Otázky 2021/3

Vedoucí a recenzent rubriky Miloš Bajgar

Otázka:

Dobrý den,

nepohybuji se v topenařině, ale momentálně plánuji rekonstrukci topení (kotel na pevná paliva + akumulace 1500 l) a právě uzavřené expanzní nádrže (250 l a 30 l) mi to komplikují.

Na stránkách dodavatele akumulačních nádrží je uveden následující postup výpočtu velikosti expanzní nádoby:

1. Stanovíme minimální provozní tlak v kotelně. Vezmeme požadovaný min. tlak výrobce kotle a porovnáme jej s hodnotou H/10. Vezmeme vyšší hodnotu z obou čísel a zvětšíme ji o 0,2. Výsledek je min. provozní tlak v kotelně p_h,min.
2. Z grafu odečteme hodnotu Dv podle známé maximální teploty T_max.
3.  Objem expanzní nádoby pak vypočteme podle vzorce:
   
   
4. Z řady expanzních nádob vybereme nejbližší vyšší velikost.
5. Před instalací expanzní nádoby (nebo nejpozději před napuštěním otopné soustavy) upravte tlak v expanzní nádobě z přednastaveného tlaku na velikost p_h,min.
6. Napusťte otopnou soustavu studenou vodou a po odvzdušnění nastavte tlak na p_h,min + 0,2

Veličiny použité ve výpočtu:

• V – vodní objem celé otopné soustavy (kotel, potrubí, otopná tělesa, ostatní zařízení) [l]
• T_max – maximální provozní teplota otopné soustavy [°C] – podle ní se v grafu vyhledá Dv [–]
• p_{h, dov} – maximální provozní tlak v otopné soustavě (nesmí být vyšší než je hodnota pojistného ventilu v kotelně) [bar]
• H – převýšení nejvyššího bodu otopné soustavy nad expanzní nádobou [m].
• p_{h, min} – minimální požadovaný tlak v kotelně (dle výrobce kotle) [bar]
• DV – poměrné zvětšení objemu vody při jejím ohřátí z 10 °C na maximální teplotu vody v otopném systému T_max [–]
• V_e – objem tlakové expanzní nádoby [l]

Skutečně se dá takto zjednodušit stanovení minimálního provozního tlaku v kotelně (p_h,min)?

Přijde mi, že takto je rozdíl výšky umístění expanzní nádoby hodně nevýznamný. Nějaká změna se projeví až od 10 m. To zbytečně vede k předimenzovávání nádob.

Přesunem uzavřené nádrže (250 l) o 3 m výše bych výpočtově čekal větší snížení potřebného objemu expanze.

Odpověď:

Předem je potřeba říct, že ze zásady nepolemizuji s výpočty výrobců. Z Vašeho dotazu není jasné, jaké schéma zapojení máte vlastně na mysli. Není jasné, jaký výkon má zdroj tepla (kotel na pevné palivo) a proč jsou uvažovány dvě expanzní nádoby. U krbu s krbovou vložkou by to přicházelo v úvahu.

Minimální provozní tlak výrobce neudává, ten se vypočítává z maximálního provozního přetlaku. Ten naopak udává každý výrobce. Podle něj a výkonu zdroje tepla se dimenzuje pojistný ventil (PV). Odtok od PV má zvětšenou dimenzi odtokového potrubí a nesmí se zužovat v souladu s ČSN EN 1717. Je to z důvodu, že při jeho otevření a propojení vyššího přetlaku vody v otopné soustavě s atmosférou vzniká pára. Ta má cca 1400 větší objem než voda. Parovodní směs by hrdlem stejné dimenze jako má přívod k PV, nebo zúženým průřezem odtokového potrubí, nemusela projít. Krátkodobé zvýšení přetlaku by mohlo poškodit ať už krbovou vložku nebo vnitřní prostor kotle.

Aby nemohlo dojít k opaření obsluhy kotelny při otevření PV, musí být odtok od PV přerušen nad kalichem, který odvádí parovodní směs do kanalizace. Takto upravený odtok od PV splňuje podmínku, aby byl i vizuálně kontrolovatelný.

Expanzní nádobu lze teoreticky připojit v kterémkoliv bodě otopné soustavy, ale je nutné vzít v úvahu tzv. nulový bod, který se v místě napojení na OS vytvoří. Nulový proto, že je v něm přetlak vody stejný jak za běhu čerpadla, tak i při jeho vypnutí. Podtlak oproti tomuto přetlaku je pak jen v krátkém úseku mezi tímto nulovým bodem a sáním čerpadla. Zbývající část OS je, vzhledem k nulovému bodu, v přetlaku.

Napojením expanze za oběhovým čerpadlem není výhodné. V závislosti na tlakovém přínosu oběhového čerpadla a výšce OS může vytvářet v nejvyšších místech soustavy podtlak, který je hlavní příčinou nasávání vzduchu a trvalém zavzdušňování OS. Při otevření odvzdušňovacích ventilů na nejvyšších místech OS za provozu z nich pak ne­vytéká voda, ale jen se přisává vzduch. Proto je v takových případech nutné odvzdušňovat zásadně při vypnutém oběhovém čerpadle.

Na přívodu k expanzi se nesmí zapomenout na uzávěr, vypouštěcí kohout a manometr. Bez toho byste vypouštěl obsah OS při každé kontrole přetlaku plynu v expanzi.

Laborovat s výškovým umístěním expanze z hlediska úspory peněz při menší expanzi postrádá smysl. Za důležitější bych považoval nechat zhotovit jednoduchý projekt autorizovaného odborníka, který je se všemi těmito skutečnostmi seznámen, zná normy, včetně potřebných výpočtů a může vám expanzi opatřit samolepicími štítky s minimálním a maximálním provozním přetlakem. Ten pak můžete za provozu kontrolovat manometrem na vodní straně. Budete pak vědět, kdy je potřeba upravit přetlak plynu v expanzi.

Měření tlaku vzduchu za provozu nemá praktický význam. Tlak je vždy stejný jak na vzduchové, tak i na vodní straně expanze. Vyrovnává se totiž přes membránu v expanzi. Skutečný tlak vzduchu zjistíte jen v případě, pokud na vodní straně expanze není tlak, jinými slovy – když v expanzi, nebo v celé otopné soustavě není voda.

To, jestli bude stačit vypustit jen malý objem vody z expanze, nebo celou soustavu, rozhoduje způsob připojení expanze. Pokud v těsné blízkosti expanze nevidíte uzávěr, vypouštěcí kohout a manometr, pak vypouštíte celý objem soustavy, viz předchozí text.

---

Otázka:

Dobrý den,

u krbové vložky s teplovodním výměníkem (výměník 10 kW) bez chladicí smyčky s uzavřenou expanzní nádobou chce kamnářská firma jako zálohu proti přehřátí při výpadku proudu instalovat záložní zdroj, který by měl oběhové čerpadlo napájet min. 6 hodin. V domě není veřejný vodovod, pouze studna.

Kamnářská firma tvrdí, že tímto splní zabezpečení proti překročení nejvyšší dovolené teploty. Já se však jako projektant domnívám, že podle ČSN 06 0830 musí být chlazení vodou nebo použít otevřenou expanzní nádobu dostatečné velikosti.

Odpověď:

Návrh a výpočet zabezpečovacího zařízení je součástí článku5 normy ČSN 06 0830 Tepelné soustavy v budovách. Zabezpečovacím zařízením zdroje tepla, zde výměník ­krbové vložky, je pojistný ventil.

Zabezpečovacím zařízením každé otopné soustavy je expanzní zařízení, které umožňuje změnu objemu vody v soustavě vlivem tepelné objemové roztažnosti, bez nedovoleného zvýšení přetlaku a bez zbytečných ztrát oběhové vody (čl.6 ČSN 06 0830).

Instalace bez projektu, jen s tvrzením kamnářské firmy, je velmi riskantní a nedá se doporučit.

Zdroje tepla na pevné palivo fungují často v rozdílných podmínkách. Suché dřevo pro vytápění může obsahovat ještě asi 20 až 30 % vlh­kosti. Je proto nezbytné vyloučit všechna rizika kondenzace zbytkové vlhkosti při spalování tím, že bude teplota zpátečky udržována na vyšší teplotě, obvykle nad 65 °C.

Hydraulický systém, který zabezpečí teplotu na výstupu z krbové vložky na potřebné hodnotě, obvykle o cca 20 K vyšší, cca 85 °C, spočívá ve vytvoření bypassu mezi výstupem a zpátečkou krbové vložky, s trojcestným směšovacím ventilem, ve spojení s oběhovým čerpadlem podle obr. 1.

Po dobu, než teplota ve vnitřním okruhu krbového výměníku dosáhne požadované teploty, je okruh jak od akumulační nádoby, tak i od otopné soustavy, a jejich společného expanzního zařízení – tlakové expanzní nádoby, odpojen. Proto je nutné i tento krátký okruh vložky vybavit, kromě pojistného ventilu, i malou tlakovou expanzní nádobou.

Ochlazovací smyčka je bezpečnostním zařízením krbového výměníku, které musí být nezávislé na elektrické energii. Jen tak dokáže, přes spirálový výměník zabudovaný do krbové vložky, zabránit jeho přetopení, v horším případě jeho explozi.

Ventil na vstupu studené vody do ochlazovací smyčky musí za provozu zůstat otevřený. Nejlépe s vizuální kontrolou nebo s odebráním ovládací páčky kulového kohoutu. Regulační ventil na výstupu (obvykle solenoidový, pod proudem uzavřený), se otevírá ve dvou případech. Pokud teplota na výstupu z krbové vložky překročí 95 °C, nebo v případě výpadku elektrického napětí. Ohřátá voda se odvádí do odpadu tak, aby její průtok byl vizuálně kontrolovatelný. Přívod studené vody musí mít tlak 2,0 až 5,0 bar a nesmí být závislý na elektrickém napětí.

Studená voda z vlastní studny není při výpadku proudu použitelná – její čerpání je závislé na elektrickém napětí.

Pokud si představíme akumulační nádobu, nabitou na teplotu 85 °C a krb při plném provozu s výkonem 10 kW, doplněný maximálním objemem paliva, pak záložní zdroj elektrické energie pohánějící oběhové čerpadlo přebytečné teplo neodvede. Čím to je, se můžete dozvědět v připravovaném článku autora na toto téma, který vyjde v některém z příštích čísel Topenářství.

Navíc se může stát, že se trojcestný ventil při poruše nepřesune do polohy, která by umožnila průtok vody z vložky do akumulační nádrže. Ani v takovém případě nám náhradní zdroj elektrické energie pohánějící čerpadlo nepomůže odvést přebytečné teplo.

Co říct na závěr? Kamnáři a topenáři určitě umí dobře svoje řemeslo. Horší už je to s jejich výkladem norem, výpočtem pojistných ventilů, expanzních nádob, způsobem jejich napojení k otopné soustavě, výpočtem přetlaků na straně vody a plynu. Nejvíce chyb udělají při kombinaci krbu s krbovým s výměníkem s jiným zdrojem tepla. Do těchto oblastí by již neměli vstupovat.

Odpovídal: Ing. Miloš Bajgar, autorizovaný inženýr pro techniku prostředí staveb, projektová kancelář tepelné techniky, Praha; člen redakční rady Topenářství instalace