Wanneer water wordt verwarmd, neemt de benodigde ruimte voor elk molecuul toe. Elke poging om deze expansie te voorkomen zal worden beantwoord met enorme krachten. Als een sterke metalen container volledig is gevuld met vloeibaar water en is afgesloten van de atmosfeer, zal de druk snel toenemen als het water wordt verwarmd. Als deze druk wordt opgebouwd, zal die container uiteindelijk barsten, in sommige gevallen met geweld.

Om een ​​dergelijk resultaat te voorkomen, zijn hydraulische systemen met een gesloten circuit uitgerust met een expansievat. De tank zorgt voor een "kussen" van lucht - een sterk samendrukbare vloeistof - waartegen het uitzettende water kan duwen zonder grote drukverhogingen in het systeem te veroorzaken. Zie de lucht in de tank als een veer. Naarmate het water van het systeem uitzet, wordt deze "veer" samengedrukt. Wanneer het water afkoelt en samentrekt, keert de "veer" terug naar zijn oorspronkelijke staat.

Oudere systemen maakten vaak gebruik van “standaard” expansievaten, waarin lucht en water in direct contact staan. Dit type expansievat wordt typisch opgehangen aan het plafond van een mechanische ruimte. Hierdoor kan lucht die vrijkomt uit de aanvankelijke hoeveelheid water van het systeem omhoog in de tank bewegen. Een voorbeeld van zo'n tank wordt getoond in figuur 1.

Hoewel ze functioneel zijn, zijn standaard expansievaten aanzienlijk groter dan moderne expansievaten met membraan of blaas. Daardoor zijn ze duurder, zwaarder en hebben ze meer montageruimte nodig. Als ze niet zijn uitgerust met de juiste fittingen, kunnen ze zich na verloop van tijd ook met water vullen en "waterhoudend" raken. Ze worden zelden gebruikt in moderne hydronische systemen, vooral in residentiële of lichte commerciële bouwtoepassingen.

LUCHT EN WATER SCHEIDEN

Tegenwoordig gebruikt het meest gespecificeerde expansievat voor hydraulische verwarmings- of koelsystemen een zeer flexibel butylrubber of EPDM-membraan om de lucht en het water in de tank volledig te scheiden. Dit diafragma komt overeen met het interne stalen oppervlak van de tank wanneer de luchtzijde onder druk staat.

Wanneer het water van het systeem wordt verwarmd en uitzet in de tank, vervormt het membraan en beweegt het naar de gevangen luchtkamer. De luchtdruk in de tank neemt toe en daarmee ook de waterdruk in het systeem. Als de tank echter de juiste afmetingen heeft, is de toename van de systeemdruk niet voldoende om het overdrukventiel te openen, zelfs als al het water in het systeem de maximale temperatuur heeft bereikt.

Membraanexpansietanks kunnen worden gedimensioneerd met behulp van grafieken of software. Een gedetailleerde procedure voor het dimensioneren van expansievaten met membraan wordt gegeven in referentie 1, evenals in verschillende andere industriële publicaties. De kernbegrippen zijn:

1. Het onder druk brengen van de luchtzijde van de tank om de statische druk van het water op de locatie van het expansievat te evenaren en voordat water aan het systeem wordt toegevoegd. Dit voorkomt dat koud water de lucht in de tank gedeeltelijk comprimeert. Het membraan begint pas samen te drukken als de watertemperatuur stijgt.

2. De tank zo dimensioneren dat de druk bij de overdrukklep van het systeem 5 psi lager is dan de nominale openingsdruk van de kleppen wanneer alle vloeistof in het systeem de maximale verwachte temperatuur heeft. De marge van vijf psi voorkomt dat de ontlastklep "dribbelt" wanneer de druk de nominale openingsdruk nadert.

Zelfs wanneer een expansievat de juiste afmetingen heeft, kunnen installatiedetails het vermogen om te functioneren zoals bedoeld en om vele jaren dienst te leveren, maken of breken.

DE DO's

 

1. Pomp weg: Een detail dat ooit werd begrepen en gerespecteerd in de hydrauliekindustrie, maar langzaam vervaagde ten opzichte van andere verpakkings- of installatie-'gemakken', is om het expansievat aan te sluiten op een hydronische leidingcircuit nabij de inlaat van de circulatiepomp. Hierdoor wordt de drukval geminimaliseerd tussen het punt waar de tank is aangesloten op het circuit, dat is het punt waar er geen drukverandering is wanneer de circulatiepomp wordt ingeschakeld, en de inlaat van de circulatiepomp. Hierdoor kan de door de circulatiepomp gecreëerde verschildruk worden opgeteld bij de statische druk in het systeem. Verhoogde systeemdruk helpt de circulatiepomp te beschermen tegen cavitatie en zorgt vaak voor een stillere werking. Het verbetert ook het vermogen van ventilatieopeningen om lucht uit het systeem te blazen. Figuur 3 toont verschillende aanvaardbare plaatsingen van de tank.

