Výpočet objemu expanzní nádoby pro vytápění

Při výběru membránové expanzní nádoby je nutné vypočítat následující parametry: Kapacita systému V_Systém je celkový objem chladicí kapaliny v systému včetně zdrojů vytápění, radiátorů, potrubí atd.

• Generátory tepla (kotle, výměníky tepla atd.);
• Vyrovnávací nádrže;
• Dopravní potrubí;
• Spotřebiče tepla (radiátory, podlahové vytápění, konvektory atd.).

Při absenci konstrukčních údajů se objem chladicí kapaliny stanoví tabulkovou metodou na základě tepelného výkonu systému. Můžete použít průměrné tabulkové údaje zde uvedené (tabulka č. 2).

Chcete-li určit průměrnou kapacitu systému, můžete vynásobit tepelný výkon systému v kW hodnotami uvedenými v tabulce. Tabulka ukazuje data pro nové systémy. U starších systémů se doporučují vyšší hodnoty.

Pozor! Tato metoda je přibližná a lze ji použít pro průměrný výpočet kapacity expanzní nádoby.

Tabulka č. 2. Odhadovaná kapacita chladicí kapaliny v systému

Konvektory a/nebo vzduchové vytápění

Indukční ohřívací zařízení

Systémy ohřevu vzduchu

Různá zařízení dálkového vytápění

Ocelové trubkové radiátory

Různá chladicí zařízení

Teplé podlahy a/nebo stropy

Rozsáhlý potrubní systém (teplárna)

Příklad:
Tepelný výkon systému je 800 kW
Vytápění je zajištěno deskovými radiátory
Přibližná kapacita systému = 800 x 8,8 = 7040 l

Příklad:
Teplota systému je 90/70 °C.
Abychom získali koeficient, vezmeme maximální hodnotu teploty (teplota přívodu) 90 °C. Koeficient tepelné roztažnosti je roven 4 % při zahřátí ze 90 °C na 3,47 °C (dle tabulky č. 1 nebo z grafu č. 1). Tabulka a graf ukazují procentuální nárůst objemu vody a směsí voda-glykol různých koncentrací s rostoucí teplotou od 4 °C do 105 °C.

Tabulka č. 1. Koeficient tepelné roztažnosti systémových kapalin, %

Rozpis č. 1. Tepelná roztažnost systémových kapalin

Objem expanze V_e

Když se kapalina v systému zahřeje, její objem se zvětší. V uzavřených systémech to vede ke zvýšenému tlaku. Toto zvýšení objemu se nazývá expanzní objem. Řízení objemu v expanzní nádobě pomáhá předcházet nárůstu tlaku. Pokles tlaku během chlazení se nazývá komprese. Expanzní objem by měl být také vypočten pro chladicí systémy.

Objem expanze se určuje následovně:

V_e = V_Systém xn (koeficient tepelné roztažnosti)

Součinitel tepelné roztažnosti je uveden v tabulce č. 1 nebo v grafu č. 1.

Přívod vody v expanzní nádrži umožňuje kompenzovat ztrátu tlaku v systému v důsledku netěsností nebo odplynění.

Užitečná (nebo čistá) kapacita nádrže V_netto

Maximální objem vody, který může vstoupit do zásobníku z topné sítě při maximální expanzi.

Jmenovitý (nebo hrubý) objem nádrže V_brutto

Celkový objem expanzní nádoby s přihlédnutím k expanzní vodě a rezervě.

Statický tlak P_ST

Tlak vznikající v systému vlivem statické výšky systému H_st, od spoje expanzní nádoby a nejvyššího bodu systému, měřeno v metrech vodního sloupce (10 m vodního sloupce = 1 bar). Při umístění expanzní nádoby nad systémem se předpokládá statická výška maximálně 3 m. Hodnota statického tlaku je nutná pro stanovení předtlaku membránové expanzní nádoby.

