Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Vše o membránových expanzních nádobách

Dlouholetý výzkum a vývoj promítnutý do konkrétních výrobků, to je Reflex a jeho komplexní program, který nabízí řešení v oblastech

  • expanze topných a chladicích soustav s možností odplyňování a doplňování
  • expanze soustav ohřevu pitné a užitkové vody
  • ohřev vody a její akumulace vč. možnosti využití solární energie

Membránové expanzní nádoby pro topné, chladicí a solární soustavy

Tlakové membránové expanzní nádoby reflex slouží k vyrovnávání objemových změn kapaliny vlivem změn teploty v topných a chladicích soustavách. Jsou nejjednodušším řešením expanze kapalin, funkčně spolehlivé, s nimi je soustava uzavřená, nedochází ke ztrátám vody, pro svoji funkci nepotřebují další energii, jsou levné, jejich montáž a údržba je jednoduchá.

Konstrukce

Membránové expanzní nádoby reflex jsou ocelové tlakové nádoby, které mají vnitřní prostor rozdělený pryžovou membránou na prostor pro jímání vody a prostor, ve kterém je stlačený plyn.

Vyrábíme je v řadách 6 a 10 barů s označením reflex N, (NG) s nevyměnitelnou membránou, reflex F v plochém provedení, reflex S pro chlazení a solární soustavy a reflex G v robusním provedení s vyměnitelným vakem a u větších nádob s přírubovým připojením. Nabízíme nádoby ve velikostech 8 až 5000 litrů. Dokážeme zabezpečit jak topnou soustavu v rodinném domě tak i veliké soustavy se statickou výškou až 85 metrů.

Jsou to univerzálně použitelné tlakové expanzní nádoby pro topné soustavy a soustavy chladící vody, konstrukčně jednoduché a provozně spolehlivé. Pracují na principu udržování konstantního tlaku v soustavě pomocí plynového "polštáře". Voda je nestlačitelná, při svém ohřevu zvětšuje objem a tento přebytečný objem se uskladní do expanzní nádoby. Tlak plynu se tím zvýší a při chladnutí vody ji vytlačuje zpět do soustavy. Prostor plynu a prostor vodní jsou od sebe navzájem odděleny membránou, která je odolná i glykolovým směsím. Tím se otevřel rozsah použití také pro solární a chladicí okruhy. Můžete si vybrat mezi nádobou s pevnou, nevyměnitelnou membránou nebo nádobou s vyměnitelným vakem, ale otevřenou expanzní nádobu u nás nenajdete. Samozřejmě, že pomocí otevřené expanzní nádoby umístěné v nejvyšším místě soustavy je možné topnou soustavu zabezpečit, musíte se ale postarat, aby v zimě nezamrzla (většinou bývá na půdě), a musíte počítat s tím, že přes otevřenou hladinu se do soustavy bude trvale dostávat vzduch, budete muset častěji odvzdušnit radiátory, a trubky, radiátory i kotel budou vystaveny působení kyslíku, který způsobuje korozi. Černá voda s jemným kalem, kolující ve vaší soustavě vede k usazování kalu na teplosměnných plochách kotle a radiátorů a ke snížení jejich účinnosti. A důsledkem je samozřejmě i zkrácení životnosti, takže budete muset sahnout o něco dříve do kapsy a opravovat, nebo vyměňovat.

   

Definice důležitých hodnot tlaků:


Otevírací přetlak pojistného ventilu psv:

je přetlak, při kterém pojistný ventil otevře. Všechny komponenty zařízení musí být v celé soustavě dimenzovány na tento maximální tlak (a je nutné samozřejmě dbát i hydraulických poměrů).

Statický tlak pst:

je tlak vodního sloupce mezi tlakovou expanzní nádobou a nejvýše položeným spotřebičem (radiátorem).

Minimální provozní tlak p0:

tlak soustavy u expanzní nádoby, je to minimální hodnota tlaku, který musí být zajištěn v celé soustavě kvůli zamezení možnosti vzniku podtlaku, odpařování a kavitace.

p0 = pstatický + podpařovací + 0,2 baru a platí, že min. p0 > 1.0 bar

Počáteční tlak pa:

je dolní tlaková hranice zařízení při "normálním" udržování tlaku, její dodržení bezpečně zajistí minimální zásobu vody v expanzní nádobě a tím její správnou funkci.

pa = p0 + 0.3 baru (doporučení firmy Reflex).

Plnicí tlak pf:

tlak u expanzní nádoby, na který je soustava v závislosti na teplotě vody plněna. Odpovídá-li při plnění teplota soustavy a teplota plnící vody nejnižší teplotě soustavy, je plnicí tlak pf identický s počátečním tlakem pa.

Konečný tlak pe:

je horní tlaková hranice zařízení při "normálním" udržování tlaku. Je minimálně o otevírací diferenci pojistného ventilu nižší než jeho otevírací přetlak. Při otevíracím přetlaku psv < 5 barů je otevírací diference 0.5 baru. Přes 5 barů to je 10 % hodnoty otevíracího přetlaku.

Výpočet

Výpočet tlakové expanzní nádoby se provádí podle ČSN 06 0830 a stanovuje se ze zvětšení objemu vody v celé soustavě, při jejím ohřátí z 10 °C na nejvyšší požadovanou teplotu vody v soustavě.

VE - nejmenší potřebná velikost expanzní nádoby
V - objem soustavy
Δv - zvětšení měrného objemu vody (litry/kg), pro 80 °C (ohřev z 10 °C na 90 °C) je to 0,0355
psv - otevírací přetlak pojišťovacího ventilu v kPa
pst - hydrostatický přetlak vody v kPa
1,3 - součinitel bezpečnosti

Rozdíl mezi pst a pSV má při návrhu velikosti expanzní nádoby velký vliv na její celkovou velikost.

Nastavení tlaku plynu v nádobě před instalací:

Tlak plynu před instalací nádoby na soustavu se upraví podle hydrostatické výšky soustavy.

Příklad: pro statickou výšku 15 m se přetlak plynu upraví na 1,5 baru (150 kPa).

Expanzní nádobu připojíme, soustavu napustíme a odvzdušníme a na vodní straně "přitlačíme" 0,2 baru (20 kPa). Tím za studeného stavu získáme na nejvyšším tělese přetlak 0,2 baru a v expanzní nádobě minimální zásobu vody pro krytí drobných úniků.

Porovnání s návrhem podle normy DIN

Tento zlomek by měl být ≤ 5

Ve = V * n (%) / 100
VV = V * 0,005
Vn celkový objem nádoby
Ve expanzní objem
VV vodní předloha (zásoba vody v expanzní nádobě)

Nastavení tlaku plynu:

Při návrhu expanzní nádoby podle DIN se upraví tlak plynu před připojením na soustavu o 0,2 baru výš než je hydrostatická výška soustavy a na straně vody "přitlačíme" 0,3 až 0,5 baru.

Tím získáme za studeného stavu na nejvyšším tělese přetlak minimálně 0,5 baru a v expanzní nádobě dostatečnou zásobu vody. Provoz soustavy zabezpečené takto navrženou expanzní nádobou bude bezpečnější a zmenší se problémy se zavzdušňováním.

Doporučujeme expanzní nádobou zajistit každý zdroj tepla samostatně, tím ho zabezpečíme proti možnosti vzniku podtlaku. Soustavu jistíme expanzním zařízením samostatně.

Údržba

Expanzní nádoby je nutné minimálně jedenkrát ročně kontrolovat. Při kontrole je třeba nádobu odpojit od soustavy, případně oddělit uzavírací armaturou a vypustit vodu z nádoby. Změříme tlak plynu a je-li třeba, upravíme. Doporučujeme před nádobu instalovat naše kulové kohouty se zajištěním v otevřené poloze.

Membránové expanzní nádoby v provedení pro pitnou a užitkovou vodu

Tlakové membránové expanzní nádoby refix jsou určeny speciálně pro použití v systémech ohřevu pitné a užitkové vody a pro tlumení rázů od čerpadel v zásobovacích systémech. Prostory plynu a vody jsou od sebe odděleny membránou. Všechny části nádoby, přicházející do styku s vodou, jsou s protikorozní ochranou, vnitřek nádoby je opatřen plastovým povlakem.

Refix DD s průtočnou armaturou flowjet - pitná voda

Základní dodávka je nádoba s T-kusem, plastová růžice v připojení nádoby zajišťuje splnění požadavku na průtočnost nádoby. Pokud chceme řešení s ohledem na jednoduchou údržbu, vsadíme mezi T-kus a nádobu průtočnou armaturu flowjet, která zabezpečí i další funkce, uzavřít a vypustit vodu z nádoby. Teprve za těchto podmínek je možné správné nastavení tlaku plynu v nádobě. Průtočná expanzní nádoba zamezí tvorbě choroboplodných zárodků. Tlak 10 barů (8 litrů pro 25 barů), velikost 8 až 33 litrů.

   

Zásobníkový ohřívač bez expanzní nádoby refix, je bude nahřátí na maximální teplotu nadměrně namáhán zvýšeným tlakem a bude u něho kapat pojišťovací ventil. Na vnitřním smaltu mohou začít vznikat mikrotrhlinky, které povedou ke zkrácení životnosti.

