Zárt tágulási tartállyal ellátott fűtési rendszer nyomásviszonyai

A zárt rendszerben kialakuló nyomásviszonyokat az alábbi egyszerűsített ábrán mutatjuk be. Hasonló a nyitotthoz, azzal a különbséggel, hogy az „u” csövek száját lezártuk, és egy nyomásmérőt helyeztünk el rajta. Üzemen kívül mindkét nyomásmérőn ugyanazt a nyomást mérhetjük. A tágulási tartályban a vízosz­lop magassága és a legfelső pontban mérhető nyo­más uralkodik. (5.13. ábra)

5.13. ábra. Szivattyú üzemen kívül, zárt tágulási tartállyal.

A szivattyú bekapcsolását követően a szivattyú nyo­mócsonkja utáni oldalon megnő a nyomás, méghozzá a szivattyú üresjárati emelőmagasságának megfelelően.

A rendszerben a vízmennyiség nem változik, ezért a tartályban változatlanul az előbbi nyo­más uralkodik, a szívócsonk felőli oldalon pedig nem változik a nyomás. (5.14. ábra)

5.14. ábra. Nyomásváltozás hatása a rendszerre a zárt tágulási tartály helyzetétől függően.
a. Szivattyú bekapcsolt állapotban, tágulási tartály a szívócsonk közelében. b. Szivattyú bekapcsolt állapotban, tágulási tartály a nyomócsonk közelében.

Amikor a szivattyút a tartály elé kötjük be, a nyomócsonk felőli oldalon lesz változatlan a nyomás, a tartályban a már említett nyomás fog uralkodni, a szívócsonk felőli oldalon pedig a nyomás a szivattyú üresjárati emelőmagasságának értékének megfelelő nyomással fog csökkenni. Jól működő rendszer esetén, a legfelső ponton uralkodó nyomás értéke nagyobb kell legyen, mint a szivattyú üresjárati emelőmagassága.

Ha ez nem nagyobb, akkor az at­moszférikusnál alacsonyabb nyomás alakulhat ki a szivattyú szívócsonkja előtti szakaszon, ami azt eredményezheti, hogy levegő szívódik be a fűtési rendszerbe. Tehát zárt fűtési rendszer kialakításakor inkább nyomott rendszert alakítsunk ki, és a legideálisabb az előremenőben nyo­mott fűtési rendszer (5.15. ábra).

5.15. ábra. Előremenőben nyomott fűtési rendszer.

A hőtermelő és a hőleadó közötti csőve­zetéki rendszer kialakítása szempontjá­ból megkülönböztetünk:

Egycsöves fűtés

Ennél a kialakításnál a fűtőtesteket sorba kötik. A fűtő víz teljes mennyisége – vagy átkötő szakasszal annak egy része – áramlik át a fűtőtesten, miközben hőjét leadja. A soron következő fűtőtesthez alacsonyabb hőmérsékletű víz áramlik. Emiatt a sor vége felé közeledve a fűtő­testek mérete folyamatosan növekszik.

Korábban olyan rendszereket építettek ki, ahol ún. „U” elemekkel átfolyós rendszerű fűtési rendszert alakítot­tak ki. Ezt a szerelési módot ma már nem alkalmazzák, de még előfordul. A panelházak építésénél terjedt el ez a szereléstechnológia, éspedig azért, mert gyorsan lehe­tett vele szerelni. Az „U” elemmel kötötték össze a radi­átorokat.

Az átfolyós rendszerű egycsöves fűtések ugrásszerű el­terjedését annak köszönhetjük, hogy egyetlen összekötő eleme van. Az előre gyártott „U” elemhez nem kell spe­ciális gyártási eljárás, még csak hegeszteni se kell. Egy „U” elemben összesen 4 db hajlítást láthatunk (5.16. áb­ra), két hajlítást 95°-ra készítenek, a másik két hajlításnál szinte alig térnek el a 180°-tól (175°).

5.16. ábra. „U” elem kialakítása.

Ezeket a hajlításokat azért kell elkészíteni, hogy a fűtő­vízből kiváló gázbuborékok akadálytalanul távozhassa­nak, illetve könnyebben le lehessen üríteni a rendszert.

Az átfolyó rendszerű egycsöves fűtések hátránya, hogy a radiátorok elé nem lehet beépí­teni szabályozószerelvényt. A radiátorok méretét úgy kell megválasztani, hogy a legfelső szinten ugyanakkora hőt adjon le kis tagszámmal, mint a földszinten növelt tagszámmal. Ezt a fűtési rendszert nagyon pontosan kellett leméretezni, mert ha nem voltak megfele­lően megválasztva a helyiségek jellemzőihez a fűtőtestek, akkor nem volt megfelelő a hő­mérséklet.

Előfordult, hogy a legfelső szinten túlméretezett, a legalsó szinten pedig alul­méretezett fűtést kaptunk. Nagyon érzékeny volt a rendszer egyensúlya. Felmerülhet kér­désként, hogy miért nem építettek be az egycsöves átfolyós rendszerekbe szerelvényeket? A válasz egyszerű. Ha valamelyik szinten túlméretezett lenne a rendszer, akkor ezt a fel­használó úgy kompenzálná, hogy fojtja a radiátorszelepet. Igen ám, de ezzel kevesebb mennyiségű víz kerül az alatta levő szintekre, és sokkal nagyobb mértékű lenen a lehűlés.

Nem beszélve arról, hogyha valamelyik fo­gyasztó véletlenül elzárná a szelepet. Az áramlás megszűnne, beláthatatlan következ­ményeket vonna maga után.

Felismerve a rendszer gyengeségeit, úgy oldot­ták meg a szabályozási lehetőséget, hogy egy ún. átkötő szakaszt építettek az „U” elemek kö­zé, a radiátor elé. Az átkötő szakasz és a radiátor közötti rövid ágvezetékbe építhettek szabályzó-és elzárószerelvényt. Ugyan nem egy tökéletes rendszer, de legalább a lakásonkénti túlfűtés el­kerülése megoldható (5.17. ábra)

5.17. ábra. Átkötő szakasz beépítése a radiátorszelep elé.

Egycsöves fűtések előnyei:

• Kevesebb födémáttörést kell készíteni.
• Egyszerűbb a szerelés.
• Szintenként szabályozható és lezárható (a többszintes fűtési rendszerek témakörében részletesebben).

Hátránya:

• Bármelyik radiátor fojtása hatással van a többi működésére.
• Áramlási irány szerint növekvő felületű radiátorokat kell beépíteni ugyanazon hőtel-jesítmény biztosításához.

Kétcsöves fűtés

Ez a leggyakrabban alkalmazott fűtési rendszer. Két vezetékben áramlik a víz. Az előreme­nő vezetékben áramlik a melegebb víz, a visszatérő vezetékben a lehűlt víz. Minden fűtőtes­tet párhuzamosan kapcsolunk a csővezetékekre (5.18. ábra).

5.18. ábra Kétcsöves fűtési rendszer kialakítása.

Az előremenő vezetékből ágaz­nak le a fűtőtestre, melyből a lehűlt víz a visszatérő vezetékre csatlakozik. Ennek a kialakí­tásnak köszönhetően minden fűtőtestben a fűtővíz hőmérséklete közel azonos. A fűtőteljesít­ményt a radiátor elé beépített szabályozó szelepeken keresztül szabályozzák. A központi fű­tési rendszert csoportosíthatjuk annak kiterjedése szerint is.

Kétcsöves fűtések előnyei:

• Kisebb hőleadó felületek elegendőek.
• A fűtőtesteket egyedileg ki lehet zárni a rendszerből.
• Az egymásra hatás mértéke lényegesen ki­sebb, mint az egycsöves fűtéseknél.
• Az előremenő vízhőmérséklet közel azo­nos.

Hátránya:

• Az utólagos hálózatbővítés nehezebben ki­vitelezhető.
• Gondosabban meg kell tervezni a fűtőfelü­letek eloszlását.

Egyszintes fűtés

Családi házak fűtési rendszerének kialakításakor alkalmaznak etázsfűtést. Ebben az esetben a hőtermelők és a hőleadók azonos, vagy közel azonos szinten vannak (5.19. ábra).

5.19. ábra. Egyszintes szivattyús fűtés zárt tágulási tartállyal.

Többszintes fűtés

Akár különálló kazánházzal, akár pinceszinti vagy tetőtéri kialakítással is készülhet. A cső­hálózat kialakítása lehet alsó, illetve felső elosztású.

Felső elosztású fűtési rendszer

Az előremenő vezeték a legfelső fűtőtest felett helyezkedik el. Az átáramló vízmennyiség szétosztása a fűtőtestekhez kapcsolt strangokon keresztül történik. A visszatérő vezetéket a rendelkezésre álló helytől függően a legalsó fűtőtest alatt szerelik. A rendszerben keletkező kiváló levegő a legfelső ponton elhelyezett légtelenítő berendezéssel távolítható el. Felső el­osztással kialakítható egy- és kétcsöves fűtés is (5.20. ábra, 5.21. ábra).

5.20. ábra. Felső elosztású egycsöves fűtési rendszer kapcsolási rajza (Zárt tágulási tartállyal, légleválasztóval).

5.21. ábra. Felső elosztású kétcsöves fűtés kapcsolási rajza (Zárt tágulási tartállyal, légleválasztóval).

Felső elosztású fűtési rendszer előnyei:

• A rendszer egyszerűen légteleníthető és üríthető.
• Jó szabályozás érhető el vele.

A felső elosztású fűtési rendszer hátránya:

• Nagyobb az anyagigény.
• Hőveszteség léphet fel a tetőtérben vagy padlástérben vezetett fűtési előremenő veze­ték miatt (megfelelő szigetelés).

Alsó elosztású fűtési rendszer

Alsó elosztás esetén mind az előremenő, mind pedig a visszatérő vezeték a legalsó fűtőtest alatt van szerelve. Az átáramló vízmennyiség szétosztása a fűtőtestekhez kapcsolt strangokon keresztül történik. A rendszer egyedileg minden egyes fűtőtesten, vagy központilag a legfel­ső ponton légteleníthető. Alsó elosztással kialakítható egy- és kétcsöves fűtés is (5.22. ábra, 5.23. ábra).

5.22. ábra. Alsó elosztású egycsöves fűtés kapcsolási rajza (Zárt tágulási tartállyal, légleválasztóval).

5.23. ábra. Alsó elosztású kétcsöves fűtés kapcsolási rajza (Zárt tágulási tartállyal, légleválasztóval).

Alsó elosztású fűtési rendszer előnye:

• Alacsonyabb anyagigény.
• Hőveszteség a pincében.

Hátránya:

• Többlakásos társasházak esetén a légtelenítés és a rendszer leürítése nehezebb.
• Hőigények változásának követése lassabb.

Többszintes fűtés, szintenkénti leágazással

Megoldható olyan kialakítás is, hogy a felszállóvezetékről lakásonkénti leágazással „egy­szintes” fűtést alakítanak ki. Ennek köszönhetően az adott lakásnak megoldható a fogyasz­tott hőmennyiség mérése. Erre példák láthatóak az alábbi ábrákon (5.24. ábra-5.27. ábra).

5.24. ábra. Felszálló vezetékről való leágazás szintenként (központi osztó-gyűjtő).

5.25. ábra. Felszálló vezetékről való leágazás szintenként (a legrövidebb csőhosszakkal).

5.26. ábra. Kétcsöves fűtési rendszer körvezetékként.

5.27. ábra. Felszálló vezetékről való leágazás, egycsöves fűtés.

Tichelmann fűtési rendszer

Abban az esetben alkalmazzák, ha nagy kiterjedésű vízszintes fűtési rendszerünk van, akkor a kazánhoz közeli és a kazántól távoli csatlakozások közti csőellenállások miatt nagy nyomáskülönbségek alakulnak ki.

Ez megnehezíti a fűtési rendszer beszabályozását. Ugyanis, ha nem szerelnek be a hőleadó elé jó minőségű, előbeállítási lehetőséggel rendelkező radiátor­szelepet, akkor a hőtermelő közelében levő fűtőtestben túl nagy vízmennyiség áramlik át. Egy nagykiterjedésű fűtési rendszer esetén egyetlen ilyen hőleadó nem okoz akkora problé­mát.

