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