Stanovení velikosti membránové expanzní nádoby pro ohřívače vody

Úvod

Obr. 1 – Schéma zapojení ohřívače vody a membránové expanzní nádoby

Při ohřevu teplé vody v ohřívači dochází ke zvětšení jejího objemu. Se zvětšeným objemem narůstá také tlak v ohřívači. Pokud tlak překročí hranici otevíracího tlaku pojistného ventilu, začne odtékat teplá voda do odpadu. Tak dochází k nehospodárným ztrátám vody. K větším poměrným ztrátám dochází zejména tehdy, kdy v době ohřevu není odebírána teplá voda.
To je v případech ohřívačů v rodinných domech, kdy se ohřev bez odběru může dít v době nepřítomnosti obyvatel. Použitím řádně dimenzované membránové expanzní nádoby (dále MEN) k těmto ztrátám vody nedojde. Navíc je pojistný ventil lépe chráněn před častým otevíráním, které způsobuje zkrácení jeho životnosti.

U centrálního ohřevu vody pro více bytů je pravděpodobné, že během ohřevu vždy dojde, díky faktoru současnosti, k odběru teplé vody. Při současném ohřevu a odběru teplé vody se vždy zvětšený objem vody sníží odběrem přes odběrné místo, takže nedochází ke ztrátám teplé vody.

MEN se osazují na přívod studené vody do ohřívače (obr. 1). Prvky na schématu představují: OV – ohřívač vody, SV – studená voda, TV – teplá voda, K1 a K2 – uzávěry, F – filtr, VZ – zpětný ventil, M – manometr, KA – odlučovač kalu, KV – vypouštěcí armatura, PV – pojistný ventil.

Protože je MEN součástí zabezpečovacího zařízení, nesmí být mezi MEN a ohřívačem žádná uzavírací, ale pouze servisní armatura pro snazší manipulaci s MEN z hlediska servisního zásahu..

Expanzní nádoby Airfix, foto MEIBES s.r.o.

Expanzní nádoby Airfix, foto MEIBES s.r.o.

Expanzní nádoby Airfix, foto MEIBES s.r.o.

Odvození výpočtového vztahu

Tlaky vody i plynu (dusíku) v dalších vztazích jsou tlaky absolutními.

MEN musí pokrýt expanzní objem (m³)

kde je

V_vd

objem plynu v MEN při tlaku p_d [m³]

V_vh

objem vzduchu v MEN při tlaku p_h [m³]

p_d

tlak studené vody vstupující do ohřívače [bar]

p_h

nejvyšší tlak teplé vody na konci ohřevu [bar]

Nejvyšší tlak p_h je současně jmenovitým tlakem ohřívané vody p_n [bar].

Závislost mezi danými objemy je dána vztahem

Sloučením obou vztahů (1) a (2) a po úpravě dostaneme vztah

Protože musí platit, že objem MEN je roven V_vd, přejde (3) do tvaru

Dále platí, že

kde je

e

poměrné zvětšení objemu vody při jejím ohřátí z 10 °C na jmenovitou teplotu t_n [–]

V_z

objem zásobníku teplé vody (ohřívače) [m³]

Hodnota poměrného zvětšení objemu vody při jejím ohřátí z 10 °C na jmenovitou teplotu t_n = 60 °C je e = 0,016.

Výpočet velikosti MEN [m³] se provede ze vztahu vzniklém sloučením vztahů (4) a (5), takže

Poměr tlaků p_d / p_h by měl být zvolen co nejmenší, aby velikost MEN vyšla také nejmenší. Samozřejmě, že tlak studené vody p_d je nejčastěji dán tlakem ve vodovodní síti. Při vyšších hodnotách nebo kolísání tlaku v síti by měl být omezen redukčním ventilem. Posloupnost jednotlivých tlaků je uvedena na stupnici (obr. 1),

kde je

p_ov

jmenovitý tlak ohřívače [bar]

p_ot

otevírací tlak pojistného ventilu [bar]

Expanzní nádoby Airfix, foto MEIBES s.r.o.

Průběh tlaků v ohřívači

Zde je popsán průběh tlaků v ohřívači nejprve bez odběru teplé vody. Před počátkem ohřevu vody je teplota vody v ohřívači t₁ = 10 °C a tlak p_d. Při ukončení ohřevu bude teplota vody t_n a tlak teplé vody p_h, na který byla dimenzována MEN.

Při následném počátku odběru teplé vody bude její tlak p_h. Tento tlak poklesne až na hodnotu p_d po postupném odběru expanzního objemu ΔV_e. Takže tlak teplé vody se bude měnit od tlaku p_d do tlaku p_h.

Počáteční neboli výchozí nastavení MEN

1. Uzavřeme K1 a K2 (obr. 1) a otevřeme KV, ohřívač bude bez vody.
2. Zkontrolujeme tlak plynu pd na plnícím ventilku pomocí manometru, případně upravíme na požadovanou hodnotu, poté jej uzavřeme a také uzavřeme KV.
3. Napustíme studenou vodu přes K1, přičemž stále odvzdušňujeme ohřívač přes K2 do rozvodu teplé vody.
4. Zavřeme K1 a K2 a spustíme ohřev vody. Na konci ohřevu kontrolujeme na manometru p_h.
5. Otevřeme K1 a K2, čímž je nastavení MEN ukončeno.

Pokud by při ohřevu vody docházelo k otevírání pojistného ventilu, znamenalo by to, že nebyl dodržen postup nastavení nebo je malý objem MEN. Když k této situaci dojde po delším provozu, musí se voda v ohřívači vypustit a provést nastavení dle výchozího postupu.

Příklad

Zadání

Máme stanovit velikost membránové expanzní nádoby pro ohřívač vody o objemu V_z = 0,2 m³, ve kterém se ohřívá voda z 10 °C na jmenovitou teplotu t_n = 60 °C, takže e = 0,016. Tlak studené vody p_d = 5 a nejvyšší tlak teplé vody p_h = 7 bar.

Řešení

Velikost vypočítáme ze vztahu (6)