Probléma akkor merül fel, ha szinte mindegyik hőleadó előbeállítás nélkül került beépí­tésre, akkor a kazán közeli hőleadón átáramló vízmennyiség többlet az egész fűtési rendszer jelleggörbéjének eltolódásához vezet. Miközben a kazánhoz közel a hőleadóknál a kívántnál nagyobb vízmennyiség áramlik át, kevesebb lehűlés mellett, a legtávolabbi radiátornál a csökkent vízmennyiség jobban hűl le. Előfordulhat az is, hogy a legtávolabbi radiátor egy­szerűen leáll.

Egy általános szelep, ami előbeállítási funkcióval is rendelkezik, valójában két sorba kap­csolt szelep. Az egyik az előbeállítási teszi lehetővé (fojtószelep), a másik pedig szabá­lyoz. Ha nyitjuk a szelepet, akkor az áramló mennyiség növekedése során a szabályzó szelepre jutó nyomásesés csökken, a fojtószelepre jutó pedig nő.

Ez kedvezőtlenül hat a fűtési rendszerre, ha a fűtővíz hőmér­séklete nem szabályozott. Ugyanis a szabályozó szelepet terhelő nagymér­tékű nyomás hatására, kismértékű szelepnyitást követően túl meleg víz kerül a hőleadóba. Ezt pedig a termosztati­kus radiátorszelep nehezen tudja sza­bályozni.

Azért, hogy a hőleadók jól legyenek szabályozva, tartsuk ala­csony értéken a radiátorszelepre jutó nyomást, hogy minél kisebb legyen az elő beállítással lefojtandó nyomás.

A Tichelmann-rendszer olyan kialakítá­sú, hogy mind az előremenő, mind pe­dig a visszatérő fűtővíz ugyanabba az irányba mozog (5.28. ábra).

5.28. ábra. Tichelmann fűtési rendszer kapcsolási rajza.

Akármelyik fűtőtesten áramlik is át a fűtő víz, ugyanolyan hosszú utat tesz meg a kazán előremenő csonkjától, annak visszaté­rő csonkjáig. Ennél a rendszernél megadható, hogy a hőleadókon azonos legyen az el­használható nyomáskülönbség értéke.

A Tichelmann-rendszerek kiépített fűtési rendszer­rel, akár több száz radiátort is lehet kedvező szabályozási tulajdonságokkal üzemeltetni. A Tichelmann-rendszer hátránya a nagy anyagigény. Azonban ezzel a fűtési rendszerrel és jó beszabályozással egy kitűnően üzemelő hálózatot kaphatunk.

Nyitott rendszerű központi fűtési rendszer

A rendszer legegyszerűbb működési elve szerint a következő felépítésű: a fűtési rendszer leg­magasabb pontján helyezkedik el a nyitott tágulási tartály, melyet biztonsági és tágulási vezetékpár köt össze a hőtermelővel. A biztonsági vezeték kiindulási pontja az előremenő ve­zeték, amely a tágulási tartályba lép be egy hurokkal (a hurok feladatát a későbbiekben tár­gyaljuk).

A tágulási vezeték a tágulási tartály alsó részéből kiindulva vezeti el a tágult vizet vissza a rendszerbe. A tágulási vezetéket oldalról kössük be a tartályba, és ne alulról, mert így megakadályozható, hogy a rendszerből a biztonsági vezetéken keresztül a tágulási tartályba jutott szennyeződések visszajussanak a fűtési rend­szerbe (5.29. ábra).

5.29. ábra. Nyitott tágulási tartály kapcsolata a hőtermelővel.

Nyitott tágulási tartállyal felszerelt rendszer működése:

Amikor valamilyen okból a hőtermelő és a hőleadó között az elzáró szerelvény lezárásra kerül, a hőter­melő folyamatos működése ellenére, a következő folyamat fog lezajlani: a megtermelt hő nem tud a hőleadókhoz eljutni, de a folyamatosan üzemelő hőtermelő továbbra is melegíti a közeget.

Ez azt fogja eredményezi, hogy a fűtési rendszerben levő közeg tágul (ebben az esetben a fűtési rendszer nem más, mint a hőtermelő és a nyitott tágulási tar­tály). A tágult víz a biztonsági vezetéken keresztül a nyitott tágulási tartályba jut, a káros nyomásnöve­kedést így el lehet kerülni.

Ha tovább fűt a hőtermelő, akkor a víz eléri a forráspontját, és gőz keletkezik. A keletkező gőz a biztonsági vezetéken keresztül a nyitott tágulási tartályba jutva a szabadba kerül, min­den probléma nélkül. A vízutánpótlás megoldott, ugyanis a tágulási tartályban lévő víz a rendszerbe visszakerülve biztosítja a hőtermelő sértetlenségét (5.30. ábra).

5.30. ábra. Nyitott tágulási tartály működése.

Nyitott tágulási tartály kialakítása

A nyitott tágulási tartály tetején köt be a biztonsági vezeték és a légpipa (5.31. ábra). Oldal­ról van bekötve legalul a tágulási vezeték, legfelül a túlfolyóvezeték, aminek a feladata, a többletvíz eltávolítása a rendszerből.

5.31. ábra. Nyitott tágulási tartály kialakítása.

A túlfolyóvezetéket célszerű a kazánházba levezetni, hogy észlelni lehessen a túltöltést. A tartály egyharmadánál csatlakozik az ellenőrző vezeték, ami szintén le van vezetve a kazánházba, el van látva egy áteresztő szeleppel. Amikor feltöl­tik a rendszert, és az ellenőrző vezetéken megjelenik a víz, akkor tekinthető a rendszer feltöltöttnek. Ebben az esetben az áteresztő szelepet el kell zárni.

A szelep nyitásával bármikor ellenőrizhető, hogy kellő mennyiségű víz áll-e rendel­kezésre. Mivel a nyitott tágulási tartály a rendszer legmagasabb pontján helyezke­dik el, ami akár a padlástér is lehet, gon­doskodni kell a fagyásveszély elkerülé­séről szigeteléssel, vagy cirkulációs ve­zeték kiépítésével.

