Ekspansionsbeholder til varmesystem: konstruktion, beregning og valg af bedste mulighed

En korrekt valgt og professionelt installeret ekspansionsbeholder til varmesystemet forhindrer svigt og opretholder trykket på det nødvendige niveau. Den fungerer som en reserve for vand, der udvider sig ved opvarmning. Afhængigt af systemtypen kan den indbyggede ekspansionsbeholder være af åben eller lukket type.

Vi forklarer, hvordan man vælger en reservebeholder afhængigt af det anvendte varmesystem. I artiklen beskrives konstruktionsegenskaber og installationsspecifikationer for ekspansionsbeholdere. Der gives anbefalinger, hvis overholdelse sikrer optimal drift af enhver type varmekreds.

Ekspansionsbeholdere af åben type

Et karakteristisk træk ved ekspansionsbeholdere af åben type er kontakt mellem varmemediet og atmosfæren. Cirkulationen i systemer med denne type ekspansionsbeholder er konvektionsbaseret. Ved opvarmning stiger væskevolumenet, og overskuddet absorberes af beholderen.

Når temperaturen falder, vender væsken tilbage af sig selv ved hjælp af tyngdekraften.

På grund af nul tryk i beholderen kræver enheden ikke en stærk metalkonstruktion, derfor:

• der kan anvendes ethvert metal til fremstilling af huset;
• der kan anvendes en færdig beholder af varmebestandig plast;
• beholderens form er ikke afgørende.

I sommerhuse kan sådant udstyr samles af tilgængelige materialer. Som beholder kan man bruge en plastikdunk eller -tønde med en indløbsstuds og et overløbsrør.

Ekspansionsbeholdere af åben type kan fremstilles i form af en rektangulær beholder med et utæt låg på den øverste flade

Udseendemæssigt er det en almindelig metalbeholder, hvis øverste flade har et hul til vedligeholdelse og påfyldning af væske. Et utæt låg beskytter mod blokering. I bunden eller på sidefladen er der monteringsbeslag.

Åbne varmesystemer bruges i lavhuse, hvor mængden af varmeoverføringsvæske og længden af varmeledninger er forholdsvis lille.

Installationskravene er enkle:

• Ekspansionsbeholderen placeres på det højeste punkt på tilførselsledningen;
• Tilførslen tilsluttes beholderen via et rør;
• For afløb af overskydende væske indsættes en overløbsåbning over det beregnede niveau.

For at sikre naturlig cirkulation anbefales det at bruge rør med større diameter ved installation.

Den åbne konstruktion placeres på det øverste punkt, hvorfra væsken løber ved tyngdekraft

Normalt forsøger man at montere beholderen i et opvarmet rum, på en velisoleret støvet loft; hvis det ikke er muligt, skal beholderen isoleres. Tilstedeværelsen af isolering forhindrer, at væsken fryser og systemet mister funktionalitet.

Ekspansionsbeholdere af lukket type

Det konstruktive særkende ved lukkede beholdermodeller er fuldstændig tæthed, hvilket gør det muligt at opretholde det nødvendige tryk for cirkulation på ethvert punkt i systemet.

Beholderen er indvendigt opdelt af en membran i en luft- og en væskedel. Hver af rummene er helt tætte – den kvælstofholdige blanding fra luftdelen blandes aldrig med varmeoverføringsvæsken, der fylder væskedelen.

Arbejdsprincippet for den lukkede ekspansionsbeholder er, at den opvarmede væske fra systemet presses ind i beholdervæskedelen og begynder at trykke på den tætte membran fra sin side. Skillevæggen deformeres og påvirker luftdelen og komprimerer den.

Som følge heraf reduceres rumfanget af beholderens luftkammer, og gassen i den komprimeres. Denne situation bidrager til en trykstigning i systemet. Så snart trykket normaliseres, presses varmebæreren tilbage fra væskerummet.

Hvis trykket stiger hurtigt, udløses sikkerhedsventilen, når den kritiske væskemængde i beholderen nås. Som et resultat fjernes overskydende varmebærer fra beholderen.

