Voda v otopných soustavách

Vlastnostem otopné vody je v praxi často věnováno méně pozornosti, než je žádoucí. Autor ukazuje, že každý plyn, který je vodě obsažen, má jiné vlastnosti a jinak působí na materiály, ze kterých je otopná soustava složena. Proto je nutné věnovat pozornost konkrétním materiálovým a konstrukčním vlastnostem každé soustavy a podle nich posuzovat vhodnost vody, kterou bude soustava napuštěna.

Recenzent: Vladimír Jirout

Voda je pro přenos tepla ideální kapalina. Vyznačuje se velkým měrným teplem, dobrou tepelnou a teplotní vodivostí, nízkou dynamickou i kinematickou viskozitou. Pro své vlastnosti je nejčastěji po­užívanou látkou pro přenos tepla v tepelně-energetických zařízeních. Vody je však mnoho druhů, a každá voda není vhodnou teplonosnou kapalinou.

Kromě dobrých vlastností má voda některé vlastnosti, které mohou být příčinou poruch otopných, nebo chladicích soustav.

Voda zdravotně nezávadná, vhodná k pití, není vhodná jako teplonosná látka. Obsahuje rozpuštěné plyny a množství minerálních látek, které jsou užitečné pro lidské zdraví, ale nikoliv pro provoz otopných soustav.

Některá voda je agresivní vůči po­užitým konstrukčním materiálům, z některé vody se vylučují chemické látky ve formě krystalů a zanášejí otopné soustavy.

Montážní firmy zpravidla nevěnují teplonosným kapalinám patřičnou pozornost. Běžně se stává, že po skončení montáže připojí otopnou soustavu k vodovodnímu řadu a soustavu napustí. Činí tak i v případě, že je instalována souprava pro úpravu vody a napouštěná voda by tak mohla být přiměřeně upravena. Na dotaz, proč tak činí, odpovídají, že je to rychlejší a výrazně jim to zkracuje dobu, kterou musí věnovat uvedení soustavy do provozu.

Stejným způsobem jsou napouštěny některé otopné soustavy, respektive jejich části, po opravách. Přestože jsou zásobovány teplem ze sítí CZT a není problém části, které musely být z důvodu oprav vypuštěny, po dokončení opravy napustit upravenou vodou od dodavatele tepla.

Problémy vyvolané nevhodnou vodou nenastanou ihned, ale až za dvě i více let. Poruchy se projevují například vyřazením z funkce stoupačkových membránových regulátorů diferenčních tlaků, zvýšenou hlučností termostatických radiátorových ventilů nebo jejich poškozením, netěsnostmi soustav způsobenými korozí aj.

Korozní produkty zcela ucpou kapiláry snímající tlak v potrubí pro membránové regulátory a vyřadí je z funkce. Jsou známy případy ucpání výměníků tepla inkrusty a korozními produkty.

Kyslík a chlor

Voda z většiny vodovodů obsahuje mj. dva nejagresivnější plyny: kyslík a chlor.

Největší vliv na korozní procesy v teplovodních soustavách má obsah rozpuštěného kyslíku. Rychlost koroze závisí na trvalém přísunu kyslíku k povrchu oceli, rychlosti proudění teplonosné kapaliny a na tvoření ochranných vrstev.

Za nepřítomnosti kyslíku je koroze oceli nepatrná. V uzavřeném systému dochází ke korozi pouze tak dlouho, pokud se kyslík nespotřebuje při korozních procesech za vzniku Fe₂O₃.

Problém je v tom, že přítomnosti kyslíku v teplonosné kapalině nedokážeme zabránit.

Kyslík vniká do kapaliny několika cestami. Při napouštění soustavy, netěsnostmi na oběhových čerpadlech, automatickými odvzdušňovacími ventily, závitovými spoji armatur a také difuzí stěnou plastových trubek.

Pronikání kyslíku stěnou plastových trubek

Kyslík proniká stěnou trubky na základě rozdílu parciálních tlaků plynů v atmosféře a parciálních tlaků plynů rozpuštěných ve vodě. Množství kyslíku pronikající stěnou trubky by podle normy DIN 4726 mělo být rovno nebo menší než 0,1 g/(m³·den). Množství kyslíku pronikajícího stěnou trubky je vztaženo k objemu teplonosné kapaliny v trubce.

Trubky z PPR průměrů 16, 20, a 25 mm jsou opatřovány antidifuzní bariérou EVOH (Etylen Vinyl ­Alkohol Polymer). Trubky dimenze 32 mm a větší nejsou opatřeny antidifuzní stěnou, ale mají zesílenou stěnu, a proto také splňují požadavky normy DIN 4726. Větší tloušťka stěny klade větší odpor pronikání kyslíku. Proto má význam používání trubek určených pro větší PN než je nezbytně nutné, neboť mají silnější stěny. Zpravidla se používají trubky PN 16. Množství kyslíku vstupujícího do soustavy difuzí stěnami trubek představuje jen 5 až 20 % z celkového množství kyslíku rozpuštěného ve vodě.