Tlak vypařování P_D

V provozním systému lze při vysokých teplotách v chladicí kapalině v kombinaci s přísadami glykolu rychleji dosáhnout bodu varu kapaliny. V tomto případě ovlivní provoz expanzní nádoby také tlak vypařování.

Tolerance tlaku P_Z

Tolerance tlaku je určena ke kompenzaci rozdílu mezi počátečními hodnotami tlaku a k zajištění přetlaku kdykoli během provozu v jakékoli části systému. Doporučuje se přidat toleranci minimálně 0,2 bar.

Rozdíl tlaků oběhového čerpadla ∆ P_čerpadlo

Někdy v projektech není možné optimálně umístit expanzní nádobu na vratné potrubí. V tomto případě mohou mít tlakové rozdíly v oběhovém čerpadle negativní nebo pozitivní vliv na přívod vody do expanzní nádoby.

Počáteční tlak expanzní nádoby P

Tlak plynu měřený na dusíkovém plnicím ventilu expanzní membránové nádrže v místě jeho instalace v systému (při absenci chladicí kapaliny v něm) a při teplotě okolí.

Počáteční tlak se stanoví takto:

Ve většině případů lze ve výpočtech použít zjednodušený vzorec:

Doporučuje se zaokrouhlit nahoru na násobky 0,5 baru.

Poznámka: Většina výrobců dodává expanzní nádoby se standardním předtlakem 1,5 nebo 3,0 bar, takže vypočítaný počáteční tlak je nutné zaokrouhlit na násobky 0,5 baru. Pokud to vyžaduje hydraulická situace ve výšce expanzní nádrže (např. umístění nádrže na výtlačnou stranu čerpadla), může být nutné seřízení (+ ∆P_čerpadlo). Pokud je ve výšce expanzní nádoby požadován minimální provozní tlak, který převyšuje hodnotu počátečního výpočtového tlaku (například kvůli oběhovému čerpadlu), je tento minimální provozní tlak brán jako počáteční tlak.

Nastavený tlak pojistného ventilu P_SV – toto je hodnota tlaku v systému, při které se ventil otevírá, aby vypustil přebytečné chladivo a chránil systém před přetlakem. Pro nastavení limitů přesnosti tlaku, které mohou ovlivnit konečný tlak, kontaktujte výrobce pojistného ventilu.

Konečný tlak P_e – to je maximální přípustný tlak v systému v místě instalace expanzní nádoby.

Konečný tlak se určí takto:

P_e = P_SV + 0,9 (≥ 0,3 bar, pojistný ventil typ D / G / H)

Poznámka: Pokud není pojistný ventil instalován ve stejné výšce jako expanzní nádoba nebo je mezi nimi umístěno čerpadlo, je nutné upravit konečný tlak. Konečný tlak nesmí překročit maximální provozní tlak nádrže.

Účinnost η_G je poměr mezi hrubou a čistou kapacitou nádrže. Účinnost je určena vztahem mezi počátečním a konečným tlakem v absolutních barech s přihlédnutím k atmosférickému tlaku (Boyleův zákon). V případě potřeby můžete použít údaje uvedené v tabulce č. 3.

Tabulka č. 3. Účinnost při různých hodnotách počátečního a konečného tlaku

Expanzní nádoba je nejdůležitějším prvkem systému ohřevu vody. Je navržen tak, aby absorboval nadměrný tlak. Jde o to, že s určitou pevnou hmotností chladicí kapaliny, když se její teplota změní, se tlak v systému nevyhnutelně změní. Výkon celého topného systému bude záviset na tom, jak správně je vybrána expanzní nádrž.

Principem činnosti tohoto zařízení je tedy kompenzace nadměrného tlaku chladicí kapaliny. Proto i malý chybný výpočet při instalaci nebo provozu zařízení může vést k poruše celého topného systému.

<i>Zařízení expanzní nádrže</i>

Nádrž je rozdělena na dvě části, mezi kterými je elastická membrána. Vzduch je čerpán nahoře a vytváří počáteční tlak. Jakmile je nádrž připojena k síti, voda je přiváděna do spodní komory. Když elastická membrána dosáhne své nulové, klidné polohy a zdá se, že leží na rovině vody, je topný systém považován za zcela naplněný a připravený ke spuštění.

