Splošno

Ogrevalni, oziroma sistemski vodi, njeni kvaliteti ter zahtevam se posveča premalo pozornosti. To je malomarno in povzroča nenačrtovane izpade ogrevanja in draga popravila. Obdelava, oziroma tretiranje vode je posledično smiselno tudi pri manjših sistemih in predstavlja garant za dolgo življenjsko dobo in minimalno število izpadov ogrevanja. Prva izdaja smernice VDI 2035 ‘’Preprečitev poškodb v toplovodnih ogrevalnih napravah, je bila objavljena v 50-ih letih prejšnjega stoletja. Na podlagi tega bi lahko sklepali, da je tema o ogrevalni vodi in njeni kvaliteti, po vsem tem času, večih predelavah in v praksi dobro poznana. V praksi pa obstaja le malo področij, kjer je zaznati pri obrtnikih, oziroma strokovnjakih, večjo potrebo po dodatnem znanju. V praksi obstaja v povezavi z ogrevalno vodo še veliko vprašanj in neznank. Ampak zakaj? Ali se v zadnjih desetletjih ni v ogrevalni tehniki nič spremenilo? Brez dvoma je bilo veliko tehnoloških inovacij, čeprav se zdi, kakor da se te teme razvoj ni dotaknil.

Če pogledamo nazaj v 60. in 70. leta, postane takoj jasno, da je v ogrevalni tehniki prišlo do velikih premikov. Toplotni generatorji so danes bolj kompaktni. Voluminozne litoželezne kotle, pri katerih so imeli v vodi lebdeči delci in sajasti delci veliko prostora, kjer so se odlagali in nabirali, so zamenjali kompaktni stenski kotli, ki zavzamejo majhen del prostora v primerjavi s svojimi predhodniki. Učinkovitost se je lahko, in se je morala izboljšati, iz naslova nenehne rasti cen goriva in nujnega zmanjšanja obremenjevanja okolja. Tako so se pred 25 leti vgrajevali še kotli z normnim izkoristkom 88 %, kar pa danes ni več dovoljeno. Dejstvo je tudi, da je razvoj materialov povzročil pojav novih materialov in zlitin/legur, kar ima za posledico boljšo toplotno prevodnost toplotnih izmenjevalcev in optimizacijo izkoristka. Pri tem ne smemo pozabiti tudi na okolju prijazno obratovanje ter upoštevanje zakonske omejitve v okolje izpuščenih emisij v skladu z uredbo o malih, srednjih in velikih kurilnih napravah. Tudi številne druge izboljšave in novosti na področju ogrevalne tehnike so ključno pripomogle k razvoju naše panoge. Toplotni izmenjevalci so danes veliko bolj kompaktni, kakor tudi izboljšave v regulacijah, ki so vseprisotne, so vplivale na povsem nov videz/dizajn samih ogrevalnih sistemov. Volumen ogrevalne vode je z vključitvijo ploskovnih ogrevalnih sistemov (talno, stensko ogrevanje), kot tudi hranilnikov (za potrebe vključitve solarne in regenerativne energije), močno narasel. Primer: Pri enodružinski hiši je iz 100 do 200 L sistemske vode pred 25 leti, nastalo 1000 L sistemske vode in več. Pri večjih sistemih, večstanovanjskih hišah ali pisarniških stavbah, je volumen ogrevalne vode hitro med 5 in 10 m3. Posledično postane iz navedenih primerov jasno, da ‘’velikost je pomembna’’ in so posledično vse komponente v ogrevalnih sistemih obremenjene s 5 oziroma 10 kratnikom potencialno škodljivih snovi v ogrevalni vodi.

