Εισαγωγή
Οι αναγκαίες διατάξεις μιας εγκατάστασης κεντρικής θέρμανσης για την ασφαλή λειτουργία είναι:
- Το κλειστό δοχείο διαστολής
- Ο αυτόματος πλήρωσης
- Η βαλβίδα ασφαλείας
- Η βαλβίδα ανοδικής προστασίας
- Ο πιεσοστατικός σωλήνας
- Οι ασφαλιστικοί σωλήνες εισόδου και επιστροφής στο ανοικτό δοχείο διαστολής.
(ΤΟΤΕΕ 2421/86 μέρος 2 παρ.24)(ΕΛΟΤ 351,352,810)
Ο ρόλος του δοχείου διαστολής
Κάθε υλικό, υγρό στερεό ή αέριο, όταν ζεσταίνεται διαστέλλεται (δηλαδή μεγαλώνει ο όγκος του) και όταν κρυώνει συστέλλεται.
Έτσι σε εγκαταστάσεις κεντρικής θέρμανσης ή ψύξης με νερό, έχουμε μια συνεχή διαστολή και συστολή του νερού, λόγου της θέρμανσης ή ψύξης αυτού.Έχουμε π.χ. μια εγκατάσταση κεντρικής θέρμανσης με θερμοκρασία νερού 10 βαθμούς Κελσίου και με όγκο νερού μέσα στην εγκατάσταση 500 λίτρα. Όταν θέσουμε σε λειτουργία την εγκατάσταση και θερμάνουμε το νερό σε 90 βαθμούς Κελσίου, τότε λόγω διαστολής, η ποσότητα του νερού σε λίτρα θα γίνει περίπου 515 λίτρα. Τα επιπλέον αυτά 15 λίτρα αν δεν αποθηκευθούν κάπου, τότε θα ανέβει η πίεση του νερού μέσα στην εγκατάσταση σε υψηλά επίπεδα, με αποτέλεσμα να έχουμε διάφορες βλάβες, λόγω της πίεσης αυτής. Την επιπλέον λοιπόν αυτήν ποσότητα, την αποθηκεύουμε στο δοχείο διαστολής, διατηρώντας έτσι σταθερή την πίεση νερού μέσα στην εγκατάσταση.Όταν τώρα η θερμοκρασία του νερού πέσει στην αρχική θερμοκρασία (πριν την έναρξη λειτουργίας της εγκατάστασης), τότε ο όγκος του νερού επανέρχεται στα 500 λίτρα.
Η πίεση του νερού στην εγκατάσταση διατηρείται σταθερή, με την πλήρωση αυτής, από το νερό που αποθηκεύτηκε στο δοχείο διαστολής.
(Φάσειςλειτουργίας κλειστού δοχείου διαστολής)
Είδη δοχείων διαστολής
Τα δοχεία διαστολής μπορούμε να τα ταξινομήσουμε σε δοχεία διαστολής για:
- Θέρμανση
- Κλιματισμό
- Μπόιλερ
- Πιεστικά συγκροτήματα
- Πυροσβεστικά συγκροτήματα
Στις εγκαταστάσεις κεντρικής θέρμανσης, χρησιμοποιούνται δύο είδη δοχείων διαστολής, το ανοικτό και το κλειστό δοχείο διαστολής.
Ανοικτό δοχείο διαστολής
Το ανοικτό δοχείο διαστολής είναι μία διάταξη σωληνώσεων και δοχείου, που σιγά σιγά καταργείται. Σήμερα χρησιμοποιείται, σχεδόν αποκλειστικά και μόνο σε κεντρικές θερμάνσεις με λέβητες στερεών καυσίμων και σε λέβητες αερίων ή υγρών καυσίμων πάνω από 300.000 kcal/h.
Περιγραφή
Το σύστημα ανοικτού δοχείου διαστολής αποτελείται από τον σωλήνα εκτόνωσης, τον σωλήνα πλήρωσης, τον πλωτήρα (φλοτέρ), και το δοχείο.