2. Monteer de tank verticaal met de aansluiting aan de bovenkant: Het is ook het beste om expansievaten met membraan verticaal te installeren met de leidingaansluiting aan de bovenkant. Dit vermindert de spanning op de aansluiting van de tank ten opzichte van horizontale montage. Het voorkomt ook dat lucht in de leidingen vast komt te zitten aan de waterzijde van het expansievat wanneer het systeem voor het eerst wordt gevuld. Figuur 4 illustreert de verschillen.

3. Controleer de luchtdruk: Het is belangrijk om te controleren of de luchtzijdige druk in de tank gelijk is aan de statische druk die aanwezig zal zijn bij de aansluiting van de tank wanneer het systeem wordt gevuld met koude vloeistof. De meeste fabrikanten geven aan dat hun tanks vooraf zijn gevuld tot 12 psi. Ga er niet vanuit dat dit altijd waar of correct is. Twaalf psi is geschikt voor systemen waarbij de bovenkant van de leidingen zich ongeveer 5 meter boven de inlaat van het expansievat bevindt (ervan uitgaande dat een statische druk van 5 psi aan de bovenkant van het systeem gewenst is om de ventilatieopeningen goed te laten functioneren). Hogere leidingsystemen vereisen een hogere luchtdruk om gedeeltelijke compressie van het membraan te voorkomen voordat de vloeistof wordt verwarmd. Bereken de statische druk bij de tankinlaat met formule 1.

Formule 1:

Waar:

Pa = juiste druk aan luchtzijde (psi)
H = afstand van aansluiting expansievat tot bovenkant leidingcircuit (voet)
Dc = dichtheid van de “koude” vloeistof in het systeem wanneer deze ongeveer 60F (lb/ft3) is
5 = 5 psi statische druk gewenst bovenaan systeem voor werking ontluchter
144 = conversieconstante eenheden

Bijvoorbeeld: als de bovenkant van het leidingcircuit 25 voet boven de aansluiting van het expansievat was en aangenomen dat het systeem gevuld is met water, zou de juiste luchtdruk in de tank zijn:

Koop een bandenspanningsmeter voor lage druk met een schaal van 0-30 psi en een fietspomp of kleine luchtcompressor. Gebruik ze om de berekende druk aan de luchtzijde in te stellen voordat u het systeem met vloeistof vult.

4. Plan vooruit: De levensduur van een expansievat hangt af van de bedrijfstemperatuur, de druk, de vloeistofchemie en het zuurstofgehalte van het systeem. Sommige tanks falen wanneer zich een lek in het membraan ontwikkelt. Dit zorgt er meestal voor dat de tank zich vult met vloeistof en "watergelogd" wordt. U kunt dit controleren door de steel van het Schrader-ventiel in te drukken. Als er een stroom vloeistof uit komt, is de tank geroosterd. Tanks kunnen ook lekken ontwikkelen in hun dunne stalen omhulsel. De enige optie is een nieuwe tank. Dit is wanneer u het op prijs stelt een kogelkraan te hebben die de tank kan isoleren van de rest van het systeem. Zonder deze klep moet u mogelijk enkele liters vloeistof uit het systeem aftappen om de defecte tank los te schroeven en een nieuwe erin te schroeven.

5. Overweeg overdimensionering: De typische berekeningen voor de dimensionering van een expansievat met membraan bepalen het minimale tankvolume. Het gebruik van een grotere tank, hoewel waarschijnlijk duurder, is prima. Hierdoor worden veranderingen in de systeemdruk verminderd naarmate de vloeistoftemperatuur varieert.

6. Houd rekening met de laagste vloeistoftemperaturen: In de meeste hydraulische verwarmingssystemen is de grootte van het expansievat en de drukverhoging aan de luchtzijde gebaseerd op de veronderstelling dat de koude vloeistof die wordt gebruikt om het systeem te vullen in het temperatuurbereik van 45F tot 60F. Dat is prima. Wanneer echter een expansievat wordt gebruikt in een zonnecollectorcircuit of een sneeuwsmeltsysteem, zal de antivriesoplossing soms veel kouder zijn, misschien zelfs onder 0F. Als het membraan van de tank volledig is uitgezet tegen de stalen schaal bij een vloeistoftemperatuur van misschien 45F, kan elke verdere afkoeling van de vloeistof negatieve druk in het systeem veroorzaken en mogelijke instroom van lucht uit een vlotter-type ontluchting. Referentie 2 hieronder legt uit hoe u voor deze mogelijkheid kunt corrigeren.

7. Pas aan voor antivriesoplossingen: Oplossingen van propyleen of ethyleenglycol hebben een hogere uitzettingscoëfficiënt in vergelijking met water. Hoe hoger de concentratie antivries, hoe groter het benodigde expansievolume. De toename in volume voor water verwarmd van 60F tot 180F is ongeveer drie procent. De volumetoename voor een 50 procent oplossing van propyleenglycol verwarmd van 60F tot 180F is ongeveer 4,5 procent. Hiermee moet rekening worden gehouden bij het dimensioneren van tanks voor systemen zoals sneeuwsmelting, thermische zonne-energie of andere toepassingen waarbij op glycol gebaseerde antivriesoplossingen worden gebruikt. Nogmaals, de methoden in Referentie 1 kunnen hiervoor corrigeren.

