Dobór naczynia rozszerzalnościowego do instalacji c.o. wg normy EN 12828
Strona 1 z 4
Dobór naczyń rozszerzalnościowych do instalacji grzewczych wg normy
EN 12828
Poniższy artykuł wskazuje na istotne założenia normy EN 12828 dot. doboru naczyń
rozszerzalnościowych do instalacji grzewczych, które mają kluczowy wpływ na prawidłową
pracę całej instalacji.
Zapewnienie pracy instalacji w odpowiednim, optymalnym zakresie ciśnień gwarantuje, że uniknąć
możemy takich zjawisk jak nieuzasadnione otwieranie się zaworu bezpieczeństwa i związana z tym
utrata wody z instalacji. Utrata wody powoduje konieczność jej uzupełniania, a podczas uzupełniania
dostarczany jest do instalacji tlen powodujący korozje. Wiele szczelnych instalacji ma poważne
problemy z korozją spowodowane wyłącznie tlenem z wody uzupełniającej. Z drugiej strony brak
uzupełniania w porę, po utracie wody, może doprowadzić do sytuacji, że w instalacji jest za mało
wody, spada ciśnienie w najwyższym punkcie instalacji i instalacja zasysa powietrze atmosferyczne z
ogromnymi ilościami tlenu, co prowadzić może do jeszcze większej korozji. Dlatego pragniemy
zwrócić uwagę, że odpowiedni dobór naczynia rozszerzalnościowego może zabezpieczyć instalację
przed powyższymi niepożądanymi zjawiskami. Nasze wskazówki oprzemy na wytycznych normy
europejskiej EN 12828, która jest już wprawdzie przetłumaczona na język polski, ale niestety nie jest
jeszcze normą obowiązującą. Nie oznacza to jednak, że nie możemy korzystać z jej założeń,
szczególnie, że nie są one sprzeczne z obowiązującą normą polską.
Norma europejska EN 12828 w rozdziale 4.6.2.4 „Naczynia rozszerzalnościowe” stwierdza między
innymi:
„Naczynia rozszerzalnościowe muszą być w stanie przejąć przynajmniej maksymalną objętość
powstałą w wyniku rozszerzenia wody w instalacji łącznie z rezerwą wody. […]”
Inaczej, objętość użytkowa to:
WR
e
u
V
V
V
+
=
Objętość powstała w wyniku rozszerzenia
e
V
obliczana jest jako:
A
e
V
e
V
*
=
Gdzie
- współczynnik
e
określa rozszerzalność wody w % w zależności od temperatury, zgodnie z tabelą
D.2., załącznik D.
- objętość
A
V
to całkowita objętość instalacji. Jeśli dokładna objętość nie jest znana, można
wyznaczyć jej przybliżoną wartość na podstawie mocy instalacji oraz
Q
vA
V
A
*
=
Gdzie
- współczynnik
vA
określa średnia objętość wodną na kW w funkcji typu odbiornika oraz temperatury.
Współczynniki takie określone są tabelaryczne
Rezerwa wody
WR
V
jest minimalną ilością wody, jaką powinno mieć w sobie naczynie, aby zawsze
być w stanie wyrównać ewentualne straty wody oraz aby ciśnienie poduszki gazowej zawsze
przenosiło się na instalację.
Zgodnie z dodatkiem D.2 „Obliczenie wielkości naczynia rozszerzalnościowego”
Dobór naczynia rozszerzalnościowego do instalacji c.o. wg normy EN 12828
Strona 2 z 4
„[…] Naczynia rozszerzalnościowe o pojemności poniżej 15 litrów powinny posiadać przynajmniej 20%
swojej objętości jako rezerwę, naczynia o objętości powyżej 15 litrów powinny posiadać rezerwę
przynajmniej w wielkości 0,5% objętości całej instalacji, jednak nie mniej niż 3 litry. […]”
Rezerwa wody
litry
V
V
A
WR
3
*
%
5
,
0
≥
=
Dalej norma mówi:
„Naczynie rozszerzalnościowe oraz rura przyłączeniowa muszą:
- być dobrane w taki sposób, aby wzrost temperatury do maksymalnej temperatury roboczej mógł
spowodować tylko taki wzrost ciśnienia, przy którym nie zadziałają jeszcze ograniczniki ciśnienia ani
zawory bezpieczeństwa
- być zabudowane w pomieszczeniach zabezpieczonych przed mrozem lub zabezpieczone przed
zamarznięciem”
Powyższe stwierdzenie wyraźnie wskazuje, że to naczynie rozszerzalnościowe odpowiedzialne jest za
ograniczenie maksymalnego ciśnienia roboczego oraz że ciśnienie to musi być niższe od ciśnienia
zadziałania ograniczników oraz zaworów bezpieczeństwa.