Refix DT5 - pitná voda

Průtočné expanzní nádoby, průtok vody nádobou zabezpečuje flowjet Rp 5/4 nebo dvojité připojení.Vyrábějí se podle typu ve velikostech 60 až 3000 litrů pro tlak 10 a 16 barů.

 

Refix DE - vhodná pro užitkovou vodu

Nerůtočná expanzní nádoba určená pro požární a užitkovou vodu, nebo pro topné soustavy se zvýšeným korozním nebezpečím, například podlahové topení. Vyrábějí se ve velikostech 8 až 500 litrů pro tlak 10 barů, nádoba 8 litrů až 25 barů.

Návrh potřebného celkového objemu expanzní nádoby:

Vn - celkový objem expanzní nádoby v litrech
VSp - objem zasobníku v litrech
pa - tlak za redukčním ventilem na přívodu studené vody
p0 - nastavený tlak v expanzní nadobě (p0 = pa - 0,2 baru)
pSV - oteviraci přetlak pojišťovacího ventilu v barech (doporučujeme 10 barů)
n - koeficient roztažnosti v % (pro ohřev vody z 10 °C na 60 °C je n = 1,66 %)

Membránové expanzní nádoby pro solární soustavy

Expanzní nádoba je nutnou součástí solární soustavy. Udržuje tlak mezi minimálním a maximálně možným provozním tlakem. Expanzní nádoba v solární soustavě musí pohltit objemové změny teplonosné kapaliny vlivem teplotní roztažnosti bez její zbytečné ztráty a udržet přetlak v solární soustavě v předepsaných mezích při všech provozních stavech. Při stavech bez odběru tepla v období se slunečním svitem může teplota v kolektoru a přilehlém potrubí dosáhnout 180 až 250 °C (tzv. stagnační teplota, liší se podle typu kolektoru a je udávána výrobci). Dochází k varu (bod varu je závislý na tlaku v soustavě) a k odpaření části teplonosné kapaliny a vytlačení zbylého objemu kapaliny v kolektorech. Při poklesu teploty v kolektorech pára teplonosné kapaliny kondenzuje a vytlačená teplonosná kapalina se vrací zpět do kolektorů. Expanzní nádoba solárních soustav musí být proto dimenzována na zajištění minimálního objemu teplonosné látky v nádobě ve studeném stavu

(1 až 2 % celkového objemu soustavy, minimálně však 2 litry), na změnu objemu teplonosné látky v soustavě ze studeného stavu daného minimální teplotou (t0 = 10 °C) do ohřátí na maximální provozní teplotu (podle druhu provozu tmax = 90 až 130 °C) a dále na vytlačení objemu teplonosné kapaliny z kolektorů při možném vývinu páry.

Umístění zpětné klapky vůči expanzní nádobě by mělo respektovat řádné vyprazdňování kolektorů v případě stagnačních podmínek. Expanzní nádoba musí být odborně nainstalována včetně seřízení hodnoty předtlaku dusíku (vzduchu) v plynové části nádoby, který je přednastaven z výroby bez nedovoleného zvýšení tlaku a zbytečných ztrát kapaliny způsobených otevřením pojistného ventilu a to ani v případě stagnace (maximální teploty, tvorba páry v kolektorech):

Výpočet

Metoda výpočtu:

1) S odpařováním v kolektoru

Minimální provozní tlak p0 se stanoví bez přídavku na odpařování, to znamená, že při klidovém stavu (stagnace) je v kolektoru odpařování přípustné

p0 = statický tlak pst + diferenční tlak oběhového čerpadla Δp

2) Bez odpařování v kolektoru

Minimální provozní tlak p0 se musí stanovit tak vysoko, aby bylo zamezeno odpařování v kolektoru. Při hodnotě klidového stavu (stagnace) ≤ 150 °C to je možné.

p0 = statický tlak pst + odpařovací tlak pD + diferenční tlak oběhového čerpadla Δp

Stanovení otevíracího přetlaku pojišťovacího ventilu

pSV ≥ p0 + 1,5 baru pro pSV ≤ 5 barů
  + 2,0 baru pro pSV > 5 barů

Stanovení koncového tlaku

pe = pSV - 0,5 baru pro pSV ≤ 5 barů
  - 0,1 pSV pro pSV > 5 barů

Objem soustavy

VA = objem kolektorů + objem potrubí + objem výměníku v bojleru + další

Expanzní objem

n - koeficient roztažnosti v % (procentuelní roztažnost je dána rozdílem mezi nejnižší venkovní teplotou (např. - 20 °C) a teplotou varu, kterou si stanovíme podle toho jestli uvažujeme výpočet s nebo bez odpařování.

