Expanzní nádoby pro topný systém: princip činnosti a instalace membránové nádrže uzavřeného typu

Objem chladicí kapaliny se mění v závislosti na změnách teplotních podmínek, což může vést k nebezpečným následkům. Pro bezpečný a dlouhodobý provoz chladicí kapaliny je nutné zachovat její stabilní vlastnosti. K tomu lze použít membránovou expanzní nádobu.

Účel a konstrukční vlastnosti

V topných systémech jsou chladicí kapaliny kapaliny, které jsou v procesu mírné komprese. Pro bezpečný provoz topného systému je nutné použít stabilizační zařízení – membránovou expanzní hydraulickou nádrž, která je schopna přijmout určité množství kapaliny v procesu zvyšování tlaku a objemu a poté ji vrátit zpět do oběhu. okruhu, když se tyto indikátory sníží.

Membránové expanzní nádrže mají oproti jiným zařízením pro stejný účel řadu výhod, jmenovitě:

• vhodné pro jakoukoli vodu, i když obsahuje velké množství vápníku;
• bezpečné použití pro pitnou vodu;
• mají větší vytlačený užitečný objem než tlaková nádoba bez membrány;
• je vyžadováno minimální čerpání vzduchu;
• hospodárná a rychlá instalace;
• nízké provozní náklady.

Tato zařízení však mají také nevýhody, a to:

• velká velikost expanzní nádrže činí proces instalace poměrně problematickým;
• v důsledku přenosu tepla chladicí kapalinou do expanzní komory se tepelné ztráty zvyšují;
• zvyšuje se riziko tvorby rzi.

Aby se zabránilo nekontrolovaným tepelným ztrátám, odborníci doporučují zařízení izolovat.

Rozdíly od hydraulického akumulátoru

Konstrukce utěsněných expanzních nádrží je podobná jako u hydraulických akumulátorů, avšak účely těchto zařízení jsou odlišné. Expanzní nádrž kompenzuje expanzi vody, ke které dochází v důsledku ohřevu v topném systému. Hydraulický akumulátor akumuluje objem vody pod tlakem ve vodovodním systému, který má tlakové čerpadlo, aby se snížila frekvence aktivace tohoto čerpadla a vyhladil vodní ráz. Uvnitř akumulátoru se navíc častěji nachází žárovka z potravinářské pryže. To je to, co je čerpáno vodou, takže voda nepřijde do kontaktu s tělem nádrže. Expanzní nádoba pro topné systémy je vyrobena s membránou z technické pryže. Rozděluje pouzdro na dva oddíly a chladicí kapalina je v kontaktu s pouzdrem.

Zařízení a princip činnosti

Membránová nádrž je hermeticky uzavřená kovová nádoba rozdělená na dvě komory (komory) elastickou membránou. Jednou z takových komor je pneumatická komora, která obsahuje plyn nebo vzduch pod tlakem. Chladivo vstupuje do druhé komory, hydraulické komory.

Zařízení funguje následovně:

• tlak vzduchu, který je v rovnovážném stavu, v pneumatické komoře kompenzuje tlak kapaliny v topném systému, objem chladicí kapaliny a hydraulické komory je snížen na minimum;
• když se tlak kapaliny v systému zvyšuje, včetně během zahřívání, tlak se zvyšuje také v hydraulické komoře, kde proudí přebytečná chladicí kapalina;
• v důsledku elasticity membrány se objem pneumatické komory zmenšuje, což je doprovázeno zvýšením tlaku plynu;
• když se tlak v pneumatické komoře zvýší, zvýšení tlaku v hydraulické komoře se vyrovná a systém se vrátí do rovnovážného stavu.

Když se tlak chladicí kapaliny v systému sníží, dojde k opaku. Plyn (vzduch), stlačený v pneumatické komoře, expanduje a vytlačuje kapalinu z hydraulické komory do systému, dokud se tlakový rozdíl neobnoví. Konstrukce eliminuje možnost kontaktu mezi chladicí kapalinou a vzduchem, snižuje pravděpodobnost rzi nejen v nádrži, ale také v jiných částech topného systému – potrubí, kotel. Utěsněné expanzní nádoby jsou vybaveny pojistnými ventily, které umožňují omezit maximální tlak v topném systému na přijatelnou úroveň. To charakterizuje nádrž jako ochranné zařízení pro topný systém.

