Výběr expanzní nádrže pro topný systém

Plánování topného systému se netýká jen radiátorů a kotle, ale i dalších prvků, které jsou součástí celkového topného systému a zajišťují bezproblémový provoz a plnou funkčnost. Výběr expanzní nádoby pro topný systém je důležitou součástí takového plánování. Právě expanzní nádoba kompenzuje teplotní roztažnosti a zajišťuje normální provoz všech zařízení.

Při výběru expanzní nádrže je nutné okamžitě rozhodnout o typu systému, principu cirkulace chladicí kapaliny a celkovém objemu vody. V některých případech bude nutná instalace dalšího zařízení, například oběhového čerpadla.

Expanzní nádrž pro topení, k čemu slouží a jak funguje

Co je to topná nádrž, jak vybrat expanzní nádrž pro topný systém? Takové zařízení kompenzuje teplotní roztažnost kapaliny při jejím ohřevu nebo ochlazování. Koneckonců, ke zvýšení objemu chladicí kapaliny v topném systému dochází při každém jeho spuštění, to znamená, že normální fungování topení zcela závisí na správně zvolené expanzní nádrži.

Po spuštění systému se objem ohřáté vody zvětší, její přebytek se dostane do dutiny nádrže a chrání potrubí před prasknutím. Při ochlazování se „přebytečná“ voda vrací do systému a dále jde do kotle k ohřevu, po kterém se cyklus opakuje. V jakých dalších případech je nutná expanzní nádrž? Toto zařízení chrání systém před vzduchovými bublinami, které mohou zastavit cirkulaci chladicí kapaliny.

Typy a vlastnosti expanzních nádrží

Konstrukce expanzních nádrží zahrnuje rozdělení zařízení do tří typů:

1. Otevřené nádrže. Toto zařízení se používá pro systémy s přirozenou cirkulací, jedná se o otevřené nádrže, které jsou připojeny k celkovému systému pomocí konektoru ve spodní části nádrže. Jsou namontovány v nejvyšším bodě topného systému, obvykle v podkroví.
2. Uzavřené nádrže. Toto zařízení je určeno pro topné systémy s nuceným oběhem bez doplňování. Instalace expanzních nádrží se provádí ve speciálně vybavené kotelně, není nutná dodatečná ochrana před zamrznutím ani údržba.
3. Membránové expanzní nádrže. Moderní typ zařízení, které pracuje automaticky. Princip fungování je podobný uzavřeným systémům, ale takové zařízení má elastickou membránu, díky které je nádrž spolehlivější a pohodlnější na používání.

Otevřené a uzavřené topné systémy

Otevřené nádrže se používají pro topné systémy, kde chladicí kapalina cirkuluje samospádem. Nádrž je obvykle válcová nebo obdélníková s otevřeným vrškem, připojení k topnému systému se provádí výstupem ve spodní části.

Takové nádrže mají následující výhody:

• systém je zcela energeticky nezávislý;
• Konstrukce nádrže je extrémně jednoduchá.

Používání otevřených nádrží má mnoho dalších nevýhod:

• nutná pravidelná údržba;
• tepelné ztráty v systému jsou poměrně vysoké;
• vnitřní stěny nádrže jsou náchylné ke korozi;
• během instalace je nutné pokládat další potrubí;
• Instalace se provádí v podkroví, což vyžaduje dodatečné vyztužení podlah kvůli velké hmotnosti nádrže.

Uzavřené nádrže lze použít pro jakýkoli topný systém, ale obvykle jsou žádané pro nucené vytápění. Nádrž je uzavřená, to znamená, že je vyloučen kontakt mezi chladicí kapalinou a okolním vzduchem. Kromě toho mohou být uzavřené nádrže vybaveny automatickými nebo ručními ventily, tlakoměry pro měření tlaku v systému.

Takové vybavení má mnoho výhod:

• nádrž lze instalovat v kotelně a nevyžaduje ochranu před zamrznutím;
• tlak v systému může být poměrně vysoký;
• nádrž je lépe chráněna před korozí, její životnost je delší;
• chladicí kapalina se neodpařuje;
• žádné tepelné ztráty;
• Systém se snadněji udržuje, není třeba sledovat tlak ani hladinu vody.

Uzavřená membránová nádrž

Pro membránový systém se používá uzavřená nádrž, jejíž provoz je podobný běžné uzavřené nádrži. Princip činnosti je velmi jednoduchý – při zahřívání se chladicí kapalina rozpíná, „přebytečná“ voda vstupuje do jedné části nádrže a vyvíjí tlak na elastickou membránu. Při ochlazování tlak klesá, vzduch z druhé nádrže tlačí studenou vodu zpět do systému, tj. dochází k její cirkulaci.

Čtěte také: Spodní připojovací jednotka radiátoru – jak si vybrat a správně nainstalovat

Membrána může být odnímatelná nebo neodnímatelná, nepřichází do kontaktu s vnitřními stěnami zařízení. Pokud je membrána poškozena, musí být vyměněna, protože nádrž přestane fungovat.

Mezi výhody používání takového zařízení je třeba poznamenat:

• kompaktní rozměry nádrže;
• chladicí kapalina se neodpařuje;
• tepelné ztráty systému jsou minimální;
• systém je chráněn před korozí;
• je možné pracovat s vysokým tlakem bez obav z poškození systému.

Vlastnosti výběru expanzní nádrže pro topný systém, několik nuancí

Při výběru expanzní nádrže je třeba věnovat pozornost následujícím kritériím:

• místo instalace;
• typ topného systému (s přirozeným a nuceným oběhem);
• provozní parametry systému, včetně tlaku (je nutné provést výpočty tlaku pro nádrž, chladicí kapalinu, výměník tepla);
• objem expanzní nádrže (nesmí být menší než 10 % celkového objemu vody v systému);
• potřeba automatizovaného řízení;
• Vlastnosti provozu nádrže (autonomní, energeticky nezávislý, s nucenou cirkulací a připojením k elektrické síti)

Jedním z kritérií pro výběr zařízení je výpočet vody a jejího tlaku. S takovým výpočty topného systému vzato v úvahu:

• objem vody v kotlové jednotce (je uveden v pasu kotle);
• objem vody pro radiátory (musí být vypočítán zvlášť pro každý radiátor a výsledné hodnoty sečteny);
• objem chladicí kapaliny v systémových trubkách (vypočteno pro všechny okruhy podle vzorce Vcelk = π × D2 × L/4, kde D je průměr trubky, L je délka trubky).

Tento výpočet se používá k určení, jaký objem by měla mít nádrž. Obvykle se při návrhu předpokládá, že objem expanzní nádrže nesmí být menší než 10-15 %. Tato hodnota bude dostatečná k odstranění vzduchu z topného okruhu a ochraně zařízení před prasknutím nebo netěsnostmi během tepelné roztažnosti.

Instalace membránové expanzní nádrže: složitosti práce

Pro instalaci expanzních nádrží je nutné použít následující algoritmus akcí:

• je vybrána samotná nádrž a její objem (u nucených systémů je vyžadován membránový model);
• poté je zařízení zajištěno (místo, kde je nádrž instalována, musí být rovné, je vyžadováno spolehlivé upevnění, u otevřených nádob se dodatečně pokládají spojovací potrubí);
• poté se provede připojení k vratnému potrubí, pro které můžete použít plastové nebo ocelové trubky o vhodném průměru (musí odpovídat průměru komory expanzní nádrže);
• po připojení potrubí a instalaci spojovacího kohoutku je nutné zkontrolovat tlak a provozní podmínky expanzní nádrže topení (nádrž je naplněna vodou, přebytečný vzduch sám vychází z plynové komory speciálním ventilem);
• V případě potřeby můžete nainstalovat nouzový odtok, který bude umístěn za americkým kohoutkem (k tomu je instalováno odpaliště s odbočkou pro instalaci půlpalcového kohoutku pro odtok přebytečné vody).

V tomto okamžiku je instalace expanzní nádrže pro vytápění dokončena, můžete pokračovat v instalaci systému a jeho spuštění. Pro správné určení provozního tlaku je nutné nejen předem vypočítat objem nádrže, ale také určit parametry, jako jsou ukazatele tlaku v celkovém systému, vzduchová komora nádrže, pro napájení zařízení (pokud je to nutné) a úroveň maximálního možného tlaku.

Několik důležitých poznámek

Aby systém a expanzní nádrž správně fungovaly, je nutné zohlednit aspekty, jako je seřízení, údržba a výpočet tlaku a objemu chladicí kapaliny.

Nastavení nádrže pro provoz v topném systému s ohledem na tlakové ztráty a hladiny

Jak spustit nádrž po instalaci? Je nutné správně vypočítat tlak v síti s ohledem na následující ukazatele:

• Pst je statický tlak, který se bude rovnat výšce vodního sloupce, určené výškou celkového topného systému od místa instalace nádrže k hornímu prvku;
• P0 je tlak vzduchu v plynové (vzduchové) komoře nádrže;
• Pнач – počáteční tlak pro napájení zařízení;
• Pрасх – nastavení tlaku vytvářeného v systému;
• Pcon – úroveň tlaku, která vzniká v důsledku dodatečného dobíjení;
• Pkl – tlaková hladina pro pojistný ventil (u soukromých domů může být tento tlak 3 bary);
• Pmax je úroveň maximálního provozního tlaku, pro který je tepelný výměník kotle navržen (je to nejcitlivější prvek celé topné sítě na tento parametr).

