У системах центрального опалення, особливо в водяних, скупчення повітря порушують циркуляцію теплоносія і викликають корозію стали. Боротьба з повітряними скупченнями - вельми важливе завдання, яке необхідно вирішувати при проектуванні і експлуатації систем. Для проведення необхідних заходів слід з'ясувати сутність процесів розчинення і переходу повітря у вільний стан, укрупнення і руху повітряних скупчень в трубах.
Повітря в системи опалення потрапляє двома шляхами: частково залишається у вільному стані при заповненні їх теплоносієм або вноситься водою в процесі заповнення і експлуатації в розчиненому (точніше, поглиненому, абсорбувати) вигляді.
Кількість вільного повітря, що залишається в трубах і приладах при їх заповненні, не піддається обліку, але це повітря в правильно сконструйованих системах усувається протягом декількох днів експлуатації.
Кількість розчиненого повітря, що вводиться в системи при періодичних добавках води в процесі експлуатації, визначається в залежності від вмісту кисню в подпиточной воді. Подпиточной водопровідна вода містить понад 30 г повітря в 1 т води, підживлювальної вода з теплофікаційної мережі, спеціально Деаерірованная (позбавлена повітря), - <1 г (но при этом появляется водород и даже метан).
Кількість розчиненого повітря, що переходить у вільний стан, залежить від температури і тиску води в системах опалення.
При підвищенні тиску затримується перехід абсорбованого повітря у вільний стан.
Залежність розчинності повітря в воді від тиску з достатньою точністю виражається законом Генрі - абсорбіруемих кількість газу пропорційно його тиску (при даній температурі).
Вплив гідростатичного тиску на розчинність повітря видно з такого прикладу.
У такій системі опалення розчинений повітря, що вводиться з водою, не зможе перейти у вільний стан в нижній її частині. Це станеться лише при достатньому зниженні гідростатичного тиску.
Такий обсяг повітря може утворити «пробку» в трубі dy = 50 мм протяженностью'около 100 м. Цей приклад підтверджує необхідність видалення вільного повітря з систем опалення.
Слід, крім того, відзначити, що розчинений повітря містить близько 33% кіслсрода, т. Е. В корозійному відношенні для сталевих труб більш небезпечний «водяний» повітря, ніж атмосферне, в якому міститься кисню близько 21% (за об'ємом).
Форма повітряних скупчень у воді у вільному стані різна. Лише бульбашки з діаметром перетину не більше 1 мм мають форму кулі. Зі збільшенням обсягу бульбашки сплющуються, приймаючи еліпсоїдну і грибовидную форми.
У вертикальних водяних трубах бульбашки повітря можуть спливати, перебувати в підвішеному стані і, нарешті, захоплюватися потоком води вниз.
У горизонтальних і похилих водяних трубах бульбашки повітря займають верхнє положення. Найдрібніші бульбашки затримуються в нішах шорсткою поверхні труб. Більші бульбашки (об'ємом 0,1 см3 і більше) в залежності від ухилу труб і швидкості руху води як би котяться уздовж «стельової» поверхні труб у вигляді переривчастої стрічки. Зі збільшенням швидкості руху води 'до 0,6 м / с починається дроблення повітряних скупчень; бульбашки повітря в верхній частині труб, відриваючись від їх поверхні, рухаються по криволінійних траею-Торіяма. При швидкості руху води більше 1 м / с дрібні бульбашки поступово поширюються по всьому перетину труб - виникає водо-повітряна емульсія.
У паропроводах пар витісняє повітря в нижні частини систем до кон-денсатним трубах.
У горизонтальних і похилих соматичних конденсатних трубах повітря переміщається над рівнем конденсату, в напірних конденсатних трубах - у вигляді бульбашок і водовоздушной емульсії.
Швидкість руху бульбашок вільного повітря у воді залежить від підйомної сили Архімеда і сил опору руху води і повітря.
Розглянемо стан ідеального повітряної бульбашки-кульки діаметром d в потоці води, що рухається зверху вниз.
Дослідженнями було встановлено значення критичної швидкості потоку води для звичайних геометричних розмірів повітряних скупчень в системах водяного опалення: в вертикальних трубах 0,2-0,25 м / с, в похилих і горизонтальних трубах 0,1-0,15 м / с. Швидкість спливання бульбашок повітря не перевищує швидкості витання
Простежимо за станом повітря і утворенням повітряних скупчень в вертикальних системах водяного опалення.
Повітря переходить з розчиненого стану у вільний у міру зменшення гідростатичного тиску у верхній частині систем опалення: в головному стояку - при верхній прокладці прямому трубопроводі, в окремих стояках - при нижній її прокладанні. Вільний повітря у вигляді бульбашок і скупчень рухається у напрямку або проти течії в залежності від швидкості потоку води і ухилу труб. Повітря збирається у вищих точках системи або при значній швидкості руху захоплюється потоком і в міру зниження температури і підвищення гідростатичного тиску знову абсорбується водою.
Тепер можна встановити сукупність заходів для локалізації повітряних скупчень в системах опалення.
У системах водяного опалення з верхньої прокладкою магістралей забезпечується рух вільного повітря до точок його збору; точки збору повітря (і видалення його в атмосферу) відповідають найбільш високо розташованим місцях систем; швидкість руху води в точках збору повітря знижується до значення менш 0,1 м / с; д \ лина шляху руху води зі зниженою швидкістю гарантує спливання бульбашок і скупчення повітря для подальшого його видалення.
До таких заходів належать прокладка труб з певним ухилом в бажаному напрямку, установка проточних повітрозбірників (або використання відкритих розширювальних баків в системах з верхньої прокладкою прямому та зворотному магістралей. З повітрозбірників повітря видаляється в атмосферу періодично за допомогою ручних спускних кранів або автоматичних клапанів З розширювальних баків повітря виходить через відкриту переливної трубу.
У більшості відомих конструкцій автоматичних клапанів (так званих вантузів) Поплавковий-клапанного типу використовуються внутрішній гідростатичний тиск для закривання клапана (притискання золотника клапана до сідла повітряної трубки) і сила тяжіння поплавка для його відкривання.
У системах водяного опалення з нижнім прокладкою обох магістралей найбільш високо розташовані опалювальні прилади верхнього поверху будівель. Повітря, концентруючись в ємних опалювальних приладах або в гріють трубах конвекторів і бетонних панелей, видаляється в атмосферу періодично за допомогою ручних і автоматичних повітряних кранів або централізовано через спеціальну повітряну трубу
Поширена конструкція ручного безсальниковим повітряного крана з поворотним голчастим штоком. Однак доцільніше застосовувати досить прості автоматичні повітряні крани, засновані на властивості сухого матеріалу пропускати повітря, а в зволоженому стані затримувати його.
При централізованому воздухоудаленія повітряні труби стояків 2 об'єднуються горизонтальної повітряною лінією 3 з повітряної петлею 4 для усунення циркуляції води б повітряної лінії. Для періодичного випуску повітря повітряна петля включає вертикальний збірники повітря 5 зі спусковим краном 6. Для безперервного видалення повітря повітряну петлю приєднують до однієї із з'єднувальних труб відкритого розширювального бака
При «підживлення» систем опалення деаерірованной водою можна домогтися обезвоздушіванія опалювальних приладів і труб шляхом створення швидкості водяних потоків, що забезпечує винос бульбашок повітря в зону підвищеного гідростатичного тиску з подальшою адсорбцією. В цьому випадку істотне значення має також безпосереднє поглинання вільних повітряних скупчень водою, охолоджується в опалювальних приладах.
У вертикальних однотрубних системах водяного опалення багатоповерхових будинків з П-образними і біфілярного стояками повітряні крани в верхніх приладах можна не встановлювати і при наповненні системи повітря видаляти в підставі низхідній частини стояків шляхом видавлювання його водою.
У паропроводах систем парового опалення повітря знаходиться у вільному стані. Питома вага повітря приблизно в 1,6 рази більше, ніж питома вага пара: при температурі 100 ° С співвідношення становить 9 Н / м3 (0,92 кгс / м3) до 5,7 Н / м3 (0,58 кгс / м3) , чим пояснюється скупчення повітря в низьких місцях систем над поверхнею конденсату. Так як розчинність повітря в конденсаті незначна через високу температуру конденсату, повітря залишається у вільному стані.
У парових системах низького тиску повітряні скупчення видаляють в атмосферу через «сухі» конденсатні труби або спеціальні повітряні труби при «мокрих» конденсатних трубах.
У парових системах високого тиску повітря захоплюється конденсатом, що рухаються з великою швидкістю. Водоповітряних емульсія по трубах потрапляє в закритий конденсаційний бак, де повітря відокремлюється від конденсату і періодично відводиться в атмосферу через спеціальну повітряну трубу.