供暖系统中空气的存在及排除

手动排气阀排完气体后系统水会从排气口流出，所以需要在排气时有人监视，并且准备 好盛水的容器，以免排出的水弄湿弄赃地板。由于安装时将排气孔方向冲下很难，所以建议 使用排气口方向可调节的阀门。见图 8
图8
图9
图 10
手/自动排气阀
另外一种小的高位排气阀可以手/自动互换使用，见图 9 。 当阀芯完全拧紧时空气通过阀芯中吸湿纸片的缝隙排出，空气排出后系统水接触吸湿纸 片，后者马上膨胀关闭排气缝隙；当空气再次聚积水位下降后纸片又恢复干燥状态重新排气。 将阀芯稍微拧松时，空气则通过排气阀侧面的排气口排出，与手动排气阀的功能一样。 由于纸片反复于干湿状态，其老化程度加强，因此需要定期更换阀芯（一般使用期为 2 年）；将阀芯拧走时系统水不会泄漏，因为阀门内部有个很小的止回装置。(见图 10)
水压同样也是溶解空气的一大因素。水压降低其溶解的空气量也降低，反之亦然（参考 图 5）。比如，打开苏打水瓶盖后二氧化碳气泡立刻出现， 这是因为打开瓶盖后水压降低， 气体溶解量迅速下降并释放出来使气泡马上出现。多层建筑上端由于压力低也就更多气泡出 现，而系统底部的静压相对更高，则会将更多的空气吸收在水里。
夹杂的空气泡
当空气以气泡形式存在时，系统中的水能带走（夹杂）这些气泡。夹杂的气泡既有好处 又有坏处。好处在于能将系统远端的空气输送到排气装置；然而其坏处则是空气有可能无法 在排气装置里得到分离。水流夹杂空气的程度取决于它带动自然上升的气泡向下的能力。简 单地说，如果水流向下的速度高于气泡上升的速度，它就能延水流方向带走气泡。如图 3 所示，在向下流动的管道内，水流速度高于气泡上升速度是带走气泡的关键。 （从左到右， 1，气泡在静止的水中上升，大气泡上升速度更快； 2，水流向下速度慢，气泡仍然上升； 3， 如果水流平均流速够高，气泡向下流动。）
微泡排气阀能将系统的水维持在空气含量非饱和状态。即系统的水能随时吸收系统内部 多余的空气然后把他们带回到微泡排气阀内重新进行分离排除。这种能连续吸收额外的空气 的能力对于排除系统内各个无法安装排气阀的区域存在的静止空气袋非常有益。
研究表明，微泡排气阀能有效将系统含气量减少到 0.5%。这么小含量空气内的氧气量 根本不会对系统造成腐蚀。
自动排气阀的尺寸，形状，口径较多。分别适合于立管顶端、分水器末端等（见图 13）； 散热器上侧（见图 14）；对于气体量大的部位则需要安装大排气量排气阀（见图 15）。
当自动排气阀安装的位置出现负压时，比如出现膨胀罐安装在水泵输出口等设计或安装 的错误时，空气会通过自动排气阀的排气口进入系统。这种情况下应该首先改正系统的错误， 同时在自动排气阀排气口上安装抗吸气排气帽，（见图 16）。
z 湿转子水泵的屏蔽套的润滑不够。因为水和空气的混合体造成水泵内部的溶液成泡沫 状，屏蔽套需要的水膜润滑作用不能达到。湿转子水泵完全依赖这层润滑膜，如果没有 的话水泵很快会被损坏。
z 热载体的热能输送损失。热载体内部的气泡阻止了热对流，这会降低热能的输送率。同 时热源内部的热交换装置内的空气也可能导致‘过热温度点’的出现，使热交换受阻并 可能最终将它损坏。
图3
图4
