Splošno

Usedline in obloge, kot tudi nalaganje vodnega kamna in korozija, vodijo pogosto do problemov pri proizvajalcih toplote (kotlih in toplotnih črpalkah), prenosnikih toplote in toplotnem distribucijskem omrežju ogrevalnih sistemov. Poleg usedlin se mora predvsem preprečiti korozija. Veličine/parametri, kot so vsebnost kisika in ogljikovega dioksida, pH vrednost in električna prevodnost (vsebnost kalcijevih in magnezijevih soli), igrajo v smislu nastanka poškodb zaradi korozije v ogrevalnih sistemih pomembno vlogo. Tehnična pravila
VDI 2035 del 1, so v izogib poškodbam v ogrevalnih napravah za pripravo sanitarne tople vode in kotlovske vode, iz tega razloga predvidele smernice glede trdote vode, za polnilno vodo v odvisnosti od volumna vode ter moči kotla. Tehnični ukrepi, kot sta razsoljevanje in mehčanje vode, so kot ukrepi za pripravo vode navedeni v VDI 2035 del 2.

Tehnično pravilo VDI 2035 del 1 in del 2, postavlja zahtevo do projektantov, inštalaterjev in vzdrževalcev za preprečevanje poškodb zaradi vodnega kamna in korozije ter usedlin v zaprtih ogrevalnih krogotokih. Upoštevati se mora pri novih napravah, ki se ogrevajo s kotli, oziroma prenosniki toplote in izkazuje aktualno stanje tehnike. Projektanti in inštalaterji morajo v ‘dnevnik naprave’ dokumentirati različne relevantne projektantske in obratovalne parametre.

Ti so glede na VDI 2035, del 1 št. 3.4.2 in VDI 2035, del 2 št. 8.2 sledeči:

volumen vsebnosti sistema,
kupna ogrevalna moč,
pri več kotlovskih napravah tudi ogrevalna moč posameznih naprav,
določitev polnilne količine vode in eventualna količina vode za dopolnjevanje skozi celotno življenjsko dobo naprave,
dodatki za obdelavo vode (vrsta in količina),
ovrednotenje kvalitete vode,
izbira vrste sistema in dimenzioniranje sistema za vzdrževanje tlaka,
izbira materialov, ki tvorijo napravo/sistem,
pH vrednost in
električna prevodnost.

Dnevnik naprave se mora predati vzdrževalcu/lastniku naprave. Vzdrževalec je odgovoren za spoštovanje in uresničevanje pravil, ki jih narekuje VDI 2035. Izvajati se mora kontrola v rednih intervalih (najmanj enkrat letno). Če se vzdrževalcu ni predal dnevnik naprave (glede na VDI 2035, del 2, priloga C), odgovarja v škodnem primeru projektant, oziroma inštalater skozi vso življenjsko dobo naprave. V slednjem primeru se izhaja iz izhodišča, da ni bila izvedena pravilna priprava vode po VDI 2035. Ta smernica velja za naprave s temperaturo predtoka pod 100°C.

Tvorba vodnega kamna

Tvorba vodnega kamna in preprečevanje njegove tvorbe se opisuje v VDI 2035, del 1. V vodi vsebovane snovi lahko vodijo do tvorbe vodnega kamna. Za to so odgovorni tvorci trdote v vodi, to pomeni kalcijeve in magnezijeve soli, ki se lahko pripišejo alkalnosti (hidrogen karbonat in karbonat). S povečevanjem temperature, se tvori iz kalcija in hidrogen karbonata vodni kamen ali kalk (kalcijev karbonat):

Ta proces se odvija v prenosniku toplote znotraj kotla. Tvorba vodnega kamna je odvisna od celotne trdote, oziroma od karbonatne trdote in moči kotla. VDI 2035, del 1, upošteva tudi vpliv volumna vode v celotnem sistemu. Specifična vsebnost vode v sistemu se meri glede na kotel (vir toplote) z najmanjšo ogrevalno močjo (pri več kotlovskih sistemih). Pri nekdanjih velikih kotlih slednje ni igralo odločilne vloge, ampak pri sodobnih kotlih ali elektro-pretočnih grelnikih se morajo upoštevati vrednosti navedene v tabeli 1.