Čtěte také: Jak připojit termostat k podlahovému vytápění: nuance připojení a tipy

Příklad výpočtu

Mezi vlastnosti výpočtu systému patří následující kroky:

1. Nejprve je třeba určit tlak: Pst = 4 / 10 = 0,4 baru.
2. Dále se do komory čerpá vzduch, jehož tlak je určen vzorcem P0 = Pst + 0,2 bar, nebo P0 = 0,4 + 0,2 = 0,6 bar.
3. Pro jednopatrový dům lze hodnotu P0 považovat za „1“, protože vypočítaná hodnota je 0,6 baru.
4. Poté se nádrž připojí k systému a v její dutině se vytvoří počáteční tlak P int, vypočítaný podle vzorce: P int> nebo = P0 + 0,3 bar nebo P int = 1 + 0,3 = 1,3 bar.
5. Dále se topný kotel zapne na teplotu 80 stupňů, veškerý vzduch se ze systému zcela odstraní a chladicí kapalina vstupující do nádrže vytváří určitý tlak. Pro výpočet požadovaného konečného tlaku v systému je třeba použít vzorec Pcon

Údržba expanzní nádrže

Pro zajištění dlouhé životnosti expanzní nádrže je nutné zajistit správné podmínky údržby:

• Nádrž by měla být pravidelně kontrolována na vnější poškození (praskliny, promáčkliny, koroze, netěsnosti);
• Každých šest měsíců se kontroluje tlak v plynovém prostoru, pro který se zařízení odpojí od systému a z něj se odčerpá voda;
• integrita membrány se kontroluje dvakrát ročně (u membránových expanzních nádrží);
• Pokud topný systém nebude delší dobu používán, je nutné z něj a ze zásobníku vypustit vodu.

Směrné hodnoty pro obsah vody v topných systémech

Při plánování topného systému a výběru expanzní nádrže byste měli okamžitě určit objem vody, která bude použita a cirkulovat potrubím a radiátory. Objem nádrže obvykle činí 10 % celkového objemu vody, pro přesný výpočet se používá následující vzorec: Vб = Vс × k / D, kde:

• Vб – pracovní objem použité expanzní nádrže;
• Vс – celkový objem chladicí kapaliny;
• k – součinitel objemové roztažnosti chladicí kapaliny;
• D – koeficient účinnosti (stanovený pro expanzní nádrž).

Existují tři způsoby, jak vypočítat celkový objem:

• pomocí vodoměru změřte objem vody cirkulující v systému v jednom cyklu;
• pro přesné výpočty se používá vzorec pro sčítání celkového objemu potrubí pro celkový okruh systému, kapacity výměníku tepla kotle, radiátorů, konvektorů a dalšího zařízení;
• Jiná metoda předpokládá, že na 1 kW výkonu systému připadá 15 litrů chladicí kapaliny, tj. jmenovitý výkon kotle musí být vynásoben 15, čímž se získá celkový objem vody.

Součinitel nárůstu objemu vody ve směsi voda-glykol v závislosti na teplotě

Pro stanovení koeficientu „k“ roztažnosti objemu chladicí kapaliny je nutné použít speciální tabulkové údaje. Takový koeficient ukazuje, jak se mění objem nemrznoucích přísad v chladicí kapalině během teplotní roztažnosti. Při výpočtu je nutné vzít hodnotu provozní teploty chladicí kapaliny a odpovídající koeficient. Pro vodu jako chladivo je koeficient ethylenglykolu „0“, pro nemrznoucí kapalinu je nutné hodnotu vypočítat s ohledem na tabulkové údaje.

Kromě toho lze koeficient vypočítat takto: 4 % x 1,1 = 4,4 %. Tato hodnota je splněna, pokud množství ethylenglykolu v systému činí do 10 % celkového objemu chladicí kapaliny. Pokud je množství ethylenglykolu do 20 %, koeficient se vypočítá takto: 4 % x 1,2 = 4,8 %. V tomto případě se hodnota bude měnit s rostoucí teplotou v systému. Například pokud teplota dosáhne 80 stupňů, koeficient bude roven 0,029, pokud je množství ethylenglykolu 10 %, koeficient bude 0,032, při použití vody a ethylenglykolu v poměru 50 %/50 % bude koeficient roven 0,0436.

Jak vybrat správnou expanzní nádrž pro topný systém? Je nutné zvážit nejen typ a celkový objem systému, ale také délku okruhu pro každou místnost, typ potrubí, chladicí kapalinu a mnoho dalších parametrů. Je nutné zvážit, kde bude nádrž umístěna, jaké požadavky jsou kladeny na její provoz.