Izplešanās tvertnes aprēķins

Ūdens izplešas, kad tā temperatūra palielinās. Tā kā ūdeni praktiski nav iespējams saspiest, spiediens slēgtā sistēmā ceļas. To var samazināt tikai caur drošības vārstu. Vārsts no sistēmas izlaiž noteiktu daudzumu ūdens. Ūdens saraujas, kad tā temperatūra samazinās līdz telpas temperatūrai, un statiskais spiediens krietni samazinās. Dažos sistēmas punktos var rasties negatīvs spiediens. Tad pastāv risks, ka caur blīvējumiem var iekļūt gaiss – korozijas risks. Gaiss ūdenī ietekmē plūsmas mērījumus, kas kļūst nepatiesi. Daži sistēmas elementi var tikt pakļauti kavitācijas draudiem, tā kā statiskais spiediens ir pārāk zems.

Tāpēc, lai absorbētu ūdens tilpuma svārstības, apkures sistēmā nepieciešams lietot izplešanās tvertni, kas ir viens no obligātiem sistēmas elementiem. Tas pieder pie drošības grupas aprīkojuma un tiek pievienots pie apkures sistēmas bez noslēgarmatūras. Apkures sistēmā ūdens temperatūra svārstās no +20°C līdz +95°C. 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 pielieto tikai šo tvertņu veidu. Tas ir apaļš bundulis ar membrānu iekšā. No vienas puses membrānai ir ūdens, no otras – gaiss. Sasilstot ūdens izplešas un spiež uz membrānu. Gaiss otrā pusē spiež pretim. Vietu kur tiek pieslēgts izplešanās trauks uz apkures sistēmas atslēdz ar diviem krāniem, pirms un pēc pieslēguma vietas. Pretspiedienam izpelšanās traukā jāatbilst sistēmas statiskajam augstumam un izplešanās trauka tilpumam jāatbilst sistēmas tilpumietilpībai (FLAMCO izplešanās tvertņu brošūrā atradu, ja sistēmas statiskais augstums ≤5 m – pretspiediens 0,5 bar, bet, ja 5-10 m – 1 bar). Apkures sistēmu vajag projektēt tā, lai gaisa burbuliši, kas rodas sistēmā, netiktu izplešanās tvertnē. Izplešanās traukos ir parastais automašīnas riepas ventīlis, tamdēļ viegli tajā “piedzīt” nepieciešamo spiedienu. Bieži vien gaiss caur ventili tomēr “izpumpējas”, “tiek garām”, “izlaižas”. Tamdēļ 1x sezonā būtu ieteicams tajā pārbaudīt spiedienu.

Priekšrocības.

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

Trūkumi.

  1. Sistēmai vajadzīgas speciālas atgaisošanas ierīces,
  2. Sarežģītāka sistēmas noregulēšana,
  3. Spiediena svārstības, mainoties siltumnesēja temperatūrai, ietekmē katla darba mūžu.,
  4. Sistēmā obligāti jāizmanto pareizi izvēlēts drošības vārsts.
  • Vaļējā (apkures sistēma saskaras ar atmosfēru) atrodas sistēmas augstākajā punktā, kas darbojas arī kā atgaisotājs. Tas, savukārt, ir taisnstūrains metāla trauks. To izvieto bēniņos. Bēniņos ūdenim ir tieša saskare ar atmosfēru, līdz ar to ir jāparūpējas, lai tas nesasaltu – trauku vajag nosiltināt. Šo izplešanās trauku veidu jaunbūvētajās mājās praktiski nevar atrast, tas ir kā vecāku māju (<1990. gada) apkures sistēmu elements. Tas saistīts ar dažādiem riskiem (ūdens sasalšanas risku bēniņos, pāri traukam plūstošā ūdens novadi kanalizācijā u.c.).

Priekšrocības.

  1. Vienlaicīgi veic atgaisošanu,
  2. Uzsilstot, sistēmā nepalielinās spiediens, kas ir labi katlam,
  3. Mazāks spiediens sistēmā, salīdzinot ar slēgto tvertni.

Trūkumi.

