Expanzná nádoba vykurovacieho systému: konštrukcia, výpočet a výber najlepšej možnosti

Správne vybraná a odborne nainštalovaná expanzná nádrž vykurovacieho systému zabráni jeho poruche, udrží tlak na potrebnej úrovni. Je potrebná ako rezerva pre vodu, ktorá sa pri zahrievaní rozširuje. V závislosti od typu systému môže byť vstavaný expandér otvoreného alebo uzavretého typu.

Povieme vám, ako vybrať rezervnú nádrž v závislosti od vytvorenej schémy vykurovania. V nami predloženom článku sú opísané konštrukčné vlastnosti a špecifiká inštalácie expandérov. Sú uvedené odporúčania, ktorých dodržanie zabezpečí ideálnu prevádzku vykurovacieho okruhu akéhokoľvek typu.

Expanzné nádrže otvoreného typu

Konštrukčnou zvláštnosťou expandérov otvoreného typu je kontakt teplonosnej látky s atmosférou. Cirkulácia v systémoch s expandérom tohto typu je konvekčná. Pri zahrievaní sa objem kvapaliny zväčšuje, jej prebytok je pohlcovaný rezervoárom nádrže.

Pri poklese teplotných ukazovateľov sa kvapalina vracia späť samospádom, pôsobením gravitácie.

Kvôli nulovému tlaku v nádrži, zariadenie nevyžaduje pevnú kovovú konštrukciu, preto:

• pri výrobe telesa sa používa akýkoľvek kov;
• môže sa použiť hotová nádrž z tepluvzdorného plastu;
• nie je podstatný tvar rezervoára.

V chatových domoch môže byť takéto zariadenie zostavené z dostupných prostriedkov. Ako nádrž je možné použiť plastovú kanvicu alebo sud vybavený prívodnou prírubou a vývodom na prelievanie.

Expandéry otvoreného typu môžu byť vyrobené v tvare obdĺžnikovej nádrže s netesným vekom na hornej rovine

Navonok je to obyčajná kovová nádrž, ktorej horná rovina je vybavená otvorom na údržbu a doplnenie kvapaliny. Ochranu pred zanesením zabezpečuje netesné veko. V spodnej časti alebo na bočnej rovine sú umiestnené upevňovacie prvky.

Otvorené vykurovacie systémy sa používajú v nízkopodlažných budovách, kde je objem teplonosnej látky a dĺžka vykurovacích rozvodov pomerne malá.

Požiadavky na inštaláciu sú jednoduché:

• expandér sa umiestňuje v maximálnej výške, na prívodnom potrubí;
• prívod sa pripája k nádrži cez hrdlo;
• pre odtok prebytočnej kvapaliny sa realizuje prepadové napojenie nad vypočítanou úrovňou.

Na zabezpečenie samospádovej cirkulácie sa pri montáži odporúča používať rúry so zväčšeným prierezom.

Otvorená konštrukcia sa umiestňuje v hornom bode, odkiaľ kvapalina samospádom odteká

Zvyčajne sa nádrž snažia namontovať vo vykurovanej miestnosti, na zariadenom zateplenom podkroví, a ak to nie je možné, nádobu bude potrebné zatepliť. Prítomnosť izolácie zabráni zamrznutiu kvapaliny a strate funkčnosti systému.

Expanzné nádrže uzavretého typu

Konštrukčnou špecifikou uzavretých modifikácií nádrže je úplná tesnosť, čo umožňuje udržiavať potrebný tlak na cirkuláciu v akomkoľvek bode systému.

Nádrž je vnútri rozdelená membránou na vzduchovú a kvapalinovú časť. Každý z oddelení je úplne utesnený – zmes obsahujúca dusík zo vzduchovej časti sa nikdy nezmieša s teplonosnou látkou, ktorá napĺňa kvapalinové oddelenie.

Princíp činnosti uzavretej expanznej nádrže spočíva v tom, že ohriata kvapalina zo systému je vytláčaná do kvapalinovej časti nádrže a začína zo svojej strany tlačiť na utesnenú membránu. Prepážka sa deformuje a pôsobí na vzduchovú časť, čím ju stláča.

V dôsledku toho sa objem vzduchovej komory nádoby zmenšuje a plyn v nej sa stláča. Táto situácia prispieva k zvýšeniu tlaku v systéme. Akonáhle dôjde k normalizácii tlaku, teplonosné médium sa z kvapalinového oddielu vytlačí späť.

Ak tlak prudko stúpa, potom pri dosiahnutí kritického objemu kvapaliny v nádobe sa aktivuje poistný ventil. V dôsledku toho dôjde k odstráneniu nadbytočného množstva teplonosného média z nádoby.

