Expanzní nádoba topného systému: konstrukce, výpočet a výběr nejlepší varianty

Správně zvolená a odborně nainstalovaná expanzní nádoba topného systému zabrání jeho selhání, udrží tlak na potřebné úrovni. Je potřeba jako rezerva pro vodu rozšiřující se při ohřevu. V závislosti na typu systému může být vestavěný expandér otevřeného nebo uzavřeného typu.

Povíme o tom, jak vybrat rezervní nádobu v závislosti na vytvořeném schématu vytápění. V námi předloženém článku jsou popsány konstrukční vlastnosti a specifika instalace expandérů. Jsou uvedena doporučení, jejichž dodržování zajistí ideální provoz topného okruhu jakéhokoli typu.

Expanzní nádrže otevřeného typu

Konstrukčním rysem expandérů otevřeného typu je kontakt teplonosné látky s atmosférou. Cirkulace v systémech s expandérem tohoto typu je konvekční. Při ohřevu objem kapaliny roste, její přebytek je pohlcován rezervoárem nádoby.

Při poklesu teplotních hodnot se kapalina vrací zpět samospádem, působením gravitace.

Kvůli nulovému tlaku v nádrži nevyžaduje zařízení pevnou kovovou konstrukci, proto:

• při výrobě tělesa se používá jakýkoli kov;
• může být použita hotová nádoba z tepelně odolného plastu;
• není podstatný tvar rezervoáru.

V chatových domcích může být takové zařízení sestaveno z improvizovaných prostředků. Jako nádobu lze použít plastový kanystr nebo sud vybavený přijímací přípojkou a vývodem pro přepad.

Expandéry otevřeného typu mohou být vyrobeny ve tvaru obdélníkové nádrže s netěsným víkem na horní rovině

Navenek je to obyčejná kovová nádrž, jejíž horní rovina je opatřena otvorem pro údržbu a doplňování kapaliny. Ochranu před ucpáním zajišťuje netěsné víko. Ve spodní části nebo na boční rovině jsou k dispozici upevňovací prvky.

Otevřené topné systémy se používají v nízkopodlažních budovách, kde objem teplonosného média a délka topných komunikací jsou poměrně malé.

Požadavky na instalaci jsou jednoduché:

• expandér se umisťuje v maximální výšce, na přívodní linii;
• přívod se připojuje k nádrži pomocí odbočky;
• pro odtok přebytečné kapaliny se provádí přepadový otvor nad vypočítanou úrovní.

Pro zajištění samospádové cirkulace se pro montáž doporučuje používat trubky se zvětšeným průřezem.

Otevřenou konstrukci umisťují v nejvyšším bodě, odkud kapalina samospádem odtéká

Obvykle se nádrž snaží montovat do vytápěné místnosti, zařízené zateplené půdy, a pokud to není možné, bude potřeba nádobu izolovat. Přítomnost izolace zabrání zamrznutí kapaliny a ztrátě funkčnosti systému.

Expanzní nádrže uzavřeného typu

Konstrukční specifikou uzavřených modifikací nádrže je úplná těsnost, což umožňuje udržovat potřebný tlak pro cirkulaci v libovolném bodě systému.

Nádrž je uvnitř rozdělena membránou na vzduchovou a kapalinovou část. Každý z oddílů je zcela utěsněn – směs obsahující dusík ze vzduchového oddílu se nikdy nesmíchá s teplonosným médiem, které plní kapalinový oddíl.

Princip činnosti uzavřené expanzní nádržky spočívá v tom, že ohřátá kapalina ze systému je vytlačována do kapalinové části nádrže a začne tlačit ze své strany na utěsněnou membránu. Přepážka se deformuje a působí na vzduchovou část, stlačuje ji.

V důsledku toho se objem vzduchové komory nádrže zmenšuje a plyn v ní se stlačuje. Tato situace přispívá ke zvýšení tlaku v systému. Jakmile dojde k normalizaci tlaku, teplonosná látka je z kapalinového oddílu vytlačena zpět.

