Luft in der Anlage

Grundsätzlich sollte der Grund für "Luft in der Anlage" gefunden werden, damit die Ursachen beseitigt werden können. Luftabscheider, Schlammfänger oder andere Maßnahmen beseitigen nur die Folgen einer nichtfachgerecht gebauten bzw. falsch betriebenen Anlage.

In einem geschlossenen System ohne Luftaufnahme rosten Heizungsrohre aus Stahl an den Innenwandungen nicht. Außerdem sinkt die Löslichkeit von Sauerstoff mit steigender Erwärmung des Wassers und ist bei 111,6 °C am geringsten. Aber bei einer weiteren Erwärmung steigt das Lösungsvermögen für Sauerstoff wieder erheblich an.

Aber es gibt keine luftdichte Anlagen, auch wenn die Industrie es uns immer wieder einreden will. Alle O-Ringe (in alten Anlagen > Stopfbuchsen) lassen Luft in die Anlage diffundieren bzw. einsaugen, weil "Viel" immer zu "Wenig" geht. Besonders dann, wenn das Wasser nicht behandelt wurde, weil die O-Ringe hart werden und bei ungünstigen Druckverhältnissen Luft durchlassen. Dass Stopfbuchsen von Zeit zu Zeit neu gestopft werden müssen, ist heutzutage auch nicht mehr jedem bekannt. Dazu kommt, dass Kunststoffrohre und Verbundrohre nicht wirklich "luftdicht" sind. Hier diffundieren auch Bestandteile der Luft durch die Wandungen. So sind nicht nur in Wärmeerzeugungsanlagen (Warmwasserheizung, Biogasanlagen, Wärme-Kraft-Kopplung) sondern auch in Kühlsystemen Korrosionsschutzmaßnahmen notwendig.


Das Verhältnis von Temperatur und Druck bestimmt die Luftmenge, die aufgelöst im Wasser vorhanden sein kann. Das Henry-Gesetz (Henrysches Absorptionsgesetz) bestimmt diese Zusammenhänge. Anhand der Kurven in einem Diagramm können die physikalischen Eigenschaften des Luftgehaltes im Wasser und dessen Freisetzung nachvollzogen werden.
Beispiel:
Wenn bei einem konstanten absoluten Druck von 2 bar das Wasser von 20 °C auf 80 °C erwärmt wird, ist die abgeschiedene Menge Luft bei dieser Lösung 18 l pro m³ Wasser. Nach diesem Gesetz steigt die Menge der freigesetzten Luft bei steigender Temperatur und verringertem Druck. Die entstehenden Mikroblasen haben einem Durchmesser von ca. 1/10 Millimeter.

Hier liegt auch der Grund, dass die Anlage bei der ersten Inbetriebnahme auf die maximale Temperatur (Auslegungstemperaturen der einzelnen Anlagenteile) hoch geheizt (Luftauskochen) werden soll. Andere Gründe des Hochheizens sind, feszustellen, ob die Anlage auch bei Höchsttemperatur dicht ist und und dass bei der Ausdehnung der Anlagenteile keine Geräusche entstehen.

Mikroblasenbildung im Wärmeerzeuger

An der Oberfläche, die das Kesselwasser von der Brennkammer trennt, bilden sich durch die hohe Temperatur (160 bis 270 °C) an der Kesselwandung ständig eine Schicht mit Mikroblasen. Ein Teil dieser Luft (Dampf), die nicht wieder von dem kälteren Kesselwasser absorbiert wird, kommt in den Heizungskreislauf und muss im Kesselvorlauf entfernt werden, damit das lufthaltige Wasser nicht in die Anlage transportiert wird.

Mikroblasenbildung durch Kavitation

Durch eine sehr hohe Fließgeschwindigkeit mit gleichzeitiger Druckminderung, so z. B. in Rohrverengungen (nicht entgratetes Rohr, schlecht hergestellte Rohrabzweigungen) oder in Armaturen, können Mikroblasen entstehen. Eine Kavitation kann auch am Pumpenlaufrad durch einen zu niedrigen Zulaufdruck und zu hoher Temperatur entstehen. Aber auch in den neuartigen Fittings von Steck- und Presssystemen findet man extreme Querschnittsverengungen.

Diese Mikroblasen aus Luft und Dampf, deren Bildung sich in nicht entlüftetem Wasser steigert, können aufgrund des Phänomens der Hohlraumbildung implodieren. Diese Kavitation führt zum Abtrag des Materials an den Entstehungsstellen und zu störenden Geräuschen.

Die Elektrolyse ist eine chemische Reaktion, die unter Aufwand von elektrischer Energie abläuft. In jedem Wassersystem sind verschiedene Metalle vorhanden, die in dem Elektrolyt (Heizungswasser, besonders dann, wenn im System eine Biofilmbildung vorhanden ist), kann es auf Grund der Unterschiede in der Spannungreihe zu eine Stromfluss kommen. Auch durch die Erdung von Metallleitungen ist ein Stromfluss möglich.

Bei der Wasserelektrolyse handelt es sich um den Vorgang, welcher Wasser (H₂O) in Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) spaltet. Es entsteht ein Knallgas, das eine explosionsfähige Mischung ist. Bei dem Kontakt mit offenem Feuer (Flamme, Glut oder Funken) erfolgt die so genannte Knallgasreaktion.

