Ekspanzijska posoda ogrevalnega sistema: zasnova, izračun in izbira najboljše možnosti

Pravilno izbrana in strokovno nameščena ekspanzijska posoda ogrevalnega sistema ne bo povzročila okvare, tlak bo ohranila na potrebni ravni. Potrebna je kot rezerva za vodo, ki se pri segrevanju širi. Glede na vrsto sistema je lahko vgrajeni ekspanzijski člen odprtega ali zaprtega tipa.

Povedali vam bomo, kako izbrati rezervno posodo glede na vzpostavljeno ogrevalno shemo. V članku, ki smo ga pripravili, so opisane konstrukcijske značilnosti in posebnosti namestitve ekspanzijskih posod. Podana so priporočila, katerih upoštevanje bo zagotovilo idealno delovanje ogrevalnega kroga katerega koli tipa.

Ekspanzijske posode odprtega tipa

Konstrukcijska posebnost ekspanzijskih členov odprtega tipa je stik toplotnega nosilca z atmosfero. Kroženje v sistemih s tem tipom ekspanzijskega člena je konvekcijsko. Pri segrevanju se prostornina tekočine poveča, njen presežek pa absorbira prostornina rezervoarja.

Pri padcu temperaturnih vrednosti se tekočina vrne nazaj s samotečenjem, pod vplivom gravitacije.

Zaradi ničelnega tlaka v posodi naprava ne zahteva trdne kovinske konstrukcije, zato:

• pri izdelavi ohišja se uporablja katera koli kovina;
• lahko se uporabi že pripravljena posoda iz toplotno odporne plastike;
• oblika rezervoarja ni pomembna;

V počitniških hiškah je mogoče takšno opremo sestaviti iz priročnih sredstev. Kot posodo lahko uporabite plastično kanistro ali sod, opremljen s sprejemnim priključkom in odvodom za prelivanje.

Ekspanzijski členi odprtega tipa so lahko izdelani v obliki pravokotne posode z nehermetičnim pokrovom na zgornji ravnini

Navzven je to navadna kovinska posoda, katere zgornja ravnina je opremljena z odprtino za vzdrževanje in dodajanje tekočine. Zaščito pred zamašitvijo zagotavlja nehermetični pokrov. Na spodnjem delu ali na stranski ravnini so predvideni pritrdilni elementi.

Odprti ogrevalni sistemi se uporabljajo v nizkih stavbah, kjer sta količina toplotnega nosilca in dolžina ogrevalnih komunikacij razmeroma majhni.

Zahteve za namestitev so preproste:

• razteznik se namesti na najvišjo točko, na dovodni vod;
• dovod se priključi na rezervoar prek priključka;
• za odtok odvečne tekočine se izvede prelivni priključek nad izračunano ravnijo.

Za zagotovitev samotečne cirkulacije je pri montaži priporočljivo uporabiti cevi povečanega prereza.

Odprto konstrukcijo namestijo na najvišjo točko, od koder tekočina odteka samotečno.

Običajno poskušajo rezervoar namestiti v ogrevanem prostoru, urejenem in izoliranem podstrešju, če pa to ni mogoče, je treba posodo izolirati. Prisotnost izolacije preprečuje zmrzovanje tekočine in izgubo delovanja sistema.

Ekspanzijske posode zaprtega tipa

Konstrukcijska posebnost zaprtih različic rezervoarja je popolna tesnost, kar omogoča vzdrževanje potrebnega tlaka za cirkulacijo na kateri koli točki sistema.

Rezervoar je znotraj z membrano razdeljen na zračni in tekočinski del. Vsak od oddelkov je popolnoma zatesnjen – dušikova zmes iz zračnega dela se nikoli ne pomeša s toplotnim nosilcem, ki polni tekočinski del.

Načelo delovanja zaprtega razteznega rezervoarja je v tem, da se segreta tekočina iz sistema potisne v tekočinski del rezervoarja in začne s svoje strani pritiskati na tesno membrano. Pregrada se deformira in deluje na zračni del ter ga stisne.

Posledično se prostornina zračne komore rezervoarja zmanjša, plin v njej pa se stisne. Ta situacija prispeva k povečanju tlaka v sistemu. Takoj ko se tlak normalizira, se grelni medij iz tekočinskega predela potisne nazaj.

Če tlak strmo narašča, ob dosegu kritične prostornine tekočine v rezervoarju sproži varnostni ventil. Posledično bo iz rezervoarja odvedena odvečna količina grelnega medija.

