Dobór naczynia wzbiorczego co: Obliczenia i najczęstsze błędy montażowe

Dobór naczynia wzbiorczego CO nie polega na przyjęciu pojemności równej 10% zładu ani na odczytaniu jednego ciśnienia z manometru kotła. Projektant musi powiązać objętość instalacji z rozszerzalnością czynnika oraz całym zakresem ciśnień: od wysokości statycznej aż do nastawy zaworu bezpieczeństwa.

Dlatego w tym poradniku obliczam naczynie według metody opisanej w PN-EN 12828+A1:2014-05. Jednocześnie wyjaśniam rolę PN-EN 13831:2007, pokazuję pełny przykład dla instalacji o pojemności 500 l i rozdzielam trzy wartości, które bywają mylone: ciśnienie wstępne gazu, ciśnienie początkowe zimnej instalacji oraz ciśnienie końcowe.

Dobór naczynia wzbiorczego CO – od jakich danych zacząć?

Najpierw trzeba opisać rzeczywistą instalację. Sama moc kotła nie wystarcza, ponieważ dwa układy o tej samej mocy mogą mieć zupełnie inną ilość wody. Inaczej zachowa się niewielka instalacja podłogowa, inaczej układ z dużym buforem, a jeszcze inaczej modernizowana instalacja z grzejnikami żeliwnymi.

• V_system – całkowita objętość czynnika w rurach, odbiornikach, źródle, buforze i obiegach pomocniczych;
• najniższa oraz najwyższa temperatura robocza czynnika;
• rodzaj i stężenie czynnika, zwłaszcza udział glikolu lub inhibitorów;
• wysokość statyczna liczona od króćca włączenia układu utrzymania ciśnienia do najwyższego punktu;
• wymagania minimalnego ciśnienia kotła, pompy, zaworów i innych urządzeń;
• nastawa oraz charakterystyka zamykania zaworu bezpieczeństwa;
• dopuszczalne ciśnienie i temperatura membrany wybranego naczynia;
• położenie pompy względem punktu włączenia naczynia.

PN-EN 12828 i PN-EN 13831 – dwie różne role

Obie normy dotyczą naczyń przeponowych, jednak odpowiadają na inne pytania. PN-EN 12828+A1:2014-05 opisuje projektowanie wodnych instalacji centralnego ogrzewania. Jej załącznik D podaje wskazówki dotyczące poziomów ciśnienia i wymiarowania naczyń w układach zamkniętych. Natomiast PN-EN 13831:2007 jest normą wyrobu. Dotyczy konstrukcji, produkcji oraz badań zamkniętych zbiorników z wbudowaną przeponą.

W praktyce dobór naczynia wzbiorczego CO nie może więc polegać na przepisaniu jednego wzoru bez sprawdzenia warunków brzegowych. Ponadto zawsze trzeba uwzględnić instrukcję producenta, dopuszczalne ciśnienie najsłabszego elementu i rzeczywistą temperaturę membrany.

Dobór naczynia wzbiorczego CO – pełny łańcuch ciśnień

Prawidłowa kolejność obliczeń jest ważniejsza niż zapamiętana wartość w barach. Wysokość statyczna wyznacza punkt wyjścia, ale następnie trzeba uwzględnić parowanie, kawitację, wymagania urządzeń, ciśnienie początkowe i górną granicę pracy instalacji.

Co istotne, wszystkie ciśnienia w metodzie trzeba odnosić do tego samego punktu instalacji. Trzeba również rozróżnić nadciśnienie od ciśnienia bezwzględnego. Właśnie dlatego we wzorze pojemności pojawia się składnik „+1”, który w przybliżeniu przelicza wartości manometryczne na bezwzględne.

Co oznaczają p₀, p_ini, p_fin i p_SV?

PN-EN 12828 zaleca przyjmowanie co najmniej 0,2 bar ponad ciśnienie statyczne przy ustalaniu p₀. Nie oznacza to jednak, że p₀ ma być o 0,2 bar niższe od p_st. Ponadto większego zapasu mogą wymagać pompa, kocioł, zawory albo wysoka temperatura.