A cirkulációs vezeték a biztonsági vezetékből indul ki, és a tá­gulási vezetékbe csatlakozik, kellő hővel látja el a tágulási tartályban lévő közeget. Egy szeleppel célszerű ellátni, hogy ha nincs rá szükség, ki lehessen iktatni a fűtési rendszerből.

Biztonsági és tágulási vezetékek kiépítésének szabályai

• Rendkívüli fontosságú, hogy a két vezetéknek el nem zárhatónak kell lennie, tehát nem lehet semmilyen szerelvény a hőtermelő és a nyitott tágulási tartály között (5.32. ábra).
• Tilos benne bármilyen mértékű kereszt­metszet-csökkentést előidézni, azaz a csővezeték szűkítését kerülni kell.
• A vezetékszakasz csak emelkedéssel sze­relhető, visszafelé még kis szakaszon se haladhat (5.33. ábra).
• A vízszintes elhúzás hossza nem haladhatja meg a 20 m-t (5.34. ábra). Az elhúzás hossza meghatározott).
• A tágulási és biztonsági vezetékekben az ívek nem lehetnek kisebbek, mint 1D.
• Sem a tágulási, sem a biztonsági vezeték­szakasz nem lehet 1″ méretnél kisebb.

5.32. ábra. A kazán és a tágulási tartály közé elzárót helyezni TILOS!

5.33. ábra. Visszahurkolás szigorúan TILOS!

5.34. ábra. Az elhúzás hossza meghatározott.

Fűtési rendszer biztonsági vagy tágulási vezetékének hiánya

Biztonsági vezeték nincs kiépítve

A „rendszer” jelen esetben is a kazánból és a tágulási tartályból áll. Amikor a kazánban a megtermelt hő nem tud eltávozni, a tá­guló közeg csak egy irányba képes továbbjutni és ez a tágulási vezetéken keresztül a nyitott tágulási tartály. Amennyiben tovább melegszik a víz, és eléri a forráspontot, gőz keletkezik, ami a ka­zánból kilépni nem tud, a vizet kiszorítja, fel a tágulási vezetéken keresztül a tágulási tartályba (5.35. ábra).

5.35. ábra. Biztonsági vezeték hiánya.

Ezután a gőz a nyitott tágulási tartályon keresztül a szabadba tá­vozik. A kazánban megszűnik a nyomás, a tágulási tartályból a tágulási vezetéken keresztül visszaáramlik a lehűlt víz a forró kazánba. A hirtelen hőmérséklet-változás akár a kazán megrepedését is eredményezheti (5.36. ábra).

5.36. ábra. Biztonsági vezeték hiányának veszélyforrása.

A biztonsági vezeték az előremenő vezeték meghosszabbított szakasza.

Ennél a fűtési rendszernél arra kell kiemelten figyelni, hogy a kazán kiindulási pontjából, a tágulási tartály csatlakozási pontjáig elzáró szerelvény semmiféleképpen ne legyen beépítve. Így a rendszer biztosított. Kisebb családi házaknál, illetve 63 kW névleges hő teljesítmény alatt ele­gendő ez a vezetési mód. A fűtési rendszer nagy víztartalma biztossá teszi a mechanizmust a túlfűtés és az ebből adódó károsodás ellen (5.37. ábra).

5.37. ábra. Tágulási vezeték hiánya.

Hogy ebben az esetben miért nem hurokkal kötik be a tágulási vezetéket a nyitott tágulási tartályba? A táguló víz ugyan be tud jutni a tartályba, de a rendszerbe már nem tudna onnan visszakerülni, ezért ne hurokkal, hanem oldalról (figyelve arra, hogy a szennyeződések ne juthassanak vissza a fűtési rendszerbe) kössük be a tágulási vezetéket (5.38. ábra).

5.38. ábra. Szennyeződések a nyitott tágulási tartályban.

A hurok

Két dologgal kell számolni abban az esetben, ha a nyitott tágulási tartályba a biztonsági ve­zetéket hurokkal vezetjük.

Az első esetben: a kazánból kilépő gőz úgy tudjon távozni, hogy se a kazánban, se a nyitott tágulási tartályban ne szorítsa ki a vizet. Amennyiben a biztonsági vezeték lejjebb lenne köt­ve, nem pedig hurokkal, előfordulhatna az, hogy a nagy sebességgel érkező gőz kilökné a tá­gulási tartályból a vizet, és a fűtési rendszernek nem maradna vízutánpótlása (5.39. ábra).

5.39. ábra. Gőzfejlődés hibásan kialakított biztonsági vezetéknél.

A másik esetben: ha nem alakítanak ki hurkot, fennáll annak a veszélye, hogy a biztonsági vezetéken keresztül a tágulási tartályon át vissza a kazánig, cirkuláció indul meg. (A légkör­ből pedig oxigént vehet fel, ami korróziós károkat eredményezhet.) Tehát a nyitott tágulási tartály úgy viselkedne, mint egy hőleadó. Ez a rendszer hőveszteségét okozná, továbbá a fű­tési rendszerben zavart, leállást okozhatna (5.40. ábra).

5.40. ábra. A nyitott tágulási tartály hibás működése rossz hurokkialakítás miatt.

A hurok helytelen kialakítása szi­vattyús fűtés (szilárd tüzeléssel) alkalmazása során is gondot okozhat. Itt a hurok magassá­ga, nyomott rendszerű szivattyús fűtési rendszer esetén 1,2*h üresjárati kell, hogy legyen.

A hurok helytelen kialakítása szi­vattyús fűtés (szilárd tüzeléssel) alkalmazása során is gondot okozhat. Itt a hurok magassá­ga, nyomott rendszerű szivattyús fűtési rendszer esetén 1,2*h üresjárati kell, hogy legyen.

Mindenféleképpen szem előtt kell tartani, hogy szilárdtüzelésű kazánt csak nyitott tágulási tartállyal lehet szerelni. A szilárd tüzelés ugyanis nem szabályozható úgy, mint a gáz- vagy olajtüzelés, mert a zárt tágulási tartály nem képes a hirtelen hőmérséklet-növekedésből szár­mazó nyomás- és esetleg gőzfejlődést felvenni. Ebből igen komoly balesetek származhatnak. (A keletkező gőz szétveti a kazántestet.) (5.41. ábra)

5.41. ábra. Szilárd tüzelésű kazán zárt tágulási tartállyal, elzárt szerelvények esetén.