气泡上升的速度由气泡的直径和密度，以及周围水的密度和粘度决定。气泡直径越大上 升速度越快。周围水的粘度越大，气泡密度越小气泡上升速度越慢。在这些因素中，气泡的 直径起决定作用，直径小一半的气泡的上升速度大约只有正常直径的 1/4”。从一个玻璃杯的 碳酸饮料里便可以看见气泡上升的速度的不同。
空气分离装置
集中空气分离装置的一种常见产品被称为空气清洗器或空气分离器。它的壳体是铸铁材 料，分离器内部有空气挡板（见图 17a），档板使水流速度降低，能将气泡中的空气分离到 上部与自动排气阀连接的地方，然后通过自动排气阀排除。空气分离器上标明了水流的方向， 同时还提供了很多接口用于连接膨胀罐，安全阀及压力表/温度表等。
截留空气的存在形式
在水暖系统中，空气以如下三种形式存在： z 静止的空气袋 z 夹杂的空气泡
z 溶解于水的空气 这三种形式的空气可能同时存在于系统中，尤其是在系统初始运行时。每一种形式的空
气在系统中表现都不一样。
静止的空气袋
由于空气轻于水, 因此它会朝系统的高位点上升。这些位置并不完全是系统的顶端。即 便是在低层的散热末端，其上部仍然可能形成静止的空气袋。在水平管道拐弯向下前的水平 段同样会形成静止的空气袋。一个比较典型的例子是管道升高跨越建筑横梁然后回复到水平 面的情况，如图 1 所示。
z 由于截留‘空气包’而造成散热末端或整个系统的热负荷损失。这通常被称为集合空气。 它以多种方式出现。最常见的是水泵里螺旋舱的水被其取代,而阻止了水泵使系统水正 常循环。另一个可能则是系统顶端的管道部分充满了’空气包’，水泵不能将水送过顶部 跨越管道。
z 水泵水头减小。由于水和空气的混合体可以被压缩，水泵则无法将机械能有效地传送给 水。这样会极大的减小系统的热量输出。
流经微泡排气阀的流量应该低于 1.2 米/每秒以防止微泡被水流夹杂带走。
水泵气蚀
众所周知，水在一定的压力和温度下会达到沸点，在某一个温度点上施加于水的防止其 沸腾的最低压力称为蒸气压力（见图 21）。水在沸腾的过程中形成大量的蒸气袋。他们看起 来像空气泡,但是不能将其与空气泡混淆。即便是完全分离了空气的水，只要它低于其水温 对应的蒸气压力，蒸气袋就会马上出现。这个过程通常被称为水‘闪变’成蒸气。
本章节介绍空气如何进入系统，其在系统中的表现，最重要的是如何将其排除。
截留空气带来的问题
尽管人们能认识到系统中空气的存在（如管道中汩汩的水声），但他们通常不知道截留 空气会带来以下这些危害：
z 造成系统中钢铁等金属部件与空气的化学氧化作用，加速这些部件的腐蚀。空气长期截 留的系统其腐蚀速度为正常系统的好几倍。
遗憾的是很多水暖系统的空气分离装置并不能提供足够低的流速使微泡有效地隔离。直 径较大的气泡上升速度快得到排除，而相对小很多的微泡未被分离就被水流带走。有时是因 为空气分离器设计的问题，有时是因为流经空气分离器的速度太快。
溶解于水中的空气
可能最难理解的是水暖系统中空气以溶解空气存在的形式。构成空气的分子包括氧和氮 能与水分子‘相溶共处’。这些分子即便在显微镜下也看不见。表面上看来清澈的无气泡的 水同样可能包含大量的溶解的空气。
供暖系统中空气的存在及排除
简介
水暖系统安静舒适运行的前提是没有空气的存在。如果不是这样, 系统将会出现从管路 经常的汩汩水声到完全损失热量的各类大大小小的问题。