Lukket konstruktion er fuldstændig tæt. I dens nederste del er der en flange med indløbsrør, og i den øverste del er der en nippel til påfyldning af gas.

Afhængigt af formen opdeles alle lukkede ekspansionsbeholdere til installation i varmesystemet i følgende typer:

1. Kugleformede – en type membrankonstruktion med en elastisk skillevæg. Når væske tilføres, strækker den sig og optager hele overskudsvolumenet. Selve beholderen har form som en kugleformet kapsel.
2. Ovale – en anden type membranhydraulikkompensatorer. Ekspansionsbeholderens ballon er traditionelt opdelt af en fleksibel membran i et gas- og et væskekammer, men husets konfiguration har en noget langstrakt vertikal form.

Udvendigt er ovale ekspansionsbeholdere cylindriske balloner malet røde. På den ene side er der en nippel til at skabe tryk i gaskammeret, på den anden side et rør, hvorigennem tilslutning til systemet sker.

På huset er der svejset fastgørelsesbeslag, som muliggør vægmontering af udstyret og kan bære dets driftsvægt. Den kugleformede variant af beholderen adskiller sig kun fra den ovale i form.

Membran lukkede ekspansionsbeholdere opdeles i membran- og blæretyper.

I systemer af lukket type kan tyngdekraftscirkulation ikke opnå det nødvendige trykniveau. Derfor inkluderes en cirkulationspumpe.

Selve ekspansionsbeholderen kan installeres hvor som helst i systemet, men under montagearbejdet bør følgende anbefalinger tages i betragtning:

• det bedste sted at installere den er på returledningen, før pumpens tilslutningspunkt;
• tilførslen af varmemediet bør ske oppefra, da det mindsker luftindtrængning og sikrer drift ved beskadigelse af membranen;
• manglende primærvolumen kan kompenseres ved at installere en ekstra ekspansionsbeholder med mindre kapacitet.

Under installationen er det tilladt at tage hensyn til rummets indretning, hvis det er nødvendigt. For at kontrollere trykket i varmesystemet skal ekspansionsbeholderen være udstyret med en trykmåler.

En lukket ekspansionsbeholder placeres normalt før kedlen, før installationspunktet for cirkulationspumpen.

Muligheden for at placere den tæt på kedlen fjerner behovet for isolering af beholderen. Udstyret befinder sig i et varmt rum, hvilket giver nem betjening.

Hvilken konstruktion er bedst?

Systemer adskiller sig med hensyn til fordele og ulemper afhængigt af ekspansionsbeholderens design og materiale. Men ifølge eksperter og erfarne brugere har de lukkede varianter funktionelle fordele.

Fordele og ulemper ved åben beholder

Et selvcirkulerende system kræver rør med større diameter, hvilket direkte øger omkostningerne. Budgettet for etablering af et åbent varmesystem med en åben ekspansionsbeholder stiger en smule, men forbliver relativt lavt.

De største fordele ved denne variant er enkelhed samt lave omkostninger til komponenter og installation. En anden positiv egenskab er, at der ikke er behov for at kontrollere trykniveauet.

En åben ekspansionsbeholder til små systemer kan samles af improviserede materialer, og installationen er også enkel.

Dog er der betydeligt flere ulemper:

• brug af frostvæske er farligt på grund af giftige dampe;
• installationsmulighederne er kun begrænset til systemets højeste punkt;
• konstant kontakt med atmosfæren øger risikoen for luftlommer og korrosion;
• langsom opvarmning;
• temperatursvingninger, der følger med konvektionscirkulation, fremskynder slitage på udstyret;
• anvendes i opvarmning af lavhuse, maksimalt to etager;
• store varmetab og energiforbrug til opvarmning.

Endnu en ulempe ved åbne systemer – tab ved fordampning og overløb. Derfor skal man ved montering af tanken sørge for, at påfyldningsåbningen er tilgængelig.