Pokud tlak prudce stoupá, pak při dosažení kritického objemu kapaliny v nádrži dojde k aktivaci pojistného ventilu. V důsledku toho dojde k odstranění nadbytečného množství teplonosné látky z nádrže.

Uzavřená konstrukce je zcela těsná, v její spodní části je umístěna příruba s přívodní trubkou, v horní části vsuvka pro plnění plynem.

Podle tvaru se všechny uzavřené expanzní nádoby pro instalaci do topného systému dělí na následující typy:

1. Kulové – typ membránové konstrukce s pružnou přepážkou. Při přívodu kapaliny se natahuje a pojme celý nadbytečný objem. Samotná nádrž má tvar kulové kapsle.
2. Oválné – další typ membránových hydraulických kompenzátorů. Balón expanzní nádoby je tradičně rozdělen pružnou membránou na plynovou a kapalinovou komoru, ale konfigurace těla má mírně vertikálně protáhlý tvar.

Z vnějšího pohledu jsou oválné expanzní nádoby válcovitého tvaru, natřené červenou barvou. Na jedné straně je vsuvka pro vytvoření tlaku v plynové komoře, na druhé straně trubka, přes kterou se provádí připojení k systému.

Na těle jsou přivařeny upevňovací prvky, které zajišťují nástěnnou montáž zařízení a jsou schopny unést jeho provozní hmotnost. Kulová modifikace nádrže se liší od oválné pouze tvarem.

Podle druhů se membránové uzavřené expanzní nádoby dělí na membránové a balónkové modifikace

V systémech uzavřeného typu nemůže samospádová cirkulace zajistit potřebnou úroveň tlaku. Proto je do konstrukce zahrnuto oběhové čerpadlo.

Samotná expanzní nádoba může být umístěna v libovolném místě systému, ale při montážních pracích je vhodné zohlednit následující doporučení:

• nejlepší místo pro instalaci – zpětná větev, před místem napojení čerpadla;
• přívod teplonosné látky je lépe přivádět shora, což umožní snížit pronikání vzduchu a zachová funkčnost při poškození membrány;
• nedostatek hlavního objemu lze kompenzovat instalací přídavné expanzní nádoby s menší kapacitou.

Při instalaci není zakázáno zohlednit interiér místnosti, pokud je to nutné. Pro kontrolu úrovně tlaku v topném systému musí být expanzní nádoba vybavena manometrem.

Uzavřená expanzní nádoba se obvykle umisťuje před kotel, před místo instalace oběhového čerpadla

Možnost umístění nedaleko kotle odstraňuje otázku nutnosti izolace nádoby. Zařízení se nachází v teplé místnosti, což zajišťuje pohodlí při provozu.

Která konstrukce je lepší?

Systémy se liší seznamem výhod a nevýhod v závislosti na konstrukci a materiálu expanzní nádoby. Podle názoru odborníků a zkušených uživatelů jsou však výhody ve funkčnosti na straně uzavřených variant.

Výhody a nevýhody otevřené nádrže

Samospádový systém potřebuje potrubí většího průměru, což přímo zvyšuje náklady. Rozpočet zařízení otevřeného topného systému s netěsnou expanzní nádobou se mírně zvyšuje, i když zůstává relativně nízký.

Hlavními výhodami této varianty jsou jednoduchost a nízká cena komponentů a montážních prací. Další pozitivní vlastností je absence potřeby kontroly úrovně tlaku.

Expanzní nádobu otevřeného typu pro malé systémy lze sestavit z improvizovaných prostředků, jeho montáž bude také jednoduchá

Nevýhod je však mnohem více:

• použití nemrznoucí směsi je nebezpečné kvůli toxickým výparům;
• možnosti montáže jsou omezeny pouze na nejvyšší bod systému;
• neustálý kontakt s atmosférou zvyšuje riziko vzduchových kapes a koroze;
• pomalý ohřev;
• teplotní výkyvy doprovázející konvekční cirkulaci urychlují opotřebení zařízení;
• používá se v vytápění nízkopodlažních staveb, maximálně dvoupatrových;
• velké tepelné ztráty a spotřeba energie na ohřev.