Skupna toplotna moč v kW	Skupna trdota v dH° pri <20 l/kW pri najmanšem kotlu	Skupna trdota v dH° pri >20 l/kW in <50 l/kW pri najmanjšem kotlu	Skupna trdota v dH° pri >50 l/kW pri najmanjšem kotlu
<50	ni zahtev, oziroma <16,8	11,2	0,11
>50 oz. <200	11,2	8,4	0,11
>200 oz. <600	8,4	0,11	0,11
>600	0,11	0,11	0,11

Tabela 1: Izračunane smernice gleda na zahteve VDI 2035, Del 1, Tabela 2.

Mejne vrednosti pridobijo na pomembnosti, če upoštevamo, da večina stavb za ogrevanje uporablja trdo vodo (>12°dH) in uredba EnEV 2009 (pri nas Pures 2) predpisuje uporabo obnovljivih virov. Poleg tega se vse bolj vgrajujejo nizko temperaturni sistemi (npr. talno ogrevanje) ali sistemi, ki potrebujejo hranilnik in imajo posledično povečan volumen kotlovske vode.

PRIMER
ogrevalni sistem ima v originalnem stanju	300 l
ogrevalna moč znaša	18 kW
specifični volumen naprave znaša	17 l/kW
v tem primeru znaša najvišja dovoljena trdota vode	<16,8°dH
vključi se termični solarni sistem s hranilnikom (za dogrevanje)	100 l
volumen v sistemu sedaj znaša	1300 l
specifični volumen naprave sedaj znaša	cca. 72 l/kW
dovoljena trdota vode znaša sedaj	<0,11°dH

Priprava kotlovske vode je v tem primeru nujna!

Glede na pripravo vode, navaja VDI 2035, del 1 in del 2, tri možnosti:

mehčanje – razsoljevanje
stabilizacija trdote
obarjanje trdote

Mehčanje kotlovske vode

Mehčanje vode je v VDI 2035 predstavljeno kot prednostna metoda. Pri tem procesu se tvorci trdote vode (kalcijeve in magnezijeve soli) nadomestijo z natrijem. Vse ostale snovi
ostanejo v vodi. Ne more se več oboriti trdota. Se bo pa v kotlovski vodi povečala pH vrednost. Za to je odgovoren natrijev karbonat, ki se zaradi razcepitve bikarbonata spremeni v natrijevhidrogen karbonat (soda) in s tem povzroči dvig pH vrednosti na preko 9-9,5. To je dobro za navadno jeklo in bakrove zlitine, ampak ne pa za aluminij. Toplotni izmenjevalci v sodobnih kotlih pa so dan danes pretežno iz aluminija, ki se pri pH vrednosti višji od 8,5 razgrajuje.

Tabela 2: Razcepitveni čas bikarbonata v odvisnosti od časa in temperature.

Popolno razsoljevanje kotlovske vode

Druga možnost je popolno razsoljevanje vode. Pri tem postopku se vse v vodi vsebovane snovi zamenjajo. Danes obstajajo za ta postopek uporabni ionski izmenjevalci, ki so sestavljeni iz kationskih in anionskih smol, ki so dobro premešane in se nahajajo v kartušah za enkratno uporabo. Popolno razsoljena voda ne vsebuje pufer deležev, zato se mora uporabiti zaščitna snov, ki zagotavlja pH vrednost pod 8,5. K temu predpisuje VDI 2035/1 pod točko 4.4.2 sledeče:

Opomba: Če je na razpolago delno ali popolno razsoljena voda, se lahko slednja uporabi, če se izvedejo ustrezni ukrepi za zagotovitev ustrezne pH vrednosti kotlovske vode. Pri sistemih, ki imajo vgrajene komponente iz aluminija, je lahko nujno dodajanje inhibitorjev, tako pri mehčanju, kot pri razsoljevanju, v izogib koroziji. Ukrepi zoper korozijo so opisani v VDI 2035, del 2.

Kemični inhibitorji stabilizatorji (npr. Fernox ˝F1˝) imajo poleg ostalih lastnosti tudi lastnost pH regulatorja in so tako idealno dopolnilo k vložkom za popolno razsoljevanje.

Stabilizacija trdote kotlovske vode

VDI 2035, del 1 predvideva stabilizacijo vode kot možnost preprečitve tvorbe vodnega kamna. V nasprotju z mehčanjem se pri tem postopku kalk ne odstrani iz sistema. Glede doziranja/kontrole je potrebno upoštevati navodila proizvajalcev takšnih inhibitorjev (npr. Fernox ˝F1˝).