Fordele og ulemper ved lukket beholder

Hvis åbne ekspansionsbeholdere vinder på pris og montagevenlighed, så er funktionaliteten den stærke side ved den lukkede beholder, som også kaldes ekspansomat. Netop dem bruges i opbygningen af lukkede varmesystemer, der ikke har direkte kontakt med atmosfæren.

Ekspansomater har følgende fordele:

• fuldstændig tæthed gør det muligt at bruge frostvæske;
• placeringen af ekspansionsbeholderen påvirker ikke systemets funktion;
• isolering af beholderens indre rum minimerer risikoen for luftlommer og korrosion;
• efter opstart varmer systemet hurtigere op, er mere følsomt over for regulering af temperaturindstillinger;
• mindre forskel mellem driftsforholdene for fremløb og retur, hvilket forlænger levetiden;
• kræver ikke montering af rør med stor diameter, hvilket sparer på opbygningen;
• kræver ikke konstant opmærksomhed på væskeniveau og -tilstand;
• mulighed for anvendelse i systemer designet til flere etager;
• små varmetab, der reducerer omkostningerne ved drift af udstyret.

Ved valg af ekspansionsbeholdere af denne type kan man støde på tætte beholdere med ikke-adskillelig konstruktion. Hvis membranen svigter, må beholderen udskiftes med en ny.

For at kontrollere arbejdstrykket monteres der en manometer på beholderen, og for at fjerne overskydende luft installeres en automatisk eller mekanisk luftudløser.

Blandt ulemperne er det vigtigt at bemærke konstruktionens kompleksitet og særlige materialekrav, som øger udstyrsomkostningerne. Hertil kommer behovet for konstant trykovervågning og genoprettelse af tryk ved behov.

Regler for beregning af beholderens kapacitet

En ekspansionsbeholder af enhver type vil kun være effektiv, hvis volumen er korrekt valgt. Her skal man tage højde for væskens ekspansion under opvarmning. Vand i varmekredse ekspanderer med mindst 3 % af vandsystemets samlede volumen, frostvæske – næsten 5%.

Væsker tilhører kategorien af ikke-komprimerbare medier, så beholderen skal give tilstrækkelig reserve til termisk ekspansion med en vis margin. Hvis kredsen er helt fyldt med varmebærer, kan selv den beregnede termiske ekspansion føre til, at væske slippes ud gennem sikkerhedsventilen og spildes på gulvet.

For at en overskridelse af den ekspanderende varmebærers volumen ikke fører til uheld, anskaffes lukkede beholdere til små kredse i private hjem, så deres volumen svarer til 10 % af den samlede volumen af varmebæreren, der cirkulerer i systemet. Denne regel gælder for systemer med en kapacitet på op til 150 liter.

Hvis der cirkulerer mere end 150 liter varmebærer i varmekredsen, beregnes den lukkede beholders kapacitet ved at gange væskens samlede volumen med dens ekspansionskoefficient ved de specifikke værdier af arbejdstemperaturen i systemet.

Til den opnåede værdi skal der lægges størrelsen af vandlåsen, dvs. volumen af varmebærer, der dannes i beholderen som følge af standard statisk tryk fra væsken. For store varmekredse er denne værdi som regel 0,5 % af den samlede volumen af varmebærer, for små beholdere med kapacitet op til 150 liter antages den at være 20 %.

Den opnåede sum multipliceres med en korrektionsfaktor, der bestemmes ud fra værdierne af det foreløbige og endelige tryk i varmesystemet. Det foreløbige tryk antages ud fra, at der er 1 bar pr. 10 meters højde af kredsen. Det endelige tryk dannes som følge af systemets drift.

Beregningen af volumen for en lukket beholder til store komplekse varmekonstruktioner ser således ud:

I beregningerne er brugt: Vn – nominel volumen af den lukkede beholder; Ve – varmebærerens volumen ved termisk ekspansion (beregnes efter formlen Vsystem × n%, hvor n er varmebærerens termiske ekspansionskoefficient); Vv – vandlås; po – foreløbigt tryk; pe – endeligt tryk, som er lig med værdien af sikkerhedsventilens maksimale tryk minus 0,5 bar.

Kapaciteten af åben type er ikke strengt reguleret af standarder, men der er en regel: volumenet af den åbne beholder op til overløbsrøret skal være 3,5 – 4 % af den samlede mængde varmemedie i varmekredsen.

En sådan vurdering er tilstrækkelig for et lille sommerhus, men en bygning til permanent beboelse kræver en mere nøjagtig beregning. Først og fremmest skal man finde ud af varmesystemets samlede volumen.

Metoder til beregning af den samlede varmekapacitet

Denne værdi kan bestemmes med forskellig nøjagtighed på tre hovedmåder. For det første ud fra kedlens specifikationsdata. For hver enhed af kedeludstyrets effekt kræves der cirka 15 liter væske. For at få de nødvendige data skal man gange 15 med kedlens effekt, som er angivet i den tekniske specifikation.

For det andet kan man finde volumenet ved hjælp af en vandmåler, når systemet fyldes. Under påfyldningen registreres mængden af anvendt væske. Dette er en mere nøjagtig, men besværlig mulighed.

Den tredje metode går ud på at beregne det samlede volumen af alle elementer i varmesystemet. Dette er den mest nøjagtige mulighed. Kapaciteten af kedlens varmeveksler, radiatorer, konvektorer, måleinstrumenter kan findes i specifikationerne. Til beregning af rørenes kapacitet anvendes data fra en tabel.

Tabellen viser rørstørrelser i tommer og deres volumen i liter pr. meter, som bruges til at beregne det samlede volumen.

Tabellen viser rørenes volumen pr. meter længde, fremstillet af de mest almindelige og moderne materialer. Den indvendige diameter er angivet i tommer fra 0,5 til 1,5 enheder.

Endnu en metode, der hævder høj nøjagtighed, er beregning efter formlen:

Vtotal = π x D2 x L/4,

hvor:

• π – er lig med 3,14;
• D – angiver rørenes indvendige diameter;
• L – angiver systemets rørledningslængde.

Efter at have indhentet de nødvendige data, summeres de, og systemets samlede volumen opnås, som bruges i videre beregninger.

Trin og formler for hele beregningscyklussen til projektering og organisering af opvarmning af et privat hus findes her. Vi anbefaler, at du gør dig bekendt med den nyttige information.

Valg af ekspansionsbeholder ved hjælp af tabel

Hvis de nødvendige data er tilgængelige, kan den optimale ekspansionsbeholder vælges i henhold til en tabel over volumener og beregnet tryk.

Systemets samlede volumen beregnes efter den angivne metode, trykparametrene er kun relevante for lukkede versioner og er angivet i udstyrets specifikationer.

Data fra tabellen gør det muligt at vælge en ekspansionsbeholder med volumen fra 4 til 300 liter

Denne mulighed kræver ingen specielle beregninger, bortset fra beregning af systemets samlede volumen. Brugen af tabellen gør valget af en ekspansionsbeholder med den nødvendige tankkapacitet meget lettere og hurtigere.

Brug af formler til beregning

Hvis tabeldataene ikke er tilstrækkelige, er der mulighed for selv at beregne den nødvendige kapacitetsindikator.

Herfor anvendes følgende formel:

Vb = Vc x k/D,

hvor:

• Vb – angiver den ønskede kapacitet for ekspansionsbeholderen;
• Vc – systemets samlede kapacitet;
• k – væskens udvidelseskoefficient ved opvarmning;
• D – ekspansionsbeholderens effektivitetskoefficient.

Af de nødvendige data til beregningen forbliver koefficienterne k og D ukendte. Den første er en tabelværdi, og den anden beregnes med en separat formel.

Der findes også og anvendes en tabel for termisk udvidelse. Den gør det muligt at bestemme koefficienten for systemer med vand eller frostvæske. Værdien er ikke lineær, den ændrer sig ved opvarmning afhængigt af tilstedeværelsen og koncentrationen af glykol i væsken.

Ved hjælp af disse data kan parametrene for væskens udvidelseskoefficient ved opvarmning (k) bestemmes, som er nødvendige for at beregne ekspansionsbeholderens volumen.