Vloga trdil

Če se trenutno osredotočimo od v vodi vsebovanih snovi samo na trdila (tvorce/povzročitelje trdote vode), se lahko iz 1 m3 vode pri znižanju za 1 °dH izloči skupaj 17,9 g trdil. Pri vodi s trdoto 15 °dH in volumna 200 L, bi to pomenilo 53,7 g. Pri modernih sistemih in vsebnosti vode 2 m3 pa govorimo že o 537 g izločenih oblog, ki se prvenstveno odlagajo na mestih z najmanjšimi pretočnimi hitrostmi in najvišjo temperaturo, kot tudi na vseh komponentah ogrevalnega sistema, ki so v direktnem stiku z vodo. Poleg povečane porabe energije za 10 do 15 %, so spremenjene sposobnosti prenosa toplote in temperature materiala povezane tudi s strukturnimi spremembami, povečanim hrupom oziroma šumnostjo ter nastankom razpok zaradi napetosti v materialu.

Glavni elementi, tako imenovanega ‘’kotlovskega kamna’’, so apnenec (kalcijev karbonat CaCO3), kalcijev silikat (CaSiO3), kalcijev fosfat (Ca3(PO4)2) in kalcijev sulfat (gips CaSO4), kot tudi ustrezne magnezijeve soli. Omenjena mešanica povzroči reduciranje učinkovitosti v celotnem ogrevalnem sistemu. Že samo 1 mm debela obloga ‘’kotlovskega kamna’’ povzroči povečanje porabe primarne in pomožne energije za 10 do 15 %. Poleg tega bo prišlo zaradi oblog do zmanjšanja sposobnosti materiala, napetostnih razpok (še posebej pri toplotnih izmenjevalcih iz nerjavečega jekla), zmanjšanja pretoka zaradi zoženih premerov cevi in zamašenih termostatskih ventilov ter posledično težav s hidravliko. Ogrevalnemu sistemu pa ne povzročajo težav le trde obloge. ‘’Mehke usedline’’, kot na primer kalcijev fosfat, se nalagajo kot mulj v spodnjih predelih radiatorjev in hranilnikov,
kot tudi v ceveh talnega ogrevanja ter vodijo do hidravličnih težav, padca učinkovitosti in pri jeklenih komponentah tudi do korozije. Na sliki 1, je dobro prikazano kako vpliva volumen ogrevalne vode in njena trdota na količino izločenih snovi v vodi.

Slika 1: Potencial izločanja trdil iz ogrevalne vode v odvisnosti od volumna in trdote vode

Če vzamemo za primer srednje veliko več stanovanjsko stavbo iz 90-ih let, ki ima za 110 kW toplotnih potreb in je opremljena s pločevinastimi radiatorji, dobimo skupen volumen vode v sistemu (ogrevalne vode) približno 1m3. Če se znotraj modernizacije ogrevanja vgradi sodoben kondenzacijski kotel (vsebnost vode v kotlu približno 8 L), dobimo razmerje vsebnost vode kotel in vsebnost vode sistem, ki znaša 1:140. Na tem primeru lahko razberemo, s kakšnimi količinami vode in posledično v vodi vsebovanimi snovmi je obremenjeno telo kotla. Ali povedano drugače, enaka količina usedlin se bo sedaj izločala na mnogo manjšem prostoru/površini in bo imela tudi toliko bolj resne vplive in posledice.

Se pa v zadnjih 25-ih letih ni izboljšala samo energijska učinkovitost kotlov, ampak se je istočasno, kot posledica kvalitetnejše gradnje, drastično zmanjšala potrebovana moč kotlov (volumen sistemske vode pa povečal) in s tem je problem vnosa snovi še bolj izrazit. Statistično gledano se skozi življenjsko dobo ogrevalnega sistema (glede na VDI 2035 je to 15 let) zamenja, oziroma dopolni 2 do 3 kratnik volumna sistemske vode, kot posledica predelav ali netesnosti ter odzračevanja. To bi že zgolj računsko pomenilo, da se v sistem vnese 2 do 3 krat toliko snovi, ki lahko vodijo do oblog in tudi do korozije. V praksi pa je lahko realnost še veliko bolj zastrašujoča. Zaradi odzračevanja, difuzijsko ne povsem tesnih membran v razteznih posodah, difuzijsko netesnih cevi iz umetnih mas, difuzijsko netesnih tesnil, ‘’press’’ fitingov, navojnih spojev, mešanih inštalacij ter različne starosti inštalacij, se pogosto zgodi, da se dopolni tudi 4 do 6 kratnik volumna sistemske vode. Poleg tega je potrebno opomniti, da se večinoma ogrevalni sistemi dopolnjujejo nekontrolirano, kar preko navadnih dovodnih cevnih povezav. Iz razloga večjega komforta in nerednih vzdrževalnih intervalov, se pogosto vgrajujejo tudi avtomatske dopolnilne naprave (vodene glede na razliko tlakov), kar ima za posledico nekontrolirano dopolnjevanje in nezavedanje koliko potenciala za obloge in korozijo se je dejansko vneslo.