Nyitott tágulási tartály méretezése

A nyitott tágulási tartály mérete elsősorban attól függ, hogy mennyi víz található a fűtési rendszerben. Ez meghatározható a kazán, a csővezeték, a hőleadók térfogatainak összegével.

A tágulás következtében létrejövő térfogat-növekedés: V_V = V_R*β*Δt (m³)

ahol:

• V_V – a tágulás következtében létrejövő térfogat-növekedés (m³)
• V_R – a rendszerben lévő víz térfogata (m³)
• β – a víz köbös hőtágulási együtthatója (0,00043 l/K)
• Δt – a hőmérséklet-különbség (°C)

Jelen esetben a hőfoklépcső átlaghőmérséklete és a fűtési rendszerbe töltött közeg hőmérsékletének a különbsége. Azaz, ha a fűtési előremenő T1= 90°C, a fűtési visszatérő T2= 70 °C, e kettő átlaghőmérséklete 80 °C (Tá = (T1+T2)/2= (90+70)/2=80 °C). Ha a fűtési rendszer feltöltésekor a víz hőmérséklete 10 °C-os volt, ez azt jelenti, hogy a kazánnak 10 °C-ról kell a vizet 90°C-ra melegíteni, majd pedig azt szinten tartani akkor a Ät = 80 – 10 = 70 °C.

A tartály méretezésekor azzal kell számolni, hogy a táguló víz mindenféleképpen elférjen a tartályban, de ne pont akkora legyen, tehát célszerű a tágult víz térfogatánál nagyobbnak len­nie. A tartály hasznos térfogata másfélszer nagyobb legyen, mint a tágult víz térfogata. Tehát a tartály teljes térfogata:

V_T =1,5*V_V, azaz

V_T = 1,5*V_R*β*Δ_t m³)

ahol:

• V_T – a tartály térfogata (m)
• A biztonsági és tágulási vezetékek átmérőjének meghatározása: d_b=15 + 1,4√Q (mm), de minimum 1″

ahol:

• d_b – a biztonsági vezeték átmérője, (mm)
• Q – a hőtermelő névleges hőteljesítménye (kW)
• d_t=15+0,93√Q (mm), de minimum 1”

ahol:

• d_t – a tágulási vezeték átmérője, (mm)
• Q – a hő termelő névleges hőteljesítménye (kW)

Zárt rendszerű központi fűtési rendszer

Zárt tágulási tartály előnye a nyitottéhoz képest

• Elkerülhető vele a korróziós károk megjelenése (nem kerül közvetlenül a levegőből oxigén a rendszerbe, nem tud feldúsulni)
• Kisebb csőméretek elegendőek, (a szivattyús fűtési rendszernél) ezáltal a kialakítás esztétikusabb lehet (a gravitációs fűtéseknél alkalmazott nagy átmérőjű csővezetékeket nem lehet falba rejtve vezetni)
• A nyitott tágulási tartályt csak a rendszer legmagasabb pontján lehet elhelyezni, míg a zárt tágulási tartály a hőtermelő mellé, a visszatérő vezetékbe, azzal el nem zárható módon telepítendő.
• A nyitott tágulási tartály a rendszer legmagasabb pontján helyezkedik el, az esetek többségében ez akár a padlástér is lehet, gondoskodni kell a tágult víz esetleges elfa­gyásának megakadályozásáról. Éppen ezért le kell szigetelni a tartályt, illetve cirkulá­ciós vezetéket kell kiépíteni.
• A szerelés leegyszerűsíthető. Elmaradnak a biztonsági- és tágulási vezetékek, illetve a nyitott tágulási tartály.
• Megszűnik a víz elpárolgásának a veszélye.

A zárt tágulási tartályok csoportosítása működésük szerint

Változó nyomású, zárt tágulási tartály

Általánosan elmondható, hogyha a fűtési rendszer teljes térfogata a 3000 l-t nem éri el, ak­kor elegendő a változó nyomású zárt tágulási tartályt alkalmazni. Miért változó nyomású? Mert a rendszerben lévő víz, hőmérsékletének növekedésével tágul. Ez a táguló víz a tágu­lási tartályba jutva a gumimembrán által elválasztott gáz térfogatcsökkenését eredményezi (a gáz nyomása megnő). (5.42. ábra)

5.42. ábra. Nyomásviszonyok kialakulása a zárt tágulási tartályban.

Ellenkező esetben, amikor lehűlés következik be, a víz térfogata csökken, a tartályban a gáz térfogata nő, nyomása csökken. Azonban a változó nyomású, zárt tágulási tartály, mint biz­tosítás önmagában nem elég, hiszen túlzott nyomásnövekedést nem képes felvenni, elvezet­ni, erről külön gondoskodni kell. Ezt a feladatot látja el a biztonsági szelep.

Az előírások sze­rint a biztonsági szelep a kazán felső részén, illetve az előremenő vezetékben szerelve, a ka­zánnal el nem zárható módon lehet beépítve. Amennyiben a hőtermelő szerelvényeit elzár­ták, de a kazán továbbra is fűt, a káros nyomásnövekedést a biztonsági szelep elvezeti. (5.43. ábra) Rugós biztonsági szelep elvi működése.

5.43. ábra. Rugós biztonsági szelep elvi működése.

Az előírások megengedik azt, hogy a fűtési rend­szer és a zárt tágulási tartály közé elzáró legyen építve. Ez hogy lehet, mikor az utasítás szerint a hőtermelőtől el nem zárható módon kell kialakíta­ni? Ez igaz, ezért ennek a szerelvénynek „avatatlan elzárás ellen” biztosítottnak kell lennie, azaz meg kell akadályozni azt, hogy bármikor el lehessen zár­ni ezt a szerelvényt.

Ennek a legegyszerűbb módja, ha levesszük a forgatókart (5.44. ábra) így megol­dottuk ezt a problémát. De ennek a szerelvénynek a megléte igen fontos, mégpedig azért, mert egyrészt ha meghibásodik a zárt tágulási tartály, akkor annak cseréjét el tudjuk végezni anélkül, hogy a fűtési rendszer teljes víztartalmát leeresszük.