Obarjanje trdote kotlovske vode

Pri obarjanju trdote se kotlovski vodi dodajajo kemične snovi, ki povzročijo izločanje ‘trdote’ (Ca in Mg soli). V praksi se ta metoda uporablja zelo redko, saj obstaja resna nevarnost nastanka mulja in usedlin.

Korozija

Korozijski procesi v ogrevalnih napravah imajo različne vzroke. Iz kemijskega vidika sta pri koroziji večinsko udeležena kisik in ogljikov dioksid. V korozijsko tehničnem smislu v zaprtem sistemu (pravilni načini in izvedbe vzdrževanja tlaka po VDI 2035, del 2, priloga A) se med obratovalnimi pogoji kisik hitro razgradi, kot kaže raziskava na tehnični univerzi v Dresdnu. Korozija je s tem zaustavljena.

		Z malo soli	Z vsebnostjo soli
električna prevodnost pri 25 °C	ni zahtev, oziroma <16,8	<100	100 – 1.500
Videz		brez usedlin
pH vrednosti pri 25 °C		8,2 – 10,0 *
Kisik	0,11	0,11	0,11

Tabela 3: Smernice za sistemsko ogrevalno vodo

(* Opomba: Pri aluminiju in aluminijevih zlitinah je območje pH vrednosti omejeno.)
Slednje zahteva ustrezno načrtovanje sistema skladno z VDI 2035, del 2, odstavek 8.2. V praksi pa se je žal pokazalo, da v veliko ogrevalnih sistemih nastopijo situacije, ki so opisane v delu 2, odstavek 7.2. Po večini se tvori črn mulj-magnetit, in kot dodaten reakcijski produkt še vodik. Magnetit ima za posledico zamašitev ventilov in poškodbe obtočnih črpalk. Tvorba vodika se v takšnem sistemu opazi kot neprijetni šum pri pretakanju/kroženju kotlovske vode. Slednje se lahko preveri z detektorjem plina, ki ga držimo zraven odzračevalnega ventila na radiatorju. Precej pogosto se izkaže, da je namesto zraka v sistemu vodik. Kar pomeni, da prihaja v ogrevalnem sistemu do korozijskih procesov. Usedline zaradi magnetita, kalka in mulja, predstavljajo občuten korozijski
potencial. Kopičijo se usedline in vodijo do točkastega nažiranja, oziroma luknjičaste korozije.

Mikrobiološka korozija

Zelo nevarna oblika korozije je mikrobiološko pogojena korozija. Pojavlja se na področju nizkotemperaturnega sistema ogrevanja kot je na primer talno ogrevanje. Posebne bakterije reagirajo s snovmi, ki se nahajajo v vodi. Iz sulfata lahko nastane žveplovodik, ki smrdi po gnilih jajcih ter reagira z bakrom in bakrovimi zlitinami. Posledično lahko povzroča korozijske poškodbe. Dodatna možnost so denitrifikacijske (denitrificirati) bakterije, ki tvorijo amonijak iz nitratov. Amonijak lahko tudi reagira z bakrom in bakrovimi zlitinami, in prav tako vodi do korozijskih poškodb. Kot produkt razkrajanja bakterij se lahko tvori tudi sulfat, ki vodi do žveplene kisline, in povzroča korozijo na večini kovin. Normativ O-Norm H5195-1 predpisuje, da je potrebno kotlovsko vodo testirati na amonijak, kar je prvi pokazatelj na sum prisotnosti mikroorganizmov. Da slednje dokončno potrdimo, so potrebne dodatne preiskave. Vključijo se analitični hitri testi, tako imenovani ˝Dip-slides˝(možno jih je kupiti pri proizvajalci sredstev za tretiranje vode kot tako imenovani ‘’Bio check’’ komplet). Biološka rast mikroorganizmov vodi do tvorjenja oblog, tudi pri talnem ogrevanju, kar pomeni neželeno toplotno izolacijo, zmanjšanje preseka cevi in v najslabšem primeru zamašitev in ‘hladno’ linijo. V izogib omenjenim nevšečnostim se mora dodati baktericid. Vneseni baktericidi morajo biti baktericidi širokega spektra, kar pomeni, da morajo učinkovati na različne kulture bakterij. Dober baktericid širokega spektra je Fernox ˝AF-10˝. Slednji se dobro razgrajuje in ne tvori strupenih razgradnih produktov. Za slednje so na razpolago navedbe in testi proizvajalca. Za kontrolo koncentracije baktericida se uporabljajo testni reakcijski merilni listki iz prej navedenega ˝Bio check˝ kompleta.

