Wstęp
W instalacjach pomp ciepła filtry zanieczyszczeń występują zarówno po stronie obiegu czynnika roboczego, jak i wody instalacyjnej. Te pierwsze mają za zadanie chronić czułe na zanieczyszczenia elementy pompy ciepła, jak np. zawory rozprężne. Często też posiadają dodatkowe cechy odwadniacza, czy odkwaszacza czynnika roboczego. W przypadku wody instalacyjnej separator zanieczyszczeń chroni pompy obiegowe i wymienniki ciepła przed zarastaniem osadami, pozwala też na bezawaryjną pracę armatury regulacyjnej. Pompa ciepła jest urządzeniem pracującym ze stosunkowo małą różnicą temperatur pomiędzy zasileniem i powrotem. W przypadku takich systemów nawet niewielkie zmiany w przepływie czynnika mogą skutkować spadkiem sprawności. Prawidłowo dobrany i zamocowany separator jest więc gwarancją poprawności działania i wysokiej wydajności pompy ciepła.
Separatory można ogólnie podzielić na:
- separatory powietrza
- separatory zanieczyszczeń stałych (rdza, muł, piasek, itp.)
Gdzie należy montować powyższą armaturę?
Separatory powietrza zaleca się instalować bezpośrednio za źródłem ciepła, w miejscu o wysokiej temperaturze czynnika, co sprzyja powstawaniu fazy gazowej. W przypadku pomp ciepła typu monoblok separator powietrza najlepiej instalować wewnątrz budynku na wyjściu czynnika z wymiennika ciepła jednostki zewnętrznej.
Rys. Zalecane miejsca montazu zeparatora powietrza i filra zanieczyszczeń. 1- separator powietrza, 2- filtr (źr. Caleffi)
Dla pomp typu split, najwyższa temperatura czynnika wystąpi po stronie zasilania instalacji, na wyjściu z jednostki wewnętrznej.
Rys Fitry w pompie ciepła typu split. 1- separator powietrza, 2- filtr zanieczyszczeń, 3- wymiennik ciepła jednostki wewnętrznej.
Filtry zanieczyszczeń mechanicznych zaleca się montować w miejscu zasilania instalacji wodą świeżą, pochodzącą z instalacji wodociągowej, za zaworem napełniającym instalację. Takie miejsce montażu filtra chroni każdorazowo wymiennik ciepła, jak i pompę cyrkulacyjną przed przypadkowymi zanieczyszczeniami z sieci wodociągowej.
Separatory zanieczyszczeń![]()
W najprostszej wersji posiadają tylko siatki filtracyjne i noszą nazwę filtrów siatkowych. W bardziej rozbudowanej posiadają dwa stopnie filtracji w postaci stosu magnetycznego, który skutecznie wychwytuje bardzo małe cząstki o właściwościach ferromagnetycznych oraz gęstej siatki ze stali nierdzewnej. Poniżej przykład filtru mechanicznego firmy Caleffi o nazwie handlowej DIRTMAGPLUS. Filtr posiada na pierwszym stopniu filtracji separator zanieczyszczeń ferromagnetycznych, a na drugim siatkę filtracyjną z wymiennymi wkładami o wielkości oczek <0,3mm.
Fot. (po lewej) Filtr zanieczyszczeń DIRTMAGPLUS firmy Caleffi.
Zasada działania.
Woda z instalacji w pierwszym etapie wpada do komory separatora zanieczyszczeń ferromagnetycznych, gdzie w wyniku zmiany średnicy przepływu spada jej prędkość przepływu. Silne pole magnetyczne magnesów stałych zamocowanych za zewnątrz komory powoduje jednocześnie namagnesowanie zanieczyszczeń zawierających związki żelaza i ich osadzenia na ściankach komory. Dla zwiększenia skuteczności wewnątrz komory umieszczona jest zwykle dodatkowa siatka zwiększająca powierzchnię kontaktu. Po wstępnej filtracji woda doczyszczana jest na gęstej siatce filtracyjnej jako II stopień oczyszczania.
Rys. (po prawej) Filtr mechaniczny z ferromagnetycznym usuwaniem cząstek. Ozn. 1- separator zanieczyszczeń, 2- siatka zwiększająca powierzchnię kontaktu, 3- wychwytywane zanieczyszczenia, 4- stos magnetyczny zamocowany na zewnątrz separatora, 5- siatka filtracyjna o małej gęstości oczek.
Filtry powyższe podlegają okresowemu serwisowi. Separator zanieczyszczeń magnetycznych powinien być czyszczony minimum raz do roku, przez zdjęcie magnesu i wypłukanie zgromadzonych cząstek. Wypłukanie cząstek umożliwia zamocowany w dolnej części separatora zawór spustowy. Filtr siatkowy gęsty należy wyjąć i przepłukać pod bieżącą wodą.
UWAGA! – firma Caleffi do opisanego modelu filtra dostarcza dwa wkłady siatkowe, tzw. pierwszego czyszczenia, o gęstości oczek <0,3 mm i filtr normalnej pracy o gęstości oczek 0,8mm. Przy pierwszym uruchamianiu instalacji zaleca się zamocować filtr pierwszego czyszczenia i po przefiltrowaniu zładu, wymienić go na siatkę o gęstości oczek normalnej – 0,8mm.