Uzavretá konštrukcia je úplne tesná, v jej spodnej časti je umiestnená príruba s prívodnou hrdlovkou, v hornej časti je vsuvka na plnenie plynom.

V závislosti od tvaru sa všetky uzavreté expandéry na inštaláciu do vykurovacieho systému rozdeľujú na tieto druhy:

1. Guľovité – druh membránovej konštrukcie s elastickou prepážkou. Pri prítoku kvapaliny sa natiahne a absorbuje celý nadbytočný objem. Samotná nádoba má tvar guľovitej kapsuly.
2. Ovalné – ďalší druh membránových hydrokompenzátorov. Balón expandéra je tradične rozdelený pružnou membránou na plynovú a kvapalinovú komoru, ale konfigurácia telesa má mierne vertikálne predĺžený tvar.

Z vonkajšej stránky ovalné expandéry predstavujú balón valcovitého tvaru, natretý na červeno. Na jednej strane je k dispozícii vsuvka na vytvorenie tlaku v plynovej komore, na druhej strane hrdlovka, cez ktorú sa uskutočňuje pripojenie k systému.

Na telese sú privarené upevňovacie prvky, ktoré zabezpečujú závesnú montáž zariadenia a sú schopné uniesť jeho prevádzkovú hmotnosť. Guľovitá modifikácia nádoby sa líši od ovoidnej len tvarom.

Podľa druhov sa membránové uzavreté expanzné nádoby delia na membránové a balónové modifikácie

V systémoch uzavretého typu gravitačná cirkulácia nedokáže zabezpečiť potrebnú úroveň tlaku. Preto sa do konštrukcie zaraďuje cirkulačné čerpadlo.

Samotná expanzná nádoba môže byť umiestnená v akomkoľvek bode systému, ale pri vykonávaní montážnych prác je vhodné zohľadniť nasledujúce odporúčania:

• najlepšie miesto na inštaláciu je spätné vedenie, pred miestom napojenia čerpadla;
• prívod teplonosnej látky je lepšie priviesť zhora, čo umožní znížiť prenikanie vzduchu a zachová funkčnosť pri poškodení membrány;
• nedostatok hlavného objemu je možné kompenzovať inštaláciou dodatočnej expanznej nádoby s menšou kapacitou.

Pri inštalácii nie je zakázané zohľadniť interiér miestnosti, ak je to potrebné. Na kontrolu úrovne tlaku v systéme vykurovania musí byť expanzná nádoba vybavená manometrom.

Uzavretú expanznú nádobu zvyčajne umiestňujú pred kotol, pred miesto inštalácie cirkulačného čerpadla

Možnosť umiestnenia v blízkosti kotla odstráni otázku potreby izolácie nádrže. Zariadenie sa nachádza v teplej miestnosti, čo zabezpečuje pohodlie prevádzky.

Ktorá konštrukcia je lepšia?

Systémy sa v závislosti od usporiadania a materiálu expanznej nádoby líšia zoznamom výhod a nevýhod. Ale podľa názoru odborníkov a skúsených používateľov sú výhody vo funkčnosti na strane uzavretých variantov.

Výhody a nevýhody otvorenej nádrže

Samoprietokový systém vyžaduje rúry s väčším priemerom, čo priamo zvyšuje náklady. Rozpočet na vybudovanie otvoreného vykurovacieho systému s netesnou expanznou nádobou sa mierne zvyšuje, hoci zostáva pomerne nízky.

Za hlavné výhody tohto variantu sa považujú jednoduchosť a nízka cena komponentov a montážnych prác. Ďalšou pozitívnou vlastnosťou je absencia potreby kontroly úrovne tlaku.

Expanznú nádobu otvoreného typu pre malé systémy je možné zostaviť z improvizovaných prostriedkov, jednoduchá bude aj jej montáž

Nevýhod je však podstatne viac:

• použitie nemrznúcej zmesi je nebezpečné kvôli toxickým výparom;
• možnosti montáže sú obmedzené len na horný bod systému;
• neustály kontakt s atmosférou zvyšuje riziko vzduchových uzáverov a korózie;
• pomalý ohrev;
• teplotné výkyvy sprevádzajúce konvekčnú cirkuláciu urýchľujú opotrebovanie zariadenia;
• používa sa vo vykurovaní nízkopodlažných stavieb, maximálne do dvoch poschodí;
• veľké tepelné straty a spotreba energie na ohrev.

Ďalšia nevýhoda otvoreného systému – straty odparovaním a prelivom. Preto pri montáži nádrže treba zabezpečiť prístupnosť plniaceho otvoru.

