Ausdehnungsgefäß des Heizsystems: Entwurf, Berechnung und Auswahl der besten Option

Ein richtig ausgewählter und korrekt installierter Ausdehnungsbehälter des Heizsystems verhindert dessen Ausfall und hält den Druck auf dem erforderlichen Niveau.Es wird als Reserve für das sich bei Erwärmung ausdehnende Wasser benötigt. Je nach Anlagentyp kann der Einbau-Expander offen oder geschlossen sein.

Wir erklären Ihnen, wie Sie je nach zu erstellendem Heizkonzept eine Reservekapazität auswählen. Der von uns vorgestellte Artikel beschreibt die Designmerkmale und Besonderheiten der Installation von Expandern. Es werden Empfehlungen gegeben, deren Befolgung den optimalen Betrieb jeder Art von Heizkreis gewährleistet.

Offene Ausdehnungsgefäße

Ein Konstruktionsmerkmal offener Expander ist der Kontakt des Kühlmittels mit der Atmosphäre. Die Zirkulation in Systemen mit einem solchen Expander erfolgt durch Konvektion. Beim Erhitzen nimmt das Flüssigkeitsvolumen zu, der Überschuss wird vom Reservoir des Behälters aufgenommen.

Wenn die Temperatur sinkt, kehrt die Flüssigkeit unter dem Einfluss der Schwerkraft durch die Schwerkraft zurück.

Aufgrund des Nulldrucks im Tank benötigt das Gerät keine starke Metallstruktur, daher:

• Bei der Herstellung des Gehäuses wird jedes Metall verwendet.
• es kann ein fertiger Behälter aus hitzebeständigem Kunststoff verwendet werden;
• Die Form des Tanks ist nicht wichtig.

In Landhäusern können solche Geräte aus verfügbaren Materialien zusammengestellt werden. Als Behälter können Sie einen Kunststoffkanister oder ein Fass verwenden, der mit einem Einlassrohr und einem Auslass zum Überlaufen ausgestattet ist.

Offene Expander können in Form eines rechteckigen Tanks mit einem auslaufsicheren Deckel auf der oberen Ebene hergestellt werden

Äußerlich handelt es sich um einen gewöhnlichen Metalltank, dessen obere Ebene mit einem Loch zum Warten und Nachfüllen von Flüssigkeit ausgestattet ist. Der auslaufsichere Deckel schützt vor Verstopfung. Befestigungseinheiten sind unten oder an der Seitenebene vorgesehen.

Offene Heizsysteme werden in niedrigen Gebäuden eingesetzt, in denen das Kühlmittelvolumen und die Länge der Heizleitungen relativ gering sind.

Die Installationsanforderungen sind einfach:

• der Expander wird in maximaler Höhe an der Versorgungsleitung platziert;
• die Versorgung ist über ein Rohr mit dem Tank verbunden;
• Um überschüssige Flüssigkeit abzuleiten, wird oberhalb des berechneten Niveaus ein Überlauf eingefügt.

Um eine Schwerkraftzirkulation zu gewährleisten, wird empfohlen, für die Installation Rohre mit größerem Querschnitt zu verwenden.

Die offene Struktur wird an der obersten Stelle platziert, von wo aus die Flüssigkeit durch die Schwerkraft abfließt

Normalerweise versuchen sie, den Tank in einem beheizten Raum mit isoliertem Dachboden zu installieren. Wenn dies nicht möglich ist, muss der Tank isoliert werden. Das Vorhandensein einer Isolierung verhindert das Einfrieren der Flüssigkeit und den Verlust der Systemfunktionalität.

Geschlossene Ausdehnungsgefäße

Die konstruktive Besonderheit geschlossener Tankmodifikationen ist die vollständige Dichtheit, die es Ihnen ermöglicht, den für die Zirkulation erforderlichen Druck an jedem Punkt im System aufrechtzuerhalten.

Das darin befindliche Reservoir ist durch eine Membran in Luft- und Flüssigkeitsanteile unterteilt. Jedes der Fächer ist vollständig versiegelt – das stickstoffhaltige Gemisch aus dem Luftfach vermischt sich niemals mit dem Kühlmittel, das das Flüssigkeitsfach füllt.

Arbeitsprinzip geschlossener Ausgleichsbehälter besteht darin, dass die erhitzte Flüssigkeit aus dem System in den flüssigen Teil des Tanks gedrückt wird und beginnt, seitlich Druck auf die versiegelte Membran auszuüben. Die Trennwand verformt sich und wirkt auf den Luftanteil, wodurch dieser komprimiert wird.

Dadurch verringert sich das Volumen der Luftkammer des Tanks und das darin befindliche Gas wird komprimiert. Diese Situation trägt zu einem Druckanstieg im System bei. Sobald sich der Druck normalisiert, wird das Kühlmittel aus dem Flüssigkeitsraum zurückgedrückt.

Steigt der Druck schnell an, wird bei Erreichen des kritischen Flüssigkeitsvolumens im Tank das Sicherheitsventil aktiviert. Dadurch wird überschüssiges Kühlmittel aus dem Tank entfernt.

Die geschlossene Struktur ist vollständig abgedichtet, im unteren Teil befindet sich ein Flansch mit einem Einlassrohr, im oberen Teil befindet sich ein Nippel zum Befüllen mit Gas

Je nach Form werden alle geschlossenen Expander zum Einbau in die Heizungsanlage in folgende Typen unterteilt:

1. Kugelförmig - eine Art Membranstruktur mit elastischer Trennwand.Wenn Flüssigkeit eindringt, dehnt sie sich und nimmt das gesamte überschüssige Volumen auf. Der Tank selbst sieht aus wie eine kugelförmige Kapsel.
2. Oval - eine andere Art von hydraulischen Membrankompensatoren. Der Expanderzylinder ist traditionell durch eine flexible Membran in Gas- und Flüssigkeitskammern unterteilt, die Körperkonfiguration weist jedoch eine etwas längliche vertikale Form auf.

Äußerlich sind ovale Dilatatoren ein zylindrischer Ballon, der rot lackiert ist. Auf der einen Seite befindet sich ein Nippel zur Druckerzeugung in der Gaskammer, auf der anderen Seite ein Rohr, über das die Verbindung zum System hergestellt wird.

Am Korpus sind Befestigungselemente angeschweißt, die eine klappbare Montage des Gerätes ermöglichen und dessen Betriebsgewicht tragen können. Die kugelförmige Variante des Tanks unterscheidet sich von der ovalen nur in der Form.

Geschlossene Membranexpander werden je nach Typ in Membran- und Ballonmodifikationen unterteilt

In geschlossenen Systemen kann die Schwerkraftzirkulation nicht den erforderlichen Druck bereitstellen. Daher umfasst das Design Umwälzpumpe.

Der Expander selbst kann an jeder beliebigen Stelle im System installiert werden, bei der Durchführung der Installationsarbeiten empfiehlt es sich jedoch, die folgenden Empfehlungen zu berücksichtigen:

• Der beste Ort für die Installation ist die Rücklaufleitung zum Einführpunkt der Pumpe.
• Es ist besser, das Kühlmittel von oben zuzuführen, um das Eindringen von Luft zu verringern und die Funktionsfähigkeit bei Beschädigung der Membran aufrechtzuerhalten;
• Der Mangel an Hauptvolumen kann durch den Einbau eines zusätzlichen Expanders mit geringerer Kapazität ausgeglichen werden.

Bei der Installation ist es nicht verboten, ggf. das Innere des Raumes zu berücksichtigen. Zur Niveauregulierung Druck im Heizsystem Der Expander muss mit einem Manometer ausgestattet sein.

Normalerweise wird ein geschlossener Expander vor dem Kessel platziert, bevor die Umwälzpumpe installiert wird

Durch die Möglichkeit der Platzierung in der Nähe des Kessels entfällt die Notwendigkeit einer Isolierung des Tanks. Das Gerät befindet sich in einem warmen Raum, was eine einfache Bedienung gewährleistet.

Welches Design ist besser?

Systeme unterscheiden sich je nach Ausführung und Material des Ausgleichsbehälters in der Liste der Vor- und Nachteile. Experten und erfahrenen Anwendern zufolge liegen die Funktionsvorteile jedoch auf der Seite geschlossener Optionen.

