Expanzní nádoby pro vytápění – výpočet objemu vody při vytápění

Jak známo, naprostá většina látek v přírodě má tu vlastnost, že se s rostoucí teplotou rozpíná. Odpovídající charakteristikou je koeficient tepelné roztažnosti, který odráží změnu objemu média nebo lineárních rozměrů tělesa při zahřátí o 1 °C za podmínek konstantního tlaku (v prvním případě hovoříme o koeficientu tepelné objemové expanze, ve druhé – lineární expanze).

Rýže. 1. Závislost objemu vody na teplotě

Koeficient tepelné roztažnosti vody

S rostoucí teplotou se koeficient objemové tepelné roztažnosti vody mění nerovnoměrně (obr. 1): v rozmezí od 0 do 4 °C se objem vody zcela zmenšuje (tato vlastnost hraje důležitou roli v přírodních nádržích s dalším ohřevem se hodnota koeficientu mění, jak je znázorněno na); tab. jeden.

Co to v praxi znamená. Přibližný objem vody v topném systému jednotlivého domu o tepelném výkonu 30 kW je 450 l (v přibližných výpočtech je povolen odběr 15 l/kW). V tab. jeden Jsou uvedeny výpočty, které ukazují, že při zahřátí z 5 na 80 °C bude nárůst tohoto objemu asi 13 litrů.

Pro zachycení dodatečného objemu kapaliny vzniklého při jejím zahřívání je topný systém vybaven expanzní nádobou (expansomat). Dříve byly v této kapacitě široce používány otevřené (s přístupem atmosférického vzduchu) nádrže, umístěné v nejvyšším bodě systému – obvykle v podkroví domu. Toto řešení, přestože se používá dodnes, nesplňuje moderní požadavky na prvky topných systémů a přednost je dávána membránové expanzní nádobě: lze ji instalovat kdekoli v domě (i přímo v kotelně), neumožňuje kyslík vstupuje do chladicí kapaliny (tj. hlavní faktor koroze zařízení je eliminován) a pracovní tekutina se neztrácí v důsledku odpařování.

Pokud v otevřeném topném systému vede tepelná roztažnost vody ke zvětšení jejího objemu s výsledným „přebytkem“ pohybujícím se do expanzní nádrže, pak v uzavřeném potrubí bude výsledkem zvýšení tlaku.

hodnota Δp přímo úměrné součiniteli tepelné roztažnosti a nepřímo úměrné součiniteli objemové komprese vody (v závislosti na tlaku v rozmezí 1–25 bar – 49,51∙10 -11 Pa, v hydraulických výpočtech se bere 4,9 ∙ 10-10 Pa):

Δp = β_t • Dt / β_v, Pa.

Prezentováno v tab. jeden Výsledky výpočtu ukazují, jak výrazný je nárůst tlaku při ohřevu vody o 75 °C v uzavřeném potrubí – několikanásobně vyšší než destrukční tlak plného bimetalového radiátoru, nemluvě o dalších prvcích topného systému. Korekce deformace potrubí a zařízení tuto hodnotu sníží, ale situaci radikálně nezmění.

Konstrukce expanzních nádrží

Kromě nutnosti expanzní nádoby ukazují získané údaje důležitost jejího správného výběru (při nedostatečném objemu je nevyhnutelná destrukce membrány) a také nutnost kompenzovat tepelnou roztažnost vody v uzavřené potrubí i při relativně malém rozdílu teplot. Například v systému zásobování studenou vodou v bytě může nastat nouzová situace, kdy se příchozí voda samovolně ohřeje na pokojovou teplotu a přívodní kohout je uzavřen.

Existují dvě hlavní provedení membránových expanzních nádrží. Nejjednodušší je s membránou (okvětní lístek) pevně upevněnou na spoji poloskořepin. Takové modely mají nižší cenu a jsou široce používány, ale mají nevýhody, z nichž hlavní je kontakt chladicí kapaliny s materiálem těla a nemožnost opravy v případě poškození membrány. Nádrže druhého typu jsou vybaveny výměnnou membránou – balónovou nebo kulovou, umístěnou do těla hrdlem s přírubou ( obr. 2 ). Jsou opravitelné, eliminují korozi kovových stěn z kontaktu s pracovním prostředím a vyznačují se úplnějším vyplněním vnitřního prostoru pouzdra (užitného objemu) než expanzní komory s membránovou membránou.

