Τεχνική Ακαδημία

Στο πρότυπο ΕΛΟΤ EN 12828/2012 «Design for water-based heating systems» (Μελέτη συστημάτων θερμάνσεως νερού, το οποίο αποτελεί συνέχεια του DIN4807-3) και στο Παράρτημα D δίνονται οι διαδικασίες υπολογισμών δοχείων διαστολής τύπου μεμβράνης ή κύστεως , και αναλυτικά στην αναφορά: Technisches Handbunch VorDruckGefasseVer. 01/2020-de.

Το μέγεθος του δοχείου διαστολής μεμβράνης υπολογίζεται από τον τύπο:

όπου:

V_N,ελχ, ο ελάχιστος απαιτούμενος ονομαστικός όγκος του δοχείου διαστολής σε λίτρα (L)

V_WR, ο αποθεματικός όγκος νερού στο δοχείο πίεσης, υπολογιζόμενος ως:

όπου:

V_ex, ο όγκος διαστολής [L] ο οποίος δίδεται από τον τύπο:

όπου:

P_θμεγ και P_θελχ, η πυκνότητα του νερού στη μέγιστη και ελάχιστη θερμοκρασία, e, ο συντελεστής διαστολής και V_s, το συνολικό περιεχόμενο του συστήματος κρύου νερού [L].

Υπολογισμός ελάχιστης πίεσης ή προσυμπίεσης

Η τιμή του p₀ επιλέγεται έτσι ώστε να αποφεύγεται η σπηλαίωση στις αντλίες και στις βαλβίδες σε λειτουργικές συνθήκες. Επιπλέον, χρειάζεται να ληφθούν υπόψη και οι ελάχιστες απαιτήσεις πιέσεως άλλων εξαρτημάτων του συστήματος κατά τον προσδιορισμό του p₀.

Συνιστάται επίσης η πρόσθεση τουλάχιστον 0,2 bar και της σχετικής πίεσης από το στατικό ύψος p_st. Για δοχεία διαστολής διαφράγματος η πίεση προσυμπιέσεως αέρα του δοχείου διαστολής είναι ίδια με την ελάχιστη πίεση λειτουργίας p₀. Ο υπολογισμός της προπιέσεως p₀ (προσυμπιέσεως) του συστήματος γίνεται κατά EN 12828 με βάση τον τύπο:

όπου:

p₀: προπίεση, προσυμπίεση του αέρα του δοχείου διαστολής [bar]

p_st: σχετική πίεση από το στατικό ύψος hst, η οποία προκύπτει μόνο από τη διαφορά ύψους μεταξύ της θέσης του δοχείου διαστολής και του υψηλότερου σημείου του συστήματος θέρμανσης, όπου τα 10m στήλης νερού ισοδυναμούν με πίεση περίπου 1 bar.

p_v: η σχετική πίεση ατμού (πάνω από την ατμοσφαιρική) σε σχετική θερμοκρασία ασφαλείας (υψηλή θερμοκρασία). Οι τιμές για την πίεση ατμών είναι συνήθως τιμές για καθαρό νερό χωρίς πρόσθετα κατά της κατάψυξης.

Υπολογισμός της υψηλής πίεσης

Το σύμβολο p_fin δείχνει την υψηλότερη τελική πίεση σχεδιασμού στο εύρος λειτουργίας του συστήματος θέρμανσης. Δεν πρέπει να είναι υψηλότερη από την καθορισμένη πίεση της βαλβίδας ασφαλείας p_sv μείον μια διαφορά από την υπερπίεση κλεισίματος p_SD (Παράρτημα Ε του πρότυπου ΕΛΟΤ EN 12828):

Τέλος, η πίεση της βαλβίδας ασφαλείας p_sv ρυθμίζεται με βάση την πλέον ευαίσθητη στην πίεση συσκευή στο θερμοϋδραυλικό κύκλωμα (π.χ. το όριο πιέσεως στο λέβητα), ή σε ένα δοχείο αποθήκευσης νερού ή στο όριο αντοχής των πλαστικών σωληνώσεων (<10 bar).

Η ελάχιστη πίεση της βαλβίδας ασφαλείας υπολογίζεται από τον τύπο:

Περιεκτικότητα νερού στο σύστημα

Η περιεκτικότητα σε νερό του συστήματος V_s περιλαμβάνει το νερό των αγωγών, των θερμαντικών σωμάτων/επιφανειών θέρμανσης, των γεννητριών θερμότητας και των συνδεδεμένων βοηθητικών κυκλωμάτων.

