Jak vypočítat objem expanzní nádoby v topném systému?

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

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

Při absenci konstrukčních údajů je objem nosiče tepla určen tabulkovou metodou na základě tepelného výkonu systému. Můžete použít průměrné tabulkové údaje zde uvedené (tabulka č. 2).

Chcete-li zjistit 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.

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

Tabulka č. 2. Odhadovaná kapacita chladiva 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 hodnotě 4 % při zahřátí ze 90 °С na 3,47 °С (dle tabulky č. 1 nebo z grafu č. 1). Tabulka a graf ukazují procentuální nárůst objemu vody a směsí voda-glykol různých koncentrací při nárůstu teploty od 4 °C do 105 °C.

Tabulka číslo 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 zvýšení tlaku. Toto zvýšení objemu se nazývá expanzní objem. Řízení objemu v expanzní nádobě zabraňuje nárůstu tlaku. Pokles tlaku během chlazení se nazývá komprese. Expanzní objem se musí vypočítat také pro chladicí systémy.

Objem expanze je definován 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 ze strany topné sítě při maximální expanzi.

Jmenovitý (nebo hrubý) objem nádrže V_brutto

Celkový objem expanzní nádoby včetně expanzní vody a rezervy.

Statický tlak P_ST

Tlak vznikající v systému v důsledku působení 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 nezbytná pro stanovení předtlaku membránové expanzní nádoby.

Tlak vypařování P_D

V provozním systému lze při vysokých teplotách v chladicí kapalině v kombinaci s glykolovými přísadami 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 zaokrouhlení na násobek 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 nastavení (+ ∆P_čerpadlo). Pokud je ve výšce expanzní nádoby požadován minimální provozní tlak, který je vyšší než referenční návrhový tlak (např. pomocí oběhového čerpadla), bere se tento minimální provozní tlak jako referenční 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 nadměrným tlakem. Ohledně limitů přesnosti nastaveného tlaku, které mohou ovlivnit konečný tlak, kontaktujte výrobce pojistného ventilu.

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

Konečný tlak se stanoví takto:

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

Poznámka: Není-li pojistný ventil instalován ve stejné výšce jako expanzní nádoba, nebo je-li mezi ně umístěno čerpadlo, musí být konečný tlak korigován. Konečný tlak nesmí překročit maximální provozní tlak nádrže.

Účinnost η_G je poměr mezi hrubou a čistou kapacitou nádrže. Účinnost je určena poměrem 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

Faktor naplnění membránové expanzní nádoby

Koeficient vodní roztažnosti – tabulka

Jak vypočítat požadovaný objem expanzní nádoby?

Protože chladicí kapalina v topném okruhu a potrubí má pevnou hmotnost, pokud se změní teplota kapaliny, tlak v systému se jistě změní. Faktem je, že kvůli takovému fyzikálnímu jevu, jako je tepelná roztažnost, voda nebo jakýkoli jiný typ nosiče tepla při zahřívání zvětšuje svůj objem. V případě, že zatížení překročí pevnost v tahu radiátoru nebo potrubí, nelze se vyhnout velkým problémům. Přítomnost expanzní nádrže vyřeší problémy spojené s expanzí kapaliny.

Důležitým bodem je vypočítat, kolik expanzní nádrže bude potřeba.

Abyste mohli vypočítat, jaký objem nádrže potřebujete vědět:

– Jaké množství chladicí kapaliny se nalévá do systému?

Přibližné údaje pro výpočet:

Pokud není možné vypočítat objem systému, použijte přibližný výpočet – 1 kW kotel = 15 litrů chladicí kapaliny.

– Jaká chladicí kapalina je v systému?

Voda – objem expanzní nádoby se vypočítá jako 15% objemu systému

Kapalina obsahující etylenglykol – objem expanzní nádoby se vypočítá jako 10 % objemu systému.

Příklad: Pokud je celkový objem chladicí kapaliny v systému 80 litrů. Chladicí voda – 80*15% = 12 litrů – je nutná expanzní nádoba o objemu minimálně 12 litrů. Chladicí kapalina obsahující etylenglykol 80*10% = 8 litrů – je nutná nádrž o objemu minimálně 8 litrů

Pravidla pro výpočet kapacity nádrže

Pokud celkový objem topného systému přesáhne 150 litrů, pak by se kapacita nádrže měla vypočítat s ohledem na koeficient roztažnosti kapaliny, počáteční a konečný tlak v systému a statický tlak.

Dříve jsme již uvedli příklad výpočtu úrovně tlaku v topném systému při spuštění nádrže. Podobné schéma lze použít při výpočtu kapacity nádrže expanzní nádrže. Vzorec bude vypadat takto:

• Vn – objem nádrže;
• Ve je objem roztažnosti kapaliny (lze jej vypočítat pomocí vzorce Vsyst × n%, kde Vsyts se bere v poměru 15 litrů kapaliny na 1 kilowatt výkonu kotle a n odráží koeficient tepelné roztažnosti chladicí kapaliny );
• Vv – vodní uzávěr. Jedná se o objem kapaliny, který vstupuje do nádrže při statickém tlaku vytvořeném v topném systému. Při nádrži o objemu asi 15 litrů je závěrka 20 procent. U velkých nádrží tvoří vodní uzávěr 0,5 procenta z celkového objemu.
• po je statický tlak v systému;
• pe je maximální tlak při provozu ventilu (vypočteno pro ventily s tlakem do 5 atm dělením 10 (0,5 atm), pro ventily s vysokým tlakem – podle vzorce Pkl × 0,9.

Výpočet celkového topného výkonu

Zmínili jsme, že nejúčinnějším způsobem výpočtu topného výkonu je sečíst objem všech jeho složek. Pokud lze v dokumentaci nalézt údaje o kotli a radiátorech, lze objem potrubí vypočítat takto:

• π je konstantní hodnota rovna 3,14;
• L je délka potrubí;
• D je průměr potrubí.

Dále se výsledek výpočtu sečte s objemovými ukazateli ostatních zařízení a získá se celkový objem topného systému.

Výběr expanzní nádrže pomocí tabulky

Pomocí údajů o celkovém objemu otopné soustavy se můžete podle tabulky rozhodnout pro volbu uzavřené expanzní nádoby.

Tato metoda výrazně snižuje počet výpočtů.

Jak vybrat správnou expanzní nádobu

Výběr expanzní nádoby pro vytápění je velmi proveditelný úkol. Zde je několik tipů, které vám pomohou při rozhodování o modelu hydraulického kompenzátoru: