Naczynie membranowe instalacji CO i CWU instalacji solarnej pełni bardzo ważne zadanie. Ma na celu zapewnić, aby ciśnienie w instalacji w każdym czasie nie przekroczyło właściwych wartości. Naczynie przeponowe chroni zatem instalację, a dokładnie zabezpiecza zawór bezpieczeństwa przed wczesnym zadziałaniem oraz chroni instalacje przed kawitacją. Zapewnia równoważenie wahania objętości czynnika w instalacji, które następuje w wyniku zmiany temperatury. Naczynie pełni też częściowo funkcję bufora medium grzewczego, które dzięki temu może być natychmiast uzupełnione w przypadku jakichkolwiek strat powstałych w wyniku pracy systemu.
Bardzo ważny jest dobór naczynia przeponowego w instalacji. Jeśli dobór ten nie będzie przeprowadzony poprawnie możemy się spotkać z następującymi problemami:
- zasysanie powietrza w zimnej części instalacji, w wyniku powstawania podciśnienia;
- uszkodzenia urządzeń, które pracują na instalacji (pompa, wymiennik kotła);
- głośna praca instalacji;
- korozja;
- brak prawidłowej pracy odpowietrzników.
Budowa naczynia przeponowego
Membranowe naczynie ciśnieniowe to nic innego jak zbiornik ciśnieniowy, podzielony na dwie przestrzenie. Jedna komora posiada kontakt z instalacją, a druga komora jest napełniona azotem/powietrzem.
Zasady działania zbiornika przeponowego
W momencie, kiedy instalacja osiąga wyższą temperaturę, to medium zwiększa swoją objętość. Naczynie przeponowe ma za zadanie przejąć nadmiar czynnika grzewczego, czego efektem jest brak nadmiernego wzrostu ciśnienia w instalacji. Jeśli instalacja grzewcza przestaje być zasilana źródłem ciepła, objętość czynnika grzewczego zmniejsza się. Sprężony azot zgromadzony w naczyniu przeponowym ponownie wtłacza do systemu grzewczego zgromadzony czynnik w naczyniu przeponowym.
Rysunek 1. Ciśnienie wstępne – ciśnienie w poduszce gazowej, brak wody w naczyniu, membrana jest dociskana do ścianek naczynia przeponowego. Ciśnienie należy dostosować do parametrów instalacji, w której zamontowane jest naczynie.
Rysunek 2. Instalacja zimna. Membrana jest dociskana przez medium, które jest wprowadzone do instalacji i kontrolowane przez ciśnienie napełniania.
Rysunek 3. Ciśnienie maksymalne. Przyrost objętości wody, maksymalny, spowodowany wzrostem ciśnienia w instalacji, w wyniku maksymalnych temperatur zasilania.
Dobór naczynia przeponowego w instalacji
Do wstępnego obliczenia pojemności naczynia wzbiorczego przeponowego potrzebne są wartości czterech parametrów:
- pojemności instalacji grzewczej;
- temperatura jaką będzie zasilany system;
- ciśnienie początkowe w instalacji;
- ciśnienie końcowe w instalacji.
Czym charakteryzuje się pojemność wodna całej instalacji grzewczej?
- Pojemność źródła ciepła;
- pojemność rozdzielaczy;
- pojemność odbiorników ciepła;
- pojemność innych urządzeń, które są zamontowane na instalacji (bufory, pojemność wężownic grzewczych w zbiornikach CWU, sprzęgła hydrauliczne).
Obliczenia dla nowo powstającego systemu instalacyjnego są prostsze, ponieważ wszystkie dane są dostępne oraz często obliczenia widnieją na projekcie instalacji CO, CWU, solarnej. W przypadku starych instalacji grzewczych, często nie ma możliwości dysponowania informacjami technicznymi, trudno jest zidentyfikować informację dotyczące zładu wody poszczególnych elementach instalacji. Bardzo często muszą wystarczyć oszacowane wartości pojemności systemu.
Poniżej przedstawiamy tabele, które mogę być pomocne przy przybliżonym określeniu pojemności wodnych.
| Przewody rurowe | ||||||||
| DN | 10 | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 60 |
| Cale | 3/8 | 1/2 | 3/4 | 1 | 11/4 | 11/2 | 2 | 21/2 |
| Litr/m | 0,13 | 0,21 | 0,38 | 0,58 | 1,01 | 1,34 | 2,10 | 3,20 |
| Odbiorniki ciepła | |
| Radiatory | 12,0 L/kW*K |
| Grzejniki płytowe | 8,8 L/kW*K |
| Nagrzewnice | 6,9 L/kW*K |
| Konwektory | 5,1 L/kW*K |
| Ogrzewanie podłogowe | 20,0 L/kW |
W zależność od obliczeniowej temperatury zasilania objętość medium się zmienia. Sugeruje się wówczas pojemność wodną odbiorników pomnożyć przez współczynnik korekcyjny.
| Temperatura zasilania [0C] | Współczynnik korekcyjny K | Temperatura zasilania [0C] | Współczynnik korekcyjny K |
| 50 | 3,13 | 75 | 1,26 |
| 55 | 2,44 | 80 | 1,12 |
| 60 | 2,00 | 85 | 1,04 |
| 65 | 1,69 | 90 | 1,00 |
| 70 | 1,45 |
Wyznaczenie przyrostu objętości wody grzewczej Ve
- Ve – określa przyrost objętości wody grzewczej od temperatury napełniania, zimna instalacja 10°C do maksymalnej temperatury zasilania.
- Ve – przyrost objętości wody.
- Va – pojemność instalacji grzewczej.
- n – współczynnik rozszerzalności cieplnej wody, odniesiony do temperatury napełniania 10 0C wyrażony w procentach.
Wyznaczenie zapasu wody Vv
Celem określenia tej wartości jest zapewnienie uzupełniania wody grzewczej powstałej w wyniku niewielkich strat.
Przy pojemności nominalnej naczynia przeponowego Vn<15l
- Vv= 20% Vn
Przy pojemności nominalnej naczynia przeponowego Vn>15l
- Vv=0,5 Va, ale przynajmniej 3 lity (zalecane 1 %)
Wyznaczenie pojemności nominalnej naczynia przeponowego Vn
Pojemność nominalna naczynia przeponowego wynosi przynajmniej
- Vn=(Ve+Vv)
pe – ciśnienie końcowe; ciśnienie to odpowiada maksymalnemu ciśnieniu w instalacji grzewczej i musi być mniejsze, niż ciśnienie zadziałania zaworu bezpieczeństwa (psv)
pe= psv – Δpa
Δpa -różnica ciśnień zadziałania zaworu bezpieczeństwa
p0 – wstępne ciśnienie w komorze naczynia przeponowego napełnione gazem, gdy ciśnienie w komorze połączonej z wodą grzewczą jest zerowe. Przy pierwszym montażu, należy dostosować wstępne ciśnienie naczynia do statycznej wysokości. Jeśli te wysokości są małe, to zaleca się, aby ustawić wstępne ciśnienie w naczyniu przeponowym na 0,75 bara, celem wyeliminowania zjawiska, jakim jest kawitacja.
Wyznaczenie ciśnienia napełniania instalacji (pf)
pf – ciśnienie napełniania wodą, aby naczynie przeponowe mogło przyjąć jej obliczony zapas bezpieczeństwa.
Jako Vn należy przyjąć pojemność nominalną wybranego naczynia.