Typy a výběrová kritéria

Pro kompenzaci objemu chladicí kapaliny v systému při změnách teploty se používají dva typy expanzních nádrží: otevřená a uzavřená (utěsněná).

Otevřené expanzní nádrže jsou široce používány, ale mají následující nevýhody:

• vysoké náklady na instalaci, protože takové nádrže jsou instalovány v horním bodě systému, aby se vytvořila požadovaná úroveň zvýšeného tlaku;
• je nutné neustále sledovat hladinu kapaliny;
• existuje riziko vzniku rzi v systému v důsledku dlouhodobého kontaktu chladicí kapaliny topení se vzduchem.

Utěsněné expanzní nádoby takové nevýhody nemají. Pro topné systémy se vyrábějí nádrže, které se liší použitím membrány. Membrány se dělí na balónkové a membránové typy. Balónová membrána je nádoba instalovaná uvnitř nádrže, vyrobená z vysoce kvalitní pryže, která odolá výrazným teplotním výkyvům. Přírubové upevnění takové membrány umožní její rychlou a snadnou výměnu.

Membrány balónového typu mají následující výhody:

• široký rozsah provozních tlaků umožňující použití utěsněné expanzní nádoby;
• schopnost měnit membránu, což pomáhá zlevnit a zrychlit opravy tohoto zařízení;
• jednoduché nastavení minimálního tlaku pro jakýkoli systém.

Membránová membrána je trvalou přepážkou, který je nejčastěji vyroben z elastického polymeru nebo tenkého kovu. Tato membrána je charakteristická svou malou vlastní kapacitou a schopností kompenzovat malé poklesy tlaku v systému. Pokud taková nádrž selže, bude nutné ji kompletně vyměnit. Jednou z předností tohoto zařízení je jeho nízká cena. Nádrž, která má membránovou membránu, je navíc jednoduše navržena a provozně spolehlivá.

Výběr správné expanzní nádoby tedy znamená zajištění bezpečného provozu topného systému Při výběru expanzní nádrže byste měli věnovat pozornost následujícím hlavním charakteristikám:

• membránový materiál, jeho odolnost vůči vysokým absolutním hodnotám teploty, tlaku a rozdílům v těchto indikátorech;
• materiál a nátěr těla, odolnost proti rzi;
• dodržování sanitárních a hygienických norem;
• provedení (způsob instalace).

Omezení

Výrobci ukládají určitá omezení pro použití membránových expanzních nádrží, která závisí na konstrukci a materiálech použitých při výrobě zařízení. Výrobci mají jasné požadavky na vlastnosti a složení kapaliny v topném systému. Obsah např. ethylenglykolu v nemrznoucím roztoku je omezený. Použití membránové expanzní nádoby při tlacích překračujících přípustné normy je zakázáno. Je povinné instalovat bezpečnostní skupinu, která řídí a omezuje tlak v nádrži. Topné systémy bytů a soukromých domů s autonomním vytápěním používají zařízení s provozním tlakem minimálně 3 bary.

Výpočet objemu

Objem je hlavní charakteristikou, podle které se vybírá expanzní nádrž. Mnoho zdrojů doporučuje zvolit objem expanzní nádrže v rozmezí 10% celkového objemu chladicí kapaliny v topném systému. Tento způsob stanovení kapacity zařízení je založen na skutečnosti, že koeficienty tepelné roztažnosti chladicí kapaliny i při obsahu glykolu do 90 % a zahřívání +100 stupňů nepřesahují 0,08. Tato metoda výpočtu nebere v úvahu tlak v systému, takže může způsobit nepřesnosti. Existuje přesnější metoda pro výpočet objemu membránové expanzní nádrže. Zde použitý poměr je:

V = C*Bt / (1 – (Pmin /Pmax)), kde

• C – objem chladicí kapaliny v systému;
• Bt – koeficient tepelné roztažnosti chladiva;
• Pмin – počáteční tlak v nádrži;
• Pmax – přípustný tlak v systému.

Objem chladicí kapaliny v topném systému je určen s ohledem na všechny jeho součásti. Tento parametr je získán z projektové dokumentace pro vytápění. Pokud to není možné, můžete použít přibližný výpočet, který je založen na skutečnosti, že objem chladicí kapaliny v topných systémech souvisí s topným výkonem – na každý kW připadá 15 litrů kapaliny. Koeficient tepelné roztažnosti kapaliny se určuje pomocí jejího složení – nejčastěji je v topných systémech bytů a domů možné přidávat do vody pro zlepšení jejích vlastností glykoly. Tento koeficient může také záviset na teplotě chladicí kapaliny. Požadované hodnoty najdete v tabulkách objemu vody v potrubí.

Maximální tlak v topném systému je určen pomocí minimálních hodnot, které jsou povoleny pro různé komponenty. Přechodový ventil je přizpůsoben speciálně pro něj. Počáteční tlak v topném systému s chlazeným chladivem odpovídá nastavenému (minimálnímu) tlaku. U mnoha zařízení je možné jej přesně regulovat běžnými prostředky (vypouštění vzduchu z nádrže nebo jeho přečerpávání čerpadlem). Tlak v nádrži je řízen instalací manometru. Vypočtené údaje poskytnou zvýšení objemu chladicí kapaliny v systému během procesu ohřevu. Při výběru nádrže se faktor plnění zaokrouhlí nahoru. Koeficient závisí na maximálním a počátečním tlaku a lze jej zjistit pomocí tabulek poskytnutých výrobci nebo v odborné literatuře.

Instalace

Instalace membránové expanzní nádrže není obtížná, ale je lepší ji svěřit odborníkovi. Nejprve je třeba použít návod k zařízení. Při instalaci tohoto zařízení do topného systému je důležité pečlivě zkontrolovat těsnost spojů. Expanzní nádoba se nesmí otevírat ani rozebírat. Jednoduše se připojí k potrubí nejblíže kotli. Aby se zabránilo zvýšení tlaku, jsou instalována bezpečnostní zařízení.

Při instalaci nádrže zvažte následující pravidla:

• nádrž je instalována před odbočkou;
• teplota v místnosti by měla být neustále nad 0;
• před instalací musíte znovu zkontrolovat všechny výpočty;
• nádrž o objemu větším než 30 litrů není namontována na stěnách, ale je umístěna na nohách;
• pro řízení tlaku je na výstupu z nádrže instalován manometr a na vstupu zpětný ventil (pokud není čerpadlo);

• zařízení musí být umístěno na místě pohodlném pro údržbu a seřízení;
• Při připevňování nádrže ke stěně musíte na držáku udržovat výšku, která bude vhodná pro přístup k uzavíracím ventilům a vzduchovému prostoru;
• podvodní potrubí a kohoutek by neměly přetěžovat expanzní nádrž svou hmotností, musí být zesílena samostatně;
• do membránové nádrže umístěné na podlaze není možné položit vedení přes podlahu přes průchod;
• Pro kontrolu musí být mezi stěnou a nádobou určitá vzdálenost.

Malokapacitní expanzní nádobu lze zavěsit na zeď, pokud je její nosnost dostatečná. Mnoho lidí doporučuje instalovat nádrž tak, aby potrubí bylo připojeno k nádrži nahoře a vzduchová komora zůstala dole. Vzduch se tak zpod membrány snadněji odstraňuje a voda jej vytlačí. Odborníci na instalaci však doporučují instalaci spojovací trubkou dolů a nic jiného. A u některých modelů je armatura zpočátku umístěna ve spodní části boční stěny a je prostě nemožné nainstalovat nádobu jinak. Tento způsob instalace je způsoben tím, že jednoho dne se v membráně objeví trhliny. Při instalaci potrubím dolů proniká vzduch do chladicí kapaliny pomaleji a zařízení déle vydrží. V opačném případě vzduch rychle proudí do komory chladicí kapaliny a nádrž bude vyžadovat naléhavou výměnu.

Poruchy

Za jednu z nejčastějších poruch membránové expanzní nádoby je považováno protržení membrány v důsledku překročení dovoleného tlaku a nerovnoměrného zatížení. Pro lisované membrány se používají odolnější materiály, protože je nelze měnit, takže náhradní membrány se poměrně často lámou. V důsledku prasknutí membrány expanzní nádrž selže, protože voda se dostane na vnitřní povrch a nádrž zreziví, což je nepřijatelné. Proto materiál, ze kterého je membrána vyrobena, velmi ovlivňuje spolehlivost a kvalitu expanzní nádrže. Při výběru správného modelu, instalaci a servisu zařízení musíte být opatrní. V první řadě musí být správně nakonfigurován.

Přehled principu činnosti expanzní nádoby naleznete v následujícím videu.