W artykule omówiłem zagadnienia związane ze stosowaniem inhibitorów korozji i płynów instalacyjnych, dedykowanych do instalacji HVAC. Wskazałem powody, dla których preparaty te powinny być stosowane i wymieniłem ich rodzaje, wraz z pokazaniem typowych produktów rynkowych.

Wymagania dotyczące jakości wody w instalacjach HVAC
Woda, jaką uzupełniania jest instalacja – czy to ogrzewcza, czy chłodnicza – powinna posiadać określoną jakość, wyrażoną odpowiednimi poziomami konkretnych parametrów. Z pomocą przychodzą tutaj wytyczne branżowe i normy, w tym zapisy zawarte w dokumentach [4–7].

Wobec tego można zadać sobie pytanie, jakie często pojawia się w praktyce – czy woda sieciowa, którą zwykle uzupełnienia jest instalacja, albo woda z własnego ujęcia, spełnia te wymagania? Niekoniecznie. Woda sieciowa, co do zasady, musi spełniać wymagania właściwe dla wody pitnej, jest poddawana konkretnym procesom uzdatniania, często bogata jest w minerały, korzystne dla zdrowia, ale niekorzystne z punktu widzenia pracy instalacji, jest napowietrzana, itp. Woda z własnego ujęcia często ma jakość nieodpowiednią już z punktu widzenia spożycia przez człowieka, więc także poddawana jest odpowiednim procesom uzdatniania, osiągając w rezultacie wymagane wskaźniki.

Wodzie do instalacji HVAC stawiane są inne wymagania i najkorzystniej, jeśli jest to „czysta” woda, m.in. zdemineralizowana i odgazowana. Wymagania te, zapisane w ww. dokumentach, często także powtarzane są w wytycznych producentów źródeł ciepła, jak warunek konieczny do spełnienia z punktu widzenia warunków gwarancyjnych.

Zanieczyszczenia z tych grup mogą różnie wpływać na kondycję instalacji, koszty eksploatacyjne i jej efektywność, a z zasady wpływają negatywnie. Na przykład zawartość substancji mineralnych, jak jonów wapnia i magnezu, utożsamiana potocznie z twardością wody, wpływa na intensywność tworzenia się kamienia kotłowego, utrudniającego transmisję ciepła od powierzchni ogrzewalnych kotła do czynnika, zagrażając jego trwałości i obniżając efektywność pracy. Dzieje się tak dlatego, że wodorowęglany wapnia i magnezu ulegają rozkładowi i odkładają się (krystalizują) w miejscach o podwyższonej temperaturze (już powyżej 40^oC), tworząc warstwę izolacji cieplnej. Ponadto cząstki kamienia krążyć mogą w instalacji i odkładać się w jej newralgicznych miejscach, zatykając je, albo znacznie ograniczając przepływ. Takimi miejscami są np. zawory termostatyczne, łuki przewodów (zwłaszcza w „podłogówce”), filtry siatkowe, itp.. Wcale nie oznacza to jednak, że wodę należy zmiękczać za wszelką cenę, a przynajmniej nie bez dodatkowych zabiegów idących ze zmiękczaniem w parze. Takie zabiegi bowiem, przeprowadzone „solo”, typowymi metodami, mogą generować inne problemy, np. zwiększać przewodność elektryczną wody i tym samym potencjał do zjawiska elektrokorozji. Stąd nierzadko słyszy się, że lepiej już zostać przy „zwykłej” wodzie sieciowej, a nie wodzie odpowiednio zmiękczonej. Jest to tylko częściowo prawdą – wszak od czego są właśnie inhibitory korozji, tj. składniki specjalnych płynów instalacyjnych?

Z kolei zanieczyszczenia gazowe, czy to w postaci rozpuszczonego powietrza, czy gazów powstających w wyniku reakcji chemicznych zachodzących w instalacji, nie tylko „zapowietrzają” ją, ale też intensyfikują zjawisko korozji, podobnie, jak niewłaściwa wartość pH wody. Gazów chcemy się pozbyć, zarówno tych w formie rozpuszczonej, jak i tych w formie (mikro)pęcherzyków. Ponadto nie chcemy dopuścić do ich powstawania, co ma miejsce zwłaszcza w przypadku łączenia w instalacji elementów z materiałów o różnych potencjałach elektrochemicznych (np. miedź i aluminium), wywołujących korozję elektrochemiczną. Tutaj też z pomocą przychodzą inhibitory korozji.

Współczesne płyny instalacyjne pełnią nie tylko funkcję blokera korozji, w różnej jej postaciach, ale także np. regulacji pH, rozpuszczania osadów pochodzenia wapniowego i magnezowego, wiązania tlenu, neutralizacji wolnych kwasów węglowych, blokowania rozwoju mikroorganizmów, itp..