Másrészt üzem közben tudjuk ellenőrizni a tartály előfeszítési nyomását. Hogy ezt megte­gyük, ahhoz az kell, hogy megszüntessük a vízoldali nyomást. Ha ezt nem tennénk meg, ak­kor nem a valós előfeszítési nyomást kapnánk. Ilyenkor elzárjuk a szerelvényt, és ezt a kis szakaszt leürítjük.

Miért kell leüríteni? Attól függetlenül, hogy elzártuk a csapot, a tágulási tartály és a lezárt csap között még mindig fennáll a vízoldali nyomás. Kinyitjuk a töltő-ürítő csapot, ezáltal a nyomást megszüntettük, a tartály előfeszítési nyomása ellenőrizhető, korri­gálható (5.45. ábra).

5.45. ábra. Zárt tágulási tartály előfeszítési nyomásellenőrzés.

Meg kell említeni, hogy amennyiben valamilyen adalékanyaggal van feltöltve a rendszer, például fagyálló van a töltővízben, célszerű azt felfogni a leeresztés során, hogy később pó­tolni lehessen. Harmadrészt a zárt tágulási tartályok az esetek többségében 3,0 bárig használ­hatók.

Ennél nagyobb nyomás esetén a tágulási tartály tönkremehet (szétnyílik). Amennyiben a rendszer nyomáspróbáját nagyobb nyomáson végezzük, mint a zárt tágulási tartály megengedett nyomása, elzárjuk ezt a szerelvényt.

Állandó nyomású zárt tágulási tartály

Állandó nyomású azért, mert egy szabályozott rendszer igyekszik állandó nyomáson tartani a tágulási tartály, és ennek köszönhetően az egész fűtési rendszer nyomását. Hasonlóan a vál­tozó nyomáshoz, amikor a fűtési rendszer vize melegszik, kitágul. (5.46. ábra)

5.46. ábra. Állandó nyomású zárt tágulási tartály elvi kialakítása.

A tágult víz az állandó nyomású zárt tágulási tartályba jut, és itt jön a lényeges különbség: itt voltaképp nem is egy gumimembrán, hanem egy gumiballon van. Tehát nem összepréseli a tágult víz a gumiballonban a levegőt, hanem egy mágnes szelep gondoskodik arról, hogy elegendő levegő távozzon a gumiballonból.

Amikor a víz hőmérséklete csökken, a tartály­ban csökkenne a vízszint, a változó nyomású zárt tágulási tartálynál az összenyomott levegő térfogata nő, ezzel szemben jelen esetben egy kompresszor pótolja a kieresztett levegőt és tart­ja közel azonos, állandó nyomáson a rendszert. (5.47. ábra)

5.47. ábra. Állandó nyomású zárt tágulási tartállyal szerelt fűtési rendszer elvi kialakítása.

Itt is célszerű a szeparálás, elkülönítés miatt egy „avatatlan elzárástól védett” gömbcsapot beépí­teni a tágulási tartály elé, és egy töltő-ürítő csa­pot is be kell szerelni. Ettől függetlenül kötele­ző ide egy az állandó nyomású zárt tágulási tartály vízterével el nem zárható módon kialakított biztonsági szelepet is beépíteni (a kazán te­tején elhelyezett biztonsági szelepen kívül).

Mindezeken felül a tartály és a kompresszor kö­zé is célszerű egy biztonsági szelepet beépíteni, elkerülve annak esetleges meghibásodásából eredő gumiballon-sérülést.

Zárt fűtési rendszerek jellemzői

Zárt fűtési rendszernél, a fűtési rendszer összhangjára sokkal nagyobb figyelmet kell fordí­tani, mint a nyitott fűtési rendszernél, mert kényesebb a szabályozhatóság szempontjából.

A következő feltételeket kell szem előtt tartani:

• Fűtési rendszer hideg töltőnyomása,
• Fűtési rendszer maximális vízhőmérsékletéhez tartozó nyomás,
• Tartály térfogata
• Tartály előfeszítési nyomása,
• Tartály megengedett legnagyobb üzemi nyomása,
• Biztonsági szelep lefúvatási nyomása.

A fűtési rendszer maximális vízhőmérsékletéhez tartozó nyomás 0,5 bárral legyen kisebb, mint a biztonsági szelep lefúvatási nyomása. A tartály előfeszítési nyomása 0,2-0,3 bárral na­gyobb legyen, mint a tartály visszatérőben csatlakoztatott statikus rendszernyomása.

A fűté­si rendszer hideg töltőnyomása 10-15%-al nagyobb legyen, mint a tartály előfeszítési nyo­mása (ezzel érjük el, hogy a tartályba feltöltéskor víz kerüljön, ami azt eredményezi, hogy a fűtési rendszernek kellő mennyiségű tartalék vize lesz). Amennyiben nem megfelelően ke­rült beállításra akármelyik érték, probléma merül fel. Nézzük meg ezt a zárt tágulási tartály, illetve a fűtési rendszer biztosítására vonatkoztatva.

Tartálytérfogat

1. Túl kicsi tartály

Ha véletlenül kisebb tartály került beépítésre, mint amekkora ideális lenne a rendszer számá­ra, a következő fog történni: Már megismertük azt a képletet, amivel meg lehet határozni a táguló térfogatot.

Ha az azzal a képlettel kiszámolt táguló tér­fogat (aminek ugye el kell férnie a tágulási tartályban) nem fér el a tartályban, akkor a fűtési rendszer lett kellően biztosított.

A hő­mérséklet emelkedésével nőni fog a rend­szerben lévő víz térfogata, összeszorítja a zárt tágulási tartály légpárnáját, és mivel még tovább fog tágulni, a fennmaradó rész a biztonsági szelepen fog távozni, a rendszer vízmennyiségét csökkentve ezzel, nem be­szélve a fűtési rendszerben okozott zavarról. (5.48. ábra)

5.48. ábra. Biztonsági szelep működése nyomásnövekedés hatására.