For vand sættes ethylenglykolkoncentrationen til «0», for frostvæske bestemmes koncentrationen ud fra producentens opgivne data. Opvarmningstemperaturen anses for at være driftstemperaturen for det pågældende system.

For selv at beregne ekspansionsbeholderens effektivitetskoefficient anvendes formlen:

(Qm – Qb) : (Qm + 1),

hvor:

• Qm – systemets maksimale tryk i henhold til sikkerhedsventilens nominelle udløsningsgrænse;
• Qb – det forudindstillede tryk i ekspansionsbeholderens luftkammer ifølge databladet.

Hvis den sidste parameter er ukendt, måles den ved pumpning eller ved at udlufte gennem beholderens nippel.

Andre beregningsmetoder

Ud over selvberegning ved hjælp af formler og tabeller findes der alternative metoder. En tilgængelig beregningsmulighed er hjælp fra en online-beregner.

Der er ingen mangel på netværksressourcer, der tilbyder online-beregning af den ønskede værdi. De findes nemt ved en søgning med et nøgleord.

En anden mulighed for at få de nødvendige data er at henvende sig til professionelle designere. Dette er den mest pålidelige metode, men præcisionen af den opnåede information vil være ret dyr.

Reglerne for installation og tilslutning af lukkede og åbne ekspansionsbeholdere præsenteres i den følgende artikel, der er dedikeret til disse emner.

Hvordan vælger man en ekspansionsbeholder korrekt?

Det anbefales at beslutte sig for typen af varmesystem allerede i planlægningsfasen. Valget af beholder udskydes normalt til perioden efter opførelsen af bygningen, når systemet er installeret, og dets volumen er kendt.

Ved valg af den optimale ekspansionsbeholder anbefales det:

• at fokusere på volumenet af den lukkede ekspansionsbeholder, der overstiger værdien af varmebærerens termiske udvidelse;
• Når du køber, skal du være opmærksom på tilslutning, beholderens form og placeringen af stik til fastgørelse – dette vil undgå uventede overraskelser under monteringen;
• Det er vigtigt, at du er opmærksom på instruktionen på huset, som indeholder nyttig information om installation og tekniske parametre.

Når du køber, er det bedst at satse på en pålidelig producent, selvom deres beholdere koster mere. Dette vil sikre holdbarheden af varmesystemet, dog under forudsætning af korrekt drift og regelmæssig vedligeholdelse.

Før tilslutning indstilles forudtrykket i gasrummet på membrantanken til en værdi, der svarer til det statiske tryk fra varmebærersøjlen i varmekredsen. Indstillingen foretages med en almindelig bilpumpe og kontrolleres med en manometer.

Det vigtigste er ikke at købe en kedelbeholder til varmesystemet – de er helt forskellige i deres tekniske specifikationer

Du må ikke forveksle ekspansionsbeholdere til varmesystemer og hydroakkumulatorer til koldtvandsforsyningslinjer. De adskiller sig i udseende og konstruktion. Førstnævnte er malet røde og er normalt ikke adskillelige, sidstnævnte har en blå farve og er udstyret med en aftagelig flange til reparation af membranen.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Videoen hjælper dig med at beslutte parametrene for ekspansionsbeholderen af lukket type og forstå forskellene mellem beholdere til opvarmning og kedelsystemer:

Arbejdsprincippet og funktioner ved valg af beholder i videoklippet:

Varmesystemet i et privat hus kan udføres efter en åben eller lukket ordning, hvilket kræver installation af en ekspansionsbeholder af passende konstruktion. Den afgørende faktor for dens funktionalitet er volumen, som du kan beregne selv eller overlade til professionelle designere.

Velvalgt udstyr hjælper med at opretholde den nødvendige væskemængde i det åbne system og opretholde arbejdstrykket i den lukkede opvarmning.

Skriv venligst kommentarer i feltet nedenfor. Del din egen erfaring med at samle varmekredse med ekspansionsbeholder og nyttig information til besøgende på siden. Stil spørgsmål, publicer billeder om artiklens emne.