Obr. 2. Návrh expanzních nádrží s vyměnitelnou membránou VRV

Princip fungování obou typů membránových nádrží je stejný: vnitřní objem nádrže je rozdělen elastickou přepážkou na dvě dutiny – vzduchovou a vodní. Když se kapalina v systému zahřeje a její objem se zvětší, je vodní dutina vyplněna napínáním membrány a stlačováním plynu (vzduchu nebo dusíku) v prostoru mezi ní a pouzdrem. Při ochlazení chladicí kapaliny probíhají reverzní procesy – stlačení kapaliny a membrány, expanze plynu.

Tlak vzduchového polštáře je nastaven tak, aby při nefunkčnosti topného systému byl kompenzován statický tlak chladicí kapaliny v něm a membrána byla v rovnovážném stavu (více čtěte v článku o výpočtu a umístění membránové nádrže). Membránové expanzní nádoby se obvykle prodávají s přednastaveným tlakem 1,5 baru. Aby bylo možné regulovat a udržovat předtlak, je membránová nádrž vybavena vsuvkou.

Materiály pro výrobu membrán v současnosti zahrnují různé elastomery – přírodní kaučuk (používaný při výrobě nádrží na zásobování studenou vodou) a syntetický kaučuk – butyl, styren-butadien (SBR), nitril-butadien (NBR), ale i etylen -propylen-dien monomer (EPDM), který se osvědčil v inženýrských systémech pro různé účely. EPDM membrány jsou elastické, tepelně odolné, hygienické a trvanlivé (životnost se odhaduje na 100 tisíc cyklů dynamického zatížení), proto jsou široce používány v nádržích pro vytápění a zásobování vodou včetně pitné vody. V běžně provozovaných topných systémech nepodléhají membrány expanzní komory náhlým dynamickým vlivům (změna objemu chladicí kapaliny probíhá zcela plynule), proto jsou na ně kladeny hlavní požadavky tepelná odolnost a životnost. EPDM tato kritéria dokonale splňuje.

Výroba membrán expanzních nádrží je regulována evropskou normou DIN 4807-3 „Expanzní nádrže, elastomerové membrány pro expanzní nádrže. Technické požadavky a testování“ (Expanzní nádoby; elastomerní membrány; požadavky a testování).

Na obr. 3 Zobrazeny náhradní EPDM membrány. K přírubě nádrže se připevňují pomocí protipříruby s navařeným spojovacím šroubením a uprostřed perforovaným děličem průtoku. Pokud membrána praskne (pokud k tomu dojde), je snadné ji sejmout a vyměnit za novou nebo opravit (poškození můžete zalepit sami nebo zajít do nejbližší pneuservisu na vulkanizaci).

Rýže. 3. Náhradní EPDM membrány pro expanzní nádrže

Těleso membránové expanzní nádoby je obvykle vyrobeno z tvárné uhlíkové oceli pomocí hlubokého lisování za studena s následným nátěrem epoxidovým emailem. Vnitřní povrch expanzních komor s výměnnou membránou se obvykle nenatírá a pro eliminaci rizika koroze v důsledku kondenzace je do vzduchové dutiny na provozovně čerpán chemicky neutrální dusík.

Vertikální nádrže o objemu 50 litrů a více jsou zpravidla vybaveny nohami pro instalaci na podlahu. Menší modely (obvykle do 35 litrů včetně) se zavěšují přímo na potrubí nebo se připevňují ke stěně pomocí speciálních držáků (konzol).

Tabulka 4. Technické vlastnosti expanzních nádrží VALTEC

Pohodlnou instalaci expanzních nádob do systémů o výkonu až 44 kW zajišťuje bezpečnostní skupina expanzní nádoby VT.495 (obr. 4), což je dutá ocelová pozinkovaná konzola s přírubou pro montáž na stěnu a předinstalovaná sada vodovodních zařízení skládající se z pojistného ventilu, automatického odvzdušňovače a tlakoměru. K dispozici jsou také dvě závitové trubky – pro připojení skupiny k systému a připojení expanzní nádrže. Rozměry konzolové bezpečnostní skupiny umožňují přímo na ni zavěsit expanzní nádoby o velikosti až 50 litrů.

