Tágulási tartályok méretezése
2008/5. lapszám | Cséki István | 58 283 |
Figylem! Ez a cikk 16 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Ebben a cikkben be szeretnénk mutatni, hogy mire kell odafigyelni a tágulási tartályok méretezésekor, milyen paramétereket kell figyelembe venni beépítésük előtt, hogy a megfelelő hatásfokot el tudjuk érni. Nyitott tartályokat egyre kevésbé használunk, mert már alig van szilárd tüzelésű fűtés, de a gáz árának emelkedése ismét ebbe az irányba fordította a szereléseket. Vidéken pedig sok helyen tartalékkazánt építenek be a gázkazán mellé, mert így a kertben keletkezett hulladékokat el tudják benne tüzelni.
Fűtési rendszereknél kétféle tágulási tartályt használunk:
nyitott tágulási tartályt vagy zárt tágulási tartályt.
Nyitott tartályokat egyre kevésbé használunk, mert már alig van szilárd tüzelésű fűtés, de a gáz árának emelkedése ismét ebbe az irányba fordította a szereléseket. Vidéken pedig sok helyen tartalékkazánt építenek be a gázkazán mellé, mert így a kertben keletkezett hulladékokat el tudják benne tüzelni.
Szilárd tüzelés esetén szabvány írja elő a nyitott tágulási tartály használatát, de ma már nem kötelező az alkalmazása, mert ha valaki tud azzal egyenértékű megoldást, akkor az is elfogadható. Azért született ez az előírás, mert a szilárd tüzeléssel nagyon könnyen balesetet lehet szenvedni egy esetleges hirtelen túlfűtéssel. A mai korszerű fűtési rendszerekben kevés a víztartalom, s emiatt a gyorsan keletkező hő elszállítása nem mindig megoldható. Ha pedig nem tudjuk megfelelően elvezetni a hőt, akkor felforrhat a víz, és a képződött gőz túlnyomást okozhat a fűtési rendszerben. Enyhébb esetben ez a túlnyomás csak a rendszer tönkremenetelét idézheti elő, de sajnos több példa is volt már rá, hogy robbanás lett belőle. A nyitott tágulási tartályos megoldás a fűtési rendszer víztartalmának oxigénfelvételét növeli meg, és ez a rendszer, valamint azok elemeinek korrózióját eredményez.
Ezen kívül a nyitottság miatt teljesen természetes a vízveszteség (párolgás). A vízveszteség miatti sokszori vízpótlás lágyított vizet igényel, mert ha normál csapvízzel történik a feltöltés, akkor előbb-utóbb elvízkövesedik a fűtési rendszer. Ennek elkerülésére sokan zárt tágulási tartállyal szerelik a szilárd tüzelést is. Mellékesen jegyzem meg, hogy műanyagcsöves szerelésnél, ha nem oxigéndiffúzió ellen védett vezetékeket építünk be, akkor ugyanott vagyunk, mint a nyitott tágulási tartálynál, mert a cső palástján keresztül vesz fel oxigént a fűtővíz.
Többféle megoldással is próbálkoznak a szerelők, hogy mégis zárt tágulási tartályt lehessen beépíteni, melyek közül kettőt említek meg. Az egyik az, hogy egy hő hatására nyitó szelepet építenek be, és ha a fűtővíz hőmérséklete például eléri a 98 °C-ot, akkor hideg vizet enged a kazánba menő csőbe, ugyanakkor egy másikon a többletet leengedi. Ezt a másik szelepet szokták a biztonsági szeleppel helyettesíteni, de ez nem mindig jó, ugyanis a hálózati víz nyomásától függ, hogy tudunk-e vizet beengedni a rendszerbe, vagy sem. Ha a hálózati víz nyomása nem éri el a biztonsági szelep lefúvatási nyomását, akkor nem fog vizet beengedni a rendszer, s akkor nem fogja lehűteni a kazánt. Ha elég nagy a hálózati víznyomás, akkor beengedi a hideg vizet a kazánhoz, de ez nem igazán jó megoldás, mert a forró kazánra hideg vizet engedve ugyancsak bekövetkezhet a kazánrobbanás.
A másik megoldás tökéletesnek fogadható el, mégpedig hogy egy nagy tárolótartályt (puffer) építünk be a kazán után közvetlenül. Ennek a tartálynak a tágulási tartályhoz hasonlóan el nem zárhatónak kell lennie, hogy a keletkezett többlethőt el tudja vezetni. A kazánba visszavezetett víz viszont ebben az esetben a fűtési rendszer hőmérsékletén van, tehát nem okoz problémát. A kazán és a tároló közötti vezeték átmérőjének elég nagynak kell lennie, hogy egy esetleges áramkimaradáskor gravitációsan is el tudja vezetni a kazánban keletkezett hőt. A tároló nagysága legalább ötszöröse kell, hogy legyen a fűtési rendszer víztartalmának, a biztonságos működés érdekében. Természetesen a tágulási tartály méretezésekor ezt a nagy mennyiségű víztartalmat is be kell számítani a táguló térfogatba. Egy gravitációs fűtési rendszert mutat az 1. ábra.