DE DON'S

Zoals gewoonlijk zou een lijst van alle "don'ts" inherent het tegenovergestelde van alle "dos" bevatten. Toch zijn er nog een paar "don'ts" die opvallen.

1. Combineer geen staal en zuurstof: gebruik geen standaard expansievat met een koolstofstalen omhulsel in een open-lustoepassing, zoals een systeem dat drinkwater gebruikt om warmte naar hydraulische warmteafgevers te transporteren, wat een slecht idee is om een ​​aantal andere redenen. Het verhoogde gehalte aan opgeloste zuurstof van het water in een open-lussysteem, in vergelijking met dat in een gesloten-lussysteem, zal de corrosie van de dunne koolstofstalen schil van de tank versnellen. Deze beperking is ook van toepassing op gesloten-lussystemen die gebruik maken van niet-barrière PEX-slangen of andere materialen die zuurstofdiffusie in het systeem mogelijk maken. Expansietanks met interne polymeerbekleding moeten worden gebruikt in elke toepassing waar hogere niveaus van opgeloste zuurstof aanwezig kunnen zijn.

2. Vul het niet met vuil: Installeer geen expansievaten direct onder hydraulische afscheiders. Hierdoor kan het op de bodem van de afscheider verzamelde vuil in het expansievat vallen. Na verloop van tijd kan dit leiden tot falen van het membraan. Als de tank zich in de buurt van een hydraulische afscheider moet bevinden, kunt u deze het beste monteren vanaf een T-stuk in een van beide pijpen die zijn aangesloten op de onderste zijwandaansluitingen op de afscheider, zoals weergegeven in afbeelding 5.

3. Oververhit het niet: Vermijd waar mogelijk het plaatsen van expansievaten in de buurt van zeer heet water. Wanneer de tankwand wordt verwarmd door warmtemigratie (geleiding en convectie) neemt de druk van de lucht in de tank toe. Als alle andere factoren gelijk zijn, verhoogt dit de systeemdruk ten opzichte van een situatie waarin de tankschil koeler is. Dit kan leiden tot lekkage van het overdrukventiel. Het is prima om de tank op enkele meters afstand te plaatsen van waar de buis van de tank op het systeem is aangesloten. Houd de tank lager dan dit aansluitpunt om warmtemigratie door convectie te verminderen.

4. Maak geen meerdere aansluitpunten: Het is prima om twee of meer expansievaten te gebruiken met een gecombineerd volume van één groter vat. Die tanks moeten echter worden aangesloten op een gemeenschappelijke leiding, die een enkel aansluitpunt in het systeem heeft. Vermijd het aansluiten van meerdere tanks op verschillende delen van dezelfde leiding. Dit kan onverwachte drukvariaties veroorzaken, afhankelijk van waar de circulatiepomp(en) zich bevinden ten opzichte van de tanks.

5. Zorg ervoor dat het niet kwetsbaar is voor schokken: Klein expansievat dat aan de bovenkant inch hangt, kan gemakkelijk worden verbogen door onbedoelde schokken, zoals iemand die opstaat vanuit een voorovergebogen positie en tegen de tank stoot. Vraag me hoe ik dit weet... Als de tank op een kwetsbare locatie moet worden gemonteerd, gebruik dan een omsnoeringssysteem om de schaal aan een stevig oppervlak te bevestigen, zoals weergegeven in afbeelding 6. Sommige fabrikanten van expansietanks bieden omsnoeringssets of andere hardware om de tank goed te ondersteunen. tankgranaat.

Naast het omsnoeringsbericht hebben beide tanks isolerende kogels en voldoende ruimte voor toegang tot de Schrader-luchtklep aan de onderkant. Beide tanks zijn parallel aangesloten op een gemeenschappelijke leiding, waardoor een enkel aansluitpunt op het circuit mogelijk is.

6. Ga niet uit van compatibiliteit: Zorg ervoor dat het expansievat dat u selecteert compatibel is met de vloeistof die in het systeem wordt gebruikt. Gecombineerde butyl/EPDM- of volledig EPDM-membranen zijn over het algemeen compatibel met glycoloplossingen en de methanol- of ethanoloplossingen die soms worden gebruikt in geothermische aardlussen. Verschillende tankleveranciers gebruiken echter verschillende materialen en hebben verschillende temperatuurlimieten voor die materialen. Het is altijd het beste om goedkeuring te krijgen van de tankfabrikant voor vloeistofcompatibiliteit.

Expansievaten vervullen een eenvoudige maar zeer noodzakelijke functie. Volg deze tips om ze te laten functioneren zoals bedoeld.