Dobór naczynia wzbiorczego CO – pełny przykład obliczeniowy

Przykład pokazuje metodę, a nie gotową nastawę dla każdego domu. Przyjmuję zamkniętą instalację wodną z jednym kotłem, bez glikolu. Wszystkie wartości ciśnienia odnoszę do miejsca włączenia naczynia. Ostateczny dobór trzeba jeszcze sprawdzić z kartą konkretnego wyrobu.

Krok 1: wysokość statyczna i minimalne ciśnienie p₀

Osiem metrów słupa wody daje w przybliżeniu p_st = 0,8 bar. Dla wody pracującej poniżej 100°C przyjmuję w tym przykładzie p_v = 0 bar nadciśnienia. Następnie dodaję zalecany zapas 0,2 bar. Nie ma tu urządzenia wymagającego wyższego minimum.

W rezultacie nastawę gazową naczynia przyjmuję jako 1,0 bar. Wartość sprawdza się po stronie gazowej, gdy na króciec wodny nie działa ciśnienie instalacji.

Krok 2: objętość ekspansji i rezerwa wodna

Dla wody przyjmuję gęstość około 999,7 kg/m³ przy 10°C oraz 971,8 kg/m³ przy 80°C. Zgodnie ze wzorem z załącznika D współczynnik ekspansji wynosi zatem około 0,0279, czyli 2,79%.

Ponieważ obliczana pojemność naczynia przekroczy 15 l, minimalna rezerwa wynosi 0,5% zładu, jednak nie mniej niż 3 l. Z 500 l otrzymuję 2,5 l, dlatego do dalszego obliczenia przyjmuję V_wr,min = 3,0 l.

Dobór naczynia wzbiorczego CO – wynik pojemności

Minimalną pojemność nominalną obliczam z objętości ekspansji, rezerwy oraz użytecznego pasma ciśnienia. Wartości „+1” zamieniają nadciśnienia na ciśnienia bezwzględne w przybliżeniu technicznym.

Najbliższe większe naczynie z przykładowego szeregu ma 50 l. Nie kończę jednak na zaokrągleniu, ponieważ norma wymaga jeszcze potwierdzenia ciśnienia początkowego dla rzeczywiście wybranej pojemności.

Krok 4: dobór naczynia wzbiorczego CO i sprawdzenie p_ini

Dla V_N = 50 l, V_ex = 13,95 l, p₀ = 1,0 bar oraz p_fin = 2,5 bar wzór kontrolny z PN-EN 12828 daje p_ini ≈ 1,35 bar. Jednocześnie spełniony jest warunek p_ini ≥ p₀ + 0,3 bar, ponieważ 1,35 bar jest większe od 1,30 bar.

W tym przykładzie projektowo wybieram więc naczynie 50 l, ustawiam p₀ = 1,0 bar i przy temperaturze początkowej dążę do około 1,35 bar w punkcie odniesienia. Następnie sprawdzam DTR, dopuszczalne ciśnienie, temperaturę membrany oraz rzeczywistą nastawę zaworu.

Dlaczego reguła „naczynie równe 10% zładu” zawodzi?

W analizowanym przykładzie 10% z 500 l daje 50 l, czyli przypadkowo tyle samo co wybrany zbiornik. To jednak nie potwierdza poprawności reguły. Zbieżność znika natychmiast po zwężeniu dostępnego pasma ciśnienia albo po zwiększeniu wysokości statycznej.

Dlatego wskaźnik procentowy może służyć najwyżej do szybkiej kontroli sensowności wyniku. Profesjonalny dobór naczynia wzbiorczego CO nie może natomiast pomijać obliczeń ani potwierdzenia punktu pracy wybranego zbiornika.

Gdzie włączyć naczynie względem pompy?

Króciec naczynia tworzy punkt odniesienia dla ciśnienia w obiegu, często nazywany punktem stałego ciśnienia albo neutralnym hydraulicznie. Pompa wytwarza różnicę ciśnień po obu stronach wirnika, natomiast w pobliżu połączenia z naczyniem ciśnienie pozostaje stabilizowane przez poduszkę gazową.

Jeżeli naczynie podłączono po stronie tłocznej, nie oznacza to automatycznie awarii. Projektant musi jednak sprawdzić przyrost ciśnienia pompy, minimalne ciśnienie przed wirnikiem, najwyższy punkt instalacji oraz położenie zaworu bezpieczeństwa. Właśnie dlatego dobór naczynia wzbiorczego CO obejmuje także ocenę całego schematu hydraulicznego.