We wskazówkach doborowych, załącznik D.1. d), norma mówi, że obliczeniowe ciśnienie końcowe w
instalacji
e
p
nie powinno być wyżej dobierane, niż ciśnienie zaworu bezpieczeństwa pomniejszone o
histerezę zamknięcia zaworu bezpieczeństwa – zwykle 10%.
9
,
0
*
PSV
p
e
≤
Jeśli nie jesteśmy pewni, czy zawór bezpieczeństwa po otwarciu zamknie się przy ciśnieniu
9
,
0
*
PSV
, powinniśmy przyjąć odpowiednio niższą wartość, zgodnie z parametrami zaworu. Na ogół
zawory zamykają się w granicach 15% do 20%, stąd przyjęcie
8
,
0
*
PSV
jest absolutnie
wystarczające. Jednak dla pewności dla małych ciśnień (do 5 bar) norma zaleca stosowanie 0,5 bar
zapasu zgodnie z
bar
PSV
p
e
5
,
0
−
≤
Obliczenie minimalnej objętości naczynia rozszerzalnościowego
Znając sumaryczną ilość wody, jaka musi zmieścić się w naczyniu oraz ograniczone przez nas
ciśnienie końcowe (maksymalne) można wyznaczyć minimalną wymaganą objętość naczynia
rozszerzalnościowego:
(
)
0
min
_
1
*
P
p
p
V
V
V
e
e
WR
e
N
−
+
+
=
Gdzie
bar
P
P
st
3
,
0
0
+
=
jest ciśnieniem poduszki gazowej w naczyniu lub inaczej minimalnym ciśnieniem, jakie może panować
w instalacji (zgodnie z D.1 c))
Aby naczynie podczas pierwszego napełniania instalacji zostało wypełnione obliczoną rezerwą wody,
instalację należy napełnić powyżej minimalnego ciśnienia początkowego
a
p
Oczywiście teoretycznie, ponieważ w praktyce na podstawie obliczonej minimalnej objętości naczynia,
dobieramy większe naczynie z typoszeregu dostępnych objętości. Po dobraniu większego naczynia
1
)
1
(
0
−
−
+
≥
WR
N
N
a
V
V
p
V
p
Dobór naczynia rozszerzalnościowego do instalacji c.o. wg normy EN 12828
Strona 3 z 4
możemy sprawdzić realną rezerwę wody, która w rzeczywistym, większym naczyniu, będzie
proporcjonalnie większa:
0
_
_
1
P
p
p
V
V
e
e
a
rzeczywist
N
a
rzeczywist
WR
−
+
=
Aby w większym naczyniu przy napełnianiu instalacji znalazła się większa, rzeczywista rezerwa wody,
należy napełnić instalację wyższym ciśnieniem początkowym.
1
)
1
(
_
_
0
_
_
−
−
+
≥
a
rzeczywist
WR
a
rzeczywist
N
a
rzeczywist
N
e
rzeczywist
a
V
V
p
V
p
Efektywność wykorzystania naczynia
We wzorze na dobór naczynia rozszerzalnościowego pojawia się ułamek
0
1
P
p
p
e
e
−
+
Jest to tzw. współczynnik ciśnieniowy naczynia, zależny wyłącznie od wysokości statycznej instalacji
(poprzez
0
P
) oraz przyjętego przez nas maksymalnego ciśnienie roboczego
e
p
. Jest to wartość
liczbowa, która wprost mówi o tym, o ile razy większe musi być naczynie rozszerzalnościowe od
maksymalnej ilości wody jaka ma być w nim magazynowana – czyli objętości użytkowej.