Σωλήνας εκτόνωσης
Ο σωλήνας εκτόνωσης χρησιμοποιείται για να φεύγουν οι ατμοί, που τυχόν θα δημιουργηθούν, κατά την διάρκεια λειτουργίας του λέβητα και θεωρείται σαν σωλήνας ασφαλείας. Ξεκινά από το πάνω μέρος του λέβητα ή από τον σωλήνα προσαγωγής και ΠΑΝΤΑ ΠΡΙΝ ΤΟΝ ΚΥΚΛΟΦΟΡΗΤΗ (μεταξύ λέβητα και κυκλοφορητή).
Καταλήγει στο πάνω μέρος του δοχείου διαστολής, με μια διπλή καμπύλη, έτσι ώστε τυχόν νερά που ξεχειλίζουν, να χύνονται μέσα στο δοχείο. Ο σωλήνας εκτόνωσης, θα πρέπει στην πορεία του, να μην έχει καμπύλες κλειστές και να είναι κατακόρυφος, χωρίς οριζόντια τμήματα και ιδίως τμήματα που μπορούν να παρακρατήσουν αέρα.Μεταξύ του λέβητα και της σωλήνας εκτόνωσης, ΔΕΝ ΠΡΕΠΕΙ να παρεμβάλλεται καμία βάνα.
Έχει συμβεί να «σκάσουν» ξυλολέβητες, επειδή τοποθετήθηκε βάνα και η βάνα αυτή ήταν κλειστή. Σχέδιο 44Σωλήνας πλήρωσης Ο σωλήνας πλήρωσης ξεκινά από το κάτω μέρος του δοχείου διαστολής και συνδέεται στον σωλήνα επιστροφής του λέβητα. Αν ο κυκλοφορητής της εγκατάστασης είναι τοποθετημένος στον σωλήνα επιστροφής, τότε ο σωλήνας πλήρωσης συνδέεται μεταξύ λέβητα και κυκλοφορητή.Σκοπός της σωλήνας αυτής, είναι να συμπληρώνει στην εγκατάσταση θέρμανσης, το νερό που «χάθηκε» λόγω εξάτμισης, διαρροών, βρασμού κ.λ.π.
Το ανοικτό δοχείο διαστολής είναι συνήθως ορθογώνιο, από γαλβανισμένη λαμαρίνα, με χωρητικότητα που υπολογίζεται σύμφωνα με την περιεκτικότητα σε νερό. όλης της εγκατάστασης της κεντρικής θέρμανσης.Όταν το νερό ζεσταίνετε διαστέλλεται, με αποτέλεσμα να ανεβαίνει η στάθμη του νερού μέσα στο δοχείο και όταν το νερό κρυώσει, τότε η στάθμη του νερού κατεβαίνει μέσα στο δοχείο.Από το δίκτυο πόλης, στέλνουμε νερό μέσω ενός πλωτήρα (φλοτέρ) στο ανοικτό δοχείο διαστολής. Μεταξύ του δοχείου και του φλοτέρ τοποθετούμε μία βάνα, για να κόψουμε την παροχή νερού σε περίπτωση που θα χρειαστεί να αδειάσουμε το δοχείο.
Το φλοτέρ έχει σκοπό την συμπλήρωση του νερού που χάνεται, λόγω διαρροών, εξάτμισης κλπ. Ρυθμίζεται, ώστε το ύψος του νερού (όταν αυτό είναι κρύο) μέσα στο δοχείο, να μην ξεπερνάει τα 10 με 15 εκατοστά. Αν γεμίσουμε το δοχείο (ενώ η εγκατάσταση είναι κρύα) μέχρι πάνω και το νερό ζεσταθεί, τότε το δοχείο θα ξεχειλίσει και θα ξεχειλίζει κάθε φορά που θα ζεσταίνουμε το νερό.Το δοχείο διαστολής θα πρέπει να είναι σκεπασμένο (όχι αεροστεγώς), ώστε να μην μπαίνουν μέσα σκουπίδια και το νερό της βροχής.Τέλος το ανοικτό δοχείο διαστολής, θα πρέπει να τοποθετείται στο ψηλότερο σημείο της οικοδομής γιατί μέσω αυτού (με βαρύτητα), γίνεται η πλήρωση και συμπλήρωση με νερό όλης της εγκατάστασης.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του ανοικτού δοχείου διαστολής
Τα πλεονεκτήματα του ανοικτού δοχείου διαστολής είναι η ασφάλεια που παρέχει, αρκεί να ελέγχονται συχνά οι σωληνώσεις και να έχει γίνει σωστή εγκατάσταση.Η εφαρμογή του είναι απαραίτητη, σε συστήματα θέρμανσης, που δεν μπορούμε να ελέγξουμε την θερμοκρασία νερού (λέβητες στερεών καυσίμων κλπ).Τα μειονεκτήματα του είναι:
1. Μπορούν να δημιουργήσουν προβλήματα με την παγωνιά (γι αυτό θα πρέπει και το δοχείο και οι σωληνώσεις σε πολλές περιπτώσεις να μονώνονται).
2. Μεγαλύτερο κόστος εγκατάστασης λόγω των σωλήνων εκτόνωσης ( με διάμετρο από 1 ίντσα για μικρές εγκαταστάσεις) και πλήρωσης (διάμετρος 3/4 της ίντσας και πάνω).
3. Προβλήματα αισθητικής του χώρου.
4. Προβλήματα λειτουργίας σωμάτων του τελευταίου ορόφου της οικοδομής (λόγω χαμηλής πίεσης νερού σε αυτά) .
5. Η εύκολη διάβρωση του λέβητα.
Διαστάσεις
Για να βρούμε θεωρητικά την ελάχιστη επιτρεπτή χωρητικότητα του ανοικτού δοχείου διαστολής, θα πρέπει να γνωρίζουμε την περιεκτικότητα σε νερό, όλης της εγκατάστασης. Έτσι εφαρμόζουμε τον τύπο V=0,08Χ λ (όπου λ η περιεκτικότητα της εγκατάστασης σε νερό). Ένας τέτοιος όμως υπολογισμός είναι δύσκολος, γι αυτό μπορούμε να εφαρμόσουμε τον τύπο V=0.0016 Χ Q (όπου Q η συνολική απόδοση του λέβητα).
Πολλαπλασιάζουμε δηλαδή την απόδοση του λέβητα σε Kcal/h, με τον συντελεστή 0,0016.
Παράδειγμα
Έχουμε ένα λέβητα ισχύος 100.000 Kcal/h. Τότε η χωρητικότητα του ανοικτού δοχείου διαστολής θα πρέπει, κατα προσέγγιση, να είναι:100.000 Χ 0,0016 = 160 λίτρα.Έτσι ενα δοχείο ύψους 40 cm πλάτους 40 cm και ύψους 1 μέτρο, είναι αρκετό για την παρακάτω εγκατάσταση. Στην αγορά κυκλοφορούν τέτοια δοχεία χωρητικότητας 200 ή 250 λίτρων.Διατομές σωλήνων ασφαλείας και πλήρωσης Η διάμετρος του σωλήνα ασφαλείας και πλήρωσης, προκύπτει μετά από μελέτη, που κατά προσέγγιση οδηγεί στον παρακάτω πίνακα:
Στα ανοικτά δοχεία διαστολής, μπορούμε να εκμεταλλευτούμε το 70% περίπου της χωρητικότητας του.
Κλειστό δοχείο διαστολής – Εκλογή
Το κλειστό δοχείο διαστολής, είναι ένα δοχείο κλειστό κυλινδρικό και με διαστάσεις ανάλογες της απαιτούμενης χωρητικότητας του και έχει σπείρωμα για σύνδεση με την εγκατάσταση θέρμανσης (Εικόνες 64, 65, 66)Το δοχείο αυτό χωρίζεται σε δύο μέρη με μία μεμβράνη. Στο ένα μέρος που χωρίζει η μεμβράνη αυτή, εισχωρεί το νερό της εγκατάστασης θέρμανσης και το άλλο μέρος είναι γεμάτο με αέρα και με πίεση ανάλογη της εγκατάστασης.Όταν το νερό διαστέλλεται, τότε αυξάνεται ο όγκος του και πιέζει την μεμβράνη, η οποία με την σειρά της συμπιέζει τον αέρα στο άλλο μέρος του δοχείου.
Έτσι, αυξάνεται μεν η πίεση του αέρα μέσα στο δοχείο, η πίεση όμως του νερού μέσα στην εγκατάσταση θέρμανσης, παραμένει σταθερή. Το αντίθετο συμβαίνει όταν το νερό συστέλλεται.
Κάτω από την μαύρη τάπα που φαίνεται στην εικόνα υπάρχει η βαλβίδα για την συμπλήρωση ή την αφαίρεση του αέρα επανέρχεται στην θέση της.
Για να συμπληρώσουμε τώρα το νερό, που υπάρχει πιθανότητα να χαθεί από την εγκατάσταση, λόγω διαρροών ή άλλης αιτίας, τοποθετούμε έναν αυτόματο πληρωτή νερού και για την περίπτωση που για οποιονδήποτε λόγο ανέβει η πίεση του νερού μέσα στην εγκατάσταση πάνω από τα επιτρεπτά όρια, τοποθετούμε μία βαλβίδα ασφαλείας (ή εκτόνωσης όπως συνήθως ονομάζεται), πάνω στον λέβητα ή στον σωλήνα προσαγωγής
Το κλειστό δοχείο διαστολής μπορούμε να το τοποθετήσουμε σε οποιοδήποτε σημείο της εγκατάστασης αρκεί, το σημείο αυτό να βρίσκεται πάνω στις κεντρικές σωλήνες προσαγωγής ή επιστροφής και να μην παρεμβάλλεται βάνα μεταξύ αυτού και του λέβητα. Επίσης θα πρέπει ο σωλήνας που συνδέει το δοχείο με την υπόλοιπη εγκατάσταση να είναι έτσι τοποθετημένος ώστε να είναι εύκολη η εξαέρωση αυτού.
Σχεδόν πάντα όμως πρέπει να τοποθετείται μέσα στο λεβητοστάσιο και πίσω από τον κυκλοφορητή, είτε στον σωλήνα προσαγωγής είτε σε αυτόν της επιστροφής 
Τα κλειστά δοχεία διαστολής τα χρησιμοποιούμε σε εγκαταστάσεις υγρών ή αερίων καυσίμων ισχύος μέχρι 300.000 kcal/h .
Είναι επικίνδυνο να τα χρησιμοποιούμε σε εγκαταστάσεις με λέβητες στερεών καυσίμων. Βέβαια υπάρχουν και συγκροτήματα τριών π.χ. δοχείων διαστολής για εγκαταστάσεις κεντρικής θέρμανσης ισχύος 1.000.000 Kcal/h και ύψος οικοδομής 20 μέτρα.
Όμως το ύψος των δοχείων αυτών είναι 1,5 μέτρο, η διάμετρος του καθενός 64cm το συνολικό μήκος που καταλαμβάνουν 2 μέτρα και το συνολικό τους βάρος 225 κιλά.
Εκλογή κλειστού δοχείου διαστολής
Η εκλογή του κλειστού δοχείου διαστολής γίνεται ανάλογα, με την θερμική ισχύ του λέβητα και το στατικό ύψος της εγκατάστασης, ή ακόμα της ποσότητας νερού της εγκατάστασης και το στατικό ύψος αυτής και λαμβάνοντας υπ όψιν τον συντελεστή διαστολής του νερού. Σαν στατικό ύψος θεωρείται η απόσταση μεταξύ του κάτω μέρους του δοχείου διαστολής και του πάνω μέρους του υψηλότερου θερμαντικού σώματος της εγκατάστασης. Έτσι χρησιμοποιούμε τον τύπο:V=Q*L*D/P
όπου
V=ο συνολικός όγκος του δοχείου διαστολής
Q=η θερμική ισχύ του λέβητα σε kcal/h
L=λίτρα νερού=0,011 για σώματα Άβακες=0,014 για κοινά σώματα=0,008 για Fan coils=0,006 για κονβέκτορες
D=συντελεστής διαστολής νερού=0,0296 για μέση θερμοκρασία νερού 80 βαθμών=0,0228 για μέση θερμοκρασία νερού 70 βαθμώνΡ=συντελεστής πίεσης=0,41176 για αρχική πίεση 1 bar=0,21875 για αρχική πίεση 1,5bar=0,18919 για αρχική πίεση 2 bar=0,166667 για αρχική πίεση 2,5bar
Παράδειγμα
Έχοντας σαν δεδομένα
Q=θερμική ισχύς λέβητα = 71.000 kcal/hL=0,011για σώματα ΆβακεςD=0,0296 μέση θερμοκρασία νερού 80 βαθμούς
Δοχείο διαστολής
Ειδικά δοχεία με βάσηγια πιεστικά συγκροτήματα
Στην εικόνα φαίνεται το σπείρωμα σύνδεσης του δοχείου με τηνεγκατάσταση
P=0,21875 αρχική πίεση 1,5 barκαι εφαρμόζοντας τον τύπο έχουμε: 71.000*0,011*0,0296/0,21875=105,6
επιλέγουμε δοχείο διαστολής 105 λίτρων.
Ρύθμιση της πίεσης του αέρα στο κλειστό δοχείο διαστολής
Το κλειστό δοχείο διαστολής πρέπει να έχει πίεση τόση, όσο και το στατικό ύψος της εγκατάστασης.Έχουμε σαν δεδομένο ότι, κάθε 10 μέτρα υψομετρικής διαφοράς μεταξύ του δοχείου και του ψηλότερου σημείου της εγκατάστασης (στατικό ύψος), είναι ίσα με 1bar περίπου.
Την πίεση του αέρα στο δοχείο διαστολής, μπορούμε να την ελέγξουμε με ένα κοινό αερόμετρο.Αν μετρήσουμε την πίεση του δοχείου και δούμε ότι αυτή είναι μεγαλύτερη από την πίεση του στατικού ύψους, τότε αφαιρούμε ποσότητα αέρα από την βαλβίδα που υπάρχει στο δοχείο.
Αν η πίεση του δοχείου είναι μικρότερη, τότε συμπληρώνουμε αέρα σε αυτό.Φυσικά οι ρυθμίσεις αυτές γίνονται πριν γεμίσουμε την εγκατάσταση θέρμανσης με νερό.Όταν γεμίσουμε την εγκατάσταση με νερό, τότε ρυθμίζουμε έτσι ώστε, η πίεση του νερού μέσα στην εγκατάσταση, να είναι ίση με το στατικό ύψος συν δύο μέτρα.
Παράδειγμα:
Έχουμε μία εγκατάσταση που το στατικό της ύψος είναι 10 μέτρα. Τότε η πίεση του αέρα μέσα στο δοχείο πρέπει να είναι ίση με 1bar και η πίεση του νερού της εγκατάστασης 1+0,2=1,2bar.Όλα αυτά θεωρητικά, γιατί σε μικρές εγκαταστάσεις με στατικό ύψος μικρότερο των 8 μέτρων, στην πράξη έχουμε πάντοτε πίεση αέρα στο δοχείο 1 -1,5bar και πίεση νερού στην εγκατάσταση 1,2 - 1,7bar αντίστοιχα.
Έτσι έχουμε πίεση νερού και αέρα σε υπερπίεση και αυτό για να αποφεύγεται κυρίως το φαινόμενο της σπηλαίωσης (Το φαινόμενο αυτό αναλύεται στο κεφάλαιο Κυκλοφορητές).
Μία πρόταση είναι όταν το στατικό ύψος είναι μικρότερο των 8 μέτρων, τότε αρχική πίεση δοχείου 0,8bar και αν το δοχείο είναι στην ταράτσα, τότε αρχική πίεση δοχείου 0,5bar.Αν έχουμε τώρα π.χ. μια οικοδομή με στατικό ύψος 20 μέτρα, τότε η πίεση του αέρα θεωρητικά μέσα στο δοχείο πρέπει να είναι 2bar και η πίεση του νερού της εγκατάστασης 2,2bar. Και αυτό όμως πολλές φορές δεν μας ικανοποιεί στην πράξη (συνήθως δεν αποδίδουν τα ψηλότερα θερμαντικά σώματα της εγκατάστασης), γι αυτό αυξάνουμε την πίεση του νερού.Κατά την φάση λειτουργίας της εγκατάστασης, η πίεση του νερού αυξάνει λόγω διαστολής αυτού. Αν όλα είναι σωστά ρυθμισμένα, τότε η πίεση αυτή απορροφάται από το δοχείο διαστολής.