Slika 2: Primer posledic nalaganja kotlovskega kamna v ceveh

Se pa kvaliteta vode ne tiče samo generatorjev toplote. Velikokrat opazimo (posebej ob začetku ogrevalne sezone), da so termostatski ventili blokirani zaradi oblog in magnetita. Ozki prehodi pri modernih ventilih so veliko manjši od ventilov izpred desetletij in nas opomnijo, da je potrebno vzeti v obzir vse komponente v ogrevalnem sistemu.

Vloga korozije

Starejše inštalacije so se običajno izvajale s ‘’črnimi’’ cevmi. Dandanes se praktično vgrajujejo vsi materiali: baker, jeklo, črno jeklo, C-jeklo, nerjaveče jeklo, iz umetnih mas ali mešani materiali, kot tudi različne zlitine. Pri mešanih inštalacijah je zelo težko najti ‘’srednjo pot’’, ki bo pogodu vsem vgrajenim materialom. Poleg tega vlada na trgu velik pritisk na cene, tako pri samem materialu kot pri storitvah, kar pri odprtem trgu EU in nacionalnih razlikah v kvaliteti, pomeni za obrtnika še dodatne težave. Posledice slabe inštalacije se praviloma opazi šele takrat, ko so težave že vidne, oziroma merljive. Iz tega razloga je potrebno biti na kvaliteto polnilne vode in dopolnilne vode pozoren tudi iz vidika korozije. Pri koroziji so pomembne tudi druge primesi, kot na primer sulfati (soli žveplene kisline), nitrati (soli dušikove kisline) in kloridi (soli solne kisline), ki v odvisnosti od koncentracije in drugih primesi v vodi, doprinesejo h korozivnosti glede na inštalirane materiale v ogrevalnem sistemu.

Tako je na primer normalno jeklo obstojno glede na vodo z vsebnostjo kloridov do 80 mg/l, pri odsotnosti karbonatne trdote in temperature. Če pa obstaja karbonatna trdota >5 °dH, se reducira obstojnost že na 50 mg/l. Če dodatno zvišamo temperaturo na 80 °C, se reducira obstojnost na samo 5 mg/l. Omenjeno področje pokriva VDI2035, zvezek 2.

Slika 3: Občutljivost materialov na korozijo glede na pH vrednost

Vloga bakterij

Pri talnem ogrevanju imamo nizke temperature pretoka in povratnega toka. Slednji reducirani temperaturni nivo je potrebno imeti v mislih, saj predstavlja idealno gojišče za bakterije. Bakterije in mikrobi so prisotni v vsaki pitni vodi. Glede na direktivo o pitni vodi, je v le tej dovoljeno 100 KTE (kolonij tvornih enot) na 100 ml. Če najdejo te bakterije dovolj hrane (npr. organske mehčalce v materialih iz umetnih mas) in idealne bivanjske pogoje (nizke temperature med 25 in 40°C), se njihovo število podvoji vsakih 24 do 48 ur. Pri tem procesu kisik ni nujno potreben. Obstajajo vrste bakterij in mikrobov, ki ne potrebujejo kisika, takšne ki potrebujejo kisik in tudi takšne, ki lahko živijo z ali brez kisika in se enormno razmnožujejo. Spregledan problem pri preveliki obremenitvi z mikrobi v ogrevalni vodi so kemijske reakcije, ki iz tega izhajajo. Pri predelavi hrane, bakterije izločajo kisline, ki v zaprtem krogotoku neizogibno vodijo do padca pH-ja same sistemske vode. Pri tem pH vrednost 5 ni nobena redkost. Dober pokazatelj bakterijske prisotnosti v ogrevalni vodi je neprijeten in oster vonj vode, ko jo izpustimo iz sistema. Posledica prenizke pH vrednosti so izrazite poškodbe zaradi korozije, še posebej na jeklenih inštalacijah in komponentah. Vidni postanejo črni delci v ogrevalni vodi v povezavi z dvigom vsebnosti železa. Temu se pridruži še tvorjenje tako imenovanega biofilma, kar ima za posledico zmanjšan prenos toplote in posledično občutno večjo porabo goriva, oziroma energije. V izogib takšni situaciji se mora v sistem vnesti kvaliteten biocid, ki bo preprečil razrast bakterij. V primeru, da pa že imamo močan razrast bakterij, pa mora pred vnosom biocida, ki bakterije pomori, slediti najprej obvezno čiščenje celotnega sistema in ponovno polnjenje z ustrezno tretirano ogrevalno vodo.