Glikole, inhibitory korozji i płyny instalacyjne
Substancje celowo dodawane do wody instalacyjnej, w pierwotnym założeniu, miały za zadanie rozszerzać zakres temperaturowy pracy instalacji – obniżać temperaturę zamarzania i/lub podwyższać temperaturę wrzenia. Potrzeba ta wynikała z naturalnych względów – wszak instalacja może być narażona na działanie temperatur ujemnych (np. niepracująca instalacja ogrzewcza w budynku użytkowanym z przestojami), albo temperatur powyżej 100o C, jak to ma miejsca choćby w przypadku systemów solarnych, a takie warunki mogą prowadzić do awarii i uszkodzeń.

Substancji chemicznych, które umożliwiają spełnienie tego postulatu, jest wiele, ale tymi, które znalazły powszechne zastosowanie praktyczne, są przede wszystkim: glikol (mono)propylenowy, glikol (mono)etylenowy, propanotriol, mrówczan potasu, i – dawniej, zwłaszcza w dolnych wymiennikach gruntowych pomp ciepła – solanki (chlorek wapnia, chlorek sodu). Z tych czterech najpopularniejsze są dwa pierwsze. Mają one postać bezbarwnej cieczy, o nieco oleistej konsystencji. Różnią się one parametrami fizykochemicznymi, w tym gęstością, lepkością i ciepłem właściwym, wpływającą na opory hydrauliczne przepływu czynnika i koszty pompowania oraz na efektywność transportu i wymiany ciepła. Różnią się także ceną i toksycznością. Glikol propylenowy jest droższy od glikolu etylenowego i nietoksyczny, ale ma gorsze właściwości fizykochemiczne z punktu widzenia pompowania czynnika i transportu ciepła, a tym samym kosztów eksploatacyjnych instalacji. Korzystnie jest go stosować wszędzie tam, gdzie występuje ryzyko wycieku i kontaktu z ludźmi, bądź żywnością, albo istnieje ryzyko wycieku do gruntu (dolne źródła pomp ciepła). Jeśli jednak priorytetem są właściwości fizykochemiczne i efektywność pracy instalacji, a ta jest pod odpowiednim nadzorem, to lepszym wyborem jest glikol etylenowy. Dlatego też stosowany jest częściej np. w instalacjach przemysłowych.

Co ważne – substancje te nie powinny być i nie są używane „solo”, a zawsze co najmniej w odpowiednim stężeniu z wodą zdemineralizowaną. Użytkowanie ich „solo” może być dla instalacji bardziej szkodliwe, niż kiepskiej jakości woda, gdyż wykazują one m.in. silne właściwości korozyjne.

Jeśli dodatkowo doda się do takiego roztworu np. inhibitory korozji, to mówimy o płynie instalacyjnym, aczkolwiek nazwa ta stosowana jest też do samego roztworu wodnego glikolu (lub jednej z wcześniej wymienionych substancji), bez dodatków.

Generalnie, w porównaniu z wodą, glikole te, jak i ich roztwory, generują wyższe koszty eksploatacyjne instalacji z punktu widzenia poboru energii, ale pozwalają zredukować koszty ewentualnych napraw i serwisów.

Dodatkami do roztworu glikolu, w zależności od deklarowanej funkcji, mogą być między innymi:

• Wspomniane inhibitory korozji, zwykle w postaci kwasów organicznych i substancji nieorganicznych, jak krzemiany sodowe. Substancje te albo wchodzą w reakcję z tlenem i tworzą na powierzchni metalu ochronną warstwę jego tlenków – mówi się wówczas o inhibitorach anodowych i pasywacji, albo wytrącają substancje korozyjne w postaci nierozpuszczalnych osadów – mówi się wówczas o inhibitorach katodowych,
• Fosforany, których zadaniem jest zwykle wytrącanie z wody związków chemicznych odpowiedzialnych za powstawanie kamienia kotłowego,
• Biocydy, których zadaniem jest blokada rozwoju mikroorganizmów, których namnażanie jest problemem zwłaszcza w instalacjach ogrzewczych niskotemperaturowych (podłogówka),
• Substancje antypieniące.

W przypadku płynów w wersji nietoksycznej (tzw. „eco”, patrz dalsza część artykułu) zwykle nie dodaje się azotynów, boranów, cynku, 2-etyloheksaniany, fosforanów i amin drugorzędowych, które często są stosowane w wersji „zwykłej”.Płyny takie oferowane są zarówno jako koncentraty, które miesza się w odpowiedniej proporcji z wodą instalacyjną, jak i jako gotowe roztwory, którymi wypełnią się całą instalację. Roztwory dostępne są w pojemnikach od pojedynczych litrów, do nawet 1000 litrów (tzw. paletopojemniki, stosowane na budowach), a także w większych dostawach – w cysternach. Na rys. 1 pokazano typowe preparaty dostępne na rynku.

W tabeli 1 porównano właściwości fizykochemiczne wybranych wariantów roztworów wodnych glikoli, a w tabeli 2 typowych, gotowych płynów instalacyjnych, przygotowanych na bazie tych glikoli.