2. Túl nagy tartály

Természetes, hogy a kiszámított érték nem minden esetben ad pontosan olyan számértéket, mint ami nekünk ideális. Ilyenkor általában felfelé kerekítünk, tehát nagyobbat választunk, min a kiszámolt érték. Azonban túlméretezni sem érdemes ezt az értéket.

A tágulási tartályok elég széles tartományban vásárolhatók, 2 litertől akár a 12000 literig, és a maximális üzemi nyomás 3 és 25 bar között változhat, az előfeszítési nyomás pedig (persze az előző értékek is) a fűtési rendszer nagyságának a függvénye, amiről már korábban beszéltünk.

Ha a tágu­ló térfogatnál jóval nagyobb tágulási tartályt fogunk választani, akkor a rendszer feltöltése­kor a tartályba túlzottan sok víz kerül. Több víz lesz a rendszerben, mint amennyi a mérete­zés során kijött. A nagyobb mennyiségű víz pedig többet tágul. Zavar léphet fel a fűtési rend­szerben.

Tartály előfeszítési nyomása

1. Túl alacsony előfeszítési nyomás

Meg kell említeni, hogy nem biztos, hogy rossz a beállítás, mert sajnos nincsen tökéletesen záró tartály, tehát elszökhet a levegő vagy a gáztöltet. Amennyiben kicsi az előfeszítési nyo­más, a táguló víz túlzottan összenyomja a tartályban lévő levegőt, további nyo­másnövekedés hatására a biztonsági szelep lefúj. (5.49. ábra)

5.49. ábra. Alacsony előfeszítési nyomás esetén a biztonsági szelep lefúj.

2. Túl nagy előfeszítési nyomás

Ebben az esetben előfordulhat, hogy a rendszernyomás annyira kicsi, hogy egyáltalán nem jut víz a tartályba. Ugyan nyomásnövekedés hatására a tar­tályba juthat be víz, de a nagy rendszer­nyomás meghaladhatja a biztonsági sze­lep lefúvatási nyomását, és ott fog eltávozni a túlnyomás. Ezáltal csökken a térfogat. A víz hőmérsékletének csökkenése során összehúzódik, és levegőt szívhat be, ami káros a fűtési rendszerre nézve. (5.50. ábra)

5.50. ábra. Túl nagy előfeszítési nyomás során kialakuló probléma.

• a. Túl nagy előfeszítési nyomás.
• b. Nyomásnövekedés során tágul a víz, hamar elérve ezzel a biztonsági szelep beállított értékét.
• c. Hőmérsékletcsökkenés esetén a közeg térfogata csökken, a légtelenítőkön keresztül levegőt szívhat be.

Fűtési rendszer hideg töltőnyomása

1. Túl alacsony hideg töltőnyomás

A hideg töltőnyomás kevesebb, mint az előfeszítési nyomás, bár megfelelően választottuk ki az előfeszítési nyomás. A töltőnyomás, ugyan nem sokkal, de mégis kevesebb, nincs tartalék víz, hasonló probléma merülhet fel, mint amikor túl nagy az előfeszítési nyomás.

2. Túl magas hideg töltőnyomás

Tételezzük fel, hogy ugyan jól állítottuk be az előfeszítési nyomást, de a töltőnyomás jóval nagyobb. Hasonló szituáció zajlik le, mint amikor túl alacsony az előfeszítési nyomás. Isme­retes, hogy a biztonsági rendszer lefúvatási nyomása 0,5 bárral legyen nagyobb, mint a fűté­si rendszer maximális vízhőmérsékletéhez tartozó rendszernyomás.

Feltöltéskor, amikor a biztonsági szelep eléri a beállított nyomás értékét, lefúj. Annál nagyobb nyomásra tölteni nem lehet, de a melegítés hatására a táguló térfogat úgyis a biztonsági szelepen keresztül fog távozni. (5.51. ábra)

5.51. ábra. Túl magas hideg töltőnyomás.

• a. A hideg töltőnyomás elérte a biztonsági szelep lefúvatási nyomását.
• b. Felfűtés során a hőmérséklet növekedésével tágul a közeg, további csöpögést eredményezve.

A fűtési rendszer maximális vízhőmérsékletéhez tartozó nyomás

Ezt az értéket még a méretezéskor határozzák meg az előfeszítési nyomás, a kiválasztott tá­gulási tartály térfogata és a tágult térfogat összefüggése alapján: P_max = (P_elő*V_t) / (V_t-V_V) (bar) (abszolút értékben).

Amennyiben jól választottuk ki a zárt tágulási tartályt illetve az előfeszítési nyomást, akkor megfelelő értéket kapunk. Könnyen visszaellenőrizhető, mert a fűtési rendszer maximális vízhőmérsékletéhez tartozó nyomásnak nagyobbnak kell lennie, mint az előfeszítési nyomás, azonban ezen értéknek kisebbnek kell lennie, mint a fűtési rendszer biztonsági szelepének le­fúvatási nyomása.

A tartály megengedett legnagyobb üzemi nyomása

Ez az érték adott, általában a tartály űrtartalmától függ, egy kisebb családi ház fűtési rend­szerénél a zárt tágulási tartály legnagyobb üzemi nyomása 3-5 bar között mozog.

Nagy rendszerhez kisebb méretű tágulási tartály

Előfordulhat olyan eset, hogy a víz melegedésével a táguló térfogat és a növekvő nyomás meghaladhatja ezt az értéket (3 bar), és ez azt fogja eredményezni, hogy a zárt tágulási tartály felhasad. Ilyen probléma merülhet fel akkor is, ha a rendszer ugyan megfelelően került kiépí­tésre, de nyomáspróbát kell végrehajtani a feltöltést követően.

Mivelhogy a nyomáspróbát P_Próba=1,5*P_Max+1 (bar) képlettel kell meghatározni, és ez a maximális vízhőmérsékletéhez tartozó nyomás másfélszerese plusz egy, ez meghaladhatja a zárt tágulási tartály legnagyobb üzemi nyomását. A tartály felhasadhat. (5.52. ábra)

5.52. ábra. Túl nagy nyomás okozta tartályhasadás.

Éppen ennek a problémának az elkerülésére kell „avatatlan elzárástól védett” elzáró szerelvényt a tágulási tartály elé beépíteni, amelyet a nyomás­próba ideje alatt el kell zárni.