Powrót czy zasilanie – temperatura jest ważniejsza niż nazwa rury

PN-EN 12828 wskazuje, że układ utrzymania ciśnienia powinien być dobrany i umieszczony tak, aby nie przekroczyć dopuszczalnej temperatury membrany. Dlatego norma preferuje powrót albo punkt o najniższej temperaturze. Jednocześnie podkreśla nadrzędność instrukcji producenta systemu.

Przeczytaj także

ZOBACZ TAKŻEPompa obiegowa na zasilaniu czy powrocie?Sprawdź, jak położenie naczynia zmienia ciśnienie, odpowietrzanie i ryzyko kawitacji.ZOBACZ TAKŻEOdpływ z zaworu bezpieczeństwaZobacz, jak bezpiecznie odprowadzić zrzut i dlaczego naczynie nie zastępuje zaworu.

PN-EN 13831:2007 – co norma wyrobu mówi o naczyniu?

PN-EN 13831 nie służy do wyznaczenia pojemności zbiornika dla konkretnej kotłowni. Określa natomiast wymagania dla samego wyrobu, w tym konstrukcji, materiałów, przepony, badań, kontroli produkcji i oznakowania. Dlatego projektant wykorzystuje ją razem z PN-EN 12828, a nie zamiast niej.

W zakresie normy podstawowy limit temperatury pracy przepony wynosi 70°C, chyba że udowodniono przydatność materiału do wyższej temperatury. Co ważne, liczy się temperatura docierająca do membrany, a nie tylko temperatura zasilania kotła. Dlatego producent może wymagać montażu w chłodniejszym miejscu, odpowiedniego odcinka przyłączeniowego albo zbiornika pośredniego.

Jak ustawić i sprawdzić ciśnienie wstępne p₀?

Fabryczna nastawa nie musi odpowiadać projektowi. Przed uruchomieniem trzeba ją porównać z obliczonym p₀, a następnie skorygować zgodnie z DTR. Pomiar wykonany na napełnionej instalacji nie pokazuje swobodnego ciśnienia gazu, ponieważ membranę obciąża woda.

1. Wyłącz źródło i poczekaj, aż czynnik ostygnie do bezpiecznej temperatury.
2. Odizoluj naczynie wyłącznie zaworem serwisowym zabezpieczonym przed przypadkowym zamknięciem albo opróżnij właściwą część układu.
3. Odciąż stronę wodną naczynia do 0 bar i pozostaw odpływ otwarty podczas pomiaru.
4. Zmierz ciśnienie po stronie gazowej sprawnym manometrem.
5. Ustaw obliczone p₀, a następnie ponownie napełnij instalację do wyznaczonego p_ini.
6. Po rozgrzaniu sprawdź, czy ciśnienie pozostaje poniżej p_fin i czy zawór bezpieczeństwa nie zrzuca wody.

Jeżeli z wentyla gazowego wypływa woda, przepona może być uszkodzona. Natomiast szybki wzrost ciśnienia po uruchomieniu nie zawsze oznacza za mały zbiornik. Przyczyną bywa również brak poduszki gazowej, zamknięty przewód przyłączeniowy albo niedrożna armatura.

Naczynie, zawór bezpieczeństwa i przewód przyłączeniowy

Naczynie przeponowe ogranicza wzrost ciśnienia w normalnym zakresie pracy. Zawór bezpieczeństwa stanowi natomiast niezależne zabezpieczenie awaryjne. Jedno urządzenie nie zastępuje drugiego, dlatego projekt musi skoordynować p_fin, p_SV i maksymalne dopuszczalne ciśnienia wszystkich elementów.

• p_fin powinno pozostać poniżej nastawy zaworu o różnicę wynikającą z jego charakterystyki zamykania;
• trzeba uwzględnić różnicę wysokości i ciśnienia dynamicznego między naczyniem a zaworem;
• przewód łączący układ utrzymania ciśnienia ze źródłem musi pozostawać otwarty podczas pracy;
• zawór serwisowy przy naczyniu powinien być zabezpieczony przed przypadkowym zamknięciem i współpracować ze spustem;
• zawór bezpieczeństwa przy źródle nie może mieć armatury odcinającej na drodze zabezpieczenia.

