partner nieuws

Luchtafscheiding in klimatisatie-installaties

Installatiebranche

Radiatoren moeten gevuld zijn met water, niet met lucht. Anders zakt het rendement, kunnen er defecten optreden en kan je geluidshinder krijgen. In dit artikel leggen we uit hoe lucht in de radiatoren kan komen, wat de mogelijke gevolgen zijn en hoe men zich hiertegen moet wapenen.

Lucht

Lucht veroorzaakt alleen maar problemen in verwarmings- en koelinstallaties. Elke vakman zal dit beamen. Vaak gehoorde klachten zoals radiatoren die niet de voorziene warmte afgeven, storende borrelende geluiden in de radiatoren en regelmatig handmatig moeten ontluchten, zijn allemaal toe te schrijven aan lucht in de installatie. En dan zijn er nog de klachten die pas na langere tijd naar boven komen zoals pompen die vroegtijdig kapot gaan en het doorroesten van radiatoren en leidingen. Kortom klachten die men allemaal liever vermijdt.

Oorzaken

Het luchtprobleem  begint al bij het vullen van de installatie. Water bevat nu eenmaal een hoeveelheid opgeloste lucht. De hoeveelheid lucht die opgelost is in water is afhankelijk van de druk en de temperatuur en wordt beschreven in een fysische wet (wet van Henry). In onderstaande tabel vindt men, afhankelijk van de druk en de temperatuur, de maximale  hoeveelheid opgeloste lucht per kubieke meter water. 

 

   

Uit deze grafiek blijkt dat, op het ogenblik dat de installatie gevuld wordt met water van 20°C tot op een druk van 2 bar, er tegelijkertijd met elke kubieke water, maximaal 35 liter opgeloste lucht de installatie in gaat.  Gaat men nu het water opwarmen tot op 80°C dan kan er nog maar maximaal 18 liter lucht opgelost zijn in het water en wat tot gevolg heeft dat er 17 liter lucht vrij komt.

Uit deze grafiek blijkt duidelijk dat hoe hoger de temperatuur oploopt, hoe meer lucht er vrijkomt. Deze lucht neemt de vorm aan van kleine luchtbelletjes met een diameter van enkele tienden van millimeters. Deze kleine luchtbelletjes , ook wel microbelletjes genoemd, worden constant gevormd in de verwarmingsketel (warmste plaats in de installatie) en op plaatsen waar cavitatie optreedt.

In de verwarmingsketel , op het scheidingsoppervlak tussen het metaal van de verbrandingskamer en het water dat zich in de ketel bevindt, worden het grootste deel van deze microbellen geproduceerd. Deze chemische reactie kennen we allemaal van de pot water die we op het fornuis zetten om het water te laten koken. Net voor het koken worden er ook van deze microbellen gevormd op de bodem van de kookpot. De gevormde microbellen worden meegevoerd met het water en moeten uit de installatie verwijderd worden, voor ze de hierboven aangehaalde problemen kunnen veroorzaken.

In mindere mate worden er ook microbellen gevormd in de pompen en in de regelafsluiters als gevolg van cavitatie. De microbelletjes ontstaan daar waar de vloeistof een zeer hoge snelheid en tegelijkertijd een drukverlaging kent.  Deze situatie komt voornamelijk voor op de pompschoepen en in klepzittingen. Deze luchtbelletjes kunnen achteraf als gevolg van het cavitatieverschijnsel, imploderen en de pomp of de regelafsluiter beschadigen.

Een derde oorzaak van lucht in een klimatisatie-installatie is het binnendringen van lucht van buiten de installatie naar binnen. Dit kan gebeuren door lekkages, maar ook door zuurstofdiffusie via kunststofleidingen en door insijpeling via kranen of automatische ontluchters. Procentueel is deze oorzaak van lucht echter minder belangrijk dan de twee vorige oorzaken.

Oplossingen

De perfecte oplossing voor dit luchtprobleem bestaat uit een oplossing in 3 fases. In een eerste fase wordt de lucht met behulp van een luchtafscheider verwijdert. Dit gebeurt op een plaats in de vertrekleiding, zo dicht mogelijk bij de verwarmingsketel. Men kiest op deze plek voor een luchtafscheider omdat dit type ontluchter veel meer lucht uit de installatie haalt dan bijvoorbeeld een automatische ontluchter en vermijdt men dat een hoeveelheid van deze luchtbelletjes in de installatie terechtkomen. In een tweede fase gaat men de lucht die door cavitatie en insijpeling in de installatie is gekomen, verwijderen met behulp van automatische ontluchters. De restlucht die dan nog in de installatie aanwezig is, kan men dan in een derde fase met behulp van automatische of handbediende radiatorontluchters evacueren.

Luchtafscheiders

Zoals hierboven reeds vermeld, worden luchtafscheiders in de installatie zo dicht mogelijk bij de ketel geplaatst. Zij worden het best geplaatst in de (warme) vertrekleiding en voor de circulatiepomp.

Op die manier plaatst men ze vlak bij de grootste luchtbellenbron in de installatie en zijn de belletjes reeds geëvacueerd voordat ze de  toestellen die zouden kunnen beschadigd kunnen worden door de lucht, bereikt hebben.

Bij koelinstallaties worden luchtafscheiders in de (warme) retourleiding, vlak voor de circulatiepomp en de chiller (koelmachine) geplaatst.

De meeste fabrikanten hebben zowel horizontale luchtafscheiders (voor montage in horizontale leidingen) als verticale modellen (voor montage in verticale leidingen) in hun programma. Luchtafscheiders moeten immers steeds gemonteerd worden met het ontluchtergedeelte rechtop.