Da dieses Gas nicht aus der Anlage entweichen kann, bilden sich in beruhigten Anlagenteilen (z. B. Heizkörper) Gaspolster, die als Luftansammlungen wahrgenommen werden.

Gasbildung durch Elektrolyse

Die Elektrolyse ist eine chemische Reaktion, die unter Aufwand von elektrischer Energie abläuft. In jedem Wassersystem sind verschiedene Metalle vorhanden, die in dem Elektrolyt (Heizungswasser, besonders dann, wenn im System eine Biofilmbildung vorhanden ist), kann es auf Grund der Unterschiede in der Spannungreihe zu eine Stromfluss kommen. Auch durch die Erdung von Metallleitungen ist ein Stromfluss möglich.

Bei der Wasserelektrolyse handelt es sich um den Vorgang, welcher Wasser (H₂O) in Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) spaltet. Es entsteht ein Knallgas, das eine explosionsfähige Mischung ist. Bei dem Kontakt mit offenem Feuer (Flamme, Glut oder Funken) erfolgt die so genannte Knallgasreaktion.

Da dieses Gas nicht aus der Anlage entweichen kann, bilden sich in beruhigten Anlagenteilen (z. B. Heizkörper) Gaspolster, die als Luftansammlungen wahrgenommen werden.

In dem Wärmenetz einer Biogasanlage gibt ein Problem mit "Luft" (brennbares Gas) im Wassersystem, das beim Entlüften der Anlage austritt. Die Anlage hat einen 50.000 Liter Pufferspeicher und ein Leitungssystem von ca. 2.200 Meter. Es sind geschätzt ca. 100 000 Liter im Umlauf.

Mit einem Gasmeßgerät der Biogasanlage wurden diese Werte (71 mg/l Methan bzw. Wasserstoff, 43 mg/l Schwefel, 22 mg/l CO₂, 2,3 mg/l Sauerstoff) gemessen. Es es besteht die Vermutung, das durch Kriechströme Wasserstoff entsteht. Die neueste Ergebnisse der Wasseruntersuchung sind ein pH-Wert 5,89 und ein Leitwert 1039 µS/cm.

Videos beim Entlüften (Video 1 + Video 2).

Dieses Problem wird auch bei vielen anderen Biogasanlagen bzw. Wärmenetzen vorhanden sein, ohne das es akut bemerkt wird.

Wasserstoff (H) kann in Anlagen mit Stahlwerkstoffen nach der “Schikorr”-Reaktion gebildet werden und sich bis zur Übersättigung anreichern. Bei einer Dosierung von Natriumsulfit Na₂SO₃ kann sich dadurch Schwefelwasserstoff (H₂S) bilden. Auch über sulfatreduzierende Bakterien kann Schwefelwasserstoff entstehen. Der gebildete H₂S kann in Anlagen mit Kupferwerkstoffen (z. B. Rohrbündel von Wärmeübertragern, kupfergelötete Platten-wärmetauschern) durch Reaktion mit Kupferoxid Cu₂O zu Kupfersulfid Cu₂S umgebildet werden. Im Gegensatz zum Cu₂O bildet das Cu₂S keine schützende Deckschicht. Korrosionserscheinungen und Korrosionsschäden nach oft erst mehreren Betriebsjahren sind die Folge.

Eine Wasserstoffbildung kann auch durch biologische Prozesse beim Abbau von Fetten entstehen. Diese (z. B. Ziehfette) werden bei der Herstellung von bestimmten Rohrsystemen verwendet.


Methangasbildung

Die Methangasbildung ist ein natürlicher Prozess (anaerober Vorgang) bei dem organisches Material (Öle, Fette, Hanf, Schmutzteile) unter Luftabschluss durch natürlich vorkommende Mikroorganismen (Methanbakterien) im nichtbehandeltem Füllwasser zersetzt werden. Bei der bakteriellen Zersetzung entsteht Faulgas oder Sumpfgas (ca. 60 % Methan, 35 % Kohlendioxid sowie Stickstoff, Wasserstoff und Schwefelwasserstoff). Diese Gase sind am Geruch und durch ihre Brennbarkeit feststellbar.

Erdwärmesonden werden meistens aus PE-Rohren hergestellt. Seit Jahren hat sich dieser Kunststoff aufgrund seiner guten Verarbeitbarkeit und seiner dauerhaften Haltbarkeit zum Bau von Erdwärmesonden durchgesetzt. Diese Rohrarten sind aufgrund ihres molekularen Gefüges für Gase durchlässig. PE-Rohre können besonders gut von Kohlendioxid (CO₂) durchdrungen werden. Die Diffusion von Kohlendioxid ist etwa doppelt so hoch wie die von Sauerstoff. So kann sich in der Wärmeträgerflüssigkeit bei hohen Drücken  eine große Menge Gas in der Sonde ansammeln.

Ein Luftabscheider an der Wärmepumpe kann die bei geringerem Druck ausgasende Kohlendioxidmenge nicht immer vollständig abscheiden. Der entstehende Schaum wandert zum Verdampfer der Wärmepumpe und reduziert erheblich dort die Entzugsleistung, was nach kurzer Zeit zu einer Störabschaltung der Wärmepumpe führt.

Die Ausgasung kann gering gehalten werden, wenn der Druck an der höchsten Stelle der Anlage möglichst hoch gehalten wird. Dies ist bei der Auslegung des MAG's zu beachten.