Izplešanās tvertnes aprēķins

Ūdens izplešas, kad tā temperatūra palielinās (runa ir par ūdens temperatūru virs 5 grādi). Spiedienu var samazināt tikai caur drošības vārstu, kad tas no sistēmas izlaiž noteiktu daudzumu ūdens. Ūdens saraujas, kad tā temperatūra samazinās. Dažos sistēmas punktos var rasties negatīvs spiediens. Tad pastāv risks, ka caur blīvējumiem var iekļūt gaiss – pastāv korozijas risks.

Ekspluatējot apkures sistēmu, tajā neizbēgami svārstās siltumnesēja temperatūra (piemēram. +15 grādi auksta sistēma un +90 grādi maksimumā (radiatoru apkure cietam kurināmā katlam) vai +15 grādi un +50 grādi (silto grīdu apkurei), utml), tātad rodas siltumnesēja tilpuma svārstības. Tāpēc, lai absorbētu ūdens tilpuma svārstības, apkures sistēmā nepieciešams lietot izplešanās tvertni, kas ir viens no obligātiem sistēmas elementiem. Sākumā par tvertņu veidiem, tad par tvertņu aprēķinu.

Ir divi izplešanās tvertņu veidi: slēgtā un vaļējā.

• Slēgto (apkures sistēma nesaskaras ar atmosfēru) var pievienot jebkurā apkures sistēmas vietā. Izbūvējot, renovējot jaunas apkures sistēmas, visbiežāk pielieto šo tvertņu veidu. Tas ir apaļš bundulis (sarkans, pelēks, zils, utml) ar membrānu iekšā. No vienas puses membrānai ir ūdens, no otras – gaiss. Sasilstot ūdens izplešas un spiež uz membrānu. Gaiss otrā pusē spiež pretī. Pretspiedienam izplešanās traukā jāatbilst sistēmas statiskajam augstumam un izplešanās trauka tilpumam jāatbilst sistēmas tilpumietilpībai. Apkures sistēmu vajag projektēt tā, lai gaisa burbuliši, kas rodas sistēmā, neiekļūtu izplešanās tvertnē. Izplešanās traukos ir iebūvēts parastais automašīnas riepas ventilis, tamdēļ viegli tajā “piedzīt” nepieciešamo spiedienu. Izvēloties šādu izplešanās trauka tipu svarīgi ir zināt gan sistēmas ietilpību (tvertnes tilpums), gan starpību starp sistēmas augstāko un sistēmas zemāko vietu (tvertnē iestatāmais pretspiediens). Piemēru skatīt zemāk.

Priekšrocības.

1. Var novietot jebkurā vietā (vēlams pievienot atgaitā pirms sūkņa),
2. Novietojot apkurināmā telpā nav problēmas ar aizsalšanu.

Trūkumi.

1. Sarežģītāka pretspiediena noregulēšana, kas regulāri jāuzrauga (1x sezonā),
2. Nepareizi piemeklēta pretspiediena dēļ, siltumnesēja svārstību iespaidā var krasi samazināt apkures elementu mūžu (apkures sistēmas elementi pakļauti palielinātām siltumnesēja spiediena svārstībām),
3. Sistēmā obligāti jāuzstāda darbojošs drošības vārsts (ja esi dzirdējis ziņas par apkures katlu uzsprāgšanu ēkās, tad tā pavisam noteikti notika slēgtā apkures sistēmā);
4. Aprēķināt slēgtas apkures sistēmas izplešanās tvertnes apjomu un pretspiedienu ir gana sarežģīti (aprēķinu skatīt zemāk);

• Vaļējā (apkures sistēma saskaras ar atmosfēru) atrodas sistēmas augstākajā punktā, kas, papildus, darbojas kā atgaisotājs. Metāla trauka izpildījumā. To izvieto sistēmas augstākajā vietā. Šo izplešanās trauku veidu jaunbūvētajās mājās praktiski nevar atrast, tas ir kā vecāku māju (<1990. gada) apkures sistēmu elements. Izplešanās traukam turklāt nepieciešams izbūvēt noteci/pārplūdes cauruli uz kanalizāciju. Izvēloties šādu izplešanās trauka tipu svarīgi ir zināt tikai sistēmas ietilpību (tvertnes tilpums). Piemēru skatīt zemāk.

Vēl zemāk attēloju, kā varētu pieslēgt vaļējo izplešanās tvertni parastā, divcauruļu sistēmā. Iesvītrotās līnijas (izplešanās traukā) ir nepieciešamais tilpums, ūdens “staigāšanai”.

Priekšrocības.

1. Tā kā izvietots apkures sistēmas augstākajā vietā, vienlaicīgi veic atgaisošanu,
2. Ievērojami mazākas spiediena svārstības sistēmā, kas ir labi apkures elementiem,
3. Nav draudu katlam uzsprāgt, jo sistēmai ir tiešs kontakts ar atmosfēru,
4. Vienkāršots tvertnes tilpuma aprēķins (aprēķinu skatīt zemāk).

Trūkumi.

1. Jāizvieto tvertni sistēmas augstākajā vietā, kur ne vienmēr ir vieta un nav estētiski,
2. Vaļējā apkures sistēmā ir problemātiski atbrīvoties no gaisa, it sevišķi ja tā ir sarežģīta, jo te automātiskie atgaisotāji nedarbojas,
3. Jānodrošina pret aizsalšanu, ja plānots to izvietot neapkurinātos bēniņos,
4. Nelielos daudzumos ūdens var iztvaikot – kondensāta nelabvēlīgā ietekme uz norobežojošām konstrukcijām, un šad un tad sistēmā būs jāuzpilda siltumnesējs.