Rýže. 4. Bezpečnostní skupina expanzní nádoby VT.495

Důležitým a užitečným doplňkem expanzních nádrží topných a teplovodních systémů je také odnímatelný uzavírací ventil VT.538, který umožňuje odpojit membránové nádrže od potrubí bez jeho vyprázdnění.

Vážení čtenáři! Od zveřejnění tohoto článku mohlo dojít ke změnám v sortimentu naší společnosti, praxi používání zařízení a regulačních dokumentech. Informace, které vám nabízíme, jsou užitečné, ale slouží pouze pro informační účely.

© Držitel autorských práv Vesta Regions LLC, 2010
Všechna autorská práva vyhrazena. Při kopírování článku je vyžadován odkaz na držitele autorských práv a/nebo na webovou stránku valtec.ru.

Pro zlepšení výkonu webu a jeho uživatelské zkušenosti používáme soubory cookie. Pokračováním v používání stránek souhlasíte s používáním cookies. Cookies můžete vždy zakázat v nastavení vašeho prohlížeče. Přečtěte si více o cookies.

MOSKVA
108851, Moskva, Shcherbinka,
Svatý. Zheleznodorozhnaya, 32, budova 1
tel.: +7 (495) 228-30-30 SAINT PETERSBURG
192019, Petrohrad,
Svatý. Profesorky Kachalové, 11
tel.: +7 (812) 324-77-50 SAMARA
443031, Samara,
9 paseka, 2. průchod, 16 A
tel.: +7 (846) 269-64-54 ROSTOV-NA-DON
344018, Rostov na Donu,
ulice. Tekucheva, budova 139/94
tel.: +7 (863) 306-56-00 KRASNODÁR
350033, Krasnodar,
Svatý. Stavropolskaja, 5 B
tel.: +7 (861) 214-98-92 JEKATERINBURG
620016, Jekatěrinburg,
Svatý. Akademik Vonsovský, 1 A
tel.: +7 (343) 278-24-90

Při instalaci topného systému je důležité zvolit správnou expanzní nádobu. Často se objevují pochybnosti: je to příliš malé? nebo naopak, proč tak velký? Vždyť skutečně existují nádrže o objemu 5-8 litrů a existují také nádrže o objemu 300, 500, 1000 a více! Mimochodem, celá velikostní tabulka je uvedena na našem webu v sekci Expanzní nádoby pro vytápění.

Pojďme na to společně: záleží na velikosti?

Připomeňme si, proč je v topném systému potřeba expanzní nádoba. Expanzní nádoba slouží k vyrovnání změn objemu vody nebo jiného chladiva v uzavřených topných systémech a zajištění konstantního tlaku. Jinými slovy, přebytečný objem horké vody vzniklý v důsledku ohřevu vstupuje do expanzní nádrže. Nádrž absorbuje přebytečnou vodu, čímž zajišťuje bezpečnost prvků systému a snižuje spotřebu energie.

Jak je konstruována expanzní nádoba?

Nádrž je válcované nebo svařované kovové tělo s pryžovou membránou-membránou uvnitř. Konstrukčně to může být nádrž s nohami nebo bez nich, horizontální nebo vertikální.

Z výroby je do nádrže napumpováno určité množství vzduchu nebo jiného neutrálního plynu. Tento tlak se nazývá továrním přednastaveným tlakem a je uveden na typovém štítku nádrže. Přednastavený tlak tlačí na membránu zevnitř. Voda při zahřátí expanduje, ale v uzavřeném okruhu nemá kam jít a tlačí na membránu. V důsledku toho voda proudí uvnitř nádrže a v topném systému se uvolňuje další prostor. Při poklesu teploty tlak stlačeného vzduchu tlačí ochlazenou vodu zpět do potrubí. Expanzní nádoba tak udržuje konstantní tlak v topném systému.

Nyní, když si vzpomenete na teorii, můžete přejít k praxi. Výpočtový vzorec se může někomu zdát složitý. V tomto článku vám proto dáváme do pozornosti i tabulku přibližných objemů expanzní nádoby pro vytápění

V=e*C/(1-((Pprev+1)/(Pmax+1)))

V — objem expanzní nádoby (v litrech)

e — koeficient roztažnosti vody

C — objem vody v systému (v litrech)

P před – přednastavený tlak vzduchu v nádrži (bar)

P max – maximální tlak v systému (bar)

Zkušení instalatéři radí zvolit expanzní nádobu o objemu 8-10% topného systému

Pro vaše pohodlí uvádíme tabulku, která vám pomůže přibližně určit objem expanzní nádoby pro váš topný systém

Upozorňujeme, že tento výpočet podléhá určitým podmínkám.