空气的问题往往令人困惑。当问题好像得到解决时又重新出现了，许多业主和安装人员 最终只能放弃，认为这是‘无法完成的使命’。安装人员则暗自祈祷下一次不会再出现这些 神秘的问题。这个‘病根’没有得到诊断、治疗及将来的预防均源于对它缺乏足够的认识。 从某一角度来说，每一个水暖系统内都充满了水和空气，尤其是系统初次注水和运行时。如 果系统的设计得当，封闭式循环的水暖系统的大部分空气经过几天的运行后就能排除，系统 在其运行寿命期内将不会有空气存在。长期受到截留空气困扰的系统通常是由一个或多个典 型设计及安装的错误造成的。
排气装置
水暖系统中的排气装置可分为高位排气阀和集中空气分离装置两种。 高位排气阀安装在系统的多个高位点用于排除静止的空气袋，比如立管顶部，散热器上 端，分水器，或跨越管的向下拐弯处。高位排气阀对于系统初次注水排气尤为重要。 集中空气分离装置用于排除水中夹杂的空气，将系统水的含气量尽量降到最低。它通常 安装在热源的出水端，所有系统的水流都经过空气分离装置。 以下分别介绍几种具体的高位排气阀和集中空气分离装置产品。 手动排气阀 高位排气阀中最简单的就是手动排气阀。手动排气阀通常是金属-金属密封的小阀门,通 过手柄、一字改锥或四角钥匙拧开阀门内部的螺钉, 气体从阀门侧面的一个小孔排出。 手动排气阀通常安装在散热器的上侧，由于其体积及进气口小，所以在安装时候需要注 意不要让密封材料堵住了进气口。
图 21
图 22
当水里面形成蒸气袋时，蒸气袋内部的密度低于周边液体的密度约 1,500 倍。这犹如一 粒玉米膨胀到棒球大小的玉米花的倍数一样。如果液体的压力升高，高于蒸气压力的话，蒸 气袋会马上在内部破碎，这个过程被称为‘内爆’，它是‘爆炸’的反义词。尽管这听起来 不严重，但从微观的水平来看，蒸气袋内爆表现相当激烈。它激烈到能将其周边的物体撕裂， 即便强硬的金属也不例外。
浮球式自动排气阀
在系统不容易维修检测的地方需要安装自动排除气体的高位排气阀。浮球式自动排气阀 就是很好的解决办法。如图 11 所示，当阀体内气泡聚积量增大时，浮球随水位下降带动阀 杆打开排气活塞排出气体；气体排尽后水位上升，浮球随之上升关闭排气活塞。
图 11
图 12
图 13
图 14
图 15
图 16
自动排气阀排气口的排气帽防止外界杂质堵塞排气口，安装好自动排气阀后需要稍微拧 松排气帽才能排气。为了防止万一出现的排气口泄水现象发生（比如系统水质太赃），可以 选装吸湿排气帽起到安全保护的作用，见图 12 吸湿安全排气帽。
溶解于水中的空气量取决于水的温度和压力。图 5 表明在不同温度和绝对压力的情况下 溶解于水中的空气的最大含量。
从图中可以看出，水温升高时，水中溶解的空气量降低。比如在绝对压力 2 公斤的情况 5 升下降到了 17 升。这就解释了为什 么烧热的一壶水表面上聚集水泡，也同样解释了锅炉燃烧室外壁微泡的出现（见图 6,7）。反 之，当水温冷却时它会重新将空气溶解。
图5
图6
图7
水不断的吸收和释放空气的能力会以多种或好或劣的形式影响系统。对于去除系统内不 易达到的高点（如没有安装排气阀的地方）的静止空气袋，将其吸收溶解输送回空气分离装 置，这时候水吸收空气的能力是一大优点；而在水气融合式的膨胀罐系统中，水吸收了用于 膨胀的空气量则是一个坏处。
减少系统水包含的空气量是优化系统的目标。达到这个目的需要通过创造一些条件来 ‘鼓励’空气从水中分解（即高温低压），并且使气体聚积起来最后排除到系统之外。在后 面的章节里会专门介绍排除溶解的空气的装置。