Glikol, bufor i instalacja pracująca również w chłodzeniu

Roztwór glikolu ma inną gęstość oraz rozszerzalność niż czysta woda. Dlatego nie wolno pozostawić współczynnika e z przykładu wodnego. Trzeba pobrać dane dla konkretnego rodzaju glikolu, jego stężenia i całego zakresu temperatur. Ponadto producent naczynia musi potwierdzić zgodność przepony z dodatkami.

Bufor zwiększa przede wszystkim V_system. W instalacji z zasobnikiem 500 lub 1000 l może więc odpowiadać za większość wymaganej pojemności naczynia. Z kolei układ pracujący również w chłodzeniu wymaga rozpatrzenia temperatury najniższej, kondensacji, zmian gęstości i ciśnienia w całym cyklu grzanie–chłodzenie.

W takich systemach jedna nastawa „dla CO” może nie zapewnić poprawnej pracy w obu trybach. W rezultacie projektant powinien policzyć skrajne stany, a następnie sprawdzić, czy zakres roboczy naczynia i automatyki obejmuje każdy z nich.

Co naprawdę mówi § 133 Warunków Technicznych?

Ogólną podstawą prawną jest § 133 ust. 3, zgodnie z którym instalację ogrzewczą wodną należy zabezpieczyć przed nadmiernym wzrostem ciśnienia i temperatury według wymagań Polskich Norm dotyczących zabezpieczeń. W załączniku nr 1 do rozporządzenia nadal wymieniono przy tym PN-B-02414:1999.

Natomiast § 133 ust. 8 nie jest uniwersalną podstawą doboru naczynia. Dotyczy szczególnego przypadku instalacji zamkniętej z grzejnikami, którą częściowo albo w całości przystosowano również do chłodzenia. Pełną treść można sprawdzić w urzędowym tekście Warunków Technicznych.

Dlatego w projekcie warto rozdzielić trzy poziomy: wymaganie prawne z WT, metodę instalacyjną PN-EN 12828 oraz wymagania wyrobu PN-EN 13831. Aktualność dokumentów można dodatkowo potwierdzić w wyszukiwarce Polskiego Komitetu Normalizacyjnego.

Dobór naczynia wzbiorczego CO – checklista projektanta

• □ Obliczono albo wiarygodnie zinwentaryzowano cały zład.
• □ Przyjęto temperaturę minimalną i maksymalną dla rzeczywistego czynnika.
• □ Wysokość statyczną zmierzono od punktu włączenia naczynia.
• □ Ustalono p₀ z uwzględnieniem p_st, p_v, kawitacji i wymagań urządzeń.
• □ Wyznaczono p_ini, a nie tylko fabryczne ciśnienie gazu.
• □ p_fin skoordynowano z p_SV i charakterystyką zamykania zaworu.
• □ Obliczono V_ex i minimalną rezerwę wodną.
• □ Po wyborze większego naczynia ponownie sprawdzono p_ini.
• □ Zweryfikowano maksymalne ciśnienie, temperaturę membrany i zgodność z glikolem.
• □ Oceniono punkt stałego ciśnienia oraz położenie pompy.
• □ Połączenie naczynia pozostaje drożne i zabezpieczone przed przypadkowym odcięciem.
• □ Nastawy oraz wyniki wpisano do dokumentacji odbiorowej.

Podsumowanie: najpierw pasmo ciśnienia, potem pojemność

Prawidłowy dobór naczynia wzbiorczego CO zaczyna się od wysokości statycznej i minimalnego wymaganego ciśnienia. Następnie wyznacza się p₀, ciśnienie początkowe i końcowe, a dopiero później objętość ekspansji, rezerwę oraz nominalną pojemność naczynia. Dzięki temu wiadomo nie tylko, ile litrów ma mieć zbiornik, lecz także w jakim zakresie będzie rzeczywiście pracował.

Nie ma więc uniwersalnej zasady „0,2 bar poniżej statyki” ani bezwzględnego nakazu montażu wyłącznie na powrocie. Powrót często chroni membranę przed temperaturą, a strona ssawna pompy jest miejscem zalecanym. Jednak ostatecznie decydują obliczenia ciśnienia w całym układzie, dopuszczenia producentów oraz drożna droga zabezpieczenia.

FAQ – dobór naczynia wzbiorczego CO