Régebbi fűtési rendszereknél a hőleadók nagy víztartalmúak voltak, a szivattyúk kisebb emelőmagassággal rendelkeztek, így nagyobb csővezetékeket kellett használni, ami szintén növelte a rendszer víztartalmát. Emiatt régebben nem is a valódi víztartalommal számoltak, hanem a hőszükséglet alapján határozták meg a víztartalmat.
- a fűtési rendszer víztartalma (liter),
- az épület hővesztesége (W).
- (A régebbi rendszerben a hőveszteség kcal/h-ban volt megadva, és 1000-rel kellett osztani.) Ma a rendszer víztartalmát már könnyebb meghatározni precízen is, de ha valaki nem akar bajlódni a térfogatok összeadásával, akkor egy kis segítséget jelent a 2. ábra. A táguló vízmennyiséget az ismert fizikai összefüggésekkel számíthatjuk ki:
- V a tágult térfogat (l),
- V0 a rendszer víztartalma (l),
- B a térfogati tágulási együttható (l/l*K),
- t a hőmérsékletkülönbség (K).
- A térfogati tágulás 100 °C hőmérsékletváltozásnál 4,3%.
Amikor már ismerjük a rendszer táguló víztartalmát, akkor következik a tágulási tartály térfogatának a meghatározása. Mindkét tágulási tartály méretezése más módon történik. Nyitott rendszernél gondolni kell a csatlakozó csővezetékek miatti térfogatnövelésre, valamint a biztonságra, így a valódi térfogatot kb. másfélszeresére vesszük, mint az elméletileg számított táguló térfogat. Ha kiszámítjuk az 1,5x4,3/100 értékét, akkor nagyjából 0,07-et kapunk, vagyis a rendszer víztartalmának a 7%-át kell tágulási tartálynak választani.
Ha például a rendszer 15 kW teljesítményű, és acéllemez lapradiátorok vannak beépítve, akkor a 2. ábra alapján a víztartalma 150 liter, vagyis a tágulási tartály minimális térfogata 10,5 liter, vagyis az ehhez legközelebbi nagyobb tartályt kell választani. A zárt tágulási tartály jobb, mint a nyitott, mert nem jut be a fűtési rendszerbe oxigén, vagyis nincs oxidációveszély, valamint nincs vízveszteség. A tartályok gumimembránnal üzemelnek. A membrán egyik oldalán a víz, a másik oldalán a levegő (néhány esetben semleges gáz) található.
Az egyik fajta tartállyal felszerelt fűtési rendszerben a nyomás folyamatosan változik. A táguló víz befolyik a tartályba, s ott összenyomja a membrán másik oldalán lévő levegőt. Ez a többletnyomás tolja vissza a vizet a fűtési rendszerbe, ha hűl a víz (3. ábra). Van olyan tartály is, ahol a víz nem érintkezik a tartály falával, hogy ezáltal csökkenjen a korrózió lehetősége. A zárt tágulási tartályok másik fajtája az állandó nyomástartójú. Az ilyen tartályban a levegő nyomását kompresszorral tartják állandó értéken. A víz tágulásakor a többletlevegőt egy szelepen keresztül a szabadba engedjük, lehűléskor pedig kompresszor nyomja vissza a hiányzó levegőt (4. ábra).
A zárt tágulási tartály méretét a következőképpen kell meghatározni.
- Vt tágulási tartály térfogata (l),
- pmeg a fűtési rendszer megengedett maximális nyomása (abszolút nyomás) (bar),
- pelő a tartály előnyomása (abszolút nyomás) (bar) és V a táguló térfogat (l).
Példaként itt is 150 liter rendszertérfogatot veszünk alapul. A táguló vízmennyiséget a már megismert képlettel tudjuk kiszámítani. Feltételezzük, hogy a szerelés 15 °C hőmérsékleten történt, s a rendszer legmagasabb átlaghőmérséklete 60 °C, akkor a táguló térfogat: V=150x4,3/100x45/100=2,9 l, kerekítve 3 liter (egyszer osztunk 100-zal, mert %, másodszor osztunk 100-zal, mert 100 °C hőmérsékletkülönbség esetén 4,3% a tágulás).
A tartály előnyomását a tartály feletti rendszermagasság határozza meg. Példaként vegyük a magasságot 5 méterre. Ez 0,5 bar nyomást jelent. Azért, hogy a rendszer biztonságosan tudjon működni, a tartály nyomását 0,2 bar-ral nagyobbra kell beállítani, s így 0,7 bar nyomása lesz üresen (1,7 bar abszolút). A rendszer nyomása 3,5 bar túlnyomás lehet a biztonsági szelep beállítása miatt, vagyis 4,5 bar abszolút nyomás.
Tehát legalább 6 literes legyen a zárt tágulási tartály, illetve az ehhez közelebbi nagyobb méret.