Výhody a nevýhody uzavretej nádrže

Ak z hľadiska cien a jednoduchosti montážnych prác vyhrávajú otvorené expandéry, tak funkcionalita je silnou stránkou uzavretej nádrže, ktorá sa tiež nazýva expanzomat. Práve tie sa používajú pri stavbe uzavretých vykurovacích systémov, ktoré nemajú priamy kontakt s atmosférou.

Expanzomaty majú nasledujúce výhody:

• úplná tesnosť umožňuje používať nemrznúcu zmes;
• miesto umiestnenia expandéra neovplyvňuje prevádzkyschopnosť systému;
• izolácia vnútorného priestoru nádrže minimalizuje pravdepodobnosť vzduchových vreciek a vzniku korózie;
• po spustení sa systém zohrieva rýchlejšie, je citlivejší na reguláciu teplotných režimov;
• menší rozdiel medzi prevádzkovými podmienkami prívodných a vratných vedení, čo v dôsledku zvyšuje prevádzkovú životnosť;
• nevyžaduje montáž rúr veľkého priemeru, čo umožňuje ušetriť na stavbe;
• nevyžaduje neustálu pozornosť na hladinu a stav kvapaliny;
• možnosť použitia v systémoch určených pre niekoľko podlaží;
• malé tepelné straty, ktoré znižujú náklady pri prevádzke zariadenia.

Pri výbere expandérov tohto typu sa môžu vyskytnúť hermetické fľaše s nerozoberateľnou konštrukciou. Pri poruche membrány bude potrebné fľašu vymeniť za novú.

Na kontrolu úrovne pracovného tlaku sa na nádobu montuje manometer, na odvádzanie prebytočného vzduchu sa inštaluje automatický alebo mechanický odvzdušňovač.

Z nevýhod je dôležité poznamenať zložitosť konštrukcie, špeciálne požiadavky na materiály, ktoré zvyšujú náklady na zariadenie. K tomu možno pridať potrebu neustálej kontroly tlaku a jeho obnovy v prípade potreby.

Pravidlá výpočtu kapacity rezervoára

Expandér akéhokoľvek typu bude účinný len pri správnom výbere objemu. Na to treba zohľadniť schopnosť kvapaliny expandovať počas ohrevu. Voda vo vykurovacích okruhoch expanduje minimálne o 3 % z celkového objemu vodného systému, nemrznúca zmes – prakticky o 5%.

Kvapaliny patria do kategórie nestlačiteľných médií, preto im nádržka musí zabezpečiť dostatočnú rezervu na tepelnú expanziu s určitou rezervou. Pri úplnom naplnení okruhu teplonosnou kvapalinou môže aj tepelná expanzia vo vypočítaných objemoch viesť k vypusteniu kvapaliny cez poistný ventil a preliatiu teplonosnej kvapaliny na podlahu.

Preto aby prekročenie objemu expandujúcej teplonosnej kvapaliny neviedlo k haváriám, uzavreté nádržky pre malé okruhy v rodinných domoch sa kupujú tak, aby ich objem bol rovný 10 % z celkového objemu teplonosnej kvapaliny cirkulujúcej v systéme. Toto pravidlo platí pre systémy s kapacitou do 150 l.

Ak sa po vykurovacom okruhu pohybuje viac ako 150 l teplonosnej kvapaliny, potom sa kapacita uzavretej nádrže vypočíta vynásobením celkového objemu kvapaliny koeficientom jej expanzie pri konkrétnych hodnotách pracovnej teploty v systéme.

K získanej hodnote treba pripočítať veľkosť vodného uzáveru, t.j. objem teplonosnej kvapaliny, ktorý vznikol v nádrži v dôsledku štandardného statického tlaku kvapaliny. Pre veľké vykurovacie okruhy je tento ukazovateľ spravidla rovný 0,5% z celkového objemu teplonosnej kvapaliny, pre malorozmerné s objemom do 150 l sa akceptuje 20%.

Získaný súčet sa vynásobí korekčným koeficientom, určeným podľa hodnôt predbežného a konečného tlaku vo vykurovacom systéme. Predbežný tlak sa akceptuje na základe výpočtu, že na 10 m výšky okruhu pripadá 1 bar. Konečný tlak vzniká v dôsledku prevádzky systému.