Vnikání kyslíku i jiných plynů do otopné soustavy zcela zabránit nelze. Plyny vznikají i při korozních procesech. Proto je nutné veškeré plyny kontinuálně odstraňovat. Každá otopná i chladicí soustava by měla obsahovat zařízení pro aktivní odstraňování plynů. Běžně používané plovákové odplyňovací ventily umožní zprovoznění soustavy, ale neodstraní drobné bublinky plynů a plyny rozpuštěné v teplonosné kapalině.

Chlor

Druhým nejagresivnějším plynem obsaženým ve vodě z vodovodního řadu je chlor. Jeho zásluhou ve vodě vznikají chloridy, které působí jako urychlovače korozních procesů. Za nepřítomnosti rozpuštěného kyslíku nemají chloridy na rychlost koroze podstatný vliv.

Chloridy působí problémy hlavně při použití korozivzdorných ocelí. Dochází k bodové a štěrbinové korozi a za zvýšených teplot ke koroznímu praskání.

Také hliník snadno podléhá bodové korozi vlivem chloridů. Za určitých podmínek však vznikne na konstrukčním materiálu ochranná vrstva, která zpomalí následné korozní procesy.

Podmínky pro vytvoření ochranné protikorozní vrstvy na vnitřním povrchu otopných a chladicích soustav

Z hlediska tvorby ochranné vrstvy jsou velmi významnou složkou vod ionty hydrogenuhličitanové, vápenaté a hořečnaté, které mají inhibiční účinek, daný schopností vody vytvářet ochranné vrstvy složené z oxidů kovů a uhličitanu vápenatého. Ochranná vrstva vzniká jen v případě, že uhličitanové a vápenaté (hořečnaté) ionty jsou v roztoku v rovnováze s vyloučeným uhličitanem vápenatým a volným oxidem uhličitým.

Pokud je rovnováha posunuta ve prospěch CaCO₃, vznikají kaly a úsady, které netvoří ochranné vrstvy a vytvářejí se podmínky pro štěrbinovou a důlkovou korozi. Pokud je rovnováha posunuta ve prospěch rozpustných složek, ochranná vrstva nevzniká a probíhá intenzivní koroze. K tomu, abychom určili, zda může ve vodě vznikat stabilní ochranná vrstva, používáme tzv. Lange­lierův index nasycení, a Rýz­narův index stability. Obě kritéria charakterizují míru nerovnovážnosti kapaliny vzhledem k vylučování CaCO₃.

Ke vzniku ochranné vrstvy je nutný určitý obsah solí ve vodě.

Zjišťování agresivity teplonosné kapaliny

Je-li teplonosná kapalina agresivní vůči použitým konstrukčním materiálům, nebo zda bude docházet k vylučování pevných látek, můžeme zjistit odebráním vzorků teplonosné kapaliny, usazenin i napájecí vody a provedením chemického rozboru.

Vzorky teplonosné kapaliny se odebírají z nejnižšího místa otopné soustavy. Po odebrání vzorků je dobré provést nejprve jejich smyslové hodnocení. Zjistit, je-li kapalina čirá, nebo zakalená, obsah mechanických nečistot a úsad na dně zkušební nádoby. Dobrou informací je též případný zápach kapaliny.

Zjišťuje se chemické složení kalu, hodnota pH, konduktivita, celková tvrdost, hydrogenuhličitany, alkalita, acidita, koncentrace kyslíku, chloridy, vápník, sodík, hořčík, železo, mangan, amonné ionty, Langelierův saturační index, Ryznarův index stability, obsah kovů.

Aby bylo možné vyhodnotit chemické procesy probíhající v soustavě, je nutné stejný rozbor provést u napájecí vody.

Závěr

Nijak neupravená voda z vodovodního řadu do otopných a chladicích soustav nepatří.

Vnikání kyslíku i jiných plynů do otopné soustavy zcela zabránit nelze. Plyny vznikají i při korozních procesech. Veškeré plyny je nutné kontinuálně odstraňovat. Každá otopná i chladicí soustava by měla obsahovat zařízení pro aktivní odstraňování plynů.

K posouzení kvality teplonosné kapaliny je nutné provést chemický rozbor vybraných ukazatelů vzorku kapaliny, vzorku napájecí vody i odebraných kalů.

Použitá literatura

1. BARTONÍČEK, R. a kol.: Koroze a protikorozní ochrana kovů. Praha, Academia 1966.
2. MATĚJČEK, J.: Koroze v otopných soustavách, solárních soustavách a primárních okruzích tepelných čerpadel, úprava vody, filtrace a odplynění. Topenářství instalace, 2013, č. 2, s. 32–34.

---

Water in heating systems

Properties of water affect the operational reliability of heating systems. Therefore, it is necessary to monitor specific material and structural properties of each system and by them to assess the suitability of water.