Automatická regulace tlaku probíhá následovně:

Když se voda zahřeje, chladicí kapalina vstupuje do expanzní nádrže. Membrána je ovlivněna: stahuje se a zvětšuje vnitřní prostor nádrže. Nádrž tak přijímá přebytečnou teplonosnou kapalinu. Jakmile se chladicí kapalina ochladí, membrána se vrátí do původního stavu.

<i>Instalace expanzní nádoby</i>

Otevřený topný systém

Instalace se provádí v nejvyšším bodě systému, obvykle v horní části zrychlovacího potrubí. V tomto případě není nutná instalace uzavíracích ventilů.

Uzavřený topný systém

Optimální je instalovat expanzní nádobu v místě, kde je proudění vody nejblíže laminárnímu a dochází k minimálním turbulencím v otopném systému. Před oběhové čerpadlo můžete umístit expanzní nádobu.

<i>Jak vypočítat objem expanzní nádoby?</i>

Níže uvádíme standardní vzorce pro výpočet objemu expanzní nádrže. Umožní vám přesně určit, jaký typ nádrže budete pro svůj topný systém potřebovat.

Budou vyžadovány následující údaje:

· průměrná teplota systému během provozu.

Objem nádrže se vypočítá tak, že při zahřátí chladicí kapaliny tlak v systému nepřekročí maximální přípustnou hodnotu.

K = (KE x Z) / N, kde:

· KE – objem otopné soustavy jako celku;

· Z – hodnota konstantní expanze chladicí kapaliny;

· N je hodnota účinnosti membránové nádrže.

Je třeba si uvědomit, že ideální výpočty jsou téměř nemožné. Přibližně je objem vypočítán na základě hodnoty, že 1 kW výkonu topného zařízení se rovná 15 litrům objemu chladicí kapaliny. Pak je průměrný výkon pro běžný dům 44 kW. Podle vzorce to vychází KE = 15×44 = 660l.
Konstanta roztažnosti kapaliny je asi 4 %, u systémů, které používají obyčejnou vodu s maximální teplotou ohřevu 95 stupňů Celsia. Pokud je elylenglykol čerpán společně s vodou, lze expanzní koeficient vypočítat následovně:

10 % – 4 % x 1,1 = 4,4 %
20 % – 4 % x 1,2 = 4,8 %

Výkon membránové nádrže je často indikován výrobcem, ale není obtížné jej vypočítat sami:

N= (DV-DS) / (DV+1), kde:

DV je nejvyšší přípustná hodnota tlaku v systému, která se rovná přípustnému tlaku pojistného ventilu a u běžných domácích topných systémů zřídka přesahuje 2,5 – 3 bar.
DS – hodnoty počátečního plnicího tlaku membránové nádrže založené na konstantní hodnotě půl atmosféry na 5 metrů délky topného systému.

V důsledku toho se ukazuje, že pokud je celková plocha místnosti, ve které je instalován topný systém, 400 metrů čtverečních. m., maximální horní bod systému je 5 m a konstrukční výkon zařízení je 44 kW, pak bude požadovaný objem nádrže s těmito hodnotami:

KE 44×15=660l.
DV 2,5 bar; DS = 0.5 bar
N (2.5 – 0.5) / (2.5+1) = 0.57

K 660 × 0.04 / 0.57 = 46.2

Na základě získaných údajů je nutné vybrat expanzní nádobu pro ohřev o objemu 50 litrů, s počátečním tlakem 0,5 bar.
Existují také standardní přibližné hodnoty pro standardní prvky topného systému:

1. Radiátory cca 10,5l.

2. Teplé podlahy a ostatní topné plochy 17,0l.

3. Konvektory 7,0l.

Koeficient zvýšení-expanze objemu vody a směsi voda-glykol v závislosti na teplotních ukazatelích: