Pompy ciepła - separacja zanieczyszczeń

Pompy ciepła - separacja zanieczyszczeń z wykorzystaniem rozwiązań Caleffi Hydronic Solutions

 

 

Instalacja grzewcza oparta na pompie ciepła nie będzie działać wydajnie i bezpiecznie bez odpowiedniego systemu zabezpieczeń i filtracji zanieczyszczeń.  Specjalnie dla nas, p. Przemysław Dutka - doradca techniczny Caleffi, przygotował opracowanie dot. zabezpieczenia instalacji pompy ciepła przed zanieczyszczeniami z użyciem separatorów Caleffi. Artykuł powstał na podstawie wiedzy doradców technicznych firmy Caleffi, którzy podzielili się bogactwem wiedzy zgromadzonym przez tę firmę przez kilkadziesiąt lat. Zapraszamy do lektury.

 

Potencjalne zagrożenia występujące w instalacjach

Caleffi, jako firma globalna, znana jest na rynkach międzynarodowych oraz w Polsce, jako dostawca wysokiej jakości elementów przeznaczonych do zabezpieczenia instalacji sanitarnych. Kilkudziesięcioletnia współpraca firmy z czołowymi dostawcami źródeł ciepła pozycjonuje markę Caleffi jako eksperta w dziedzinie ochrony źródeł ciepła. Unikatowe rozwiązanie Caleffi z serii 108 zabezpieczające powietrzne pompy ciepła typu monoblok, stało się niewątpliwym sukcesem sprzedażowym na polskim rynku. Pompy ciepła składają się z wielu elementów. Warto zwrócić uwagę na zagrożenie, jakie występuje w niemal każdej instalacji, czyli na zanieczyszczenia.

 

Na samym początku odpowiedzmy sobie na pytanie: jakie formy zanieczyszczeń mogą występować w pracującej instalacji centralnego ogrzewania?

Będą to między innymi:

• osady pochodzenia mineralnego (tzw. kamień kotłowy)
• cząstki zawieszone (piasek, cząstki metalu, ciała obce) pochodzące z sieci wodociągowej lub dostające się do instalacji w trakcie jej wykonywania lub konserwacji (resztki spawalnicze, konopie, smary)
• produkty korozji tlenowej materiałów wykorzystanych do wykonania instalacji
• szlamy, które są efektem połączenia tlenków, olei użytych podczas produkcji elementów, takich jak np. grzejniki oraz osady mineralne.

 

Wszystkie powyżej wymienione zanieczyszczenia mogą znacząco obniżać sprawność systemu oraz jego żywotność, a to bezpośrednio przekłada się na koszty ogrzewania! Warto zatem już na samym początku przygody z pompą ciepła wybrać odpowiednie rozwiązania, które w najlepszy sposób zabezpieczą nam zarówno nową, jak i modernizowaną instalację.

 [product category_id="217" limit="4" getFromMainCategory="false" onlyAvailable="true"]

Jak wybrać dobre zabezpieczenie pompy ciepła?

Rynek jest zalany różnego typu urządzeniami. Jak w takim natłoku wybrać to odpowiednie, skoro większość z nich na pierwszy rzut oka wygląda tak samo, a każdy z producentów zapewnia, że to właśnie jego produkt jest tym jedynym? 

Zacznijmy w takim razie od początku i od najprostszego zagadnienia, jakim będzie usunięcie “grubszych zanieczyszczeń”. Do tego posłuży nam najprostsze rozwiązanie, jakim jest filtr siatkowy. Tutaj należy zaznaczyć, że tego typu rozwiązanie nie może być jedynym sposobem eliminacji zanieczyszczeń, a same filtry nie są w stanie zabezpieczyć systemu przed najgroźniejszymi zanieczyszczeniami!

 

 

Filtry siatkowe z serii 577 i 579 

Zasada działania tych podstawowych elementów opiera się  na mechanicznym oddzieleniu zanieczyszczeń, które zostają zatrzymane na wkładzie filtracyjnym. Podstawowym parametrem charakteryzującym filtr jest średnica oczka siatki (lub pojemność filtracyjna). Wielkość ta definiuje rozmiar cząstek zanieczyszczeń, które mogą być przechwycone przez filtr. Przykładowo, za pomocą filtra o średnicy oczka siatki wynoszącej 0,4 mm (400 μm) można usunąć zanieczyszczenia o średnicy większej bądź równej tej wartości.

Jak przedstawiono na Rysunku 2 (niebieskie pole), filtry nie są w stanie skutecznie usunąć z wody instalacyjnej cząsteczek piasku, rdzy oraz cząstek magnetycznych, a tych ostatnich w przypadku standardowych filtrów bez dodatkowego elementu magnetycznego.

 

 

 

Należy również zwrócić uwagę na fakt, że gromadzące się zanieczyszczenia powodują zwiększenie strat ciśnienia generowanych przez filtr. Strata ciśnienia w 70% zanieczyszczonego filtra wzrasta około czterokrotnie w odniesieniu do czystego urządzenia. Dlatego właśnie niezwykle istotna jest okresowa kontrola stanu zabrudzenia filtra!

Jednak pomimo swoich wad, należy zauważyć, że filtry zatrzymują zanieczyszczenia już podczas pierwszego uruchomienia, co stanowi ich niezaprzeczalną zaletę. Niestety ograniczenia dotyczące sprawności wykluczają obecnie ich samodzielne stosowanie w instalacjach, gdzie największe zagrożenie stanowią drobne zanieczyszczenia (poniżej 200 μm), w tym zanieczyszczenia ferromagnetyczne. 

 Aby zapewnić najwyższą sprawność usuwania zanieczyszczeń w systemie z zainstalowanym filtrem siatkowym należy zastosować separator zanieczyszczeń z elementem magnetycznym. To rozwiązanie dokładnie opisujemy na samym końcu artykułu. Teraz natomiast zajmijmy się  filtrami z wkładem magnetycznym. To rozwiązanie powstało w celu zabezpieczenia systemu przed “grubszymi zanieczyszczeniami” oraz cząstkami ferromagnetycznymi. Ze względu na zastosowanie wewnątrz urządzenia wkładu wykonanego z siatki filtracyjnej, posiada wszystkie wady, jak również zalety filtra skośnego, który opisano powyżej. Dodatkowy wkład magnetyczny ma na celu usunięcie drobnych zanieczyszczeń ferromagnetycznych. Przykładem tego typu rozwiązania może być DirtmagMini®. 

 

 

W przeciwieństwie do tradycyjnych filtrów skośnych oraz podobnych rozwiązań oferowanych na rynku, w tym przypadku uproszczono proces czyszczenia wkładu filtracyjnego. Specjalna konstrukcja pozwala na wypłukanie zanieczyszczeń zgromadzonych na wkładzie wewnętrznym poprzez wymuszenie przepływu zwrotnego. Eliminuje to konieczność rozkręcania korpusu urządzenia w trakcie standardowego czyszczenia. Proces przedstawiono na Rysunku 4.

 

 

Proces czyszczenia

Dzięki zastosowaniu wkładu magnetycznego o dużej mocy (13000 Gausów), z czynnika eliminowane są wszystkie zanieczyszczenia ferromagnetyczne, które w instalacjach stanowią potencjalne zagrożenie dla większości jej elementów. Niestety takie rozwiązanie, w połączeniu z wkładem filtracyjnym, nie pozwala na eliminację wszystkich zanieczyszczeń.

W tym miejscu dochodzimy do punktu, gdzie do gry wkraczają separatory zanieczyszczeń, czyli urządzenia charakteryzujące się najwyższą sprawnością w zakresie eliminacji zanieczyszczeń z obecnie dostępnych na rynku rozwiązań. Dzięki wykorzystaniu zjawiska wytrącania pod wpływem grawitacji możliwa jest separacja cząstki o średnicy do 0,005 mm (5 μm), czyli wielokrotnie mniejsza niż w przypadku filtracji.

 [product category_id="813" limit="4" getFromMainCategory="false" onlyAvailable="true"]

Sam proces separacji grawitacyjnej opiera się na połączeniu kilku zjawisk fizycznych:

• zmniejszenie prędkości medium - sprzyja grawitacyjnemu opadaniu zanieczyszczeń w komorze gromadzenia,
• wewnętrzny element  - powoduje wytrącenie z przepływającego medium zanieczyszczeń, które opadają do komory zlokalizowanej w dolnej części urządzenia.

 

Separacja następuje w sposób ciągły, a całkowite usunięcie zanieczyszczeń wymaga kilkudziesięciu cykli pracy instalacji. Z tego właśnie względu należy stosować filtry siatkowe, które usuną “grubsze zanieczyszczenia” w fazie uruchomienia. Na rysunku 5 przedstawiono przykłady zanieczyszczenia, które mogą być usunięte przy pomocy separatorów (zielone pole). Porównując wykres z Rysunku 2 i 5, doskonale widać jak ogromną przewagę w usuwaniu zanieczyszczeń z wody instalacyjnej posiadają separatory nad filtrami siatkowymi.

