систему. Примерный вариант - сразу после котла (температура максимальна, а насос-самый вероятный источник выделения газов из теплоносителя) труба с горячей водой поднимается на уровень, где будет присутствовать минимальной абсолютное давление в системе, таким образом соблюдается условие для выделения газов по температуре и давлению. Далее вода медленно двигается по горизонтальной теплоизолированной трубе большого диаметра – фактор времени, и естественно эта труба снабжена воздухоотводчиком. Тогда после этой зоны теплоноситель будет иметь минимально возможную в данной системе концентрацию растворенных газов

2) Зона максимального газовыделения находится в радиаторах (чугунные - малая скорость теплоносителя, алюминиевые-газ от химических реакций), но скопления воздуха могут двигаться по течению или против течения теплоносителя к местам сбора и удаления воздуха. Пример - классическая открытая система с естественной циркуляцией, где скопления воздуха двигаются по уклонам труб против медленно движущегося теплоносителя.

3) Комбинация пунктов 1) и 2).

На форумах попадались темы, где были жалобы на то, что при нижней разводке магистралей, нескольких этажах и алюминиевых радиаторах, постоянно завоздушиваются радиаторы верхнего этажа. То есть как я понимаю, газы от химических реакций с алюминием поглощаются теплоносителем в радиаторах нижних этажей (абсолютное давление выше), и выделяются в радиаторах верхних этажей (абсолютное давление ниже), добавляясь к газам радиаторов верхних этажей. Выход вверх невозможен-разводка нижняя, а условия газоудаления в районе имеющихся в системе воздухоотводчиков не соответствуют пункту 1). Итог – постоянная “завоздушенность”.

Разводка подающей магистрали с уклоном, над радиаторами решила бы эту проблему при возможности движения воздуха вверх, к точкам сбора и удаления.

Проблема б) мне не грозит, но дом используется как дача, проживание скорее сезонное, и отопление понадобится только на весну и осень, на зиму планируется теплоноситель сливать (чугун толстый, быстро не проржаветь вроде не должен даже без воды, пластиковые трубы тем более не подвержены коррозии). Оставлять на зиму работающую систему не вариант-лишний расход газа, и бывают отключения электроэнергии. Поэтому систему отопления собираюсь выполнить с уклонами для быстрого слива воды и верхней разводкой подающей магистрали для наполнения системы и выхода воздуха. Чтобы обойтись одним-двумя автоматическими воздухоотводчиками в верхних точках системы, и чтобы система автоматически развоздушивалась после заполнения водой (не бегать с отверткой крутить кучу кранов маевского на радиаторах). При этом с учетом конфигурации дома (обход входной двери и т. п.) у меня получается, что при работе системы вода будет двигаться вниз по уклону, а воздух должен уходить против движения воды вверх. В принципе в моем случае у котла избыточная мощность (11-24 кВт на 70 кв. метров дома), тактование неизбежно, и воздух, выделившийся в радиаторах, в паузах работы котла должен по уклонам труб уйти вверх к воздухосборнику. Но остается принципиальный вопрос, как обеспечить движение воздуха против движения воды в системах с непрерывной работой насоса. В книгах по отоплению дается ответ только для мелких пузырьков, двигающихся в толще воды в горизонтальных и вертикальных трубах.

Частично этот вопрос уже обсуждали здесь
https://www.forumhouse.ru/threads/332435/page-4

А вот вопрос движения уже сформировашихся и всплывших до касания верхней стенки трубы пузырей в наклонных трубах ограничивается одним предложением.

Каменев, Сканави “Отопление и вентиляция”

“В обычных условиях” как-то ненаучно и неконкретно. Тут будет влиять и скорость движения теплоносителя, и давление, и форма пузыря, и изменение давления до/после пузыря при перекрытии им конкретного участка трубопровода.

Беглый просмотр литературы по гидродинамике и механике двухфазных систем (жидкость-газ) дал почти однозначный ответ – точного математического решения вида движения двухфазных сред нет, есть очень приближенные решения, а для конкретной конструкции (в частности трубопроводы нефтедобывающей промышленности, но там давления иного порядка, чем в отоплении, и иные среды) составляются карты состояния двухфазной среды по экспериментальным данным.

