Kapacita pro expanzi chladicí kapaliny je nezbytným prvkem topného systému. V procesu návrhu vyvstává otázka: jak vypočítat expanzní nádrž pro vytápění, určit její objem a rozměry? Parametry budou záviset na několika faktorech, které budou podrobně prostudovány v článku.
K čemu je expanzní nádoba
Kapalina cirkulující v topném systému se při zahřívání výrazně zvětšuje. Pro různé chladicí kapaliny se tento koeficient bude lišit. Například voda jako chladicí kapalina je mnohem účinnější. Má nižší koeficient tepelné roztažnosti a vyšší odvod tepla než etylenglykolová nemrznoucí směs. Zvýšení hlasitosti také závisí na provozní teplotě.
Pro kompenzaci zvýšení hladiny kapaliny v systému je zabudována expanzní nádrž, jejíž výpočet bude záviset na:
- Množství kapaliny v systému.
- Vytápěcí konstrukce. Existují dvě odrůdy: uzavřený a otevřený typ. Pro každý z nich se výpočet objemu provádí jinak.
- Špičková teplota kapaliny v systému. Pokud je výpočet založen na provozní teplotě, pak bude velikost nádrže nižší, ale je třeba vzít v úvahu nouzové situace, kdy se chladicí kapalina blíží přechodu do stavu páry, což výrazně zvětšuje její objem.
- Typ kapaliny. Používá se několik různých látek: voda, nemrznoucí směs, voda s přídavkem alkoholu, olej. Pro každou z těchto chladicích kapalin se bude výpočet objemu expanzní nádrže lišit.
Otevřené nádrže
V současné době se používají tři typy expanzních nádrží. Nejvíce předpotopní se používá v gravitačním topném systému. Jedná se o otevřenou nádrž. Instaluje se v nejvyšším bodě a slouží nejen ke sběru přebytečné kapaliny, ale také pomáhá odstraňovat vzduch ze systému.
Takové topení funguje pouze na vodě, protože zbytek chladicích kapalin je dost jedovatý. Jejich použití v otevřeném systému bude mít za následek otravu výpary. Hlavní nevýhodou otevřeného systému je zamrzání vody při nízkých teplotách. Takový dům nemůže v zimě zůstat několik dní bez vytápění. Pokud k tomu dojde, voda expandovaná během zmrazování praskne topné potrubí.
Výpočet expanzních nádrží otevřeného typu je založen na koeficientu roztažnosti vody, u kterého tato hodnota závisí na teplotě: čím vyšší je, tímvětší hodnotu. Chcete-li vypočítat objem tekutiny vytlačené během ohřevu, musíte vynásobit koeficient odpovídající provozní teplotě množstvím chladicí kapaliny v topném systému. Tím získáte požadovaný objem expanzní nádrže.
Pokud například existuje síť o objemu 400 litrů vody, která pracuje při teplotě 75 stupňů, pak expanzní objem bude: 4000,0258=10,32 litrů.
U otevřeného systému nemá smysl nádrž předimenzovat, protože taková konstrukce umožňuje obtok, který je napojen na kanalizaci. Přebytečná voda do něj teče, pokud teplota překročí nominální hodnotu.
Utěsněné expanzní nádoby
Další odrůdou jsou expanzní nádrže uzavřeného typu. Používají se jak v gravitačních systémech, tak ve vytápění s nuceným oběhem. Hlavním rozdílem mezi uzavřenými nádržemi je jejich úplná těsnost. To bylo provedeno proto, aby se zabránilo kontaktu vody s atmosférickým vzduchem, který obsahuje velké množství kyslíku, což nepříznivě ovlivňuje stav potrubí. Přebytečný tlak je zde vypouštěn do atmosféry pomocí pojistných ventilů.
Výpočet tohoto typu expanzní nádoby je stejný jako u předchozího. Zde je však potřeba přičíst objem vzduchu, který se stlačí, když je voda vtlačena do nádrže. Na rozdíl od kapalin mají plyny významnou schopnost stlačování. Proto lze objem vzduchu v nádrži udržovat malý – asi 30 % objemu vody.
Jak funguje membránová expanzní nádrž
Hlavní rozmanitost moderních topných systémů je nucený ohřev s membránovou expanzní nádobou. Od běžné utěsněné nádoby se liší přítomností pryžové vrstvy, která odděluje tekutou část od vzduchu.
Když je systém zcela naplněn, kapalina v nádrži dosáhne horní úrovně membrány. Během ohřevu se chladicí kapalina začne roztahovat a překonáním odporu membrány a vzduchu stoupá do horní úrovně nádrže, dokud se tlak stlačeného vzduchu a tlak chladicí kapaliny nevyrovnají. Pokud tlak nemrznoucí směsi výrazně překročí povolené hodnoty, pojistný ventil bezpečnostního systému bude fungovat.
Při výpočtu expanzní nádrže pro uzavřený typ vytápění je koeficient expanze korigován na použití nemrznoucí směsi. Zvětší svůj objem asi o 15 % více vody.
Výpočet uzavřené expanzní nádrže membránového typu
Při určování velikosti membránového typu nádrže můžete postupovat jednoduchou cestou. S vědomím, že koeficient roztažnosti vody při teplotě 80 stupňů je 0,029, stejně jako objem systému, lze provést primitivní výpočet.
Řekněme, že v systému je 100 litrů. Vynásobením množství kapaliny koeficientem dostaneme expanzní objem 2, 9. Pro zjednodušený výpočet je třeba tuto hodnotu zdvojnásobit. Kromě toho pamatujte, že expanze nemrznoucí směsi je přibližně o 15 % větší než u vody, a tuto hodnotu přičtěte. Staloasi 7 l.
Pro přesnější výpočet expanzní nádrže použijte vzorec:
V=(Ve + Vv)(Pe + 1) / (Pe - Po), kde
V- požadovaný objem membránové nádrže pro topný systém.
Ve - objem chladicí kapaliny získaný při zahřívání systému. Toto je součet všech ohřívačů, potrubí, kotle.
Vv - objem vodního uzávěru v nádrži. Jinými slovy, množství kapaliny, které je vždy přítomno v nádrži v důsledku hydrostatického tlaku. Přibližně 20 % v malých nádržích a asi 5 % ve velkých. Ale ne déle než 3 roky.
Po - konstantní tlak. Závisí na výšce sloupce kapaliny v systému.
Pe – maximální tlak, který nastane při aktivaci pojistného ventilu.
Závěr
Výpočet expanzní nádrže je jednoduchý proces dostupný každému, kdo zná jednoduchou aritmetiku. Je pouze nutné vzít v úvahu konstrukci topného systému, jeho objem a typ chladicí kapaliny.