Εάν δεν είναι εφικτός ένας ακριβής υπολογισμός, θα πρέπει να δίδεται ιδιαίτερη προσοχή στην εκτίμηση του όγκου. Εάν ο όγκος νερού των επιμέρους συστατικών δεν είναι γνωστός, ο όγκος νερού ολόκληρου του συστήματος μπορεί επίσης να προσδιοριστεί κατά προσέγγιση χρησιμοποιώντας την ονομαστική θερμαντική ικανότητα της γεννήτριας θερμότητας Φ (π.χ. λέβητας ή αντλία θερμότητας) και τον ειδικά προσδιοριζόμενο όγκο νερού f για κάθε συγκεκριμένο σύστημα: 

Vs = f ∙ Φ

Έτσι έχουμε: 

• 17 L/kW, Λέβητες με θερμοπομπούς ή ενδοδαπέδιο σύστημα.
• 15 L/kW, Λέβητες με θερμαντικά σώματα.
• 13 L/kW, Λέβητες με θερμαντικά πανέλα.
• 9 L/kW, Θερμαντήρες αέρα, κεντρικές κλιματιστικές μονάδες και στοιχεία ανεμιστήρα.

Επιλογή και διαστασιολόγηση δοχείου διαστολής τύπου μεμβράνης

Η επιλογή του ονομαστικού όγκου του δοχείου διαστολής μεμβράνης γίνεται με τον εξής τύπο:

V_N > V_Νελχ

Όπου το V_Νελχ προσδιορίζεται από τον τύπο 4. Για δοχεία διαστολής διαφράγματος, η αρχική πίεση pini και συνεπώς η ορθή διαστασιολόγηση για το επιλεγμένο δοχείο πρέπει να επιβεβαιώνεται ως εξής:

Εάν η εξίσωση δεν ικανοποιείται, τότε θα πρέπει να αυξάνεται ο όγκος V_N του δοχείου διαστολής ώστε αυτό να συμβεί.

Παράδειγμα

Να υπολογιστεί ο απαιτούμενος ελάχιστος όγκος δοχείου διαστολής καθώς και η προπίεση p₀ για ένα δοχείο διαστολής μεμβράνης σε μία εγκατάσταση με περιεχόμενο νερού V_s = 320 L και ένα υδροστατικό ύψος hst = 8m στήλης νερού. Η μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας φτάνει τους 95 ^oC.

Επίλυση

1. Υπολογισμός της προπιέσεως p₀ από τον τύπο (4):

p₀ = p_st + 0,2 + p_v = 0,8 + 0,2 + 0 = 1 bar

όπου p_v = 0, διότι η θερμοκρασία είναι κάτω των 100 ^oC και η πίεση κορεσμού είναι μικρότερη από την ατμοσφαιρική (υποπίεση).

2. Υπολογισμός ονομαστικής πίεσης της βαλβίδας ασφαλείας

P_sv από τον τύπο (7):

P_sv = p_st + 2 + p_V = 0,8 + 2 + 0 = 2,8 bar.

Επειδή το αποτέλεσμα είναι κάτω των 3 bar, λαμβάνεται P_sv = 3 bar

3. Υπολογίζεται η τελική πίεση P_fin = P_sv - P_SD = 3 - 0,3 = 2,7 bar.

4. Υπολογισμός του συντελεστή διαστολής και του V_ex από τον τύπο 6 για θερμοκρασίες 95 ^oC και 10 ^oC:

V_ex = V_s x e =320 x 3,8% = 12,2 L

5. Υπολογισμός του αποθεματικού όγκου νερού V_WR από τον τύπο 5:

Επειδή είναι μικρότερο του 3 λαμβάνεται V_WR = 3L.

6. Υπολογισμός του V_Νελχ από τον τύπο 4:

Επομένως ο απαιτούμενος όγκος του δοχείου διαστολής μεμβράνης είναι 38,1 L με αρχική προσυμπίεση του δοχείου στο 1 bar.

Εάν το δοχείο διαστολής τοποθετηθεί στο ψηλότερο σημείο του κυκλώματος, τότε hst = 0 και επομένως η πίεση p0 στο βήμα 1 ανωτέρω θα γίνει:

p₀ = p_st + 0,2 + p_v = 0 + 0,2 + 0 = 0,2 bar

Επομένως αντικαθιστώντας τον τύπο 1 προκύπτει:

Δηλαδή διαπιστώνεται ότι όταν το δοχείο διαστολής τοποθετείται στο ψηλότερο σημείο του κυκλώματος, τότε το δοχείο διαστολής υπολογίζεται πολύ μικρότερο σε πολυώροφες εγκαταστάσεις.

* Ο κ. Απόστολος Ευθυμιάδης είναι δρ. μηχανικός ΜΙΤ (1984), διπλωματούχος μηχανολόγος – ηλεκτρολόγος μηχανικός ΕΜΠ (1978), ενεργειακός σύμβουλος ΠΟΜΙΔΑ / UIPI.