Zaprta konstrukcija je popolnoma hermetična; na njenem spodnjem delu je prirobnica s sprejemnim nastavkom, na zgornjem pa nastavek za polnjenje s plinom.

Glede na obliko se vsi zaprti ekspanzijski rezervoarji za vgradnjo v ogrevalni sistem delijo na naslednje vrste:

1. Kroglaste – vrsta membranske konstrukcije z elastično pregrado. Ob dotoku tekočine se raztegne in prevzame ves presežni volumen. Rezervoar ima obliko kroglaste kapsule.
2. Ovalne – še ena vrsta membranskih hidrokompenzatorjev. Balon ekspanzijskega rezervoarja je tradicionalno razdeljen s fleksibilno membrano na plinsko in tekočinsko komoro, vendar ima konfiguracija ohišja nekoliko podolgovato navpično obliko.

Navzven imajo ovalni ekspanzijski rezervoarji obliko cilindričnega balona, pobarvanega rdeče. Na eni strani je nastavek za ustvarjanje tlaka v plinski komori, na drugi pa priključni nastavek, prek katerega se izvede priključitev na sistem.

Na ohišje so privarjena pritrdilna mesta, ki omogočajo stensko montažo opreme in prenesejo njeno delovno težo. Kroglasta modifikacija rezervoarja se od ovalne razlikuje le po obliki.

Po vrstah se membranski zaprti ekspanzijski rezervoarji delijo na diafragemske in balonske modifikacije.

V zaprtih sistemih samoobtočna cirkulacija ne more zagotoviti potrebnega tlaka. Zato v konstrukcijo vključijo obtočno črpalko.

Sam ekspanzijski rezervoar se lahko namesti na katero koli točko sistema, vendar je pri izvedbi montažnih del priporočljivo upoštevati naslednja priporočila:

• najboljše mesto za namestitev je povratni vod, do točke priključitve črpalke;
• dovod toplotnega nosilca je bolje pripeljati od zgoraj, kar bo zmanjšalo prodiranje zraka in ohranilo delovanje v primeru poškodbe membrane;
• pomanjkanje osnovne prostornine se lahko nadomesti z namestitvijo dodatnega ekspanzijskega rezervoarja z manjšo kapaciteto.

Pri namestitvi ni prepovedano upoštevati notranjost prostora, če je to potrebno. Za nadzor nivoja tlaka v ogrevalnem sistemu mora biti ekspanzijski rezervoar opremljen z manometrom.

Zaprti ekspanzijski rezervoar običajno postavijo pred kotel, pred mesto namestitve obtočne črpalke

Možnost namestitve v bližini kotla odpravlja vprašanje potrebe po izolaciji rezervoarja. Oprema je v toplem prostoru, kar zagotavlja udobje uporabe.

Katera konstrukcija je boljša?

Sistemi se glede na zasnovo in material ekspanzijskega rezervoarja razlikujejo po seznamu prednosti in slabosti. Toda po mnenju strokovnjakov in izkušenih uporabnikov so prednosti v funkcionalnosti na strani zaprtih variant.

Prednosti in slabosti odprte posode

Samotočni sistem potrebuje cevi večjega premera, kar neposredno povečuje stroške. Proračun za ureditev odprtega ogrevalnega sistema z netesnim ekspanzijskim rezervoarjem se nekoliko poveča, čeprav ostaja relativno nizek.

Glavne prednosti te variante so preprostost ter nizki stroški komponent in montažnih del. Še ena pozitivna lastnost je odsotnost potrebe po nadzoru nivoja tlaka.

Ekspanzijski rezervoar odprtega tipa za majhne sisteme je mogoče sestaviti iz improviziranih sredstev, prav tako bo preprosta njegova namestitev

Vendar je slabosti precej več:

• uporaba antifriza je nevarna zaradi strupenih hlapov;
• možnosti namestitve so omejene samo na najvišjo točko sistema;
• stalen stik z atmosfero povečuje tveganje zračnih zapor in korozije;
• počasno segrevanje;
• temperaturna nihanja, ki spremljajo konvekcijsko cirkulacijo, pospešujejo obrabo opreme;
• uporablja se v ogrevanju nizkih stavb, največ dveh nadstropij;
• velike toplotne izgube in poraba energije za segrevanje.

Še ena pomanjkljivost odprtega sistema so izgube zaradi izhlapevanja in prelivanja. Zato je treba pri montaži rezervoarja poskrbeti za dostopnost do polnilne odprtine.

Prednosti in slabosti zaprte posode

Če po cenah in enostavnosti montažnih del zmagujejo odprti ekspanzijski rezervoarji, pa je funkcionalnost močna stran zaprtega rezervoarja, ki ga imenujejo tudi ekspanzomat. Prav te uporabljajo pri gradnji zaprtih ogrevalnih sistemov, ki nimajo neposrednega stika z atmosfero.

Ekspanzomati imajo naslednje prednosti:

• popolna tesnost omogoča uporabo antifriza;
• mesto namestitve ekspanzijskega rezervoarja ne vpliva na delovanje sistema;
• izolacija notranjega prostora rezervoarja zmanjšuje verjetnost zračnih žepov in nastanka korozije;
• po zagonu se sistem hitreje segreje, je bolj občutljiv na nastavitev temperaturnih režimov;
• manjša razlika med obratovalnimi pogoji dovodne in povratne linije, kar posledično povečuje obratovalno življenjsko dobo;
• ne zahteva montaže cevi velikega premera, kar omogoča prihranek pri gradnji;
• ne zahteva stalne pozornosti glede nivoja in stanja tekočine;
• možnost uporabe v sistemih, zasnovanih za več nadstropij;
• majhne toplotne izgube, ki zmanjšujejo stroške pri obratovanju opreme.

Pri izbiri ekspanzijskih rezervoarjev tega tipa lahko naletite na tesne jeklenke z neločljivo konstrukcijo. V primeru okvare diafragme bo treba jeklenko zamenjati z novo.

Za nadzor nivoja delovnega tlaka je na jeklenko nameščen manometer, za odvajanje odvečnega zraka pa je nameščen samodejni ali mehanski odzračevalnik.

Med slabostmi je pomembno omeniti zapletenost zasnove, posebne zahteve glede materialov, ki povečujejo stroške opreme. K temu lahko dodamo potrebo po stalnem nadzoru tlaka in njegovi obnovitvi po potrebi.

Pravila za izračun prostornine rezervoarja

Ekspander katere koli vrste bo učinkovit le ob pravilni izbiri prostornine. Pri tem je treba upoštevati sposobnost tekočine, da se med segrevanjem razširi. Voda v ogrevalnih krogih se razširi za najmanj 3 % celotne prostornine vodnega sistema, antifriz – skoraj za 5 %.

Tekočine spadajo med nestisljive medije, zato jim mora rezervoar zagotoviti zadostno rezervo za toplotno raztezanje z nekaj rezerve. Ob popolnem napolnjenju ogrevalnega kroga s hladilnim sredstvom lahko tudi toplotno raztezanje v izračunanih prostorninah povzroči izpust tekočine skozi varnostni ventil in razlitje hladilnega sredstva po tleh.

Zato, da presežek prostornine razširjajočega se hladilnega sredstva ne bi povzročil nesreč, se zaprti rezervoarji za majhne ogrevalne kroge v zasebnih hišah kupijo tako, da je njihova prostornina enaka 10 % celotne prostornine hladilnega sredstva, ki kroži v sistemu. To pravilo velja za sisteme s prostornino do 150 l.

Če po ogrevalnem krogu kroži več kot 150 l hladilnega sredstva, se prostornina zaprtega rezervoarja izračuna tako, da se celotna prostornina tekočine pomnoži s koeficientom njenega raztezanja pri določenih vrednostih delovne temperature v sistemu.

Dobljeni vrednosti je treba prišteti velikost vodnega zapora, tj. prostornino hladilnega sredstva, ki je nastalo v rezervoarju zaradi standardnega statičnega tlaka tekočine. Pri velikih ogrevalnih krogih je ta kazalnik praviloma 0,5 % celotne prostornine hladilnega sredstva, pri majhnih s prostornino do 150 l pa se upošteva 20 %.

Dobljena vsota se pomnoži s korekcijskim faktorjem, določenim glede na vrednosti predhodnega in končnega tlaka v ogrevalnem sistemu. Predhodni tlak se izračuna tako, da na 10 m višine kroga odpade 1 bar. Končni tlak se oblikuje kot rezultat delovanja sistema.