0
1
P
p
p
D
e
e
f
−
+
=
Efektywność naczynia rozszerzalnościowego określa jaka część jego objętości jest przeznaczona na
magazynowanie wody z instalacji, a jaka zawiera zawsze poduszkę powietrzną.
f
D
naczynia
ć
Efektywnoś
1
_
=
Wracając do wcześniejszych wskazówek dotyczących ograniczenia ciśnienia końcowego
(maksymalnego) w instalacji, przez przyjęcie pewnego zapasu na histerezę zamknięcia się zaworu
bezpieczeństwa, widać, że zmniejszenie wartości
e
P
powoduje, że współczynnik ciśnieniowy rośnie, a
tym samym rośnie objętość naczynia rozszerzalnościowego. Ten sam efekt zauważymy, jeżeli
zwiększy się wysokość statyczna instalacji, czyli mamy do czynienia z wysokim budynkiem. Inaczej
mówiąc im wyższa instalacja lub/i im niższe maksymalne ciśnienie końcowe, z jakim chcemy
pracować, tym większy współczynnik ciśnieniowy a tym samym naczynie, a mniejsza efektywność
jego wykorzystania. Stąd też częste próby zmniejszenia współczynnika ciśnieniowego przez
zwiększenie ciśnienia otwarcia zaworu bezpieczeństwa. Należy jednak pamiętać, że zwiększamy w
ten sposób maksymalne ciśnienie robocze całej instalacji, co ma wpływ na straty przepływu - pozorna
oszczędność na zakupie mniejszego naczynia rozszerzalnościowego, może okazać się znikoma w
stosunku do wyższych kosztów eksploatacji pomp.
Przykład:
Dobór naczynia dla instalacji o parametrach
Moc zainstalowana Q = 1250 kW
Pojemność instalacji VA = 12625 l
Temperatury pracy: 80/60°C
Zawór bezpieczeństwa: 3 bar
Wysokość statyczna: 12m
Dobór naczynia rozszerzalnościowego do instalacji c.o. wg normy EN 12828
Strona 4 z 4
Obliczenie objętości użytkowej (do magazynowania w naczyniu)
1. Współczynnik rozszerzalności wody dla 80°C
0287
,
0
=
e
2. Objętość rozszerzona
l
V
e
V
A
e
362
12625
*
0287
,
0
*
=
=
=
3. Rezerwa
wody
l
litry
V
V
A
WR
125
,
63
362
*
005
,
0
3
*
%
5
,
0
=
=
≥
=
Obliczenie współczynnika ciśnieniowego
4. Ciśnienie poduszki gazowej (minimalne)
bar
bar
P
P
st
5
,
1
3
,
0
10
12
3
,
0
0
=
+
=
+
=
5. Ciśnienie końcowe (maksymalne)
bar
bar
PSV
p
e
5
,
2
5
,
0
0
,
3
5
,
0
=
−
=
−
≤
6. Współczynnik ciśnieniowy
5
,
3
5
,
1
5
,
2
1
5
,
2
1
0
=
−
+
=
−
+
=
P
p
p
D
e
e
f
Obliczenie minimalnej pojemności naczynia
(
)
l
V
l
l
D
V
V
V
N
f
WR
e
N
1500
5
,
1487
5
,
3
*
425
*
min
_
=
⇒
=
=
+
=
Dobrano naczynie o rzeczywistej pojemności 1500 litrów. Efektywność wykorzystania naczynia
wynosi:
%
28
286
,
0
5
,
3
1
1
_
=
=
=
=
f
D
naczynia
ć
Efektywnoś
Z powyższego wynika, że w dobranym naczyniu o objętości 1500 litrów, tylko 28% będzie stanowić
woda z instalacji oraz rezerwa, pozostałe 72% zawsze będzie przeznaczone na poduszkę powietrzną.
Podsumowując, dobór naczynia rozszerzalnościowego zgodnie z EN 12828 zapewnia pracę instalacji
w optymalnym dla niej zakresie ciśnień, co pokazane jest na poniższym rysunku z lewej. Instalacja
pracuje z dala od ciśnienia przy którym niepotrzebnie otwierałby się zawór bezpieczeństwa.
Zakres pracy instalacji można też przedstawić na wykresie w zależności od temperatury roboczej.
Wyglądałby on mniej więcej jak na poniższym rysunku z prawej.
Po doborze rzeczywistego naczynia pamiętać należy, aby w projekcie umieścić informację o
obliczonym minimalnym ciśnieniu napełnienia instalacji, ponieważ tylko ono gwarantuje, że naczynie
będzie wypełnione rezerwą wody jeszcze przed uruchomieniem instalacji. Dla uproszczenia, w
instalacjach grzewczych można przyjąć
bar
p
p
a
3
,
0
0
+
≥
.
W kolejnym artykule pokażemy jak zwiększyć efektywność naczynia rozszerzalnościowego, a tym
samym zwiększyć efektywność układu do niemal 100%.
Autor:
mgr inż. Jakub Charyna