1. Vaļējas izplešanās tvertnes aprēķins

V(ūdens svārstībām) = V(sistēmai) * 0,00045 * (t2-t1), kur

0,00045 – ūdens izplešanās koeficients pie Tmaks.=100°C, (vai 0,00025 – ja Tmaks.=50°C)

t2 un t1 – ūdens maksimālā un minimālā temperatūra

V(sistēmai) jāierēķina gan apkures katla, gan cauruļu, gan apkures akumulatoru, gan sildķermeņu ūdens kopējā ietilpība.

Piemērs: Sistēmas kopējā ietilpība ir 300 litru. Maksimālā temperatūra sistēmā +90°C, kad sistēma atdzisusi +15°C. Tātad temperatūras svārstības sistēmā t2-t1=75 grādi. V(ūdens svārstībām) = 300 * 0,00045 * 75 = 10.1 litru. Jāizvēlas tvertne ar tādu tilpumu, kas pārsniedz ūdens svārstību ietilpību, tātad vismaz ~11 litru.

2. Slēgtas izplešanās tvertnes aprēķins

V(ūdens svārstībām) = m * k * (Pst + Pa + ΔP) / ΔP, kur

m – ūdens masa sistēmā, kg

k – ūdens tilpuma izmaiņa uz 1 kg (atkarīga no temperatūras izmaiņas). Ja t2-t1=20, tad k=0,004; ja t2-t1=30, tad k=0,0075; ja t2-t1=50, tad k=0,0167; ja t2-t1=60, tad k=0,0224; ja 80 grādi-0,0355; ja 90 grādi-0,0431.

Pst – ūdens staba statiskais spiediens sistēmā, kPa (1 m ūdens staba = 10 kPa). Statiskais augstums (m) ir apkures sistēmas augstums. Starpība starp apkures sistēmas augstāko un zemāko punktu.

Pa – atmosfēras spiediens, 100 kPa

ΔP – spiedienu starpība izmainoties temperatūrai, 50kPa.

Piemērs: Sistēmas ietilpība ir 300 litru ~ 300 kg. Temperatūras svārstības sistēmā t2-t1=75°C. Statiskais augstums 10m. k ņemam 0,0355.

Pst = 10m * 10 kPa = 100 kPa

V(ūdens svārstībām) = 300 * 0,0355 * (100 + 100 + 50) / 50 = 53,25 l.

———————————

Atradu arī info par vācu piedāvāto slēgtās tvertnes aprēķinu. Tabulā zemāk figurē drošības vārsts (sistēmā uzstādītais drošības vārsts=maksimālais sistēmas spiediens). Statiskais spiediens izteikts bāros, zinām, ka 1bar ~ 10m ūdens staba. Kā redzams, sistēma ir normāla – tajā nav akumulācijas tvertnes. Varbūt samelošos, taču 400 litru (jaunam projektam, ar tievām caurulītēm) atbilst ēkai ar laukumu ap 600 m2, ēkā ar apkurināmo platību 180m2 apkures sistēmā mierīgi varētu ietilpt ne vairāk par 150l.

Secinājumi.

1. Jaunbūvētajās mājās vai pārbūvētās apkures sistēmās parasti pielieto slēgtas izplešanās tvertnes; apkures sistēmas ar vaļējiem izplešanās traukiem izbūvē reti (diemžēl, jo esmu vaļējo tvertņu atbalstītājs);
2. Apkures sistēmā ūdens izplešas par ~5% no sistēmas ietilpības, tāpēc vaļējās tvertnes tilpumu ir viegli aprēķināt;
3. Apkures sistēmas ar vaļējām izplešanās tvertnēm raksturīgas ar mazu spiedienu;
4. Vaļējās izplešanās tvertnes nepieciešams nosiltināt;
5. Vaļējas izplešanās tvertnes pilda atgaisotāja funkciju, nav nepieciešams drošības vārsts;
6. Slēgtas izplešanās tvertnes ir sarežģītāk aprēķināt, tās aizņem lielāku ietilpību;
7. Slēgtas izplešanās tvertnes raksturojas ar lielāku spiedienu, tātad nelabvēlīgāk katlam un sistēma var “uzsprāgt”, ja katls uzvārās;
8. Slēgtā sistēmā svarīgākais elements ir funkcionējošs drošības vārsts;
9. Jāuzmana, lai slēgtajās izplešanās tvertnēs “netiktu” gaiss. Tādēļ vislabāk to novietot uz grīdas, lai izvairītos no gaisa burbulīšiem.

Kā redzi, slēgtas sistēmas izplešanās tvertni aprēķināt ir gana sarežģīti. Kā slēgtas, tā vaļējas tvertnes izvēlas lielākas, ar rezervi, jo ekonomija, izvēloties pēc formulām atbilstošu tvertnes lielumu, ir neliela. Iesaku vadīties pēc standartshēmām, standarttabulām. Precīzo aprēķinu pielieto tikai tad, ja nu tiešām vēlies pārliecināties par izvēles pareizību.

P.S. Vienkāršības labad mazstāvu ēkai (līdz 3 stāviem) piemeklējam sekojošu izplešanās trauku:

1. Vaļējām, radiatoru apkures sistēmām siltumnesēja svārstības rēķinam 5% no sistēmas kopējās ietilpības;

2. Vaļējām, silto grīdu apkures sistēmām siltumnesēja svārstības rēķinam 3% no sistēmas kopējās ietilpības;

3. Slēgtām, radiatoru apkures sistēmām siltumnesēja svārstības rēķinam 12-15% no sistēmas kopējās ietilpības;

4. Slēgtām, silto grīdu apkures sistēmām siltumnesēja svārstības rēķinam 6-8% no sistēmas kopējās ietilpības;