Výpočet objemu nádržky uzavretého typu pre veľké zložité vykurovacie konštrukcie vyzerá takto:

Vo výpočtoch bolo použité: Vn – nominálny objem uzavretej nádržky; Ve – objem teplonosnej kvapaliny pri tepelnej expanzii (vypočíta sa podľa vzorca Vsystém×n%, kde n je koeficient teplotnej expanzie teplonosnej kvapaliny); Vv – vodný uzáver; po – predbežný tlak; pe – ukazovateľ konečného tlaku, rovná sa hodnote medzného tlaku poistného ventilu mínus 0,5 bar.

Kapacita otvoreného typu nie je striktne regulovaná normami, ale platí pravidlo: objem otvorenej nádrže po prepadové hrdlo by mal byť 3,5 – 4 % z celkového objemu teplonosnej látky vo vykurovacom okruhu.

Takéto posúdenie postačuje pre malý letný domček, ale stavba na trvalé bývanie si vyžaduje presnejší výpočet. V prvom rade bude potrebné zistiť celkový objem vykurovacieho systému.

Možnosti výpočtu celkovej kapacity vykurovania

Tento ukazovateľ možno určiť s rôznym stupňom presnosti tromi hlavnými spôsobmi. Po prvé, na základe údajov z pasu kotla. Na jednotku výkonu kotlového zariadenia je potrebných približne 15 litrov kvapaliny. Na získanie potrebných údajov je potrebné vynásobiť 15 výkonom kotla uvedeným v technickom pase.

Po druhé, objem možno zistiť pomocou vodomeru pri napĺňaní systému. Počas napĺňania sa zaznamenáva množstvo spotrebovanej kvapaliny. Toto je presnejšia a náročnejšia možnosť.

Tretí spôsob predpokladá vypočítať celkový objem všetkých prvkov vykurovacieho systému. Toto je najpresnejšia možnosť. Kapacitu výmenníka tepla kotla, radiátorov, konvektorov, meracích prístrojov možno zistiť z pasových charakteristík. Na výpočet kapacity potrubia sa používajú údaje z tabuľky.

V tabuľke sú uvedené rozmery potrubí v palcoch a ich objem v litroch na 1 meter, ktorý sa používa na sčítanie celkového objemu

V tabuľke je uvedený objem potrubia na meter dĺžky, vyrobeného z najbežnejších a moderných materiálov. Vnútorný priemer je uvedený v palcoch od 0,5 do 1,5 jednotiek.

Ďalší spôsob, ktorý si nárokuje vysokú presnosť, je výpočet podľa vzorca:

Vcelk = π x D2 x L/4,

kde:

• π – rovná sa 3,14;
• D – označuje parametre vnútorného priemeru potrubí;
• L – udáva dĺžku potrubia systému.

Po získaní potrebných údajov sa sčítajú a získa sa celkový objem systému, ktorý sa použije v ďalších výpočtoch.

Kroky a vzorce celého cyklu výpočtov na projektovanie a organizáciu vykurovania rodinného domu sú uvedené tu. Odporúčame oboznámiť sa s užitočnými informáciami.

Výber expanznej nádrže podľa tabuľky

Pri dostupných potrebných údajoch možno optimálnu možnosť expandéra vybrať podľa tabuľky objemov a vypočítaného tlaku.

Celkový objem systému sa vypočíta podľa uvedenej metodiky, parametre tlaku sú relevantné len pre uzavreté modifikácie a sú uvedené v pasových údajoch zariadenia.

Údaje z tabuľky umožňujú vybrať objem expandéra od 4 do 300 litrov

Táto možnosť nevyžaduje špeciálne výpočty, okrem výpočtu celkového objemu systému. Použitie tabuľky výrazne uľahčuje a urýchľuje výber expandéra s potrebnou kapacitou zásobníka.

Použitie vzorcov na výpočet

Ak údaje z tabuľky nestačia, je možné potrebný ukazovateľ objemu nádoby vypočítať samostatne.

Na to sa používa nasledujúci vzorec:

Vb = Vc x k/D,

kde:

• Vb – označuje hľadanú kapacitu expandéra;
• Vc – celkovú kapacitu systému;
• k – koeficient rozťažnosti kvapaliny pri ohreve;
• D – koeficient účinnosti expandéra.

Z údajov potrebných na výpočet zostávajú neznáme koeficienty k a D. Prvý je tabuľková hodnota a druhý sa vypočítava samostatným vzorcom.

Existuje a používa sa aj tabuľka teplotnej rozťažnosti. Umožňuje určiť koeficient pre systémy s vodou alebo nemrznúcou zmesou. Hodnota nie je lineárna, mení sa pri ohreve v závislosti od prítomnosti a koncentrácie glykolu v kvapaline.