Теперь собственно вопрос: кто-нибудь занимался этим вопросом более плотно? Может имеются как раз те самые карты для воды/воздуха в наклонных трубах при скоростях/давлениях, характерных для отопления? Чтобы хоть как – нибудь прикинуть, хватит ли подъемной силы для движения воздуха против воды. Опять же при наличии клапана на подаче в радиатор сможет ли выйти скопившийся/выделившийся в радиаторе газ? Или я раздуваю проблему?

 

Вот именно так.

 

Серьезный подход к "делу" + 5!

Кроме "приближенных" теоретических решений, есть простые / проверенные / эффективные,
...практические.
Например, перестановкой экспанзомата (в закрытой системе) с напорной стороны насоса,
на "всасывающую", добиваемся прекращения "завоздушивания".
При этом, совершенно необязательно знать, что такое "кавитационный порог" насоса
и необходимые условия по Т* и давлению для предотвращения завоздушивания.
Если вопрос решается ..однократно..
А не на уровне реферата / соискания ученой степени..
...
Практические темы о "воздухе", его удалении, предотвращении, и вообще...
- * Как подготовить воду https://www.forumhouse.ru/threads/25232/
- Насос..На обратку или на подачу? https://www.forumhouse.ru/threads/81042/
Расш. бачок - ДО или ПОСЛЕ насоса? https://www.forumhouse.ru/threads/226874/#post-7292686
...
Еще короче:
1. Прокипятите воду перед заливкой в СО. (до заливки держать в герметично закрытой таре)
2. Не "зажимайте" до "расчетных" диаметры труб, дайте "в плюс".
...
3. Если будет выполнен п..2, совет "Не ставьте слишком сильный насос" уже не актуален.
...
Про "кислородопроницаемость" - много разговоров, но у "полстраны" ППР трубы "защитного слоя"
не имеют.
...Им (и металлическим элементам в СО) достаточно (для "неприятностей") того кислорода, что не был удален ДО залива и не вышел в процессе
работы из-за .."избыточного" давления в СО и недостаточно высокой Т* для его удаления.
...
Это картинка о "Скорости и времени" растворения...
Под давлением "р"
(Более применима в ..производстве газировки)

..А вам надо "об удалении при температуре..."..и, желательно, при атмосферном (!) давлении.

 

Этот вопрос плотно стоит при монтаже СО с естественной циркуляцией. В Вашем случае все решается посредством установки автоматических спускников, на каждый радиатор. Или разводка труб должна не мешать выходу воздуха вверх. Второй этаж, в обязательно порядке с автоматами спускниками, раз уж Вы :

... и не бегать крутить краники Маевского. Но следить за работоспособностью спускников, придется при каждой заливке системы.

Этим источником (зоной) может быть ТЭн котла, остальное сложно создать, не накосячив при монтаже или выбрав слишком мощный насос.

Насос не должен останавливаться, при отключении котла. Остановить можно, но получаем неравномерность нагрева и остывания батарей.

Этого не требуется, если в системе при заполнении не останется воздуха. А посему:

использовать только подачу с самой нижней точки...
@1010101, Все остальное, а при правильном монтаже останется не так уж и много, выпустят спускники, а РБ пополнит запасы системы.

 

Я понял, что я упустил важную вещь. При рассмотрении растворимости воздуха в зависимости от давления, я думал об абсолютном давлении, а надо отминусовать динамическую составляющую?

Вы это имели в виду - переход статического давления в динамическое при уменьшении диаметра трубы и увеличения скорости воды?

 

...Вы, пож. не пугайте словами..
Наверняка скажу то, что "переходы" давления из "одного в другое" есть, и с воздухом связаны,

И это тоже.
но только связаны одним единственным, "гидростатическим" давлением.
..В которое, "гидростатическое", не оч. академически, можно зачислить ВСЕ, что его повышает в СО.
В т. ч. и циркуляционное давление насоса.
А потому, "заход" через "динамическое" давление, с "выходом" на г/статическое - оч. ..извилист.
Смотрите сразу только на г/ст. давление..
Оно, вместе с температурой (!) - главный "подавитель" или "освободитель" растворенного воздуха и др. газов.
Кстати, штатные манометры водяных систем, именно его, г/ст. давление и измеряют. В точке установки.
Поэтому нам "интересно" только г/статическое давление.
..Манометры меряющие "динамическое давление", имеют, имхо, только лаборатории, которым это "интересно".