Další nevýhodou otevřeného systému jsou ztráty odpařováním a přeléváním. Proto je při montáži nádrže třeba zajistit přístupnost plnicího otvoru.

Výhody a nevýhody uzavřené nádrže

Pokud cenou a jednoduchostí montážních prací vítězí otevřené expandéry, pak funkčnost je silnou stránkou uzavřené nádrže, která se také nazývá expanzomat. Právě ty se používají při stavbě uzavřených topných systémů, které nemají přímý kontakt s atmosférou.

Expanzomaty mají následující výhody:

• úplná těsnost umožňuje použití nemrznoucí kapaliny;
• umístění expandéru neovlivňuje funkčnost systému;
• izolace vnitřního prostoru nádrže minimalizuje pravděpodobnost vzduchových kapes a vzniku koroze;
• po spuštění se systém ohřívá rychleji, je citlivější na regulaci teplotních režimů;
• menší rozdíl mezi provozními podmínkami přívodního a vratného potrubí, což v důsledku zvyšuje provozní životnost;
• nevyžaduje montáž trubek velkého průměru, což umožňuje ušetřit na stavbě;
• nevyžaduje neustálou kontrolu hladiny a stavu kapaliny;
• možnost použití v systémech určených pro několik pater;
• malé tepelné ztráty, které snižují náklady při provozu zařízení.

Při výběru expandérů tohoto typu se mohou vyskytovat těsné lahve s nerozebíratelnou konstrukcí. Při poruše membrány bude nutné láhev vyměnit za novou.

Pro kontrolu úrovně pracovního tlaku je na nádrž namontován manometr, pro odvod přebytečného vzduchu je instalován automatický nebo mechanický odvzdušňovač.

Z nevýhod je důležité zmínit složitost konstrukce, speciální požadavky na materiály, které zvyšují náklady na zařízení. K tomu lze přidat nutnost neustálé kontroly tlaku a jeho obnovení v případě potřeby.

Pravidla výpočtu kapacity rezervoáru

Expandér jakéhokoli typu bude účinný pouze při správném výběru objemu. K tomu je třeba zohlednit schopnost kapaliny expandovat během ohřevu. Voda v topných okruzích expanduje nejméně o 3 % z celkového objemu vodního systému, nemrznoucí směs – prakticky o 5 %.

Kapaliny patří do kategorie nestlačitelných médií, proto musí nádrž poskytovat dostatečnou rezervu pro tepelnou roztažnost s určitou rezervou. Při úplném naplnění okruhu topným médiem může i tepelná roztažnost ve vypočtených objemech vést k vypuštění kapaliny přes pojistný ventil a rozlití topného média na podlahu.

Proto, aby nadměrný objem expandujícího topného média nevedl k haváriím, uzavřené nádrže pro malé okruhy v rodinných domech se pořizují tak, aby jejich objem byl roven 10 % celkového objemu topného média cirkulujícího v systému. Toto pravidlo platí pro systémy s kapacitou do 150 litrů.

Pokud se topným okruhem pohybuje více než 150 litrů topného média, pak se kapacita uzavřené nádrže vypočítá vynásobením celkového objemu kapaliny koeficientem její roztažnosti při konkrétních hodnotách pracovní teploty v systému.

K získané hodnotě je třeba přičíst velikost vodního uzávěru, tj. objem topného média, který vznikl v nádrži v důsledku standardního statického tlaku kapaliny. U velkých topných okruhů je tento ukazatel obvykle roven 0,5 % celkového objemu topného média, u malých s kapacitou do 150 litrů se bere jako 20 %.

Získaný součet se vynásobí korekčním koeficientem určeným podle hodnot předběžného a konečného tlaku v topném systému. Předběžný tlak se bere na základě toho, že na 10 m výšky okruhu připadá 1 bar. Konečný tlak vzniká v důsledku provozu systému.

Výpočet objemu uzavřené nádrže pro velké složité topné konstrukce vypadá takto:

Ve výpočtech bylo použito: Vn – jmenovitý objem uzavřené nádrže; Ve – objem topného média při tepelném roztažení (vypočítá se podle vzorce Vsys × n%, kde n je koeficient teplotní roztažnosti topného média); Vv – vodní uzávěr; po – předběžný tlak; pe – ukazatel konečného tlaku, který se rovná hodnotě mezního tlaku pojistného ventilu minus 0,5 bar.