Izračun prostornine zaprtega rezervoarja za velike zapletene ogrevalne konstrukcije je sledeč:

V izračunih so uporabljeni: Vn – nazivna prostornina zaprtega rezervoarja; Ve – prostornina hladilnega sredstva pri toplotnem raztezanju (izračuna se po formuli Vsistem × n %, kjer je n koeficient temperaturnega raztezanja hladilnega sredstva); Vv – vodni zapor; po – predhodni tlak; pe – kazalnik končnega tlaka, enak vrednosti mejnega tlaka varnostnega ventila minus 0,5 bar.

Kapaciteta odprtega tipa ni strogo urejena s predpisi, velja pa pravilo: prostornina odprtega rezervoarja do prelivne cevi mora znašati 3,5 – 4 % celotne prostornine toplotnega nosilca v ogrevalnem krogu.

Takšna ocena zadostuje za manjšo počitniško hišo, medtem ko bo stavba za stalno bivanje zahtevala natančnejši izračun. Najprej bo treba ugotoviti skupno prostornino ogrevalnega sistema.

Možnosti izračuna skupne prostornine ogrevanja

Ta kazalnik je mogoče določiti z različno stopnjo natančnosti na tri glavne načine. Prvič, na podlagi podatkov iz potnega lista kotla. Tako je na enoto moči kotlovske opreme potrebnih približno 15 litrov tekočine. Za pridobitev potrebnih podatkov je treba 15 pomnožiti z močjo kotla, navedeno v tehničnem potnem listu.

Drugič, prostornino lahko ugotovite s pomočjo vodomera pri polnjenju sistema. Med polnjenjem se upošteva količina porabljene tekočine. To je natančnejša in bolj zamudna možnost.

Tretji način predvideva izračun skupne prostornine vseh elementov ogrevalnega sistema. To je najbolj natančna možnost. Kapaciteto toplotnega izmenjevalnika kotla, radiatorjev, konvektorjev in merilnih naprav je mogoče ugotoviti iz karakteristik v potnem listu. Za izračun kapacitete cevi se uporabljajo podatki iz tabele.

V tabeli so navedene velikosti cevi v palcih in njihova prostornina v litrih na 1 meter, ki se uporablja za seštevanje skupne prostornine

V tabeli je navedena prostornina cevi na meter dolžine, izdelanih iz najbolj pogostih in sodobnih materialov. Notranji premer je naveden v palcih od 0,5 do 1,5 enot.

Še en način, ki trdi, da je zelo natančen, je izračun po formuli:

Vskup = π x D2 x L/4,

kjer:

• π – je enako 3,14;
• D – označuje parametre notranjega premera cevi;
• L – označuje dolžino cevovoda sistema.

Po pridobitvi potrebnih podatkov jih seštejejo in dobijo skupno prostornino sistema, ki jo uporabijo pri nadaljnjih izračunih.

Koraki in formule celotnega cikla izračunov za načrtovanje in organizacijo ogrevanja zasebne hiše so navedeni tukaj. Priporočamo, da si ogledate koristne informacije.

Izbira ekspanzijske posode po tabeli

Ob prisotnosti potrebnih podatkov je mogoče optimalno različico ekspanzijske posode izbrati po tabeli prostornin in izračunanega tlaka.

Skupna prostornina sistema se izračuna po navedeni metodi, parametri tlaka so aktualni samo za zaprte modifikacije in so navedeni v podatkih iz potnega lista opreme.

Podatki iz tabele omogočajo izbiro prostornine ekspanzijske posode od 4 do 300 litrov

Ta možnost ne zahteva posebnih izračunov, razen izračuna skupne prostornine sistema. Uporaba tabele močno olajša in pospeši izbiro ekspanzijske posode s potrebno kapaciteto rezervoarja.

Uporaba formul za izračun

Če podatki tabele niso zadostni, lahko potrebni kazalnik prostornine posode izračunate sami.

Za to uporabite naslednjo formulo:

Vb = Vc x k/D,

kjer:

• Vb – označuje iskano prostornino ekspanzijske posode;
• Vc – skupno prostornino sistema;
• k – koeficient raztezanja tekočine pri segrevanju;
• D – koeficient učinkovitosti ekspanzijske posode.

Od podatkov, potrebnih za izračun, ostajata koeficienta k in D neznana. Prvi je tabelarična vrednost, drugi pa se izračuna po posebni formuli.

Obstaja in uporablja se tudi tabela temperaturnega raztezanja. Omogoča določitev koeficienta za sisteme z vodo ali antifrizom. Vrednost ni linearna, spreminja se pri segrevanju, odvisno od prisotnosti in koncentracije glikola v tekočini.