Не знаю, учитывали вы его или нет,
но это ..один из "участников" повышения / понижения "общего". г/ст. давления в СО.
Ему в пару - РБ и точка его врезки, от которой тоже, кое-что зависит.
А именно - участки с "напором" насоса и участки с "разрежением" от работы насоса.

/Насос..На обратку или на подачу? https://www.forumhouse.ru/threads/81042//

 

Высоту над уровнем моря. Пардон за флуд...

 

Так вот и получается, что "общее" - это абсолютное, которое повышается после насоса, и по уравнению Бернулли (я из Викпедии картинку с формулой и описанием дёрнул) оно состоит из гидродинамического+гидростатического. И при изменении диаметра труб/скорости одно переходит в другое, а сумма не меняется (ну если не учитывать потери на трение и труба горизонтальная). А в книгах при упоминании растворимости упоминается гидростатическое. Хотя наверное тоже рассматривалась неподвижная жидкость, где гидростатическое равно абсолютному. На лопатках насоса скорость увеличивается - гидростатическое переходит в гидродинамическое и уменьшается. Отсюда и кавитация. Возможно для движущейся жидкости надо от абсолютного отнять динамическую составляющую.

 

Это к растворимости и атмосферному давлению над слоем воды?
Так мы про закрытую систему. Или я не понял комментария.

 

Я вам уже ..отписал - "смотрите" только на гидростатическое / общее, без взглядов в сторону
"динамического" давления и переходов... Если, таки вы о воздухе в СО /воде (?)
Иначе сами себя запутаете. Этой ..динамической составляющей...
Понизить г/ст и всякое другое, "избыточное" давление в воде можно даже без "динамики",
"высасывая" воду из перекрытой трубы...хоть до абс. вакуума.
Иногда это делает и насос. . В меру сил, естественно.
...
Рассматривать вопросы на уровне "Всего Бернулли!", с пьезометрами, на форуме / разделе "Отопление", имхо, неудачное решение.

 

Дробь в данном случае как равенство или отношение?
Под общим я понимаю абсолютное
, а гидростатическое , и оно меньше для движущейся жидкости.
ро вэ квадрат это фактически мера кинетической энергии потока, а p - потенциальной. И на растворимость кинетическая наверное не влияет, значит ее надо отминусовать. Вобщем надо учебники по гидравлике полистать.

Здесь вроде понятно.
Воздух в РБ - это упругий элемент в системе с несжимаемой жидкостью, держит абсолютное давление недалеко от входа насоса не ниже паспортного для насоса по условиям отсутсвия кавитации. Мембрана отделяет упругий элемент от теплоносителя.

Так как-то само-собой получилось, в связи с воздухом, а натолкнуло на это вот это сообщение:
https://www.forumhouse.ru/posts/10646320/

 

..По просто, имху, эта дробь - то самое, динамическое давление...
В смысле, чему равно и от чего зависит. Подставляем цифровые значения "букв", имеем то самое,
динамическое давление, в соотв. единицах.
А вот "равенство" это или "отношение"...

Ну и правильно (?) понимаете.
Яндех наполнен всеми формулировками.
Вместо абсолютных, выше оговорился, что "у меня" это - гидростатическое-статическое.
Измеряемое манометром, в конечном итоге.

С этого надо было начинать. Во вложении - "вводная", т. с. часть, доступная загрузчику.

...Золотые слова, в точку!

Поймали на слове, Спасибо! . Хотя упомянуто было "к слову", о пользе постоянной скорости, без участков "разрежения"..

 

Полистал книги, да действительно гидростатическое давление при движении преходит в гидродинамическое, и его надо отнимать, но при скоростях воды отопления эта величина получается незначительной по сравнению с абсолютным средним давлением в трубах и ею можно пренебречь. Если взять скорость1 м/с и плотность воды 1000 кг/м.куб., то гидродинамическое давление всего 500 Па - ничто по сравнению с давлением в системе. Имеют значение только изменения давления в завихрениях турбулентного движения, а не в среднем по трубе.
Нашел книгу Розенберг Л. Д. Физика и техника мощного ультразвука. Том 3. Физические основы ультразвуковой технологии М. 1970.
Там целая глава, посвященная содержанию газа в жидкостях, даже влияние космических частиц упоминается.