Onesnaženja kotlovske vode

Onesnaženja predstavljajo močan korozijski potencial. Novi sistemi se morajo po VDI 2035, del 2, odstavek 8.3.2 temeljito izpirati s polnilno ali dopolnilno vodo. Slednje v praksi ni zadostno. Cevi in kovinski sestavni deli v večini primerov niso predhodno očiščeni, in vsebujejo različne ostanke varjenja, spajanja (lotanja) ter paste za spajanje/lotanje. Paste so lahko mastne, agresivne, ki se prav tako kot na rokah, ne morejo splakniti ali izprati le s čisto vodo, ampak je potrebno uporabiti čistilno sredstvo. Za to nalogo je primeren Fernox ˝F5˝. Čistilno sredstvo se mora po postopku čiščenja izprati iz sistema, še le nato se lahko kot polnilna kotlovska voda uporabi npr. razsoljena voda. Za korekcijo/stabilizacijo pH vrednoti se doda Fernox ˝F1˝. Pri menjavi kotlov, se stari veliki kotli pretežno zamenjajo z modernimi kondenzacijskimi kotli. Pri tem gre običajno za kotle z visoko termično obremenitvijo na enoto površine in ozkimi vodnimi kanali, ki se hitro zamašijo. V starih sistemih pogosto najdemo magnetit in otrdel mulj, ki predstavljata velik korozijski potencial in vodita do blokad in poškodb ogrevalnega sistema. Čiščenje starih sistemov je precej zahtevnejše, kot pa novih sistemov. V obeh primerih se po VDI 2035 zahteva strokovna kompetenca. Izobrazba smeri inštalater, oziroma mojster obrti ni zadostna, saj se v omenjenih smereh ne posreduje zadostno poznavanje uporabe kemičnih sredstev. Šolanja ali strokovna podpora s strani usposobljenih podjetij je zato nujna.

Povzetek

Projektant in inštalater morata predati vzdrževalcu/lastniku ‘dnevnik naprave’, kot opisano v uvodu.
Vzdrževalec ogrevalnega sistema je odgovoren za redno vzdrževanje sistema. Izvajati se morajo kontrole v rednih časovnih razmikih (najmanj pa enkrat letno). Vzdrževalec/lastnik sistema lahko odgovornost za sistem prenese na inštalaterja ali usposobljeno podjetje, ki vodi potrebno evidenco v ‘dnevniku naprave’. Uporaba inhibitorjev in postopki čiščenja se prav tako zavedejo v dnevnik naprave. Vsebnost inhibitorjev v sistemu je potrebno jasno označiti.
Ker se dandanes v ogrevalnih sistemih uporablja veliko aluminija, se naj iz varnostnih razlogov kot polnilna in dopolnilna voda uporabi popolno razsoljena voda, ki se jo obdela z ustreznimi inhibitorji za ustrezno korekturo pH.
Pri nizko temperaturnem ogrevanju je potrebno posebej paziti na biološke procese in uporabiti kvaliteten in dobro razgradljiv baktericid.
Če se pri obstoječih sistemih izvedejo naknadne spremembe:

dograditev termičnega solarnega sistema s hranilnikom toplote,
vgradnja novega kondenzacijskega kotla ali več kotlov,
vgradnja ogrevalnega sistema s toplotno črpalko (opomba: pri TČ z dodatnimi elektro grelci, se njihova toplotna moč upošteva pri izračunu) in
kogeneracijske naprave za ogrevanje s hranilnikom toplote.

Nujno je potrebno izračunati specifični volumen vode in zagotoviti polnilno/kotlovsko vodo ustrezne kvalitete (glej tabelo 1).

VIRI

VDI 2035, del 1 (tvorba vodnega kamna)
VDI 2035, del 2 (korozija na vodni strani)
Tehnične podloge proizvajalca Fernox

Boris Gojkošek

Produktni vodja

Kotlovska voda po VDI 2035: preprečevanje kamna in korozije