Vor- und Nachteile eines offenen Tanks

Ein selbstfließendes System erfordert Rohre mit größerem Durchmesser, was wiederum direkt zu höheren Kosten führt. Entwicklungsbudget offenes Heizsystem bei einem undichtem Dilatator nimmt der Wert leicht zu, bleibt aber relativ gering.

Die Hauptvorteile dieser Option sind die Einfachheit sowie die geringen Kosten für Komponenten und Installationsarbeiten. Ein weiteres positives Merkmal ist, dass keine Kontrolle des Druckniveaus erforderlich ist.

Ein offener Expander für kleine Systeme kann aus verfügbaren Materialien zusammengebaut werden und seine Installation wird keine Schwierigkeiten bereiten

Es gibt jedoch noch viel mehr Nachteile:

• Die Verwendung von Frostschutzmitteln ist aufgrund giftiger Dämpfe gefährlich.
• Die Installationsmöglichkeiten sind nur durch den oberen Punkt des Systems begrenzt.
• ständiger Kontakt mit der Atmosphäre erhöht das Risiko von Lufteinschlüssen und Korrosion;
• langsames Aufwärmen;
• Temperaturänderungen, die mit der Konvektionszirkulation einhergehen, beschleunigen den Geräteverschleiß;
• zur Beheizung von Flachbauten mit maximal zwei Etagen;
• große Wärmeverluste und Energieverbrauch zum Heizen.

Ein weiterer Nachteil eines offenen Systems sind Verluste durch Verdunstung und Überläufe. Daher sollte beim Einbau des Tanks darauf geachtet werden, dass die Einfüllöffnung zugänglich ist.

Vor- und Nachteile eines geschlossenen Tanks

Wenn offene Expander in puncto Preis und Montagefreundlichkeit gewinnen, dann ist die Funktionalität die Stärke eines geschlossenen Tanks, der auch Expansionstank genannt wird.Sie werden im Bauwesen eingesetzt geschlossene Heizsystemedie keinen direkten Kontakt zur Atmosphäre haben.

Expanzomaten haben folgende Vorteile:

• vollständige Dichtheit ermöglicht die Verwendung von Frostschutzmittel;
• Der Standort des Expanders hat keinen Einfluss auf die Leistung des Systems;
• Durch die Isolierung des Tankinnenraums wird die Wahrscheinlichkeit von Lufteinschlüssen und Korrosion minimiert.
• Nach dem Start erwärmt sich das System schneller und reagiert empfindlicher auf die Temperaturregelung.
• geringerer Unterschied zwischen den Betriebsbedingungen der Vor- und Rücklaufleitungen, was dadurch die Lebensdauer erhöht;
• erfordert keine Installation von Rohren mit großem Durchmesser, wodurch Baukosten eingespart werden können;
• erfordert keine ständige Aufmerksamkeit auf den Füllstand und den Zustand der Flüssigkeit;
• Einsatzmöglichkeit in Systemen für mehrere Etagen;
• geringe Wärmeverluste, wodurch die Kosten während des Gerätebetriebs gesenkt werden.

Bei der Auswahl von Expandern dieses Typs kann es vorkommen, dass Sie auf versiegelte Zylinder mit nicht trennbarer Konstruktion stoßen. Bei einer Fehlfunktion der Membran muss der Zylinder durch einen neuen ersetzt werden.

Zur Überwachung des Arbeitsdrucks ist am Zylinder ein Manometer angebracht und eine automatische oder mechanische Entlüftung zur Entfernung überschüssiger Luft installiert.

Zu den Nachteilen zählen die Komplexität des Designs und besondere Anforderungen an die Materialien, die die Kosten der Ausrüstung erhöhen. Hinzu kommt die Notwendigkeit, den Druck ständig zu überwachen und bei Bedarf wiederherzustellen.

Regeln zur Berechnung der Tankkapazität

Jede Art von Dilatator ist nur dann wirksam, wenn das Volumen richtig gewählt ist. Berücksichtigen Sie dabei die Ausdehnungsfähigkeit der Flüssigkeit während der Heizperiode.Wasser in Heizringen dehnt sich um mindestens 3 % des Gesamtvolumens des Wassersystems aus, Frostschutzmittel – um fast 5 %.

Flüssigkeiten gehören zur Kategorie der inkompressiblen Medien, daher muss ihnen der Tank eine ausreichende Reserve für die Wärmeausdehnung mit einem gewissen Spielraum bieten. Sofern der Kreislauf vollständig mit Kühlmittel gefüllt ist, kann bereits eine Wärmeausdehnung in den berechneten Volumina zum Austritt von Flüssigkeit führen Sicherheitsventil und Kühlmittel auf den Boden verschüttet.

Damit eine Überschreitung des Volumens des sich ausdehnenden Kühlmittels nicht zu Unfällen führt, werden geschlossene Tanks für kleine Kreisläufe in Privathäusern angeschafft, deren Volumen 10 % des Gesamtvolumens des durch das System zirkulierenden Kühlmittels beträgt. Diese Regel gilt für Anlagen mit einem Fassungsvermögen bis 150 l.

Wenn sich mehr als 150 Liter Kühlmittel entlang des Heizrings bewegen, wird das Fassungsvermögen eines geschlossenen Tanks berechnet, indem das Gesamtvolumen der Flüssigkeit mit seinem Ausdehnungskoeffizienten bei bestimmten Betriebstemperaturen im System multipliziert wird.

Zu dem erhaltenen Wert müssen Sie die Größe der Wassersperre addieren, d. h. das Kühlmittelvolumen, das sich im Tank aufgrund des standardmäßigen statischen Flüssigkeitsdrucks bildet. Bei großen Heizringen beträgt dieser Wert in der Regel 0,5 % des gesamten Kühlmittelvolumens, bei kleinen mit einem Fassungsvermögen von bis zu 150 Litern sind es 20 %.

Der resultierende Betrag wird mit einem Korrekturfaktor multipliziert, der aus den Werten von Vor- und Enddruck in der Heizungsanlage ermittelt wird. Die vorläufige Schätzung geht davon aus, dass pro 10 m Konturhöhe 1 Balken vorhanden ist. Der Enddruck entsteht durch den Betrieb des Systems.

Die Berechnung des Volumens eines geschlossenen Tanks für große komplexe Heizkonstruktionen sieht folgendermaßen aus:

Die verwendeten Berechnungen: Vn – Nennvolumen eines geschlossenen Tanks; Ve ist das Volumen des Kühlmittels während der Wärmeausdehnung (berechnet nach der Formel Vsystem×n %, wobei n der Wärmeausdehnungskoeffizient des Kühlmittels ist); Vv – Wasserdichtung; po – Vordruck; pe – Enddruckanzeige, gleich dem maximalen Druckwert des Sicherheitsventils minus 0,5 bar

Das Fassungsvermögen des offenen Typs ist nicht streng durch Vorschriften geregelt, es gibt jedoch eine Regel: Das Volumen des offenen Tanks bis zum Überlaufrohr sollte 3,5 - 4 % des Gesamtvolumens des Kühlmittels im Heizkreislauf betragen.

Für ein kleines Landhaus ist diese Schätzung ausreichend, für ein Gebäude für einen dauerhaften Wohnsitz ist jedoch eine genauere Berechnung erforderlich. Zunächst müssen Sie das Gesamtvolumen der Heizungsanlage ermitteln.

Optionen zur Berechnung der Gesamtheizleistung

Dieser Indikator kann auf drei Arten mit unterschiedlicher Genauigkeit bestimmt werden. Erstens basierend auf den Passdaten des Kessels. Somit werden pro Leistungseinheit der Kesselanlage etwa 15 Liter Flüssigkeit benötigt. Um die erforderlichen Daten zu erhalten, müssen Sie 15 mit der im Datenblatt angegebenen Kesselleistung multiplizieren.

Zweitens können Sie beim Befüllen der Anlage das Volumen mithilfe eines Wasserzählers ermitteln. Beim Befüllen wird die Menge der verbrauchten Flüssigkeit berücksichtigt. Dies ist eine genauere und schwierigere Option.

Bei der dritten Methode wird das Gesamtvolumen aller Elemente des Heizsystems berechnet. Dies ist die genaueste Option. Aus den Passmerkmalen lässt sich die Leistung des Wärmetauschers von Kessel, Heizkörpern, Konvektoren und Messgeräten ermitteln.Zur Berechnung der Rohrkapazität werden Daten aus der Tabelle verwendet.

Die Tabelle zeigt die Rohrgrößen in Zoll und ihr Volumen in Litern pro 1 Meter, was zur Zusammenfassung des Gesamtvolumens dient

Die Tabelle zeigt das Volumen der Rohre pro Meter Länge, hergestellt aus den gängigsten und modernsten Materialien. Der Innendurchmesser wird in Zoll von 0,5 bis 1,5 Einheiten angegeben.

Eine weitere Methode, die eine hohe Genauigkeit beansprucht, ist die Berechnung nach der Formel:

Vtotal = π x D2 x L/4,

Wo:

• π ist gleich 3,14;
• D - gibt die Parameter des Innendurchmessers der Rohre an;
• L – gibt die Länge der Systempipeline an.

Nach Erhalt der erforderlichen Daten werden diese aufsummiert und das Gesamtvolumen des Systems ermittelt, das für weitere Berechnungen verwendet wird.

Schritte und Formeln für den gesamten Berechnungszyklus zur Planung und Organisation der Heizung eines Privathauses werden hier angegeben. Wir empfehlen Ihnen, die nützlichen Informationen zu lesen.

Auswahl eines Ausdehnungsgefäßes gemäß Tabelle

Liegen die notwendigen Daten vor, kann anhand der Volumen- und Auslegungsdrucktabelle die optimale Expandervariante ausgewählt werden.

Das Gesamtvolumen des Systems wird nach der angegebenen Methode berechnet, die Druckparameter sind nur für geschlossene Modifikationen relevant und im Gerätedatenblatt angegeben.

Mit den Daten aus der Tabelle können Sie das Expandervolumen von 4 bis 300 Litern auswählen

Für diese Option sind außer der Berechnung des Gesamtvolumens des Systems keine besonderen Berechnungen erforderlich. Die Verwendung der Tabelle vereinfacht und beschleunigt die Auswahl eines Expanders mit der erforderlichen Tankkapazität erheblich.

Verwendung von Berechnungsformeln

Sollten die Tabellendaten nicht ausreichen, besteht die Möglichkeit, den erforderlichen Kapazitätsindikator selbst zu berechnen.

Verwenden Sie dazu die folgende Formel:

Vb = Vc x k/D,

Wo:

• Vb – gibt die gewünschte Expanderkapazität an;
• Vc – Gesamtsystemkapazität;
• k ist der Ausdehnungskoeffizient der Flüssigkeit beim Erhitzen;
• D – Effizienzkoeffizient des Expanders.

Von den für die Berechnung notwendigen Daten bleiben die Koeffizienten k und D unbekannt. Der erste ist ein Tabellenwert, der zweite wird nach einer separaten Formel berechnet.

Eine Temperaturausdehnungstabelle existiert ebenfalls und wird verwendet. Damit können Sie den Koeffizienten für Systeme mit Wasser oder Frostschutzmittel bestimmen. Der Wert ist nicht linear, er verändert sich bei Erwärmung je nach Vorhandensein und Konzentration von Glykol in der Flüssigkeit.

Anhand dieser Daten ist es möglich, die Parameter des Ausdehnungskoeffizienten der Flüssigkeit beim Erhitzen (k) zu bestimmen, die zur Berechnung des Volumens des Expansionszylinders erforderlich sind

Für Wasser wird die Konzentration von Ethylenglykol mit „0“ angenommen, für Frostschutzmittel wird die Konzentration anhand der vom Hersteller angegebenen Daten bestimmt. Die Heiztemperatur gilt für ein bestimmtes System als betriebsbereit.

Um den Effizienzkoeffizienten des Ausdehnungsgefäßes unabhängig zu berechnen, verwenden Sie die Formel:

(Qm – Qb): (Qm + 1),

Wo:

• Qm ist der maximale Druck des Systems entsprechend der Nennansprechschwelle des Sicherheitsventils;
• Qb ist der Vordruck in der Luftkammer des Expanders laut Datenblatt.