Αν το δοχείο δεν είναι σωστά ρυθμισμένο, τότε ανοίγει η βαλβίδα ασφαλείας και αδειάζει μια ποσότητα νερού. Αυτό επαναλαμβάνεται συνεχώς γιατί ο αυτόματος πλήρωσης νερού συμπληρώνει την εγκατάσταση με νερό, όταν αυτή σταματήσει να λειτουργεί και το νερό συστέλλεται.Αν η πίεση του αέρα μέσα στο δοχείο είναι 0bar (μηδέν), τότε ουσιαστικά αυτό είναι σαν να μην υπάρχει και η βαλβίδα ασφαλείας ανοίγει συνεχώς. Την πίεση του αέρα στο δοχείο την ελέγχουμε αφού απομονώσουμε αυτό από την εγκατάσταση (και για τον λόγο αυτό το δοχείο πρέπει να είναι συνδεμένο στην εγκατάσταση με ρακόρ), έτσι ώστε η μια πλευρά του, να μην πιέζεται από την πίεση του νερού της εγκατάστασης.
Αν τρυπήσει η μεμβράνη του δοχείου διαστολής και πιέσουμε την βαλβίδα που υπάρχει σε αυτό (βαλβίδα ίδια με αυτήν από τα ελαστικά των αυτοκινήτων), αντί για αέρας θα βγει νερό. Αν πιέσουμε την βαλβίδα και δεν βγάλει ούτε αέρα ούτε νερό, τότε είναι πολύ πιθανό να έχει χαλάσει η βαλβίδα και να χάνει αέρα. Στην πρώτη περίπτωση αλλάζουμε το δοχείο, ενώ στην δεύτερη μπορούμε, αφού γεμίσουμε το δοχείο με αέρα, να ταπώσουμε την βαλβίδα του.
Συνήθως, τα δοχεία διαστολής παραδίνονται από τις εταιρείες με πίεση αέρα 1,2 ή 1,5bar. Πολλές φορές, για να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα της μη σωστής ρύθμισης του δοχείου, ορισμένοι (κυρίως μη γνώστες ιδιώτες) αντικαθιστούν τις βαλβίδες ασφαλείας και αντί αυτή να ανοίγει στα 3bar ανοίγει στα 4bar.
Αυτό βέβαια είναι καταστρεπτικό γιατί η πλειονότητα των κατασκευαστών παραδίνουν τα προϊόντα τους (λέβητες και σώματα) και δίνουν εγγύηση για λειτουργία σε πίεση δικτύου 3bar.
Αντί λοιπόν να αντικαταστήσουμε μια βαλβίδα ασφαλείας(κάνοντας ζημιά στην εγκατάσταση), πρέπει να ρυθμίζουμε την πίεση του αέρα στο δοχείο διαστολής.Όσο αυξάνεται το στατικό ύψος και επομένως η πίεση του αέρα μέσα στο δοχείο, τόσο μειώνεται και ο ωφέλιμος όγκος του δοχείου σε λίτρα. Γι αυτό θα πρέπει να εκλέξουμε και το καταλληλότερο δοχείο διαστολής, στην φάση τοποθέτησης του δοχείου στην εγκατάσταση κεντρικής θέρμανσης.Δοχείο διαστολής στην ψύξηΤο δοχείο διαστολής στην ψύξη θα αναφερθεί εδώ επιγραμματικά και μόνο για κοινή εγκατάσταση ψύξης θέρμανσης.
Όταν έχουμε μια εγκατάσταση ψύξης θέρμανσης, πρέπει ο ψύκτης να έχει το δικό του δοχείο διαστολής και ο λέβητας το δικό του.
Στην πράξη όμως (κυρίως λόγω κόστους) αυτό δεν εφαρμόζεται και χρησιμοποιείται κοινό δοχείο διαστολής.
Πάντως η ρύθμιση στην περίπτωση με κοινό δοχείο διαστολής σε μια εγκατάσταση ψύξης- θέρμανσης, καθώς και η χωρητικότητα του δοχείου, δεν είναι ίδια με αυτήν της εγκατάστασης θέρμανσης. Το δοχείο ψύξης θέρμανσης, θα πρέπει να είναι μεγαλύτερο κατά 20% περίπου, από αυτό που θα χρησιμοποιούσαμε μόνο για θέρμανση. Στην θέρμανση έχουμε μια διαφορά θερμοκρασίας νερού 70 βαθμούς Κελσίου περίπου, ενώ στην ψύξη - θέρμανση η διαφορά αυτή είναι 85 βαθμούς δηλαδή περίπου 20% περισσότερη.