Nejprve musí být expanzní nádrž a pojistný ventil ve stejné úrovni.

Za druhé, pracovní tekutinou pro tento výpočet je voda. Pro směs vody a glykolu bude výpočet odlišný s ohledem na koeficient viskozity pracovní tekutiny

Za třetí, maximální provozní tlak musí být alespoň roven maximálnímu tlaku v systému (tlak lze upravit pojistným ventilem)

Doufáme, že Vám tato tabulka pomůže správně vybrat objem topné nádrže, který je vhodný pro Váš topný systém. Pamatujte, že trochu více je lepší než méně.

Rád bych se trochu pozastavil nad umístěním expanzní nádoby v uzavřeném topném systému

Schéma autonomního vytápění: hlavní prvky systému

Chcete-li vytvořit topný systém pro soukromý dům, musíte nejprve vytvořit schéma označující všechny hlavní prvky systému a materiály, které budou použity. Zde uvádíme základní schéma rozložení komponent topného okruhu

Prvky, které budou použity v topném systému, se mohou lišit v závislosti na projektu, ale jejich hlavní část bude v každém případě zapotřebí

KOTEL – může být plyn, tuhá paliva nebo elektřina

CIRKULAČNÍ ČERPADLO — tlačí vodu z kotle ke spotřebiči (radiátory, okruhy podlahového vytápění atd.)

EXPANZNÍ NÁDOBA — potřebné pro kompenzaci expanze chladicí kapaliny v důsledku jejího zahřívání v uzavřených topných systémech

ZPĚTNÝ VENTIL – slouží k zabránění pohybu vody v opačném směru

BEZPEČNOSTNÍ VENTIL – umožňuje „vypustit páru“ z přehřáté chladicí kapaliny

VENTILACE — zabraňuje zavzdušnění topného systému, prodlužuje životnost čerpadla a dalších prvků topného systému

TLAKOMĚR — umožňuje ovládat aktuální tlak v systému

SMĚŠOVACÍ VENTIL nebo jednoduše TEE – připojuje obvod systému

ZÁPADKA nebo TAP – potřebné k odstavení topného systému na požadovaných místech. Pro pohodlnou demontáž prvků systému pro opravu nebo diagnostiku doporučujeme použít závitníky s rychloupínacími převlečnými maticemi (americký závitník)

Může být také užitečné Reduktor TLAKU, MIXER-TERMOSTAT, ANTIKONDENZAČNÍ VENTIL a další prvky

V zobrazeném schématu jsou výztužné a ovládací prvky umístěny samostatně. Ale pro pohodlí uživatele průmysl vyrábí takzvané smontované armatury. Zde je příklad:

bezpečnostní skupina kotle — prefabrikovaný odlučovač vzduchu vybavený odvzdušňovacím ventilem. pojistný ventil a manometr

prefabrikovaný rozdělovač rovnoměrné rozložení chladicí kapaliny a kontrola úrovně tepla v systému vytápěné podlahy

Naše webové stránky představují široký výběr oběhových čerpadel pro domácí i průmyslové použití od různých výrobců. Zvláštní pozornost bych chtěl věnovat oběhovým čerpadlům od dánského „krále čerpadel“ Grundfos. Máme standardní třírychlostní i energeticky úsporná čerpadla s vestavěným frekvenčním měničem. Ne nadarmo se čerpadlům Grundfos říká energeticky úsporná čerpadla – skutečně výrazně šetří spotřebu energie, která je každým dnem dražší. Například čerpadlo Grundfos ALPHA1 L 25-60 spotřebuje pouze 4 až 45 W v závislosti na zvoleném provozním režimu.

Vybrat si můžete i expanzní nádobu od italských výrobců Zilmet, Aquasystem Elbi nebo Imera o požadovaném objemu. Jak na to, již víte z kalkulačního vzorce na začátku tohoto článku.

Potřebujete-li další radu s výběrem objemu expanzní nádoby pro vytápění, kontaktujte naše obchodní oddělení. Rádi zodpovíme všechny vaše dotazy a poskytneme pomoc při výběru nádrže a dalších komponentů topného systému.