Pomocou týchto údajov možno určiť parametre koeficientu rozťažnosti kvapaliny pri ohreve (k) potrebné na výpočet objemu expanznej nádoby

Pre vodu sa koncentrácia etylénglykolu považuje za „0“, pre nemrznúcu zmes sa koncentrácia určuje podľa údajov deklarovaných výrobcom. Teplotou ohrevu sa rozumie prevádzková teplota pre konkrétny systém.

Na samostatný výpočet koeficientu účinnosti expanznej nádoby sa používa vzorec:

(Qm – Qb) : (Qm + 1),

kde:

• Qm – maximálny tlak systému podľa výrobcom stanoveného prahu aktivácie poistného ventilu;
• Qb – predbežný tlak vo vzduchovej komore expandéra podľa technického listu.

Ak posledný parameter nie je známy, meria sa pri dofukovaní alebo vypúšťaním vzduchu cez vsuvku nádoby.

Iné spôsoby výpočtu

Okrem samostatných výpočtov pomocou vzorcov a tabuliek existujú aj alternatívne spôsoby. Dostupnou možnosťou výpočtu je pomoc online kalkulačky.

Nedostatok sieťových zdrojov ponúkajúcich online výpočet hľadanej hodnoty nie je. Jednoducho ich nájdete podľa kľúčového dopytu.

Ďalšou možnosťou, ako získať potrebné údaje, je obrátiť sa na profesionálnych projektantov. Je to najspoľahlivejší spôsob, ale presnosť získaných informácií bude dosť drahá.

S pravidlami inštalácie a pripojenia expandérov uzavretého a otvoreného typu vás oboznámi nasledujúci článok, ktorý je venovaný týmto otázkam.

Ako správne vybrať expanznú nádrž?

Odporúča sa rozhodnúť o type vykurovacieho systému už v etape plánovania. Výber nádoby sa zvyčajne odkladá na obdobie po postavení obvodových stien, keď je systém namontovaný a jeho objem je známy.

Pri výbere optimálneho variantu expanznej nádoby sa odporúča:

• riadiť sa objemom uzavretej expanznej nádoby, ktorý presahuje hodnotu teplotnej rozťažnosti teplonosného média;
• pri kúpe je potrebné venovať pozornosť pripojeniu, tvaru nádoby a umiestneniu konektorov pre upevnenie – to umožní vyhnúť sa prekvapeniam počas montáže;
• dôležité je venovať pozornosť inštrukcii na tele, ktorá obsahuje užitočné informácie o inštalácii a technické parametre.

Pri kúpe je lepšie orientovať sa na overeného výrobcu, aj keď jeho nádoby budú stáť viac. To bude zárukou dlhovekosti vykurovacieho systému, avšak za predpokladu správnej prevádzky a pravidelnej údržby.

Pred pripojením sa predbežný tlak v plynovom oddelení membránovej nádoby nastaví na hodnotu rovnajúcu sa hodnote statického tlaku stĺpca teplonosnej látky vo vykurovacom okruhu. Nastavenie sa vykonáva bežným automobilovým čerpadlom, kontroluje sa manometrom.

Hlavné je nekúpiť pre vykurovací systém bojlerovú nádobu – sú úplne odlišné svojimi technickými charakteristikami

Nesmie sa zamieňať expanzné nádoby pre vykurovacie systémy a hydroakumulátory pre vedenia studenej vody. Líšia sa vzhľadom a konštrukčnými vlastnosťami. Prvé sú natreté načerveno a zvyčajne nerozoberateľné, druhé majú modrú farbu, sú vybavené odnímateľnou prírubou na opravu membrány.

Závery a užitočné video k téme

Video pomôže rozhodnúť sa o parametroch expanznej nádoby uzavretej modifikácie, objasniť rozdiely medzi nádobami na vykurovanie a bojlerovými systémami:

Princíp fungovania a vlastnosti výberu nádoby vo videu:

Vykurovací systém rodinného domu môže byť realizovaný podľa otvorenej alebo uzavretej schémy, čo vyžaduje montáž expanznej nádoby zodpovedajúcej konštrukcie. Kľúčovým faktorom jej funkčnosti je objem, ktorý je možné vypočítať samostatne alebo zveriť túto úlohu profesionálnym projektantom.

Kvalitne vybrané zariadenie pomôže udržať potrebný objem kvapaliny v otvorenom systéme, a v hermetickom vykurovaní udrží úroveň pracovného tlaku.

Píšte, prosím, komentáre do bloku nižšie. Zdieľajte vlastné skúsenosti s montážou vykurovacích okruhov s expanznou nádobou a informácie užitočné pre návštevníkov stránky. Pýtajte sa, uverejňujte fotografie súvisiace s témou článku.