Jak vypočítat objem expanzní nádoby na teplou vodu?
Dnes se při projektování inženýrských systémů upřednostňují především uzavřené topné a klimatizační systémy, jejichž jedním z prvků je expanzní nádoba. K opuštění otevřených systémů došlo kvůli skutečnosti, že uzavřené systémy vytápění a chlazení mají takové nepopiratelné výhody, jako jsou:
- úplná izolace od atmosféry, která minimalizuje pronikání vzduchu do systému;
- možnost instalovat membránovou nádrž v kotelně nebo na jakémkoli vhodném místě v systému, na rozdíl od otevřeného systému, kde je nádrž instalována nahoře;
- snižuje potřebu dobíjení systému, protože nedochází k odpařování vody.
To vše umožňuje zvýšit efektivitu vašeho technologického procesu, snížit spotřebu energie, náklady na údržbu a hlavně prodloužit životnost vašeho zařízení.
Koncem 50. let Flamco (Nizozemsko) jako první na evropském trhu vyvinulo a představilo koncept uzavřeného oběhového topného systému. Tento systém byl založen na použití expanzní nádoby typu Flexcon s membránou. Pracovní tekutina v membránové nádrži je oddělena od plynové dutiny pomocí vysokopevnostní plynotěsné pryžové membrány. Jako plyn se používá směs obsahující dusík. V případě tepelné roztažnosti chladicí kapaliny v systému je plynový „polštář“ v nádrži stlačen a voda vstupuje do nádrže. A naopak, při chlazení systému stlačený plyn vytlačuje kapalinu do systému, čímž kompenzuje tepelnou expanzi chladicí kapaliny, což umožňuje systému „dýchat“.
Zařízení Flamco znamená více než padesát let provozu, výzkumu a vývoje. Výsledky tohoto:
– za prvé, mimořádná spolehlivost membránových expanzních nádrží Flexcon byla potvrzena díky vysoké kvalitě výroby jak těla nádrže, tak pryžové membrány: k dnešnímu dni bylo v mnoha zemích po celém světě nainstalováno více než 30 milionů expanzních nádrží tohoto typu. svět, včetně Ruska;
– za druhé, řada tohoto zařízení byla výrazně rozšířena a nyní uspokojuje různé požadavky a provozní podmínky: membránové expanzní nádoby, hydraulické akumulátory (pro teplovodní a teplovodní systémy), automatické tlakové jednotky, zásobníkové ohřívače vody, jakož i doprovodné zařízení, například pojistné ventily, větrací otvory, odlučovače vzduchu a nečistot atd.
V Rusku je výhradním distributorem zařízení nizozemské společnosti Flamco, a zejména celé řady expanzních nádrží, společnost ADL.
V tomto článku se podíváme na metodiku výběru expanzních nádrží na příkladu široké modelové řady nizozemské společnosti Flamco.
Pro výběr expanzní nádrže je důležité vědět následující:
1. Systém, ve kterém bude expanzní nádrž používána, a v souladu s tím teplotní plán spotřebitele (přímé a zpětné potrubí), procento etylenglykolu ve vodě atd., které ovlivní výběr typu nádrže;
2. Nezbytné parametry pro správný výběr objemu nádrže (postup výpočtu bude probrán níže).
Výběr typu nádrže
Jedním z hlavních prvků lněné nádrže je membrána, která do značné míry určuje spolehlivost a životnost nádrže jako celku. Pojďme se proto této problematice věnovat podrobněji.
Dnes existuje několik hlavních membránových materiálů, které nejčastěji používají různí výrobci: přírodní butylkaučuk a E DM. Výběr konkrétního materiálu je založen na úkolech, kterým nádrž čelí při použití v konkrétním systému.
V soustavách ústředního vytápění tak za normálních provozních podmínek dochází k rozpínání kapaliny a tím k zatěžování membrány pomalu a během celé doby provozu soustavy se nevýznamně mění. Provozní teplota však může být poměrně vysoká. Proto musí být membrána pro takový systém vyrobena z teplotně odolného a trvanlivého materiálu
V systémech zásobování studenou vodou je vliv teploty chladicí kapaliny na membránu malý, protože teplota vody v systému obvykle nepřesahuje 30 °C. Jednou z hlavních charakteristik membrány pro tento systém by měla být dynamická elasticita, protože systém lze zapnout několikrát za hodinu a rychle zatížit.