De meeste luchtafscheiders werken volgens dezelfde fysische processen. Centraal in de luchtafscheider vindt men een waaiervormige structuur die turbulentie in de waterstroom veroorzaakt. Deze turbulentie veroorzaken verschillen in snelheid en druk die het vrijkomen van de luchtbellen mogelijk maakt. Door moleculaire aantrekkingskrachten gaan deze luchtbelletjes zich verzamelen op het oppervlak van deze waaier. De luchtbellen gaan zich ophopen, worden groter in volume en op het ogenblik dat de hydrostatische stuwkracht groter wordt dan de moleculaire aantrekkingskracht, gaat de luchtbel naar boven ontsnappen en naar de luchtkamer stijgen. Daar zal ze dan via de automatische ontluchter ontsnappen.

Ophoping van luchtbellen op waaiervormige structuur

Caleffi heeft er voor gekozen om de doorlaat en de diameter van zijn luchtafscheiders te vergroten. Hierdoor gaat de snelheid van water in de luchtafscheider verlagen en hebben de luchtbellen meer tijd om zich vast te zetten op het rooster in het midden. Hierdoor stijgt het effectieve ontluchtingsdebiet. Verder heeft Caleffi , afhankelijk van het type,  voor een centraal element in kunststof of RVS gekozen, wat de levensduur verhoogt. Bovendien heeft men  gekozen voor een netvormige structuur met rechthoekige mazen, die men in waaiervorm gemonteerd heeft. Hierdoor verkrijgt men een veel kleiner drukverlies over de luchtafscheider. Bovenaan monteert  Caleffi een volledig demonteerbare naaldontluchter , die minder snel verstopt en een groter ontluchtingsdebiet heeft dan de  gebruikelijke veerontluchters.

Automatische ontluchters

Omdat het ontluchtingsdebiet van automatische ontluchters kleiner is dan van luchtafscheiders, worden zij meestal verderop in de installatie geplaatst en niet vlak na de verwarmingsketel. Automatische ontluchters worden ook niet tussen de leiding gemonteerd, maar op een hoog punt. Je vindt automatische ontluchters  meestal terug op het hoogste punt van de installatie, bovenaan stijgleidingen en op collectoren van vloerverwarmingsinstallaties. 

Er zijn op de markt 2 soorten automatische ontluchters verkrijgbaar, de naaldontluchters en de veerontluchters. Beiden werken volgens hetzelfde principe, enkel het afsluitmechanisme is anders. Beide types hebben een vlotterkamer die gedeeltelijk gevuld is met water. Op dit water drijft een vlotter. Wanneer er lucht uit de installatie wil ontsnappen, zal dit zich gaan ophopen bovenaan in de vlotterkamer. Daardoor daalt het waterniveau, daalt de vlotter en trekt zo een naald of een veer met afsluitdopje naar beneden. Daardoor ontstaat er een opening naar buiten en de opgehoopte lucht kan ontsnappen.

                         Links een veerontluchter en rechts een naaldontluchter

Het  voordeel van naaldontluchters is dat het effectieve oppervlak waarlangs de lucht kan ontsnappen, groter is dan bij een veerontluchter.  Dit maakt dat het ontluchtingsdebiet van naaldontluchters groter is dan bij veerontluchters. Bovendien zijn ze minder gevoelig voor vuil dat in de installatie zit en het ontluchtingskanaal kan blokkeren. Het gevolg van deze vuilophoping is dat de ontluchter niet meer zal functioneren en dat er water via de ontluchter uit de installatie zal lekken. Om dit te voorkomen bieden sommige leveranciers ontluchters met hygroscopische veiligheidkapjes aan. Deze kapjes bevatten ringetjes uit cellulose vezel die opzwellen als ze in contact komen met water en zo de ontluchter afsluiten. Als ze in contact staan met lucht ontzwellen ze weer en kan de lucht ontsnappen.

Hygroscopisch veiligheidskapje van Caleffi 



Ook een afsluitklep of waterslot is een vaak gevraagd onderdeel bij automatische ontluchters. Deze klepjes die onderaan de ontluchter gemonteerd worden, zorgen ervoor dat, wanneer de  ontluchter later moet vervangen worden, het water dat uit de installatie lekt, tot een minimum beperkt kan worden. Indien men ontluchters zonder waterslot gebruikt, zal men dus niet alleen de ontluchter moet vervangen, maar ook nog  de installatie moet bijvullen met leidingwater.

Afsluitklep of waterslot van Caleffi

Handmatige ontluchters

Door slecht werkende luchtafscheiders of de plaatsing van te weinig of slecht werkende automatische ontluchters, kan er zich nog steeds lucht in de installatie bevinden. Deze lucht gaat zich uiteindelijk ophopen op  plaatsen zoals in radiatoren en convectoren. Om dit allerlaatste restje lucht toch nog uit de installatie te kunnen laten ontsnappen, plaatst men op die toestellen handbediende ontluchters. De meeste fabrikanten bieden handmatige ontluchters aan in diverse modellen en diverse afmetingen. De nieuwste tendens voor deze producten is, dat men ook voor dit soort toepassingen overgaat naar kleine automatische ontluchters. Deze worden dan voorzien van  hygroscopische afdichtringen om lekken te vermijden. Deze ontluchters worden meer en meer toegepast bij hoge designradiatoren, waar de ontluchter moeilijker bereikbaar is. Maar omwille van het gemak vinden zij ook stilaan hun intrede bij de standaard radiatoren.

Automatische hygroscopische ontluchter voor plaatsing op radiatoren

                                                     

Reageer op dit artikel