Jak správně vypočítat expanzní nádrž?

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.

Teplota vody, ° C	Součinitel objemové tepelné roztažnosti, K -1
5-10	0,53-10-4
10-20	1,50·10-4
20-40	3,02·10-4
40-60	4,58·10-4
60-80	5,87-10-4

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.

Teplota vody, ° C	Součinitel objemové tepelné roztažnosti, K -1	Zvýšení objemu, l
5-10	0,53-10 – 4	0,119
11-20	1,50-10 – 4	0,675
21-40	3,02-10 – 4	2,718
41-60	4,58-10 – 4	4,122
61-80	5,87·10-4	5,283
Celkem: 12,917 2,87 (XNUMX %)

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.

Teplota vody, ° C	Součinitel objemové tepelné roztažnosti, K -1	Zvýšení tlaku, bar (1 bar = 0,1 MPa)
5-10	0,53·10-4	5,41
11-20	1,50·10-4	30,61
21-40	3,02·10-4	123,26
41-60	4,58·10-4	186,93
61-80	5,87·10-4	239,59
Celkem: 346,21

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

Charakterizace	Hodnota
Pracovní teplota, ° С	–10 až +100
Maximální provozní tlak, bar	5
Tovární tlak v plynové komoře (přednastavený), bar	1,5
Materiál těla	Uhlíková ocel lakovaná červeným epoxidovým polyesterem
Membránový materiál	EPDM
Typ membrány	Vyměnitelné
Životnost při stanovených provozních podmínkách, roky	25

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

Expanzní nádoba pro vytápění uzavřeného typu je velmi důležitým aspektem při výběru expanzní nádoby. V tomto procesu se berou v úvahu všechny nuance spojené s topným systémem. Které přesně? Jak vypočítat objem expanzní nádoby? Co s tím pomůže? Podívejme se na několik užitečných tipů pro výpočet objemu membránové expanzní nádrže.

Důsledky špatného výběru

Moderní topné systémy jsou uzavřenou smyčkou. Zdrojem tepla je kotel a nosičem je voda nebo speciální nemrznoucí směs. Při ohřevu vody v teplotním rozmezí 20-90 stupňů (normální teplota pro radiátory) se objem kapaliny v systému zvětší přibližně o 4 % původní hodnoty. Objem nemrznoucí směsi vyrobené na bázi ethylenglykolu nebo propylenglykolu se za stejných podmínek zvýší o 6 %.

Výpočet expanzní nádoby pro uzavřený topný systém je velmi důležitý, protože nesprávně zvolený objem expanzní nádoby se nevyrovná se zvýšením objemu kapaliny a tlak v systému vyskočí. K čemu to vede? K neustálé aktivaci pojistného ventilu a nakonec k nouzovému stavu s chybou „Nedostatek tlaku v systému“.

Pokud objem chladicí kapaliny výrazně překročí přípustnou normu, může být ohrožena těsnost potrubí, protože voda je nestlačitelná látka. Následky takové havárie mohou být velmi smutné, protože v topném systému jsou desítky litrů kapaliny.

Uzavřený topný systém

Způsob řešení problému s expanzí chladicí kapaliny

Někteří nepočítají expanzní nádrž pro vytápění, ale jednoduše nainstalují ventil pro vytlačení přebytečné chladicí kapaliny s tlakem 2-2,5 barr. Tato metoda může pomoci, ale bude mít za následek další problémy spojené se vstupem vzduchu do systému. K tomu dochází v důsledku skutečnosti, že při otevření ventilu se chladicí kapalina ochlazuje a smršťuje a volný prostor je naplněn vzduchem. Takové hmoty narušují cirkulaci vody v systému, takže majitel bude muset pravidelně vypouštět vzduch z potrubí. Toto řešení způsobí spoustu nepříjemností a správný objem expanzní nádoby pro vytápění pomůže odstranit problém.

Návrh kontejneru

Před výpočtem expanzní nádrže pro vytápění se musíte seznámit s principem jejího fungování. Membránový zásobník je v podstatě typ hydraulického akumulátoru, který kompenzuje tepelnou roztažnost vody nebo nemrznoucí směsi. Nádrž je připojena k okruhu pomocí potrubí.

Konstrukce nádrže je poměrně jednoduchá. Je rozdělena na dvě části: vzduchovou vrstvu s určitým tlakem a nádobu na chladicí kapalinu. Tyto části jsou odděleny pružnou gumovou membránou. Objem expanzní nádoby kompenzuje přetlak v systému.

Expanzní nádoby můžete zakoupit u nás internetový obchod.

Když se při zahřívání chladicí kapaliny její množství sníží, nádrž vytlačí chybějící kapalinu do systému. Objem vodní části expanzní nádrže se sníží, a proto se vzduchový segment pod tlakem uvolněného tlaku rozšíří.

Když se voda ochladí, znovu se přidá v odpovídajícím množství, do kapalného objemu expanzní nádrže se přidá trochu chladicí kapaliny a objem vzduchové části expanzní nádrže se sníží.

Správný výběr expanzní nádrže umožní její použití ke kompenzaci ztrát chladicí kapaliny v okruhu. Speciální ventil vytlačí chybějící látku z kapalinové komory do systému. Pokud tedy správně spočítáte objem expanzní nádoby, nebudete muset do systému pravidelně doplňovat vodu nebo nemrznoucí kapalinu po celou topnou sezónu.

Při výběru konkrétního modelu je třeba věnovat pozornost parametru „rozsah použití“. Červené expanzní nádoby se používají především pro topné systémy, jako jsou např Flexcon R 300 litrů od značky Flamco.