Rodzaj płynu instalacyjnego, a jego kolor
Płyn instalacyjny powinien mieć jednolitą barwę, bez plam i smug. W przeciwnym wypadku preparat może nie być najwyższej jakości, albo mógł, z jakichś powodów, ulec degradacji.

Generalnie w handlu spotkać można preparaty o różnych kolorach, ale przyjęło się, że płyny o zabarwieniu niebieskim są płynami przemysłowymi/technicznymi (zwykle są na bazie glikolu etylenowego), a płyny zabarwione na kolor zielony są produktami „ekologicznymi”, niezagrażanymi żuciu i zdrowiu ludzi (zwykle są na bazie glikolu propylenowego). Ponadto, w przypadku tych drugich producenci czasem w nazwie używają zwrotu „eco”, lub „ekologiczny”. W takim przypadku warto sprawdzić, czy preparat ma aktualny atest higieniczny, np. wydany przez PZH.

Alkohole i płyny do chłodnic samochodowych, a płyny instalacyjne HVAC
W praktyce częste jest przeświadczenie, że skoro płyn instalacyjny używany jest w celu obniżania temperatury zamarzania, to nadadzą się tutaj też inne preparaty, które też pracują w instalacjach technicznych i pełnią posobną funkcję. Jednym z pierwszy alternatywnych wyborów jest płyn do chłodnic samochodowych. Nie jest to jednak dobry wybór. Zwykle baza obu preparatów nie jest taka sama (glikol), ale nawet jeśli tak jest, to jednak co do zasady mają one inne dodatki i inaczej wpływają na instalację. Ponadto płyny do chłodnic mają krótszą trwałość i wymagają częstego uzupełnienia.

Inną alternatywą jest alkohol etylowy. Ten preparat, owszem, znajduje szerokie zastosowanie np. w chłodnictwie, ale głównie będąc składowanym w zamrażalnikach lodówek, gdzie chłodzi się przed spożyciem. Nie należy go (i jego roztworów) stosować jako alternatywy dla płynów instalacyjnych, m.in. z powodu gorszych właściwości smarnych, skutkujących np. ryzykiem uszkodzenia pompy obiegowej, czy wysokiej palności i lotności, pomimo pewnych przewag nad wymienionymi płynami w zakresie wartości ciepła właściwego i lepkości.

Zanim wlejemy płyn do instalacji
W praktyce najczęściej spotykamy się z sytuacją już pracującej instalacji, z której upuszczamy część wody, aby dolać odpowiednią objętość płynu instalacyjnego. Jednak najkorzystniej jest, gdy instalacja przed wypełnieniem wodą i płynem instalacyjnym, zostanie najpierw odpowiednio przygotowana.

Składa się na to m.in. płukanie, podczas którego usuwane są niechciane pozostałości po pracach monterskich, np. resztki materiałów uszczelniających, emulsje/oleje pokrywające powierzchnie rur i grzejników, drobne ciała stałe w postaci opiłków, itp. Jest to ważne m.in. dlatego, iż te elementy i substancje mogą ulegać powolnemu rozkładowi w wodzie, albo brać udział w reakcjach chemicznych, pogarszających jakość wody. Do płukania instalacji można wykorzystać wodę instalacyjną, przepuszczoną z odpowiednio dużym strumieniem, ale można również użyć dedykowanych środków chemicznych, o wyższej skuteczności – tzw. płukanek. Są one specjalnie przygotowanymi preparatami i występują w wersjach dedykowanych różnych płynom instalacyjnym, np. płynom opartym na glikolu, ale także tym opartych na mrówczanie potasu. Przykład takiego produktu pokazano na rys. 2.

Ponadto czołowi producenci oferują także uzdatnioną wodę instalacyjną, co rozwiązuje dylemat dostępu do odpowiedniej wody, czy też potrzebę uzdatniania wody sieciowej i zakupu oraz stosowania odpowiednich urządzeń uzdatniających. Woda ta zwykle przygotowywana jest zgodnie z wymogami wytycznych niemieckich [6-7], na którą często powołują się w kartach technicznych i warunkach technicznych pracy producenci kotłów i pomp ciepła.

Materiały źródłowe:
[1] Materiały katalogowe i prasowe firmy Boryszew S.A.
[2] Materiały katalogowe i prasowe firmy Procold
[3] Muniak D.: Wpływ stosowania środków przeciwzamrożeniowych na parametry cieplno-hydrauliczne instalacji ogrzewczej, Polski Instalator, 3/2019 (277), str.: 10-15
[4] Polska Norma PN-C-04607:1993: Woda w instalacjach ogrzewania -Wymagania i badania dotyczące jakości wody
[5] Polska Norma PN-EN 12952-12:2006: Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze -Część 12: Wymagania dotyczące jakości wody zasilającej i wody kotłowej
[6] VDI 2035, blatt 1: Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen Steinbildung und wasserseitige Korrosion
[7] VDI 2035, blatt 2: Vermeidung von Schäden in Warmwasser-Heizungsanlagen – Heizwasserseitige Korrosio