Ämne: Slutna expansionskärl

[PerJ]

Slutna expansionskärl

Frekvent här på forumet så uppkommer diskussionen om att trycket varierar i systemet, säkerhetsventiler som droppar, läcker systemet? Osv. Etc.

•   För det första så SKA trycket variera i ett system med slutet expansionskärl!
•   Vilket tryck har i systemet beror på husets höjd och aktuell drifttemperatur.
•   Minsta önskvärda tryck beror på systemets höjd
•   Högsta tillåtna tryck beror på maximalt tillåtet tryck, säkerhetsventilen. 

Varför behövs expansionskärl?
Vattnet expanderar när temperaturen stiger, tex så ökar volymen ca 1,5% från 20ºC till 60ºC. Det vattnet måste få plats någonstans i systemet, annars läcker det ut via säkerhetsventilen, eller den svagaste länken i systemet börjar läcka.

Lägsta tryck
Man vill aldrig få undertryck någonstans i systemet. Detta för att undvika att luft sugs in i ventilspindlar etc, som man senare måste lufta ur när trycket stiger. Det lägsta trycket ska upprätthållas när systemet är avstängt/kallt, företrädelsevis på sommaren.

Det lägsta trycket i ett system får man på den högsta punkten i rörsystemet, där vill man ha minst 0,5-1 meter vätskepelare övertryck, alltså 0,05-0,1 bar. Detta ger då minsta önskvärda tryck vid expansionskärlet enligt följande:

Lägsta tryck [bar] = (rörsystemets högsta punkt [m] – expansionskärlets nivå [m]) *0,1 + 0,1 

Högsta tryck
Beror vanligen på säkerhetsventilens öppningstryck som i sin tur bestäms av hållfastheten på ingående komponenter i systemet.

Slutna expansionskärl
Består av två utrymmen, en gasfylld sektion och en sektion som är anslutet till systemet. De olika sektionerna avskiljs med ett membran som buktar fram och tillbaka så att tryckjämvikt fås mellan de två sektionerna. När vattnet expanderar i systmet fylls expansionskärlets vattensida med vatten, membranet trycks över mot gassidan, gasen komprimeras och trycket i expansionskärlet stiger. Här gäller i princip allmänna gaslagen:

Trycket * Volymen = konstant

Oftast är den gasfyllda sektionen fylld med lite extra gas, så kallat förtryck. (normalt mellan 0,5 och 1,5 bar beroende på fabrikat och artikelnummer) Förtrycket innebär att gassidan håller ett högre tryck än atmosfärstryck när vattensidan är helt tom på vatten.

Förtrycket ska justeras in för aktuellt system för att expansionskärlet ska fungera optimalt. Detta görs genom att antigen släppa ut eller fylla på lite luft i luftnippeln på kärlet. Detta måste göras när expansionskärlet inte är anslutet till systemet, inget tryck får finnas på vattensidan om membranet. Här slarvas det ofta vid installation av expansionskärl! Är förtrycket för högt så kommer trycket i systemet att sjunka som en sten när trycket i anläggningen understiger förtrycket. Ett för högt förtryck innebär också att expansionskärlet volym inte kan utnyttjas effektivt innan säkerhetsventilen öppnar!


Vad ska förtrycket vara?
Vi vill kunna utnyttja expansionskärlets volym så bra som möjligt. Kärlet ska vara tomt på vatten när vi når lägsta tillåtna tryck i systemet, eventuellt vill vi ha lite marginal kvar. Alltså ska förtrycket vara något högre än det lägsta tryck vi vill ha i systemet.


Till vilket tryck ska vi fylla systemet?
Vid igångkörning av systemet så fyller man normalt med kallvatten, fyll endast till något (0,1 bar) över beräknat lägsta tryck. Trycket kommer sedan att stiga och sjunka beroende på vattnets medeltemperatur i anläggningen.