S pomočjo teh podatkov lahko določite parametre koeficienta raztezanja tekočine pri segrevanju (k), potrebne za izračun prostornine ekspanzijske posode.

Za vodo se koncentracija etilenglikola sprejema kot '0', za antifriz se koncentracija določi na podlagi podatkov, ki jih navede proizvajalec. Temperatura segrevanja se šteje za delovno temperaturo za določen sistem.

Za samostojen izračun koeficienta učinkovitosti ekspanzijske posode se uporablja formula:

(Qm – Qb) : (Qm + 1),

kjer:

• Qm – največji tlak sistema glede na nazivni prag delovanja varnostnega ventila;
• Qb – predhodni tlak v zračni komori ekspanzijske posode po tehničnem listu.

Če zadnji parameter ni znan, ga izmerite pri napihovanju ali s spuščanjem skozi nastavek posode.

Drugi načini izračuna

Poleg samostojnih izračunov s pomočjo formul in tabel obstajajo alternativne metode. Dostopna možnost izračuna je pomoč spletnega kalkulatorja.

Ni pomanjkanja spletnih virov, ki ponujajo spletni izračun iskane vrednosti. Najdete jih preprosto s ključno poizvedbo.

Še ena možnost za pridobitev potrebnih podatkov je obrniti se na profesionalne načrtovalce. To je najbolj zanesljiv način, vendar bo natančnost pridobljenih informacij precej draga.

S pravili namestitve in priključitve ekspanzijskih posod zaprtega in odprtega tipa vas bo seznanil naslednji članek, posvečen tem vprašanjem.

Kako pravilno izbrati ekspanzijsko posodo?

Priporočljivo je, da se za vrsto ogrevalnega sistema odločite že v fazi načrtovanja. Izbira posode se običajno odloži na obdobje po izgradnji ovoja stavbe, ko je sistem nameščen in je njegova prostornina znana.

Pri izbiri optimalne različice ekspanzijske posode je priporočljivo:

• orientirati se na prostornino zaprte ekspanzijske posode, ki presega vrednost temperaturnega raztezanja toplotnega nosilca;
• Pri nakupu je treba posvetiti pozornost priključitvi, obliki posode in lokaciji priključkov za pritrditev – to omogoča izogibanje nepričakovanostim med montažo;
• Pomembno je posvetiti pozornost navodilom na ohišju, ki vsebujejo koristne informacije o namestitvi in tehnične parametre.

Pri nakupu je bolje usmeriti se na preverjenega proizvajalca, tudi če bodo njegove posode stale več. To bo zagotovilo trajnost ogrevalnega sistema, vendar pod pogojem pravilnega delovanja in rednega vzdrževanja.

Pred priključitvijo se predhodni tlak v plinskem delu membranske posode nastavi na vrednost, ki je enaka vrednostim statičnega tlaka stebra toplotnega nosilca v ogrevalnem krogu. Nastavitev se izvaja z navadno avtomobilsko črpalko in se nadzoruje z manometrom.

Glavno je, da ne kupite za ogrevalni sistem bojlerske posode – po svojih tehničnih značilnostih so popolnoma drugačne.

Ne smemo zamenjati ekspanzijskih posod za ogrevalne sisteme in hidroakumulatorjev za linije hladnega vodovoda. Razlikujejo se po videzu in konstrukcijskih značilnostih. Prve so pobarvane rdeče in navadno niso razstavljive, druge so modre barve in imajo odstranljivo prirobnico za popravilo membrane.

Zaključki in koristen video na to temo

Video bo pomagal določiti parametre ekspanzijske posode zaprte izvedbe, razumeti razlike med posodami za ogrevanje in bojlerskimi sistemi:

Načelo delovanja in značilnosti izbire posode v videoposnetku:

Ogrevalni sistem zasebne hiše je lahko izveden po odprti ali zaprti shemi, kar zahteva namestitev ekspanzijske posode ustrezne konstrukcije. Ključni dejavnik njegovega delovanja je prostornina, ki jo lahko izračunate sami ali prepustite profesionalnim projektantom.

Pravilno izbrana oprema bo pomagala ohraniti potrebno količino tekočine v odprtem sistemu, v zaprtem ogrevanju pa bo podpirala raven delovnega tlaka.

Prosim, pišite komentarje v spodnjem bloku. Delite svoje izkušnje pri sestavljanju ogrevalnih krogov z ekspanzijsko posodo in koristne informacije za obiskovalce spletnega mesta. Postavljajte vprašanja, objavljajte fotografije na temo članka.