  1. Jānovieto sistēmas augstākajā punktā, kur ne vienmēr ir vieta,
  2. Jānodrošina pret aizsalšanu, izvietojot to neapsildītos bēniņos,
  3. Nelielos daudzumos ūdens var iztvaikot,
  4. Konstrukcijas virs tvertnes var tikt bojātas kondensāta dēļ.

1. Vaļējas izplešanās tvertnes aprēķins

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

0,00045 – ūdens izplešanās koeficients, ja Tmaks.=100°C, (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 ietilpība.

Piemērs: Sistēmas ietilpība ir 300 litru. Temperatūras svārstības sistēmā t2-t1=75°C. V(tvertnei) = 300 * 0,00045 * 75 = 10.1 litru. Ūdens izplešanās tvertnes ietilpība nedaudz jāpalielina, lai būtu rezerve.

2. Slēgtas izplešanās tvertnes aprēķins

V(tvertnei) = 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=60°C, tad k=0,0224, ja 80°C-0,0355, ja 90°C-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(tvertnei) = 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 caurulītām) atbilst ēkai ar laukumu ap 600 m2, ēkā ar apkurināmo platību 180m2 apkures sistēmā mierīgi varētu ietilpt ne vairāk par 150l.

———————————-

Te būs vēl pamācība, kā aprēķināt slēgtas tvertnes ietilpību. Materiāls ņemts no “Total hydronic balancing” rokasgrāmatas.

1. Nosaki ūdens ietilpību sistēmā (neieskaitot izpelšanās tvertni). Piemēram V=1000l

2. Nosaki minimālo nepieciešamo statisko spiedienu (no augstākā sistēmas punkta līdz tvertnei), kad ūdens temperatūra ir +20°C. Ūdenim ar t<100°C, lieto formulu: Pmin (bar) = (h+3)/10, kur h – statiskais spiediens. Piemēram h=25m, tad Pmin=2,8 bar.

3. Izvēlies tvertnes sākuma iestādīto pretspiedienu Pt > Pmin, vai arī pielāgo to aukstas sistēmas (+20°C) statiskajam spiedienam. Piemēram Pt = 3 bar.

4. Nosaki maksimālo ūdens temperatūru un izplešanās procentu. Piemēram Tmaks = +100°C, tad k=4,32%

5. Nosaki maksmimālo izplešanās tvertnes spiedienu Pmaks. Tam jābūt tādam, lai ekstremālos gadījumos drošības vārsts neatvērtos vaļā. Drošības vārsts tiek iestādīts ar lielumu Pd. Ja tas ir pievienots tādā pašā augstumā kā izplešanās trauks, tad Pmaks. = Pt – 0,5. Piemēram Pt = 6 bar, Pmaks. = 5,5 bar.

6. Aprēķina tvertnes ietilpību: Vt = (1+Pmaks.) * V * (1+k) * 0,01/(Pmaks. – Pt) -> Vt = (1+5,5) * 1000 * (1+4,32) * 0,01/(5,5-3) = 141 L

7. Izvēlies nākošo lielāko tvertnes izmēru. Piemēram Vt=150L

8. Reālā ūdens rezerve traukā pie +20°C tiek aprēķināta pēc formulas: Vr = (Vt * (Pmaks.-Pt))/(1+Pmaks.) – V*k/100 -> Vr = (150 * (5,5-3))/(1+5,5) – 1000 * 4,32/100 = 57,7 – 43,2 = 14,5 L

9. Reālo ūdens pildījuma spiedienu tvertnē pie +20°C aprēķina pēc formulas: Pu = (1+Pt) * (Vt/(Vt-Vr)) – 1 -> Pu = (1+3)*(150/(150-14,5)) – 1 = 3,43 bar

Tālāk aprakstīšu dažas problēmas.

a). Sākuma iestādītais pretspiediens Pt ir par zemu.

Principā daži no sistēmas punktiem būs zem atmosfēras spiediena. Tur var būt paaugstināts sūču veidošanās risks. Ja tā tuvumā spiediens krītas, uz sūkņiem un vārstiem var iedarboties kavitācija. Plūsmas kavētājos (piem. balansējošos vārstos) ūdens ātrums pieaug, bet statiskais spiediens samazinās. Šādās vietās no ūdens tiek izspiests gaiss, kā rezultātā iespaido plūsmas mērītāju darbu.

Tomēr, pielāgojot uzpildes spiedienu Pu, ir iespējams palielināt statisko spiedienu. Tādā gadījumā membrāna deformējas, samazinot ūdens izplešanās vietu. Kad temperatūra palielinās, tāpat strauji palielinās spiediens sistēmā, kura maksimums ir drošības vārsta ieregulētais spiediens. Ja spiediens turpina kāpt, no drošības vārsta iziet noteikts daudzums ūdens. Tādējādi metodei palielinot uzpildes spiedienu Pu ir īslaicīgs efekts.

b). Sākuma iestādītais pretspiediens Pt ir par augstu.

Tādā gadījumā, palielinoties temperatūrai, nostrādā drošības vārsts. Ūdens rezerve Vr var nokrist līdz nullei. Kad temperatūra krīt, izplešanās trauks nespēj kompensēt ūdens apjoma sarukšanu. Tādēļ dažas sistēmas daļas var būt zem negatīvā spiediena.

c). Pildījuma spiediens Pu ir par zemu.

Ūdens rezerve ir pārāk maza vai kļūst vienāda ar nulli. Tādā veidā, temperatūras krišanas dēļ, daži sistēmas punkti atrodas zem negatīva spiediena.

d). Pildījuma spiediens Pu ir par augstu.

Kāps temperatūra un nostrādās drošības vārsts. Ja izplešanās trauks ir labi konstruēts, situācija normalizēsies un vēlāk viss nostāsies vecajās sliedēs.

e). Izplešanās trauka ietilpība ir pārāk maza.

Parādīsies visas aprakstītās problēmas.

f). Trauka membrāna ir bojāta.

Gāze izšķīst ūdenī, un trauks vairs nepilda savas funkcijas. Kad sistēmu uzpilda, statiskais spiediens krīt. Ir nepieciešams neliels apjoms ūdens, lai spiediens palielinātos. Dažas membrānas ir gaiscaurlaidīgas, kā dēļ pakāpeniski rūk sākotnējais spiediens Pu.

Secinājumi.

  1. Jaunākajās mājās parasti pielieto slēgtas izplešanās tvertnes, vaļējas izplešanās tvertnes ir retums;
  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, pretēji slēgtajām,  saskaras ar atmosfēru, tādējādi var aizsalt uz saplīst. Tādēļ tās nepieciešams siltināt;
  5. Vaļējas izplešanās tvertnes pilda atgaisotāja funkciju. Ja vien sistēmā nav vietu, kur gaiss var uzkrāties, var iztikt bez automātiskā atgaisotāja;
  6. Slēgtas izplešanās tvertnes ir sarežģītāk aprēķināt, tās aizņem lielāku ietilpību;
  7. Slēgtas izplešanās tvertnes raskturojas ar augstāku spiedienu, tātad nelabvēlīgāk katlam un pārējiem elementiem;
  8. Jāuzmana, lai slēgtajās izplešanās tvertnēs “netiktu” gaiss. Tādēļ vislabāk to novietot uz grīdas, lai izvairītos no gaisa burbulīšiem.
  9. Kā redzi, izplešanās tvertnes aprēķins atkarīgs no vairākiem lielumiem. Parasti tvertnes izvēlas lielākas, ar rezervi, tādēļ precīzus aprēķinus veikt ir laikietilpīgi un tas lielākoties nav vajadzīgs. Iesaku vadīties pēc standartshēmām, standarttabulām. Precīzo aprēķinu pielieto tikai tad, ja nu tiešām vēlies pārliecināties par izvēles pareizību.

12 Atbildes to “Izplešanās tvertnes aprēķins”

  1. Mārtiņš Says:

    Paldies, par ļoti izsmeļošo atbildi. Ir viens bet.
    Bet, no kurienes ir formu vaļēja izplešanās tvertnes tilpuma aprēķinam – V(tvertnei) = V(sistēmai) * 0,00045 * (t2-t1),
    pēc manā rīcībā esošā materiāla aprēķins izplešanās tvertnei ir sekojošs – V(tvertnei) = 0,045 * V(sistēmai),
    lit. Krēsliņš, Ķigurs “Ēku apkures sistēmas”.