Slika 4: Razrast mikroorganizmov v nizkotemperaturnem ogrevalnem sistemu

Vloga magnetita v ogrevalnih sistemih

Črni delci na sliki 4 so iz magnetita. Do tvorjenja magnetita pride v vsakem ogrevalnem sistemu, ki vsebuje kisik. Kot navedeno že v poglavju o dopolnjevanju vode, obstaja ogromno možnosti za konstanten vdor svežega kisika v ogrevalni sistem. Preko kroženja vode in stika z jeklenimi komponentami se tvori železov oksid, to je magnetit (Fe3O4) v obliki črnega lebdečega prahu. Praviloma so ti delci majhni (<1μm) in se odlagajo kot mastna obloga. Tipične posledice magnetitnih oblog so defekti in izpadi na regulacijskih armaturah in črpalkah, kot tudi občutno zmanjšanje prenosa toplote in posledično učinkovitosti sistema.

Še posebej visoko učinkovite, varčne obtočne črpalke se pri takšni kvaliteti vode hitro pokvarijo. Zaradi EnEV uredbe pa je dovoljena vgradnja le še takšnih črpalk. Za razliko od ‘starih’ črpalk, delujejo visoko učinkovite črpalke na podlagi trajnih magnetov, ki neprestano privlačijo magnetit, oziroma se slednji na njih intenzivno nabira, kar ima za posledico kratko življenjsko dobo. Poudariti je treba, da garancija proizvajalca defekt obtočne črpalke zaradi nabiranja magnetita ne pokriva. V take primeru se poleg čiščenja sistema in ustreznega tretiranja ogrevalne vode, priporoča tudi vgradnja kvalitetnega hidrociklonskega magnetnega filtra.

Slika 5: Obloge magnetita na trajnem magnetu varčne obtočne črpalke

Povzetek

Ne glede na proizvajalca ali blagovno znamko, velja za zaprte ogrevalne in hladilne sisteme, da ogrevalna tehnika in ogrevalni sistemi niso bili še nikoli tako kompleksni kot danes in da volumen ogrevalne vode v teh sistemih še tudi nikoli ni bil tako velik kot danes. Današnje komponente in gradniki ogrevalnih sistemov, se po svoji tehnologiji, kompleksnosti, kot tudi občutljivosti na snovi vsebovane v ogrevalni vodi, ne morejo primerjati s komponentami izpred 20 ali 30 let. Kaj nam torej prinaša prihodnost? Vrnitev k velikim kotlom ali podobne rešitve niso opcija. Bolj je pri vseh deležnikih potreben premik v razmišljanju glede na zahteve do kvalitete ogrevalne vode, implementacije teh zahtev, njihovo pridržanje in njihovo dokumentiranje. Posledično je naloga tako industrije, projektantov, strokovnjakov obrtnikov, kot tudi končnih kupcev, da skupaj dodelamo sprejemljive in v prakso prenosljive rešitve.

Boris Gojkošek

Produktni vodja

Varna priprava ogrevalne vode v modernih ogrevalnih sistemih