 

 

Sprawność usuwania zanieczyszczeń separatorów 

Unikalną cechą separatorów jest gromadzenie zanieczyszczeń w komorze zlokalizowanej w dolnej części urządzenia oraz na elementach magnetycznych. Takie rozwiązanie sprawia, że wraz ze wzrostem ich ilości nie zmieni się znacząco charakterystyka hydrauliczna, a prościej mówiąc zgromadzone zanieczyszczenia nie będą powodowały wzrostu oporowania urządzenia jak ma to miejsce w przypadku filtrów.

Kolejną cechą charakterystyczną dla separatorów jest sposób usuwania zanieczyszczeń. Proces odbywa się za pomocą zaworu spustowego zlokalizowanego w komorze gromadzenia. Procedura czyszczenia urządzenia nie wymaga jego rozkręcenia, sprowadza się jedynie do otwarcia samego zaworu spustowego. W zależności od rozwiązania technicznego separatora, może ona zostać przeprowadzona na pracującej instalacji.

Separatory zanieczyszczeń posiadają bardzo niskie opory przepływu, co ma przełożenie na zużycie energii elektrycznej do zasilania pompy obiegowej, a tym samym wpływa na koszty ponoszone przez użytkownika. Separatory zanieczyszczeń w ofercie Caleffi Hydronic Solutions to seria urządzeń Dirtmag®  w rodzinie, których możemy rozróżnić kilka rozwiązań technicznych: 

 [product category_id="719" limit="4" getFromMainCategory="false" onlyAvailable="true"]

Dirtmag® seria 5463 - wersja mosiężna 

 

Cechy charakterystyczne:

• szeroki zakres dostępnych średnic
• wysokie wartości zalecanych przepływów - duża elastyczność obsługiwanych systemów z pompami ciepła
• wysoka sprawność usuwania zanieczyszczeń (do 5 μm)
• montaż na przewodach poziomych
• wysoka skuteczność usuwania cząstek ferromagnetycznych
• możliwość montażu automatycznego odpowietrznika
• łatwość czyszczenia poprzez zawór spustowy
• możliwość dozowania środków chemicznych poprzez komorę separatora
• izolacja przystosowana do pracy również w instalacji chłodzenia

 

Dirtmag® seria 5453 - wersja wykonana z technopolimeru

 

Cechy charakterystyczne:

• zalecane przepływy dostosowane do typowych systemów wyposażonych w pompy ciepła
• wysoka sprawność usuwania zanieczyszczeń (do 5 μm)
• montaż na przewodach poziomych oraz pionowych
• wysoka skuteczność usuwania cząstek ferromagnetycznych
• ręczny odpowietrznik
• łatwość czyszczenia poprzez zawór spustowy
• możliwość dozowania środków chemicznych poprzez komorę separatora
• izolacja przystosowana do pracy również w instalacji chłodzenia
• zawory odcinające

 

DirtmagPro® seria 5457 - wersja wykonana z technopolimeru z podwójnym wkładem magnetycznym

 

 

Cechy charakterystyczne:

• wysokie wartości zalecanych przepływów - duża elastyczność obsługiwanych systemów z pompami ciepła
• wysoka sprawność usuwania zanieczyszczeń (do 5 μm)
• montaż na przewodach poziomych oraz pionowych
• bardzo wysoka skuteczność usuwania cząstek ferromagnetycznych już podczas pierwszego uruchomienia ze względu na zastosowanie podwójnego systemu magnesów - szczególnie zalecany w przypadku instalacji modernizowanych
• ręczny odpowietrznik
• łatwość czyszczenia poprzez zawór spustowy
• możliwość dozowania środków chemicznych poprzez komorę separatora
• izolacja przystosowana do pracy również w instalacji chłodzenia

 [product category_id="500" limit="4" getFromMainCategory="false" onlyAvailable="true"]

W tym miejscu warto zaznaczyć, że obecnie na rynku mamy wysyp urządzeń, które czasami na wyrost noszą nazwy separatorów, a po analizie rozwiązań technicznych okazują się być filtrem z wkładem magnetycznym. Aby uzyskać sprawność usuwania zanieczyszczeń na poziomie przedstawionym na Rysunku 5., urządzenie musi posiadać wszystkie cechy które opisałem w punkcie poświęconym separatorom.

 

Podsumowując, najlepszym rozwiązaniem dla zabezpieczenia systemu wyposażonego w pompę ciepła jest zastosowanie filtra skośnego oraz separatora zanieczyszczeń. Taki tandem gwarantuje długą, bezawaryjną pracę samego urządzenia, uzyskanie optymalnej sprawności systemu oraz obniżenie kosztów ogrzewania.