Exempel: Rätt justerat förtryck
Systemvolym vatten 300 liter
Expansionskärl brutto volym 20 liter
Säkerhetsventilens öppningstryck 1,5 bar
Radiatorsystemets  högsta höjd över expansionskärl 5 meter

Vi räknar ute förtrycket till = 5*0,1+0,1 = 0,6 bar

Vid 20 grader vattentemperatur i systemet bör vi fylla till ett tryck precis över 0,6 bar, säg 0,65 bar, stiger sedan medeltemperaturen på vattnet så kommer trycket att stiga enligt följande

30ºC   0,7 bar
40ºC   0,77 bar
50ºC   0,89 bar
60ºC   1,08 bar

Dvs vi ligger långt ifrån säkerhetsventilens öppningstryck på 1,5 bar, den är tät. Vattnet kan bli så varmt som ca 79ºC innan säkerhetsventilen öppnar.

Skulle vi fylla på vatten i systemet till för högt tryck när det är kallt så riskerar vi att säkerhetsventilen öppnar. Till exempel fyller vi vårt 20 gradiga system till 1,1 bar så kommer säkerhetsventilen att öppna redan vid en medeltemperatur av systemet av 40 grader… När systmet sedan svalnat lite så har trycket på manometern sjunkit och man kan förledas att tro att systemet läcker.

Exempel: Fel justerat förtryck
Systemvolym vatten 300 liter
Expansionskärl brutto volym 20 liter
Säkerhetsventilens öppningstryck 1,5 bar
Radiatorsystemets  högsta höjd över expansionskärl 5 meter

Samma system som tidigare men med förtryck av 1.0 bar.

Systemets fylls på så att expansionskärlet precis börjar jobba vid 1.05 bar. Under 1 bar sjunker trycket som en sten, expansionskärlet är ju tomt…

Vi får följande tryck i anläggningen med samma expansionskärl som i förra systemet:

30ºC   1,12 bar
40ºC   1,24 bar
50ºC   1,42 bar
60ºC   1,70 bar

Vid ca 53 ºC på vattnet kommer säkerhetsventilen att öppna. När systemet kallnar av så sjunker trycket långt under 1 bar på manometern.

Skulle detta system fyllas till 1,1 bar skulle så skulle säkerhetsventilen öppna vid 49ºC på vattnet., fyller man till 1,2 bar så öppnar säkerhetsventilen vid 43ºC.

Exakt vilka tryckvariationer man får i en anläggning beror på storleken på expansionskärl, förtyck, vattenvolym och temperatur. Ovan är bara lite exempel, hoppas jag räknat rätt…

PerJ

[aron esp]

Hej ,

Är just i färd med att installera mitt nya/ombyggda värmesystem och det är snart dags att fylla systemet och även ställa förtycket i mitt nya expansionskärl. Drog mig då till minnes att det hade skrivits en mycket bra beskrivning om hur man beräknar förtyck för expansionskärl av PerJ.
Jag har dock följande fundering utifrån vad PerJ skrivit nedan

ur PersJs inlägg:
Förtrycket ska justeras in för aktuellt system för att expansionskärlet ska fungera optimalt. Detta görs genom att antigen släppa ut eller fylla på lite luft i luftnippeln på kärlet. Detta måste göras när expansionskärlet inte är anslutet till systemet, inget tryck får finnas på vattensidan om membranet. Här slarvas det ofta vid installation av expansionskärl! Är förtrycket för högt så kommer trycket i systemet att sjunka som en sten när trycket i anläggningen understiger förtrycket. Ett för högt förtryck innebär också att expansionskärlet volym inte kan utnyttjas effektivt innan säkerhetsventilen öppnar!


Vad ska förtrycket vara?
Vi vill kunna utnyttja expansionskärlets volym så bra som möjligt. Kärlet ska vara tomt på vatten när vi når lägsta tillåtna tryck i systemet, eventuellt vill vi ha lite marginal kvar. Alltså ska förtrycket vara något högre än det lägsta tryck vi vill ha i systemet.