В общем делаю вывод, что на газовыделение может сильно влиять скорость жидкости в прямолинейных участках труб, а не только в местных сопротивлениях, и "зажатие" диаметров при сохранении расхода этому способствует. Поэтому получается, что может "воздушить" длинная подводка малого сечения к радиатору больше, чем в нем успевает равствориться, оттуда и "пробка" в радиаторе. А вот цифр, которые нужно было бы учитывать в условиях (типа соотношение скорости/длины подводки) отопления, пока нет.

 

Попробую дополнить ..Рипкена и Киллена [4}

Что происходит (?) при "вихреобразовании"?
А происходит все та же, неравномерность давления в "вихре".
- Например, одна из "мощных" струй оставляет за собой зону разрежения,
(Потому у ..седана заднее стекло чистое, а у "хетч-бека" постоянно грязное...)
..А "струй" в потоке много. Соответственно и зон разрежения, в самой причудливой (турбулентной) форме.
С кавитационными микропузырьками, по "итогу на выходе".
Т. е. конфигурация / резкие переходы порождают и зоны разрежения.
В трубах и арматуре.

Э. С. Арзуманов.
Кавитация в местных гидравлических сопротивлениях.


"В тему" будет один из "советов" учебника, по предотвращению кавитации, который проще всего.
Правда, о нем надо думать "до того, как"...
..
..Предотвращение явления кавитации в местных сопротивлениях достигается
следующими способами:
1) Изменениями гидравлических режимов местного сопротивления.
2...
3...

..И изменения должны быть в сторону меньшей скорости, естественно.
Но ..при сохранении нужного / необходимого расхода.
- Это
а) тот самый "запас диаметра" для невысокой скорости в трубе.
За "невысокую" можно считать 0,3-0.5 м/с.
и
б) Соответственно, "ненапористый" насос, удовлетворяющий потребности СО.
...
Все "экстремальные" (они же экономичные-расчетные) решения, типа тонких труб с мощным насосом - заранее "склонны" воздушить постоянно и в любом ..изменении "профиля" потока, даже после "выхода" растворенного воздуха из свежезалитой воды в СО.

 

..
Почитав еще раз, "углубленно" ваш "скан" и "сопоставив", т. с. некоторые моменты,
родились ..ни к чему не обязывающие "мысли":



А не "это" ли наводит на мысли создателей "диффузинного барьера" в ПП-трубах?
Ведь по "их" логике, растворенному воздуху, а тем более, пузырькам его,
- неоткуда(!) взяться в закрытой системе... (если бы! )
кроме, как ..через стенку трубы...
- Кислородо-содержание и все такое...
Ведь не все же "Рипкины с Килленами".. И не все делают "эксперименты".
Интересно, был бы такой "эффект Рипкина и Киллена" в трубах с "антидиффузным" слоем..
Скорее всего (!) был бы.
Ведь это дело "внутреннее" и для потока в трубе - чисто "собственное, и ни от каких "слоев" независимое...
...
С другой стороны, если предположения от "Рипкина - Киллена" верны, то...
То выходит, что "антидиффузный" слой - что, пардон, "рыбе зонтик".
- "Вихри", своим разрежением накачают вам столько воздуха / кислорода / "свободного газа"
что проходящему "через стенку трубы", и не снилось...
И эти ..вихри - рабочий режим, между прочим. Хотя и заметен, только в "максимуме", когда воздух забьет радиаторы по верхнюю пробку, с прекращением циркуляции..
И ладно, "вихри" от просто движения воды
+ давно известное разрежение на всасывающем патрубке насоса
+ снижение кавитационного "порога" насоса при повышении (!) температуры.
+ кавитационные явления в местах с наивысшей скоростью (рег. арматура)
Итого - "газов", выходящих из воды СО - некуда девать!
Кроме, как в "автовоздушник", их удаляющий.
Из "закрытой"(!) системы, между прочим.
...
..Деликатный "момент" - что? / где? когда? будут еще искать "антидиффузники" (?) обнаружив ..растворенные "газы" в воде самых, что ни на есть "антидиффузных" труб..
Ведь все эти (!) проблемы с "воздухом" есть и были ДО их появления...
И никуда (!) не исчезли с внедрением "антидиффузного слоя" на ППР.