Stanovení vodní předlohy (zásoba vody v expanzní nádobě)

VV = 0,005 * VA pro Vn > 15 litrů s VV ≥ 3 litry
VV ≥ 0,2 * Vn pro Vn ≤ 15 litrů

Celkový objem expanzní nádoby

Nastavení tlaku plynu v nádobě před instalací:

Tlak plynu v nádobě se upraví na hodnotu p0.

Proti expanzním nádobám pro otopné soustavy je u solárních soustav důležitá odolnost membrány vůči působení glykolu, u expanzních nádob reflex S, určených pro solární soustavy se používá membrána z butylkaučuku.

Nastavení přetlaku se provádí plynovým ventilkem (upouštění, tlakování hustilkou). Nejméně jednou za rok by měla být provedena vnější kontrola spojená s kontrolou plnicího tlaku.

Látkové hodnoty pro směs voda/glykol 34 % pro teplotu do - 20 °C

t/°C 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
n/% 0,35 0,66 1,04 1,49 1,99 2,53 3,11 3,71 4,35 5,01 5,68 6,39 7,11 7,85 8,62 9,41 10,2
pD/bar             -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,4 0,23 0,70 1,33 2,13 3,15 4,41
ρ / kg/m3 1066 1063 1059 1054 1049 1043 1037 1031 1025 1019 1012 1005 999 992 985 978 970

n - procentuální roztažnost pro směs voda/glykol 34% a pro ohřev z -10 na teplotu t
pD - odpařovací tlak
ρ - hustota

Oddělovací nádoby V

Před expanzní nádobu je nutné umístit oddělovací nádobu, pokud nezajistíme jiným způsobem, aby se do expanzní nádoby nedostávala teplota trvale vyšší než 70°C. Obecný vzorec pro výpočet velikosti neexistuje. Rozhodující je, jaké množství vody je teplejší než 70 °C. Zpravidla je to asi 50 % celkového objemu.

Návrh velikosti:

V = (Δn/100) * Vsoust * (0,5 až 1,0)
Hodnoty Δn:
0,64 pro 80 °C; 1,34 pro 90 °C; 2,10 pro 100 °C; 2,50 pro 110 °C; 3,79 pro 120 °C
Δn je procentuelní roztažnost pro vodu mezi 70 °C a maximální teplotou.

Návrh expanzní nádoby pro soustavy s nějakým omezujícím faktorem

Protože prioritou firmy Reflex jsou uzavřené topné soustavy bez možnosti pronikání vzdušného kyslíku do vody soustavy a tím zamezení koroze soustavy, podíváme se, jakým způsobem se postarat o expanzi soustav se zdroji tepla, u nichž výrobce udává že rozdíl tlaků mezi studenou soustavou (počáteční tlak) a soustavou natopenou na maximální teplotu (konečný tlak) může být maximálně 50 kPa. Jedná se např. o kotle na tuhá paliva, kde se mnohdy kvůli této podmínce dává přednost řešení expanze pomocí otevřené expanzní nádoby. Samozřejmě, že pomocí otevřené expanzní nádoby umístěné v nejvyšším místě soustavy je možné topnou soustavu zabezpečit, musíte se ale postarat, aby v zimě nezamrzla (většinou bývá na půdě), a musíte počítat s tím, že přes otevřenou hladinu se do soustavy bude trvale dostávat vzduch, budete muset častěji odvzdušnit radiátory, a soustava bude vystavena působení kyslíku, který způsobuje korozi. Důsledek je černá voda s jemným kalem, kolující v soustavě, usazování kalu na teplosměnných plochách kotle a radiátorů a snížení jejich účinnosti. A to samozřejmě znamená i zkrácení životnosti.

Řešení si ukážeme na soustavě s těmito výchozí hodnotami pro výpočet:

  • vodní obsah topné soustavy V = 180 litrů
  • statická výška hmax = 11,5 m
  • maximální teplotní rozdíl Δt = 80 °C, pro tento rozdíl teplot je měrné zvětšení objemu Δv = 0,0355
  • otevírací přetlak pojistného ventilu pSV = 250 kPa
  • maximální tlakový rozdíl Δp mezi pa1 a pa2 ... 50 kPa

REFLEX CZ, s. r. o.
logo REFLEX CZ, s. r. o.

Značka Reflex je v mnoha zemích světa známá svými zařízeními na udržování tlaku v topných soustavách a systémech pitné a užitkové vody. Expanzní nádoby a systémy - vše od malých soustav v rodinných domcích až po velké soustavy zásobování teplem. Doplňovací ...