Min fundering är eftersom trycket som PerJ skriver "sjunker som en sten" när man kommer under förtrycket så borde man väl istället ha ett förtryck som är något lägre än det lägsta tryck man vill ha i systemet. Dvs om jag precis som i PerJs beräkningar kommer fram till att jag borde ha 0,6 bar som lägsta tyck i systemet så justerar jag förtrycket till 0,5 bar. När jag sedan fyller systemet så kommer membranet i kärlet att börja jobba när vattentrycket når 0,5 bar och komprimerar membranet när jag sedan fyller vidare till 0,6 bar. Det ger mig marginalen att upptäcka att trycket ev. går under 0,6 bar innan "trycket faller som en sten" med risk för akut luftinsugning.
Egentligen är väl enda anledningen till att man har ett membran i ett slutet kärl att man inte får expansionsfunktion för huvudtaget om kärlet hänger med vatten från ovansidan och för de kärl som står med vatten från undersidan inte ger expansionsverkan förrän de skulle vara halvfulla med vatten.

Får jag medhåll eller mothåll ?

/A

[maha6305]

PerJ mfl...
Problemet för många är inte dom normala tryckvariationerna, utan hur ett slutet system beter sig när gummiblåsans förtryck försvunnit eller är alldeles fel.

[PerJ]

Aron Asp,

Tanken är att expansionskärlet ska vara helt tomt när man kommer ned till det lägsta tryck som man vill ha i systemet. Alltså när det är runt 15-20 grader då anläggningen är avstängd. Normalt händer det aldrig i en VP anläggning då bland annat vattnet i VVB-manteln är varmt dvs trycket kanske ligger som lägst på 0,7 bar.

Skulle man ha ett förtryck på 0,5 bar istället för 0,6 bar så kommer man ha en skvätt vatten kvar i kärlet som "inte används" för att hålla det tryck man vill i anläggningen. I praktiken gör det inte så stor skillnad om man har 0,5 eller 0,6 bars förtryck eftersom expansionskärlen är relativt överdimensionerade i vanliga fall.

maha6305,
Håller med.
Det finns expansionskärl i storlek som är lagom till en villa som levereras med 1,5 bars förtryck. Har man en säkerhetsventil på 1,5 bar så har man inte något expansionskärl eftersom säkerhetsventilen öppnar precis när membranet börjar tryckas in. På dessa kärl måste man släppa ut trycket.

När det gäller expansionskärl där luften läckt ut eller membranet är trasigt så beter de enligt följande.
Man kommer ned i pannrummet på eftermiddagen, trycket är lågt, man fyller en liten skvätt vatten och manometern stiger direkt trots att man fyller bara en liten mängd vatten.
Under natten så börjar man köra värme på elementen eftersom det blir kallt ute, vattnet blir varmt. Eftersom expansionskärlet är trasigt så stiger trycket och säkerhetsventilen öppnar. Nästa dag kommer man tillbaka, det har blivit varmt ute, raddarna har svalnat, trycket har sjunkit till låg nivå, Vart har vattnet tagit vägen? Det måste läcka!...

Exakt detta fenomen ovan såg jag senast för två veckor sedan i en hyreskåk med 101 lgh. Fastighetsskötaren/ägaren trodde att det var kulverten mellan två av husen som var läck. Efter bytet av expansionskärl så är systemet tätt...

PerJ

[aron esp]

Skulle man ha ett förtryck på 0,5 bar istället för 0,6 bar så kommer man ha en skvätt vatten kvar i kärlet som "inte används" för att hålla det tryck man vill i anläggningen. I praktiken gör det inte så stor skillnad om man har 0,5 eller 0,6 bars förtryck eftersom expansionskärlen är relativt överdimensionerade i vanliga fall.

Vadå inte används? Det är precis den lilla skvätten som är avgörande.
Är nu ännu mer övertygad om att förtrycket inte kan vara högre än det lägsta önskade trycket. Det måste vara helt fysikalisk omöjligt .
Så praktiken får nog rätta sig efter fysiken när man vill skapa sitt lägsta önskade tryck.

/A