Separator Caleffi XF
Urządzenie Caleffi XF usuwa zanieczyszczenia z instalacji już przy pierwszym uruchomieniu. Duża powierzchnia filtracyjna w połączeniu z komorą separacyjną na wlocie, ograniczają problem zatykania się oczek filtra.
Usuwanie zanieczyszczeń odbywa się w trzech różnych etapach: separacja zanieczyszczeń na wlocie do urządzenia, usuwanie zanieczyszczeń magnetycznych za pomocą centralnego magnesu, filtracja na wylocie
z urządzenia. Dzięki obrotowemu elementowi przyłączeniowemu istnieje możliwość zastosowania go na przewodach poziomych oraz pionowych.
Rys. Po lewej budowa separatora XF firmy Caleffi.
Zasada działania separatora
Woda wpływająca do separatora napotyka duża komorę w której spada prędkość jej przepływu. W komorze znajdują się koncentrycznie wykonane powierzchnie wspomagające usuwanie zanieczyszczeń. Najdrobniejsze cząstki ferromagntyczne o wielkości do 5 mikronów dodatkowo wychwytywane są przez silny magnes w centralnej części korpusu. Następnie woda poddawana jest trzeciemu stopniowi filtracji przepływając przez siatkę o dużej powierzchni kontaktu i rozmiarze oczek 160 mikronów, w wyniku czego następuje ostateczne doczyszczenie pozostałych w wodzie zanieczyszczeń o niemagnetycznych właściwościach.
Czyszczenie filtra powinno sie odbywać przy wyłączonej pompie obiegowej. Zgromadzone w separatorze cząstki ferromagnetyczne dla usunięcia wymagają wyjęcia z korpusu stosu magnetycznego. Brak pola magnetycznego powoduje, że cząstki opadną na dno komory, skąd po otwarciu zaworu spustowego zostaną wypłukane ciśnieniem wody.
Rys. Usuwanie cząstek ferromagnetycznych.
Poniżej schemat zastosowania w instalacji z pompą ciepła.
Separatory powietrza
Separowanie powietrza w instalacjach grzewczych ma podstawowe znaczenia dla zapewnienia ich wysokiej sprawności i trwałości. Powietrze jest izolatorem, w wielu wypadkach sprzyja przyspieszonej korozji i jest jedną z przyczyn powstawania hałasu w instalacjach. Ilość powietrza rozpuszczonego w wodzie zależy od jej temperatury i ciśnienia, przy czym im wyższa temperatura i mniejsze ciśnienie, tym rozpuszczalność powietrza w wodzie spada. Separowanie powietrza najlepiej więc prowadzić w miejscach o obniżonym ciśnieniu lub podwyższonej temperaturze.
W przypadku pomp ciepła zalecanym miejscem montażu separatora jest przewód za wymiennikiem ciepła.
Jak działa separator powietrza?
W miejscach o obniżonym ciśnieniu (np. za zaworem dławiącym), lub o wysokiej temperaturze, rozpuszczalność powietrza w wodzie gwałtownie spada i może się ono wtedy wydzielić w postaci mikropęcherzyków. Ta forma powietrza jest bardzo trudna do usunięcia i zwykle w dalszej części instalacji ponownie rozpuszcza się w wodzie, lub pozostaje przyczepiona do ścianek przewodów. Separowanie powietrza drobnopęcherzykowego wymaga w praktyce spowolnienia przepływu i wykorzystania efektu koalescencji, w którym częste zderzenia ze sobą mikropęcherzyków powodują wzrost ich objętości. Im większy pęcherzyk, tym mniejsza jego przyczepność do podłoża, bowiem siła wyporu zaczyna pokonywać siłę adhezyjną. Duże pęcherzyki odrywają się samoistnie od podłoża i wypływają na powierzchnię, skąd mogą być już usunięte za pomocą zwykłych zaworów odpowietrzających.
Typowe separatory wykorzystują oba powyższe zjawiska: spowolnienie przepływu umożliwia dużo większa od rury instalacyjnej średnica korpusu, zderzenia mikropęcherzyków (koalescencja) zachodzi z kolei na rozbudowanych powierzchniach wewnętrznych siatek lub wypełnień w postaci tzw. pierścieni Palla.
Rys. Wykres rozpuszczalności powietrza w wodzie w zależności od ciśnienia i temperatury (źr. Caleffi)
Przykładową budowę separatora powietrza firmy Caleffi o rynkowej nazwie DISCAL przedstawiam poniżej.
Rys. Separator powietrza DISCAL. 1- siatki metalowe, 2 automatyczny odpowietrznik.
Podstawową zasadą montażu jest zamocowanie korpusu zawsze w pozycji pionowej. Tylko w tej pozycji separator odprowadza powietrze do automatycznego odpowietrznika.
Rys. Prawidłowo zamocowany separator powietrza powinien być zawsze w pozycji pionowej (źr. Caleffi).
Separator powietrza można wykorzystać też do dodatkowej separacji zanieczyszczeń mechanicznych, w tym ferromagnetycznych. W tym ostatnim przypadku na korpusie separatora znajdziemy pierścień z magnesów stałych.
Budowa i zasada działania urządzenia o nazwie DISCALDIRTMAG przedstawiam poniżej.
Rys. Separator powietrza i zanieczyszczeń DISCALDIRTMAG firmy Caleffi.