Výběr expanzní nádoby pro systém vytápění a zásobování vodou

Dnes se při projektování inženýrských systémů upřednostňují především uzavřené topné a klimatizační systémy, jejichž jedním z prvků je expanzní nádoba. K opuštění otevřených systémů došlo kvůli skutečnosti, že uzavřené systémy vytápění a chlazení mají takové nepopiratelné výhody, jako jsou:

• úplná izolace od atmosféry, která minimalizuje pronikání vzduchu do systému;
• možnost instalovat membránovou nádrž v kotelně nebo na jakémkoli vhodném místě v systému, na rozdíl od otevřeného systému, kde je nádrž instalována nahoře;
• snižuje potřebu dobíjení systému, protože nedochází k odpařování vody.

To vše umožňuje zvýšit efektivitu vašeho technologického procesu, snížit spotřebu energie, náklady na údržbu a hlavně prodloužit životnost vašeho zařízení.

Koncem 50. let Flamco (Nizozemsko) jako první na evropském trhu vyvinulo a představilo koncept uzavřeného oběhového topného systému. Tento systém byl založen na použití expanzní nádoby typu Flexcon s membránou. Pracovní tekutina v membránové nádrži je oddělena od plynové dutiny pomocí vysokopevnostní plynotěsné pryžové membrány. Jako plyn se používá směs obsahující dusík. V případě tepelné roztažnosti chladicí kapaliny v systému je plynový „polštář“ v nádrži stlačen a voda vstupuje do nádrže. A naopak, při chlazení systému stlačený plyn vytlačuje kapalinu do systému, čímž kompenzuje tepelnou expanzi chladicí kapaliny, což umožňuje systému „dýchat“.

Zařízení Flamco znamená více než padesát let provozu, výzkumu a vývoje. Výsledky tohoto:

– za prvé, mimořádná spolehlivost membránových expanzních nádrží Flexcon byla potvrzena díky vysoké kvalitě výroby jak těla nádrže, tak pryžové membrány: k dnešnímu dni bylo v mnoha zemích po celém světě nainstalováno více než 30 milionů expanzních nádrží tohoto typu. svět, včetně Ruska;

– za druhé, řada tohoto zařízení byla výrazně rozšířena a nyní uspokojuje různé požadavky a provozní podmínky: membránové expanzní nádoby, hydraulické akumulátory (pro teplovodní a teplovodní systémy), automatické tlakové jednotky, zásobníkové ohřívače vody, jakož i doprovodné zařízení, například pojistné ventily, větrací otvory, odlučovače vzduchu a nečistot atd.

V Rusku je výhradním distributorem zařízení nizozemské společnosti Flamco, a zejména celé řady expanzních nádrží, společnost ADL.

V tomto článku se podíváme na metodiku výběru expanzních nádrží na příkladu široké modelové řady nizozemské společnosti Flamco.

Pro výběr expanzní nádrže je důležité vědět následující:

1. Systém, ve kterém bude expanzní nádrž používána, a v souladu s tím teplotní plán spotřebitele (přímé a zpětné potrubí), procento etylenglykolu ve vodě atd., které ovlivní výběr typu nádrže;

2. Nezbytné parametry pro správný výběr objemu nádrže (postup výpočtu bude probrán níže).

Výběr typu nádrže

Jedním z hlavních prvků lněné nádrže je membrána, která do značné míry určuje spolehlivost a životnost nádrže jako celku. Pojďme se proto této problematice věnovat podrobněji.

Dnes existuje několik hlavních membránových materiálů, které nejčastěji používají různí výrobci: přírodní butylkaučuk a E DM. Výběr konkrétního materiálu je založen na úkolech, kterým nádrž čelí při použití v konkrétním systému.

V soustavách ústředního vytápění tak za normálních provozních podmínek dochází k rozpínání kapaliny a tím k zatěžování membrány pomalu a během celé doby provozu soustavy se nevýznamně mění. Provozní teplota však může být poměrně vysoká. Proto musí být membrána pro takový systém vyrobena z teplotně odolného a trvanlivého materiálu

V systémech zásobování studenou vodou je vliv teploty chladicí kapaliny na membránu malý, protože teplota vody v systému obvykle nepřesahuje 30 °C. Jednou z hlavních charakteristik membrány pro tento systém by měla být dynamická elasticita, protože systém lze zapnout několikrát za hodinu a rychle zatížit.

U většiny modelů expanzních nádrží Flamco je jako membránový materiál použit vysoce kvalitní přírodní kaučuk (butylkaučuk), který odolává teplotám od –10 do +70 °C (max. procento obsahu etylenglykolu 50 %), má vysoké odolnost proti difúzi vody a má největší elasticitu ve srovnání s jinými materiály. Všechny modifikace výše uvedeného modelu Flexcon mají takovou membránu: C, CE, Pro, M (V 2-12500 l, PN 3/6/10 bar). Oblast jejich použití: vytápění a chlazení.

Pro membrány expanzních nádrží Airfix A a DE (V 2-3000 l, PN 10/16) je použita přírodní potravinářská pryž, díky které lze nádrž použít v systémech zásobování pitnou vodou.

