Otázky 2018/1

otopné soustavy

Vedoucí a recenzent rubriky Miloš Bajgar

Otázka:

Dobrý den do redakce,
zajímalo by mne, jestli pro stanovení objemu expanzní nádoby s membránou může být požadována i nějaká další podmínka, než správné stanovení jejího objemu v duchu bývalé ČSN 06 0830.

Odpověď:

Expanzní nádoby s membránou se používají v uzavřených otopných soustavách a při přípravě TV k bezeztrátovému vyrovnávání změn objemu pracovního media s teplotou a v uzavřených soustavách k udržování konstantního tlaku.

Byly vyvinuty původně pro malé a střední teplovodní otopné soustavy. Veřejnosti se poprvé oficiálně představily na podzim roku 1974 na výstavě INTERCLIMA – ­BATIMAX v Paříži.

Tehdejší vedení n. p. ČKD Dukla rozhodlo o nákupu licence a po, na tehdejší dobu, krátké době, byla zahájena výroba expanzních nádob s membránou v závodě v Trutnově. Licenční poplatky se z větší části hradily výrobky.

Univerzálnost konstrukce umožnila podstatně rozšířit oblast použití. Dnes vidíme expanzní nádoby s membránou nejen v teplovodních otopných soustavách, ale i v soustavách chlazení, soustavách solárních, hydraulických, domácích vodáren atd.

Někteří výrobci je podle účelu po­užití rozlišují barvou. Vyrábějí se pro různé tlaky, z hlediska výroby tlakové omezení nehraje žádnou roli. Existuje dohoda mezi výrobci, že expanze s membránou pro malé otopné soustavy mají plnicí přetlak 150 kPa (1,5 bar). Přitom se tyto ­expanze zkouší ve výrobě trhací zkouškou podle statistického výběru vzduchem ve vodní lázni s ochranou mříží. K destrukci dochází obvykle teprve při tlaku převyšujícím 64 bar.

Pozn.: Expanzní nádoby s membránou se dodávají i pro vyšší tlaky, v konstrukční úpravě s vakem či opěrným dnem se dodávají i pro tlaky 10 bar.

Váš dotaz směřoval k tlakovým poměrům v expanzní nádobě, ale v praxi je nutné se zaměřit především na nejslabší článek otopné soustavy. Od roku 1978 bylo v odborné literatuře mnohokrát popisováno jak upravovat tlak v plynovém prostoru expanzní nádoby, aby odpovídal hydrostatickému tlaku v soustavě v místě její instalace. Bohužel topenářské montážní organizace se touto činností téměř nezabývají.

Podle dosud platné ČSN 07 0240 musí mít kotle pro bytové vytápění konstrukční přetlak 300 kPa.

Pozn.: Tento konstrukční tlak dodržují především výrobci ocelových kotlů, výrobci litinových kotlů udávají pro své kotle tlaky vyšší, mnozí 4 nebo 6 bar.

Z iniciativy firmy DAKON vydala asociace výrobců kotlů požadavek, že při instalaci kotle a expanzní nádoby do stejné tlakové hladiny s membránou smí kolísat tlak v soustavě max. o 50 kPa. Pokud je expanzní nádoba jinde, musí se provádět přepočet tak, aby celkový tlak v místě instalace kotle nepřekročil 300 kPa a kolísání tlaku nebylo větší než 50 kPa. Expanzní nádoba se obvykle připojuje do odbočky na zpátečku a pro praktické výpočty lze uvažovat, že teplota ve vzduchovém prostoru expanze se příliš nemění.

Při stanovování možného objemu vody v soustavě můžeme tedy vycházet ze dvou předpokladů:

p·V = konst a p_k = p_e + 50 kPa,

při výpočtu doporučuji dosazovat p v kPa a V v litrech.

Příklad výpočtu objemu

Kotel a expanzní nádoba jsou umístěny ve stejné hydrostatické rovině.

Bytové podlahové vytápění, soustava 50/30 °C. Voda při plnění soustavy 10 °C.

• p_e = 250 kPa
  plnicí tlak expanzní nádoby
• p_k = 300 kPa
  konstrukční tlak kotle
• b = 2 ·10^–4 K^–1
  objemová teplotní roztažnost vody pro náš teplotní rozsah
• Dt = max. rozdíl teplot pro tento případ 50 – 10 = 40 °C
• V_e = objem expanzní nádoby, pro náš případ je celý objem expanzní nádoby plynovým prostorem
• V_S = celkový objem vody v otopné soustavě

p_k – p_e = 50 kPa

Úpravou rovnic můžeme zjistit buď potřebný objem expanzní nádoby, když známe objem vody v soustavě, nebo jak velký může být objem vody v soustavě pro danou expanzní nádobu.

Z číselného dosazení vidíme, že při podlahovém vytápění by 50litrová expanzní nádoba pro zadané podmínky postačovala pro celkový objem vody v soustavě 833 l, ale např. pro soustavu s otopnými tělesy 75/60 °C pouze pro objem 641 l.

Odpovídal: Ing. Vladimír Jirout, projektant, člen TNK 93 Ústřední vytápění a příprava teplé vody, Praha; člen redakční rady Topenářství instalace