Kapacita otevřeného typu není přísně regulována normami, ale platí pravidlo: objem otevřené nádrže k přepadové trubce by měl činit 3,5 – 4 % z celkového objemu chladiva v topném okruhu.

Takový odhad stačí pro malý rekreační domek, ale stavba k trvalému bydlení bude vyžadovat přesnější výpočet. Nejdříve bude nutné zjistit celkový objem topného systému.

Možnosti výpočtu celkové kapacity vytápění

Tento ukazatel lze určit s různou mírou přesnosti třemi základními způsoby. Zaprvé na základě údajů z pasu kotle. Na jednotku výkonu kotlového zařízení je potřeba asi 15 litrů kapaliny. K získání potřebných údajů je třeba vynásobit 15 výkonem kotle uvedeným v technickém pasu.

Zadruhé lze objem zjistit pomocí vodoměru při plnění systému. Během plnění se zohledňuje množství použité kapaliny. To je přesnější a pracnější varianta.

Třetí způsob předpokládá výpočet celkového objemu všech prvků topného systému. Toto je nejpřesnější varianta. Kapacitu výměníku kotle, radiátorů, konvektorů, měřicích přístrojů lze zjistit z pasportních údajů. Pro výpočet kapacity trubek se používají údaje z tabulky.

V tabulce jsou uvedeny rozměry trubek v palcích a jejich objem v litrech na 1 metr, který se používá pro sečtení celkového objemu

V tabulce je uveden objem trubek na metr délky, vyrobených z nejběžnějších a nejmodernějších materiálů. Vnitřní průměr je uveden v palcích od 0,5 do 1,5 jednotek.

Další způsob, který si nárokuje vysokou přesnost, – výpočet podle vzorce:

Vcelk = π × D² × L / 4,

kde:

• π – je rovno 3,14;
• D – označuje parametry vnitřního průměru trubek;
• L – udává délku potrubí systému.

Po získání potřebných údajů je sečtou a obdrží celkový objem systému, který se použije v dalších výpočtech.

Kroky a vzorce celého cyklu výpočtů pro návrh a organizaci vytápění rodinného domu jsou uvedeny zde. Doporučujeme se seznámit s užitečnými informacemi.

Výběr expanzní nádoby podle tabulky

Při existenci potřebných údajů lze optimální variantu expandéru vybrat podle tabulky objemů a výpočtového tlaku.

Celkový objem systému se vypočítá podle uvedené metody, parametry tlaku jsou relevantní pouze pro uzavřené modifikace a jsou uvedeny v pasportních údajích zařízení.

Údaje z tabulky umožňují vybrat objem expandéru od 4 do 300 litrů

Tato varianta nevyžaduje speciální výpočty kromě výpočtu celkového objemu systému. Použití tabulky značně usnadňuje a urychluje výběr expandéru s potřebnou kapacitou nádrže.

Použití vzorců pro výpočet

Pokud údaje v tabulce nejsou dostatečné, je možné si potřebný ukazatel objemu nádrže vypočítat samostatně.

K tomu se používá následující vzorec:

Vb = Vc x k/D,

kde:

• Vb – označuje hledaný objem expanzní nádoby;
• Vc – celkový objem systému;
• k – koeficient tepelné roztažnosti kapaliny;
• D – koeficient účinnosti expandéru.

Z údajů potřebných pro výpočet zůstávají neznámé koeficienty k a D. První je tabulková hodnota, druhý se vypočítá podle samostatného vzorce.

Také existuje a používá se tabulka tepelné roztažnosti. Umožňuje určit koeficient pro systémy s vodou nebo nemrznoucí kapalinou. Hodnota není lineární, mění se při zahřívání v závislosti na přítomnosti a koncentraci glykolu v kapalině.

Pomocí těchto údajů lze určit parametry koeficientu tepelné roztažnosti kapaliny (k) potřebné pro výpočet objemu expanzní nádoby

Pro vodu se koncentrace etylenglykolu považuje za „0“, pro nemrznoucí kapalinu se koncentrace určuje podle údajů udávaných výrobcem. Za teplotu ohřevu se považuje provozní teplota pro daný systém.

Pro samostatný výpočet koeficientu účinnosti expanzní nádoby se používá vzorec:

(Qm – Qb) : (Qm + 1),

kde:

• Qm – maximální tlak systému podle jmenovité meze spuštění pojistného ventilu;
• Qb – předběžný tlak ve vzduchové komoře expandéru podle technického listu.

Pokud není poslední parametr znám, změří se při nafouknutí nebo vypuštěním přes vsuvku nádoby.

Jiné způsoby výpočtu

Kromě samostatných výpočtů pomocí vzorců a tabulek existují alternativní způsoby. Dostupnou možností výpočtu je pomoc online kalkulačky.

Není nouze o internetové zdroje nabízející online výpočet hledané hodnoty. Lze je snadno najít podle klíčového dotazu

Další možností, jak získat potřebné údaje, je obrátit se na profesionální projektanty. Je to maximálně spolehlivý způsob, ale přesnost získaných informací bude poměrně drahá.

S pravidly instalace a připojení expanzních nádob uzavřeného a otevřeného typu seznámí následující článek věnovaný těmto otázkám.

Jak správně vybírat expanzní nádržku?

Rozhodnout se pro typ topného systému se doporučuje již ve fázi plánování. Výběr nádoby se obvykle odkládá na dobu po postavení hrubé stavby, kdy je systém namontován a jeho objem je znám.

Při výběru optimální varianty expanzní nádoby se doporučuje:

• řídit se objemem uzavřené expanzní nádoby, který přesahuje hodnotu tepelné roztažnosti teplonosné látky;
• při nákupu je třeba věnovat pozornost připojení, tvaru nádoby a umístění konektorů pro upevnění – předejdete tak neočekávaným situacím během montáže;
• je důležité věnovat pozornost instrukcím na tělese, které obsahují užitečné informace o instalaci a technických parametrech.

Při nákupu je lepší se orientovat na prověřeného výrobce, i když jeho nádoby budou dražší. To bude zárukou dlouhé životnosti otopné soustavy, samozřejmě za předpokladu správného provozu a pravidelné údržby.

Před připojením se předběžný tlak v plynovém prostoru membránové nádoby nastaví na hodnotu rovnající se hodnotám statického tlaku sloupce teplonosné kapaliny v otopném okruhu. Nastavení se provádí běžným automobilovým čerpadlem a kontroluje se manometrem.

Hlavně nekoupit pro topný systém bojlerovou nádobu – jsou zcela odlišné svými technickými parametry.

Nelze zaměňovat expandéry pro otopné soustavy a hydroakumulátory pro vedení studené vody. Liší se vzhledem a konstrukčními vlastnostmi. První jsou natřeny červeně a obvykle nerozebíratelné, druhé mají modrou barvu a jsou vybaveny odnímatelnou přírubou pro opravu membrány.

Závěry a užitečné video k tématu

Video pomůže rozhodnout se o parametrech expandéru uzavřené modifikace, pochopit rozdíly mezi nádobami pro vytápění a bojlerové systémy:

Princip fungování a zvláštnosti výběru nádoby ve videu:

Otopná soustava rodinného domu může být provedena podle otevřeného nebo uzavřeného schématu, což vyžaduje montáž expandéru odpovídající konstrukce. Klíčovým faktorem jeho funkčnosti je objem, který lze vypočítat sami nebo svěřit profesionálním projektantům.

Správně zvolené zařízení pomůže udržet potřebný objem kapaliny v otevřeném systému a v hermetickém vytápění udrží úroveň provozního tlaku.

Pište prosím komentáře do níže umístěného bloku. Sdílejte vlastní zkušenosti s montáží otopných okruhů s expanzní nádobou a užitečné informace pro návštěvníky webu. Ptejte se, publikujte fotografie k tématu článku.