Pohled v řezu na expanzní nádrž

Co je třeba vzít v úvahu při výpočtu

• Celkový objem kapaliny v systému. Záleží na výkonu kotle. Přibližný poměr: 15 litrů na 1 kW výkonu.
• Maximální teplota regulátoru na kotli (30-105 stupňů). Tato hodnota umožňuje určit koeficient roztažnosti chladicí kapaliny (měřeno v procentech) a provést správný výpočet expanzní nádrže topného systému.
• Statický tlak (vzdálenost od umístění nádrže k nejvyššímu bodu v topném systému).
• Odezva pojistného ventilu. Ve většině případů je indikátor 3 čárky. Tunové skladovací systémy jsou vybaveny ventily s tlakem pod 3 bary. To je třeba vzít v úvahu při výpočtu expanzní nádrže.
• Druh, výkon a objem vody v kotli. Přítomnost vyrovnávací akumulační nádrže a její objem, stejně jako přítomnost individuální ochrany ve formě přídavné expanzní nádrže. Pokud je v systému nainstalováno několik kotlů, musíte zadat parametry každého z nich. To je velmi důležitá nuance při výpočtu expanzní nádrže pro vytápění.

Schéma nárůstu objemu chladicí kapaliny s rostoucí teplotou

• Počet a typ spotřebičů tepla (ocelové, litinové nebo deskové radiátory, vytápěné podlahy, konvektory, ventilace, plastové nebo měděné trubky). Pro každý z nich bude vypočítán objem a výkon.
• Množství vody v potrubí.
• Rezerva chladicí kapaliny v procentech. Jedná se o malé množství dodatečné kapaliny pro kompenzaci přirozených ztrát chladiva během topné sezóny. Tento poměr se pohybuje od 2 do 5 %.

Pravidla pro výběr objemu expanzní nádrže

Existuje několik pravidel pro výběr expanzní nádoby pro vytápění. Snad nejjednodušší z nich je: kapacita nádrže by měla být 10% z celkového objemu kapaliny v okruhu. Tento vzorec je účinný pro malé topné systémy, což znamená, že bude vhodný pro 250-litrový systém expanzní nádoba Flexcon R na 25 litrů.

Podrobnější informace o výběru expanzních nádrží naleznete zde:

Použití programů pro výpočet objemu expanzní nádrže

pro kotle na tuhá paliva s tepelným akumulátorem a dalším zařízením, které pracuje s velkým množstvím chladicí kapaliny, stojí za to použít specializovaný program, který vypočítá objem expanzní nádrže. Takový software, například program Reflex Pro Win, poskytuje nejpřesnější kurzy.

Podobné kalkulačky lze nalézt na stránkách výrobců topných zařízení. Rozhraní je velmi jednoduché, takže programy pochopí i ti, kteří nevědí, jak vypočítat objem expanzní nádrže.

Vysoká přesnost speciálních programů je kromě standardních ukazatelů spojena s podrobnějšími hodnotami, které je třeba zadat.

Jedna z možností pro výpočet objemu expanzní nádrže

teplota

Program, který počítá membránové expanzní nádoby, si vyžádá nejen hodnotu maximální teploty regulátoru, ale také ukazatel teploty na zpátečce a čidlo ochrany proti přehřátí. Kromě toho vás vyzve k zadání parametru minimální teploty povolené pro daný okruh.

Při výběru nádrže je také vhodné zvážit, na jakou teplotu je určena k provozu. Například NG nádrž 50 litrů od značky Reflex je určeno pro 70 °C.

Množství různých typů chladicí kapaliny

Objem expanzní nádoby pro ohřev se počítá nejen pro vodu. Pokud váš systém používá jako chladicí kapalinu nemrznoucí kapalinu, budete muset uvést její procento v okruhu.

Tlak

Program zohledňuje nejen statický tlak a jmenovitý tlak pojistného ventilu, ale také maximální tlak oběhové čerpadlo. Pokud je v systému instalováno několik čerpadel, musíte vzít v úvahu parametry nejvýkonnějšího z nich. Tyto tři indikátory pomohou vypočítat konečnou hodnotu tlaku v systému. A to je velmi důležitý aspekt, který pomůže vypočítat objem expanzní nádrže pro topný systém.

Kromě toho bude kalkulačka zohledňovat odhadovaný doplňovací tlak, tj. tlak ve vodovodu. Obvykle se rovná 3 barům.

Umístění expanzní nádoby v uzavřeném systému

Objem chladicí kapaliny v tepelné trubici

Majitel často neví, kolik chladicí kapaliny cirkuluje v systému. Speciální programy mohou vypočítat tento ukazatel v závislosti na průměru a celkové délce potrubí.

Jako výsledek všech výpočtů program zobrazí velmi podrobnou zprávu včetně objemu expanzní nádoby pro uzavřený topný systém. Zde je uvedeno:

• objem expanze chladicí kapaliny v litrech;
• celkový objem systému;
• skutečná zásoba vody v litrech (do systému je třeba nalít přesně tolik požadovaného objemu chladicí kapaliny);
• provozní tlak v okruhu.

Nejdůležitější znaky

Chcete-li správně vypočítat objem expanzní nádrže, musíte znát několik speciálních pravidel nebo nainstalovat program. To není tak náročný postup. Ale nakonec správný výběr objemu expanzní nádrže pomůže prodloužit životnost prvků topného systému a ušetřit vaše peníze. V tomto případě nebudete muset nikomu nic platit.

Prováděli jste někdy podobné výpočty pro výběr expanzních nádrží? Čemu jste věnoval pozornost jako první?