  2. Juris Krots Says:

    Un ko tas dod? Es nevaru saprast cik lielu izplešanās trauku vajaga 970L udens daudzuns 1 stāv māja! Man stāv 50L trauks un izskatas stipi pa mazu!🙂

    • andzja Says:

      Agrāk vaļēja izplešanās trauka ietilpību rēķināja tā: sistēmas ietilpība x 0.045. Tas otrs ir ūdens izplešanās pie temperatūras svārstības 100 grādu diapazonā. Tātad 970 x 0.045 = 44L. Pagaidām Tev pietiek, taču, ja palielināsi ūdens ietilpību sistēmā, vajadzēs mainīt.

  3. Juris Krots Says:

    Labrīt! Paldies par atbildi, Bet sūdi tādi ka spiediens staigā no 30c-90c pa 1,5bar tas nau pa daudz, jo man teca ka pieļaujamais ir 0,3 bar svārstība!? Un man sistēma ir slēgta nevis vaļēja, tāpēc ar sāka saubas māk un sāku meklēt informāciju!

  4. Jānis Says:

    Sveiki, varētu nedaudz paskaidrot – ir slēgtā sistēma apt.300l (bijusī paštece ar čuguna radiatoriem, 2stāvi), sienas gāzes katls ar iebūvētu standarta 5l izpl. tvertni – viss!, bet izskatas ka strādā normāli? Pēc aprēķina būtu jābūt 28l (300×0,0224x(60+100+50)/50) un pat ja būtu vaļēja, tad min.8l!

    • andzja Says:

      1). Kā sistēmā svārstās spiediens – auksta/karsta?
      2). Kāda temperatūra? Varbūt visa sistēma neuzilst (tikai atsevišķas istabas?)
      Citādāk gan jau sistēmā nav tie 300L.

      • Jānis Says:

        auksta ap 0,8bar, karsta 60-80C max. 2,5 līdz 3bar, uz ko arī stāv drošibas vārsts(3bar, stādājošs, netek), radiatori bez termogalvām, strādā visi, čuguna, kopā 135sekcijas, t.i. apt. 200l + vecās pašteces resnās trubas, domājams uz 100l

      • andzja Says:

        Tad viss strādā. Švakums vienīgi tur, ka lielas spiediena svārstības. Man savulaik bija tāda problēma – aukstas sist. spiediens 1 bar, karstas ~1.5bar. Bija 1.5bar drošības vārsts. Kad sistēma uzkarsa, daļa ūdens pa vārstu “nolējās” nost, es to nepamanīju. Bija automātiskā ūdens papildināšana, un pie aukstas sistēmas tā daļa ūdens pielējās tpakaļ. Rezultātā radiatoros tagad baigās duļķes un, lai gan neliela māja, nesilst atsevišķi radiatori. Rūsa.
        Tāpēc iesaku pēc iespējas mazāk laist ūdeni no apkures sistēmas. Augstākajās vietās ieliec atgaisotāju un lieta darīta.

  5. Inguc Says:

    Kā var izrēķināt k? Ja, piemēram T izmaiņa ir no 45 uz 35? Vispār man vajadzētu izrēķināt kā mainās spiediens sistēmā, ja tempertaūru sistēmā maina šjās robežās?
    Paldies iepriekš🙂

  6. Ojārs Says:

    Ja sistēmā ir 3000 litri, kurināts lai darbinātu kalti, siltum trase 25m tad pacēlums līdz kalorīferiem 6m un tālāk pa kalorīferiem līdz tālāko punktu kādi 7m. Cik lielam spiedkatlam jābūt?

    • andzja Says:

      Atkarībā, cik daudz svārstās temperatūras sistēmā un cik “vienkārša” sistēma. Ja, teiksim, par 80 grādiem (10 – 90), tad ~10% no sistēmas tilpuma. Ja mazāk – 40 grādi, tad uz pusi mazāk utml

Komentēt

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Mainīt )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Mainīt )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Mainīt )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Mainīt )

Connecting to %s


%d bloggers like this: