Dobieramy zamknięte naczynie wzbiorcze

Dobieramy zamknięte naczynie wzbiorcze

Dodano: wtorek, 16 maja 2017 09:38

Naczynie wzbiorcze i przewód łączący je z resztą instalacji dobieramy tak, aby nawet przy wzroście temperatury wody do jej maksymalnej wartości roboczej nie następował wzrost ciśnienia, który spowoduje otwarcie zaworu (zaworów) bezpieczeństwa.

Naczynia wzbiorcze zamknięte

Naczynie wzbiorcze musi być zabezpieczone przed zamarznięciem. Najpewniejszy sposób to, oczywiście, umieszczenie go w pomieszczeniu, w którym temperatura nigdy nie spada poniżej 0°C. Należy też pamiętać, że nie wolno przekraczać maksymalnej, określonej przez producenta, temperatury przepony w naczyniu. Dlatego zaleca się, aby naczynia montować na przewodach powrotnych w miejscu najniższej temperatury i ciśnienia w instalacji.

Należy pamiętać, aby nie montować żadnego zaworu ani innego elementu ograniczającego przepływ, np. pompy obiegowej, między naczyniem wzbiorczym a źródłem ciepła. Montaż takiego zaworu może być jednak wymagany ze względu na potrzeby obsługi, ale wtedy należy pamiętać o tym, by można było zdjąć rączkę lub pokrętło zaworu i uniemożliwić przez to jego przypadkowe zamknięcie.

W instalacjach grzewczych temperatura wody zmienia się w zależności od temperatury powietrza zewnętrznego. Im zimniej na zewnątrz, tym ta temperatura jest wyższa. Woda wraz ze wzrostem temperatury rozszerza się i dlatego w instalacji musi znajdować się naczynie wzbiorcze, które przejmie zmiany objętości. Poprawnie dobrane naczynie zabezpiecza wówczas przed nadmiernym, niebezpiecznym wzrostem ciśnienia.

Poniżej omówimy sposób doboru małego naczynia do instalacji w domu jednorodzinnym zgodnie z normą PN-EN 12828.

Pojemność użytkowa i nominalna

Budowa zamkniętego (przeponowego) naczynia wzbiorczego.

Pierwszy problem, na jaki natrafiamy przy doborze, stanowią definicje pojemności. Mamy pojemność nominalną i użytkową naczynia. Pojemność użytkowa to pojemność zdolna do przejęcia rozszerzenia objętości cieczy, a nominalna to pojemność określana przez producenta dla całego naczynia. Pojemność nominalna jest większa niż pojemność użytkowa, a naczynie dobieramy właśnie na pojemność użytkową. Z tego względu często dochodzi do pomyłek.

Pierwszym krokiem jest określenie pojemności użytkowej Vu naczynia, czyli sumy pojemności rozszerzalnościowej Ve i rezerwy wody Vwr, Pojemność rezerwy wody jest potrzebna, aby wyrównać ewentualne straty wody i aby ciśnienie statyczne poduszki gazowej przenosiło się na instalację.
Vu = Ve + Vwr

Pojemność rozszerzalnościowa Ve jest ilorazem współczynnika rozszerzalności i pojemności całkowitej systemu, zgodnie ze wzorem:
Ve= e · Vsystem/100
Gdzie:
e – współczynnik określający rozszerzalność wody w procentach w zależności od temperatury. Jego wartość można znaleźć w tabeli D.2 załącznika normy. Dla 80°C względny przyrost objętości e wynosi 2,81%. W przypadku osiągnięcia przez wodę temperatury 100°C wskaźnik sięga 4,21%.

Uwaga! Dodatek płynu przeciwzamarzającego wpływa na objętość właściwą czynnika grzewczego, a więc na procent rozszerzania; może wpływać także na materiał przepony.

Vsystem – to pojemność wodna instalacji w litrach, czyli całkowita pojemność przewodów, grzejników, źródeł ciepła i pomocniczych obiegów.

Rezerwę wody Vwr określamy dla naczyń o pojemności do 15 litrów na co najmniej 20% ich pojemności. Dla naczyń powyżej 15 litrów rezerwa wody stanowi 0,5% całkowitej zawartości wody w instalacji, lecz nie mniej niż 3 litry.

W drugim kroku określamy współczynnik ciśnieniowy. Ciśnienie poduszki gazowej (minimalne) to Po = Pst + 0,3 bar

Ciśnienie statyczne (Pst) określamy na podstawie różnicy wysokości pomiędzy najwyższym i najniższym punktem w instalacji. W domach jednorodzinnych różnica ta waha się od 3 metrów w budynkach jednokondygnacyjnych do 12 metrów w budynku czterokondygnacyjnym (piwnica, parter, piętro, strych). W celu przeliczenia ciśnienia statycznego z wysokości słupa wody na bary dzielimy tę różnicę przez 10. Przy określaniu wymaganego ciśnienia statycznego przyjmujemy jeszcze dodatek bezpieczeństwa wynoszący 0,3 bara.

Fot. Ferro.

Uwaga! Dostępne na rynku naczynia wzbiorcze przeznaczone do instalacji centralnego ogrzewania podczas ich wytwarzania do ciśnień 0,5 bara, 1,0 bara lub 1,5 bara są wstępnie napełniane powietrzem. Zawsze jednak ciśnienie to powinno być sprawdzone przed napełnieniem instalacji wodą.

Następnie określamy ciśnienie końcowe (maksymalne), wynikające z otwarcia zaworu bezpieczeństwa. Dla instalacji do 5 bar ciśnienie otwarcia zaworu bezpieczeństwa PSV pomniejszamy o 0,5 bara.

Pe ≤ PSV – 0,5 bar
Dla tak zdefiniowanych ciśnień poduszki gazowej określamy współczynnik ciśnieniowy Df
Df = (pe + 1)/(pe – Po)

Ostatnim krokiem jest obliczenie minimalnej pojemności naczynia: VNmin = (Ve + Vwr) · Df

Przykład:
Dobór naczynia dla instalacji o parametrach:
Moc instalacji: Q = 20 kW
Pojemność instalacji Vsystemu= 50 dm3
Temperatura pracy: 80/60°C
Ciśnienie otwarcia PSV zaworu bezpieczeństwa: 3 bar
Budynek czterokondygnacyjny, wysokość słupa wody: 12 m

Obliczenie objętości użytkowej:
1. Współczynnik rozszerzalności wody dla 80°C e = 0,0287
2. Objętość rozszerzona
Ve = e · Vsystemu= 0,0287 · 50 = 1,435 dm3
3. Rezerwa wody     
VWR= 20% · Ve = 0,2 · 1,435 = 0,287 dm3

Obliczenie współczynnika ciśnieniowego:
1. Ciśnienie poduszki gazowej (minimalne)     
Po = Pst+ 0,3 bar = 12/10 + 0,3 = 1,5 bar
2. Ciśnienie końcowe (maksymalne) pe ≤ PSV – 0,5 bar = 3,0 – 0,5 = 2,5 bar
3. Współczynnik ciśnieniowy Df = (pe + 1)/(pe – Po) = (2,5 + 1)/(2,5 – 1,5) = 3,5

Obliczenie minimalnej pojemności naczynia:
VNmin = (Ve + VWR) + Df = (1,435 + 0,287) · 3,5 = 6,027 dm3
Przyjęto naczynie VN = 8 litrów

Efektywność doboru naczynia to odwrotność współczynnika ciśnieniowego 1/Df. W naszym przypadku wynosi ona 28%. Wskaźnik ten mówi nam, że w dobranym naczyniu tylko 28% będą stanowić woda z instalacji oraz rezerwa, pozostałe 72% zawsze będzie przeznaczone na poduszkę powietrzną.

Jakie są skutki złego doboru pojemności naczynia w systemie zamkniętym?

Zbyt mała pojemność naczynia będzie powodować raptowny wzrost ciśnienia w instalacji doprowadzający do otwarcia zaworu bezpieczeństwa. Jeśli zawór bezpieczeństwa będzie uszkodzony i się nie otworzy, to dojdzie do uszkodzenia instalacji. Otwarcie zaworu bezpieczeństwa powoduje upuszczenie części wody. Jeśli następnie temperatura spadnie. w instalacji pojawi się podciśnienie, które spowoduje zassanie do niej powietrza, które będzie powodować korozje. Instalacje z nieprawidłowo dobranym naczyniem wzbiorczym będą się ciągle zapowietrzać i wymagać dopuszczenia nowej wody celem uzupełnienia zładu w instalacji. Powietrze i nowa woda będą przyczyną występowania tlenu w instalacji i nieustających procesów korozji.

oprac. Agnieszka Zygmunt
zdjęcie: Ferro