Wenn der letztgenannte Parameter unbekannt ist, wird er beim Aufpumpen oder durch Entlüften durch den Nippel der Flasche gemessen.

Andere Berechnungsmethoden

Neben eigenständigen Berechnungen mittels Formeln und Tabellen gibt es alternative Methoden. Eine zugängliche Berechnungsmöglichkeit ist die Hilfe eines Online-Rechners.

Es besteht kein Mangel an Netzwerkressourcen, die eine Online-Berechnung des erforderlichen Wertes ermöglichen. Sie sind anhand des Stichworts leicht zu finden

Eine weitere Möglichkeit, die notwendigen Daten zu erhalten, ist die Kontaktaufnahme mit professionellen Designern.Dies ist die zuverlässigste Methode, die Genauigkeit der erhaltenen Informationen ist jedoch recht kostspielig.

Macht Sie mit den Regeln für die Installation und den Anschluss geschlossener und offener Expander vertraut nächster Artikelwidmet sich diesen Themen.

Wie wählt man den richtigen Ausgleichsbehälter aus?

Es empfiehlt sich, bereits in der Planungsphase über die Art der Heizungsanlage zu entscheiden. Die Wahl des Tanks wird in der Regel aufgeschoben, bis der Kasten aufgestellt ist, wenn das System installiert ist und sein Volumen bekannt ist.

Bei der Auswahl der optimalen Ausdehnungsgefäßoption wird empfohlen:

• Konzentrieren Sie sich auf das Volumen des geschlossenen Ausgleichsbehälters, das den Wert der Wärmeausdehnung des Kühlmittels übersteigt.
• Beim Kauf sollten Sie auf den Anschluss, die Form des Behälters und die Lage der Anschlüsse für Befestigungselemente achten – so vermeiden Sie Überraschungen bei der Installation;
• Es ist wichtig, die Anleitung auf dem Gehäuse zu beachten, die nützliche Installationsinformationen und technische Parameter enthält.

Beim Kauf ist es besser, sich auf einen vertrauenswürdigen Hersteller zu konzentrieren, auch wenn dessen Zylinder mehr kosten. Dies ist der Schlüssel zur Langlebigkeit des Heizsystems, vorausgesetzt, es wird richtig verwendet und regelmäßig gewartet.

Vor dem Anschluss wird der Vordruck im Gasraum des Membrantanks auf einen Wert eingestellt, der dem statischen Druck der Kühlmittelsäule im Heizkreislauf entspricht. Die Einstellung erfolgt mit einer normalen Autopumpe und wird über ein Manometer kontrolliert.

Die Hauptsache ist, keinen Kesseltank für die Heizungsanlage zu kaufen – sie unterscheiden sich in ihren technischen Eigenschaften völlig

Verwechseln Sie Expander nicht mit Heizsystemen und Hydrospeicher für Kaltwasserversorgungsleitungen. Sie unterscheiden sich in Aussehen und Designmerkmalen.Erstere sind rot lackiert und in der Regel nicht zerlegbar, letztere sind blau und mit einem abnehmbaren Flansch zur Reparatur der Membran ausgestattet.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Das Video hilft Ihnen, die Parameter eines geschlossenen Modifikationsexpanders zu bestimmen und die Unterschiede zwischen Heizzylindern und Kesselsystemen zu verstehen:

Das Funktionsprinzip und die Funktionen zur Auswahl eines Containers im Videoclip:

Das Heizsystem eines Privathauses kann nach einem offenen oder geschlossenen Kreislauf ausgeführt werden, was die Installation eines Expanders entsprechender Bauart erfordert. Der entscheidende Faktor für die Leistung ist das Volumen, das Sie selbst berechnen oder professionellen Designern anvertrauen können.

Richtig ausgewählte Geräte tragen dazu bei, das erforderliche Flüssigkeitsvolumen in einem offenen System aufrechtzuerhalten, und bei geschlossener Heizung hält es den Betriebsdruck aufrecht.

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