U většiny modelů expanzních nádrží Flamco je jako membránový materiál použit vysoce kvalitní přírodní kaučuk (butylkaučuk), který odolává teplotám od –10 do +70 °C (max. procento obsahu etylenglykolu 50 %), má vysoké odolnost proti difúzi vody a má největší elasticitu ve srovnání s jinými materiály. Všechny modifikace výše uvedeného modelu Flexcon mají takovou membránu: C, CE, Pro, M (V 2-12500 l, PN 3/6/10 bar). Oblast jejich použití: vytápění a chlazení.
Pro membrány expanzních nádrží Airfix A a DE (V 2-3000 l, PN 10/16) je použita přírodní potravinářská pryž, díky které lze nádrž použít v systémech zásobování pitnou vodou.
A u nové řady nádrží Airfix P (V 8-5000 l, PN 10) je membrána vyrobena z EPDM na pitnou vodu, což umožňuje provoz těchto nádrží při teplotách od –10 do +100 °C.
Všechna zařízení Flamco mají certifikát shody a hygienicko-epidemiologický závěr umožňující jejich použití v systémech zásobování pitnou vodou.
Existují 3 typy membránového upevnění:
1. Nenahraditelná membrána, která se nenatahuje, ale „roluje“ po stěnách nádrže, což zvyšuje její spolehlivost, a speciální konstrukce upínacího kroužku zajišťuje dlouhou životnost a zabraňuje poklesu počátečního tlaku (realizováno ve Flexconu modely C a Airfix A);
2. Vyměnitelná membrána ve tvaru hrušky, která je připevněna k horní přírubě, která se délkou téměř shoduje s nádrží, takže při vstupu chladicí kapaliny se opírá o stěny nádrže a zatížení je rovnoměrně rozloženo oblast „hrušky“ a nedochází k pnutí na jejím „krku“, což výrazně zvyšuje životnost membrány (implementováno v modelu Flexcon CE);
3. Vyměnitelná membrána upevněná mezi dvěma přírubami na opačných koncích nádrže, která kromě výhod uvedených ve druhém odstavci činí membránu nepohyblivou (což je zvláště důležité u velkých objemů), čímž se výrazně zvyšuje její spolehlivost a servis životnost (modely: Flexcon M , na velkých objemech Flexcon Pro a Airfix P).
Volba objemu membránových nádrží
Pro správný výběr objemu expanzní nádrže existuje speciální technika
U topného systému se objem volí tak, aby i při zahřátí chladicí kapaliny systému nepřekročil tlak v něm maximálně přípustný, tj. aby užitečný objem nádrže nebyl menší než objem tepelná roztažnost chladicí kapaliny.
Počáteční údaje při výpočtu expanzní nádrže budou:
- objem chladicí kapaliny (vody) v systému: Vsyst, (l).
- napájení systému;
- statická výška (statický tlak). Výška sloupce kapaliny v systému působícího na nádrž (tj. vzdálenost od místa instalace nádrže k horní trubce). Jeden metr vodního sloupce vytváří tlak 0,1 baru;
- předtlak expanzní nádoby: Pprev. — tlak plynu v plynové komoře prázdné expanzní nádoby při pokojové teplotě. Předběžný tlak se volí rovný statickému tlaku sloupce chladicí kapaliny v systému. Před uvedením systému do provozu tedy tlak plynu v nádrži kompenzuje statický tlak sloupce kapaliny, v důsledku čehož je membrána nádrže v rovnováze, zatímco nádrž ještě není plná;
- maximální tlak: Pmax. — maximální tlak v systému v místě instalace expanzní nádoby;
- průměrná teplota systému: Tav, (°C) – průměrná teplota systému během provozu.
Postup výpočtu
1. Stanoví se koeficient roztažnosti kapaliny Kexp. (zvýšení objemu, %) při jeho zahřátí (chlazení) z 10 °C (předpokládá se plnění systému při teplotě 10 °C) na průměrnou teplotu systému. K určení koeficientu se používá následující tabulka:
| Teplota, (°C) | Koeficient expanze, (%) |
|---|---|
| 10-40 | 0,75 |
| 10-50 | 1,18 |
| 10-60 | 1,68 |
| 10-70 | 2,25 |
| 10-80 | 2,89 |
| 10-90 | 3,58 |
| 10-100 | 4,34 |
| 10-110 | 5,16 |
2. Expanzní objem se stanoví: V, (l) – objem kapaliny vytlačené ze systému při jejím zahřátí z 10 °C na průměrnou teplotu systému.
Vext = Vsyst. • Barevné
3. Stanoví se koeficient plnění nádrže (koeficient účinnosti) Kzap. za daných provozních podmínek s uvedením maximálního objemu kapaliny (v procentech z celkového objemu expanzní nádoby), který může expanzní nádoba pojmout. Všechny tlaky ve vzorci jsou měřeny v absolutních jednotkách!
4. Stanoví se požadovaný celkový objem expanzní nádoby: V, (l); je zaveden bezpečnostní faktor 1,25.
5. A nakonec je vybrán model expanzní nádoby, zaokrouhlený na nejbližší celé číslo a s ohledem na maximální tlak v místě nádrže podle následujících tabulek:
| Typ nádrže | Kapacita systému, (l) | ||
|---|---|---|---|
| Typ nádrže | Statická výška systému v místě instalace expanzní nádoby, (m) | ||
| Typ nádrže | 5 | 10 | 15 |
| Flexcon CE 140/1,5 | 3 027 | 3 027 | 2 826 |
| Flexcon CE 200/1,5 | 4 325 | 4 325 | 4 037 |
| Flexcon CE 300/1,5 | 6 487 | 6 487 | 6 055 |
| Flexcon CE 425/1,5 | 9 191 | 9 191 | 8 578 |
| Flexcon CE 600/1,5 | 12 975 | 12 975 | 12 111 |
| Flexcon CE 800/1,5 | 13 841 | 13 841 | 13 841 |
| Flexcon CE 1000/1,5 | – | – | – |
Maximální tlak – 3 bar
| Typ nádrže | Kapacita systému, (l) | ||
|---|---|---|---|
| Typ nádrže | Statická výška systému v místě instalace expanzní nádoby, (m) | ||
| Typ nádrže | 5 | 10 | 15 |
| Flexcon CE 110/3 | 2 326 | 2 115 | 1 903 |
| Flexcon CE 140/3 | 2 960 | 2 691 | 2 422 |
| Flexcon CE 200/3 | 4 229 | 3 845 | 3 460 |
| Flexcon CE 300/3 | 6 344 | 5 767 | 5 190 |
| Flexcon CE 425/3 | 8 987 | 8 170 | 7 353 |
| Flexcon CE 600/3 | 12 687 | 11 534 | 10 381 |
| Flexcon CE 800/3 | 13 841 | 13 841 | 13 841 |
Maximální tlak – 5 bar
| Typ nádrže | Kapacita systému, (l) | ||
|---|---|---|---|
| Typ nádrže | Statická výška systému v místě instalace expanzní nádoby, (m) | ||
| Typ nádrže | 5 | 10 | 15 |
| Flexcon CE 110/3 | 2 326 | 2 115 | 1 903 |
| Flexcon CE 140/3 | 2 960 | 2 691 | 2 422 |
| Flexcon CE 200/3 | 4 229 | 3 845 | 3 460 |
| Flexcon CE 300/3 | 6 344 | 5 767 | 5 190 |
| Flexcon CE 425/3 | 8 987 | 8 170 | 7 353 |
| Flexcon CE 600/3 | 12 687 | 11 534 | 10 381 |
| Flexcon CE 800/3 | 13 841 | 13 841 | 13 841 |
Maximální tlak – 10 bar
Tyto tabulky umožňují vybrat expanzní nádoby Flexcon pro topné systémy v závislosti na objemu a statické výšce systému v místě umístění expanzní nádoby. Všechny hodnoty jsou vypočteny pro následující podmínky:
- systém je naplněn vodou;
- průměrná teplota systému 90 °C/70 °C = 80 °C;
- koeficient roztažnosti – 2,89 %.
U systémů s jinou průměrnou teplotou se musí hodnota kapacitance systému vynásobit faktorem:
- pro 85 °C – 0,89;
- pro 90 °C – 0,80;
- pro 95 °C – 0,73;
- pro 100 °C – 0,66.
Inženýři společnosti ADL jsou vždy připraveni poskytnout podporu při výběru optimálního vybavení pro váš systém. Doufáme, že naše zkušenosti a znalosti vám pomohou ušetřit čas, snížit náklady při vytváření efektivního inženýrského systému a odstranit potíže při nastavování a spouštění zařízení.
Expanzní nádoby Flexcon pro systémy vytápění a chlazení
Mezinádoba Flexcon VSV
Připojovací skupina Flexconsole a Flexconsole Plus
Potřeba expanzní nádrže na teplou užitkovou vodu je neustále zpochybňována. Navíc pro mnoho zkušených instalatérů zahrnutí jednotky do systému zásobování teplou vodou způsobuje přinejmenším zmatek. Na druhou stranu mnoho výrobců instalatérské techniky doporučuje instalaci nádrže pro nepřímotopné kotle. Účel jednotky je poměrně jednoduchý: snížit zatížení systému a eliminovat vodní rázy. I hrubý výpočet expanzní nádoby u nepřímotopného kotle ukáže, že její minimální objem bude minimálně 10 % vody obsažené v BKN. A to je další kapacita 10-20 litrů, která zabírá užitečný prostor. Není divu, že jedna z nejčastějších otázek pokládaných specialistům se týká toho, jak potřebná je expanzní nádrž pro zásobování teplou vodou. K zodpovězení této otázky musíte pochopit strukturu a princip fungování zařízení.
Proč potřebujete expanzní nádobu pro BKN
- Konstrukce nádrže se skládá z kontejneru rozděleného uvnitř membránou na dvě části. Do první utěsněné části je čerpán plyn nebo vzduch, čímž vzniká tlak. Druhé oddělení je napojeno na vodovod.
- Když se voda ohřívá, zvětšuje svůj objem, což vede k zatížení teplovodního systému. Kapalina působí na membránu a tlačí ji. Čím vyšší je tlak v systému, tím více vody expanzní nádoba vpustí.
- Po ochlazení a zmenšení objemu chladicí kapaliny membrána, na kterou působí tlak vstřikovaného plynu, vytlačuje vodu z expanzní nádoby.
Uvnitř nepřímotopného kotle je topné těleso připojené k topnému systému. Při přehřátí chladicí kapaliny stoupá teplota horké vody, zvyšuje se zatížení potrubí a důležitých konstrukčních prvků, což vede k poškození drahého instalatérského zařízení.
Principem činnosti expanzní nádoby s bezpečnostní skupinou BKN je zabránit vysokému tlaku v teplovodním systému a vzniku vodních rázů. K dispozici jsou zpětné a pojistné ventily, které pomáhají v nouzových situacích.
Připojení pojistné skupiny a expanzní nádoby je nezbytnou podmínkou pro dlouhodobý provoz BKN a také bezplatný servis. Výrobci zařízení často odmítají záruční opravy, pokud není v potrubí kotle instalováno bezpečnostní zařízení.
Jak vypočítat objem expanzní nádrže pro BKN
Nejjednodušší výpočty, které dají přibližný výsledek, jsou následující. Objem nádrže musí být minimálně 10 % z celkového objemu BKN. Proto:
- kotel o objemu 100 litrů je připojen k nádobě o objemu nejméně 10 litrů;
- Ohřívač vody o objemu 200 litrů vyžaduje nádrž o objemu 20 litrů.
Po určení požadovaného objemu pokračujte v určení dalších charakteristik:
- Výběr expanzní nádoby pro BKN podle jejího zamýšleného účelu. Voda v přívodu teplé vody je agresivnější než v topném systému. V technické dokumentaci vyrovnávací nádrže musí být uveden hlavní účel. Na bojler můžete umístit pouze zásobník, v jehož návodu je uvedena možnost použití pro ohřev teplé užitkové vody.
- Výpočet podle tlaku – výběr expanzní nádoby pro BKN usnadňují speciální výběrové tabulky. Vstupní parametry: jaký počáteční tlak vzduchu by měl být v expanzní nádobě pro bojler TUV:
| Maximální tlak Рmax, bar | Počáteční tlak plynu ₀, bar | |||||||
| 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | |
| 1,0 | 0,25 | |||||||
| 1,5 | 0,4 | 0,2 | ||||||
| 2,0 | 0,5 | 0,33 | 0,16 | |||||
| 2,5 | 0,58 | 0,42 | 0,28 | 0,14 | ||||
| 3,0 | 0,62 | 0,5 | 0,37 | 0,25 | 0,12 | |||
| 3,5 | 0,67 | 0,55 | 0,44 | 0,33 | 0,22 | |||
| 4,0 | 0,7 | 0,6 | 0,5 | 0,4 | 0,3 | 0,2 | ||
| 4,5 | 0,63 | 0,54 | 0,45 | 0,36 | 0,27 | 0,18 | ||
| 5,0 | 0,58 | 0,5 | 0,41 | 0,33 | 0,25 | 0,16 | ||
| 5,5 | 0,62 | 0,54 | 0,47 | 0,38 | 0,3 | 0,23 | ||
| 6,0 | 0,57 | 0,5 | 0,42 | 0,35 | 0,28 | |||
- Výběr podle membrány – použitá pryž v zásobníku ovlivňuje kvalitu kapaliny přiváděné do přívodu teplé vody a životnost bezpečnostní nádrže. Běžné materiály pro výrobu membrán:
| PŘÍRODNÍ | Přírodní kaučuk pro pitnou a užitkovou vodu. Rozsah provozních teplot -10 až +50°C. Elastická, ale umožňuje částečnou difúzi vody. Oblast použití: skladování studené vody. |
| BUTYL | Syntetický butylový kaučuk pro pitnou a užitkovou vodu. Rozsah provozních teplot od -10 do +100°C. Méně elastické než NATURAL, ale odolné z hlediska voděodolnosti. Oblast použití: vodovodní stanice (nejuniverzálnější materiál). |
| EPDM | Syntetický etylen/propylenový kaučuk pro pitnou a užitkovou vodu. Rozsah provozních teplot od -10 do +100°C. Propustnější pro vlhkost než butyl. |
| SBR | Používá se pouze pro užitkovou vodu (topné kotle). Rozsah provozních teplot od -10 do +100°C. Méně elastické. |
| NITRIL | Používá se pro aktivní média (oleje, paliva). Rozsah provozních teplot od -10 do +100°C. |
- Výběr s ohledem na koeficient tepelné roztažnosti systémových kapalin:
| Teplota Min. — Max. | Voda |
| 4 – 5 °C | 0,00 |
| 4 – 10 °C | 0,03 |
| 4 – 15 °C | 0,09 |
| 4 – 20 °C | 0,18 |
| 4 – 25 °C | 0,29 |
| 4 – 30 °C | 0,43 |
| 4 – 35 °C | 0,59 |
| 4 – 40 °C | 0,78 |
| 4 – 45 °C | 0,98 |
| 4 – 50 °C | 1,19 |
| 4 – 55 °C | 1,43 |
| 4 – 60 °C | 1,68 |
| 4 – 65 °C | 1,94 |
| 4 – 70 °C | 2,22 |
| 4 – 75 °C | 2,51 |
| 4 – 80 °C | 2,82 |
| 4 – 85 °C | 3,14 |
| 4 – 90 °C | 3,47 |
| 4 – 95 °C | 3,81 |
| 4 – 100 °C | 4,16 |
| 4 – 105 | 4,53 |
Pro usnadnění výpočtů můžete použít speciální online kalkulačky. Do počátečních parametrů budete muset zadat objem kotle. Poté program vypočítá objem a počáteční tlak v plynové dutině.
Hydraulický zásobník pro zásobování teplou vodou má tělo modré barvy (bílé), pro ohřev je červené.
Schéma zapojení pro kotel s expanzní nádobou
Vázání se provádí následovně:
- Voda je přiváděna do BKN přes zpětný ventil. Toto opatření zabrání vniknutí ohřáté chladicí kapaliny do systému studené vody.
- Expanzní nádobu je lepší umístit do systému TUV mezi zpětný ventil a kotel. To je nezbytné, aby při otevření kohoutku k uživateli okamžitě tekla horká voda.
Schéma připojení expanzní nádoby k BKN je povoleno, když je RB instalován za kotlem. V práci bezpečnostní skupiny nebudou žádné funkční rozdíly. Do přívodu teplé vody v tomto případě nejprve poteče ochlazená voda z Běloruské republiky, což není úplně komfortní.
Pokud je potrubí kotle s expanzní nádobou provedeno správně, při ohřevu TUV nebude fungovat pojistný ventil. Je důležité vyhnout se dvěma extrémům:
- Čerpání expanzní nádoby – v tomto případě tlak vytlačí veškerou vodu z nádrže. Následky: vodní ráz a poškození vodovodního zařízení při přehřátí vody. Musíte snížit tlak v nádrži. Pro výpočet počátečních parametrů můžete použít tabulku výše.
- Indikátory nízkého RB – když se chladicí kapalina zahřeje, pojistné ventily prasknou. V souladu s tím se účinnost skupiny zabezpečení sníží na nulu. Pokud nezvýšíte tlak v nádrži, i když se chladicí kapalina mírně přehřeje, bezpečnostní skupina se aktivuje.
U teplovodního systému využívajícího nepřímotopný kotel je důležitá instalace pojistné skupiny včetně pojistného ventilu, manometru a hydraulické expanzní nádoby. Takové potrubí zabrání poškození drahého instalatérského zařízení a sníží pravděpodobnost nouze.