A u nové řady nádrží Airfix P (V 8-5000 l, PN 10) je membrána vyrobena z EPDM na pitnou vodu, což umožňuje provoz těchto nádrží při teplotách od –10 do +100 °C.

Všechna zařízení Flamco mají certifikát shody a hygienicko-epidemiologický závěr umožňující jejich použití v systémech zásobování pitnou vodou.

Existují 3 typy membránového upevnění:

1. Nenahraditelná membrána, která se nenatahuje, ale „roluje“ po stěnách nádrže, což zvyšuje její spolehlivost, a speciální konstrukce upínacího kroužku zajišťuje dlouhou životnost a zabraňuje poklesu počátečního tlaku (realizováno ve Flexconu modely C a Airfix A);

2. Vyměnitelná membrána ve tvaru hrušky, která je připevněna k horní přírubě, která se délkou téměř shoduje s nádrží, takže při vstupu chladicí kapaliny se opírá o stěny nádrže a zatížení je rovnoměrně rozloženo oblast „hrušky“ a nedochází k pnutí na jejím „krku“, což výrazně zvyšuje životnost membrány (implementováno v modelu Flexcon CE);

3. Vyměnitelná membrána upevněná mezi dvěma přírubami na opačných koncích nádrže, která kromě výhod uvedených ve druhém odstavci činí membránu nepohyblivou (což je zvláště důležité u velkých objemů), čímž se výrazně zvyšuje její spolehlivost a servis životnost (modely: Flexcon M , na velkých objemech Flexcon Pro a Airfix P).

Volba objemu membránových nádrží

Pro správný výběr objemu expanzní nádrže existuje speciální technika

U topného systému se objem volí tak, aby i při zahřátí chladicí kapaliny systému nepřekročil tlak v něm maximálně přípustný, tj. aby užitečný objem nádrže nebyl menší než objem tepelná roztažnost chladicí kapaliny.

Počáteční údaje při výpočtu expanzní nádrže budou:

• objem chladicí kapaliny (vody) v systému: Vsyst, (l).
• napájení systému;
• statická výška (statický tlak). Výška sloupce kapaliny v systému působícího na nádrž (tj. vzdálenost od místa instalace nádrže k horní trubce). Jeden metr vodního sloupce vytváří tlak 0,1 baru;
• předtlak expanzní nádoby: Pprev. — tlak plynu v plynové komoře prázdné expanzní nádoby při pokojové teplotě. Předběžný tlak se volí rovný statickému tlaku sloupce chladicí kapaliny v systému. Před uvedením systému do provozu tedy tlak plynu v nádrži kompenzuje statický tlak sloupce kapaliny, v důsledku čehož je membrána nádrže v rovnováze, zatímco nádrž ještě není plná;
• maximální tlak: Pmax. — maximální tlak v systému v místě instalace expanzní nádoby;
• průměrná teplota systému: Tav, (°C) – průměrná teplota systému během provozu.

Postup výpočtu

1. Stanoví se koeficient roztažnosti kapaliny Kexp. (zvýšení objemu, %) při jeho zahřátí (chlazení) z 10 °C (předpokládá se plnění systému při teplotě 10 °C) na průměrnou teplotu systému. K určení koeficientu se používá následující tabulka:

2. Expanzní objem se stanoví: V, (l) – objem kapaliny vytlačené ze systému při jejím zahřátí z 10 °C na průměrnou teplotu systému.

Vext = Vsyst. • Barevné

3. Stanoví se koeficient plnění nádrže (koeficient účinnosti) Kzap. za daných provozních podmínek s uvedením maximálního objemu kapaliny (v procentech z celkového objemu expanzní nádoby), který může expanzní nádoba pojmout. Všechny tlaky ve vzorci jsou měřeny v absolutních jednotkách!

4. Stanoví se požadovaný celkový objem expanzní nádoby: V, (l); je zaveden bezpečnostní faktor 1,25.

5. A nakonec je vybrán model expanzní nádoby, zaokrouhlený na nejbližší celé číslo a s ohledem na maximální tlak v místě nádrže podle následujících tabulek:

Maximální tlak – 3 bar

Maximální tlak – 5 bar

Maximální tlak – 10 bar

Tyto tabulky umožňují vybrat expanzní nádoby Flexcon pro topné systémy v závislosti na objemu a statické výšce systému v místě umístění expanzní nádoby. Všechny hodnoty jsou vypočteny pro následující podmínky:

• systém je naplněn vodou;
• průměrná teplota systému 90 °C/70 °C = 80 °C;
• koeficient roztažnosti – 2,89 %.

U systémů s jinou průměrnou teplotou se musí hodnota kapacitance systému vynásobit faktorem:

• pro 85 °C – 0,89;
• pro 90 °C – 0,80;
• pro 95 °C – 0,73;
• pro 100 °C – 0,66.

Inženýři společnosti ADL jsou vždy připraveni poskytnout podporu při výběru optimálního vybavení pro váš systém. Doufáme, že naše zkušenosti a znalosti vám pomohou ušetřit čas, snížit náklady při vytváření efektivního inženýrského systému a odstranit potíže při nastavování a spouštění zařízení.

Expanzní nádoby Flexcon pro systémy vytápění a chlazení
Mezinádoba Flexcon VSV
Připojovací skupina Flexconsole a Flexconsole Plus