Kis rendszerhez, nagy méretű tartály

Már említést tettünk erről az esetről.

Biztonsági szelep lefúvatási nyomása

1. Túl alacsony beállított nyomás

Abban az esetben, ha figyelmetlenül a hideg töltővíz nyomásához állítottuk be a biztonsági szelep lefúvató nyomását, a hőmérséklet növekedése során táguló víz hatására a biztonsági szelep folyamatosan lefúj, és ha esetleg adalékanyagot is töltöttük a rendszerbe (fagyásgátló) az is elvész. Zavar a fűtési rendszerben.

2. Túl magas beállított nyomás

Az előbbiekben leírtak szerint a biztonsági sze­lep lefúvatási nyomása 0,5 bárral legyen több, mint a fűtési rendszer maximális vízhőmérsék­letéhez tartozó nyomás.

Ha ez mégis jóval na­gyobb, akkor hiába emelkedik a nyomás (a víz hőmérsékletének növekedésével párhuzamo­san), a többletnyomást nem vezeti el semmi, a zárt tágulási tartály tönkremenetelét, vagy a fűtési rendszer zavarát okozhatja. Amennyiben túl magasra állítjuk be a biztonsági szelep lefúvatási nyomását, túlzottan megnövekedhet a nyomás. (5.53. ábra).

5.53. ábra. A biztonsági szelep lefúvatási nyomását túl magasra állítottuk be. Amennyiben túl magasra lett beállítva a biztonsági szelep lefúvatási nyomása, túlzottan megnövekedhet a nyomás.

Zárt tágulási tartály beépítési helyzete

A zárt tágulási tartályt, mint már említettük, a visszatérő vezetékbe építjük be a kazán elé, azzal „el nem zárható” kapcsolatban (avatatlan elzárástól védett elzáró szerelvény persze be legyen építve). (5.54. ábra)

5.54. ábra. Helyesen kialakított zárt tágulási tartály beépítési példája.

Kérdés az, hogy a csővezetékre szerelve felfelé vagy lefelé „állva” legyen beépítve. A később leírtakból ki­derül, hogy majdnem teljesen mindegy, de javasolt a zárt tágulási tartályt lefelé szerelve beépíteni.

A fűtési rendszer vízzel való feltöltésével levegő is kerülhet a fűtési körbe. A légtelenítőkön keresztül ugyan távozik a levegő, de oxigén kiválással is szá­molni kell. Van olyan beépítési mód, amikor a rendszerből kiváló levegő nem tud hova távozni, csakis a zárt tágulási tartályba. Amennyiben levegő kerül a zárt tágulási tartályba, onnan kiszorítja a vizet. A le­vegő nyilván nem tud eltávozni a fűtési rendszerből, a tartályból akár majdnem teljesen ki is szoríthatja a vizet. (5.55. ábra)

5.55. ábra. Hibásan kiépített zárt tágulási tartály, hibásan működő fűtési rendszer.

Tehát: a fűtési rendszernek nem marad táguló vize, a hőmérséklet növekedésével a táguló tér­fogatot a biztonsági szelep fogja elvezetni, ami az előzőekből kiderült, káros. Amennyiben hűl a rendszerben lévő víz hőmérséklete, akkor össze is húzódik, a tágulási tartályból víz ugyan nem, levegő viszont annál inkább visszakerülhet a fűtési rendszerbe. (5.56. ábra)

5.56. ábra. Hibásan beépített zárt tágulási tartály.

Arról nem is beszélve, hogy a gumimembrán olyannyira deformálódhat, hogy egyszerűen feltapad a zárt tágulási tartály belső falára, megakadályozva ezzel a további tágulási le­hetőséget. Ezt a felmerülő problémát elkerül­hetjük úgy, hogy ha a zárt tágulási tartály csatlakozási pontja előtt légtelenítjük a fűtési rendszert. Így elkerülhető, hogy a levegő ki­szorítsa a vizet a zárt tágulási tartályból. (5.57. ábra)

5.57. ábra. Zárt tágulási tartály csatlakozása előtti légtelenítés.

Amennyiben úgy építjük be a zárt tágulási tartályt, hogy lefelé „álljon”, elkerülhetjük azt a problémát, hogy levegő kerül a tartály­ba. Ugyanis a levegő felfelé áramlik, így te­hát kizárt, hogy benne rekedjen a tartályban, így csak és kizárólag a táguló víz kerül a tartályba, annak működése kifogástalan lesz.

Zárt tágulási tartályok méretezése

A zárt tágulási tartályok méretezésénél különös gondot kell fordítani arra, hogy a tartály a le­hető legnagyobb megengedhető üzemi nyomást is biztonsággal tartani tudja. A tartály nagy­ságának meghatározásakor döntő szerepet tölt be a rendszer víztartalma, a statikus nyomás és a választott üzemi hőmérséklet.

Fontos: A tágulási tartály nagyságát meghatározó képle­tek az általános gáztörvényen alapulnak, ezért a nyomásértékeket abszolút nyomásban kell behelyettesíteni!

Az előfeszítési nyomást a zárt tágulási tartályban a következő képlettel lehet meghatározni:

p_elő = Δp_stat+1,3 bar (abszolút értékben)

A biztosító szelep lefúvatási nyomása:

p_le = Δp_stat + 3 bar (abszolút értékben)

A fűtési rendszer tágulási térfogata megegyezik a már ismert számítási móddal.

A zárt tágulási tartály névleges térfogata:
V_nt = V_V / (0,9*[(p_le-p_elő)/p_le]) = V_V / (0,9*1,7/[Δp_stat+3]) m³

Kérdésként felmerülhet, hogy miért kell a 0,9-szeres szorzó a zárt tágulási tartály névleges térfogatának meghatározásához. Már korábban említettük, hogy a tartályba kell, hogy kerül­jön tartalék víz a feltöltéskor, ami körülbelül 10% legyen, (lásd Zárt fűtési rendszerek cím alatt)

A fűtési rendszer maximális vízhőmérsékletéhez tartozó nyomás meghatározása:

p_max=(p_elő*V_nt)/(V_nt-V_V) bar (abszolút értékben)