Jakie naczynie wzbiorcze dla instalacji ciepłej wody użytkowej?

Czego dowiesz się z artykułu?

• Jaka powinna być pojemność zbiornika wzbiorczego?
• Jakie jest właściwe ciśnienie wody wodociągowej?
• Gdzie umieścić naczynie wzbiorcze dla instalacji c.w.u.?
• Jaką rolę pełni zawór bezpieczeństwa w naczyniu wzbiorczym?

Woda przy podgrzewaniu zwiększa swoją objętość, a jest przy tym nieściśliwa. Jeżeli więc zbiornik i rury tworzą układ zamknięty, pozbawiony ujścia, to przyrost objętości wody powoduje wzrost jej ciśnienia. Naczynie wzbiorcze ma za zadanie przejąć ten przyrost. Zasada budowy typowego używanego obecnie naczynia przeponowego jest bardzo prosta. Wewnątrz składa się ono z dwóch części:

• wodnej, łączącej się z instalacją c.w.u.;
• gazowej, fabrycznie napełnianej azotem, w razie potrzeby dopełnianej po prostu powietrzem.

Rozdziela je elastyczna membrana z syntetycznej gumy (tworzywa EPDM lub butylu). Obecnie najczęściej stosuje się membrany workowe, czyli przypominające kształtem balonik. Jeżeli parametry naczynia są właściwie dobrane, to nawet gdy woda w zbiorniku c.w.u. jest zimna, ten worek jest lekko napełniony wodą. Gdy w wyniku ogrzewania wody jej objętość rośnie, napełnia się on w większym stopniu. Jednak w tej sytuacji ciśnienie w instalacji nie wzrasta, bo przyrostowi objętości wody towarzyszy automatycznie ściśnięcie gazu w części gazowej. W normalnym stanie, gdy temperatura wody w instalacji c.w.u. jest stabilna, zostaje więc osiągnięty pewien stan równowagi pomiędzy częścią gazową i wodną w naczyniu. Jeżeli natomiast ciśnienie wywierane przez wodę spadnie - na skutek obniżenia jej temperatury lub chwilowego obniżenia ciśnienia w wodociągu zasilającym - to gaz powtórnie się rozpręży. To ostatnie nieco kompensuje przy tym przynajmniej drobne wahania ciśnienia.

Wielu osobom może się w tym momencie nasunąć skojarzenie ze zbiornikiem hydroforowym. Rzeczywiście, sam mechanizm działania jest identyczny, bo w obu przypadkach mamy poduszkę gazową pod ciśnieniem, na którą napiera woda. Jednak cel jest inny. Zbiornik hydroforowy ma zapewnić zapas wody pod określonym ciśnieniem, natomiast naczynie wzbiorcze jedynie kompensuje przyrost objętości wody, zapobiegając w ten sposób wzrostowi ciśnienia ponad bezpieczną wartość.

Rys. 1 Wzrost objętości wody po jej podgrzaniu powoduje jej większy napływ do wnętrza naczynia i ściśnięcie części (poduszki) gazowej. W ten sposób ciśnienie wody nie wzrasta ponad miarę.

Wymagana pojemność zbiornika

Maksymalny przyrost objętości wody w układzie spowodowany jej nagrzewaniem się sięga 4% pierwotnej objętości. Pamiętajmy jednak, że to nie tylko pojemność samego zasobnika ale także rur z ciepłą wodą. W praktyce, dla ułatwienia rachunków, wystarcza przyjęcie, że będzie to 5% czyli 1/20 pojemności zbiornika ciepłej wody. Jednak tu trzeba poczynić bardzo ważne zastrzeżenie - nie chodzi o pojemność całkowitą (woda i poduszka gazowa), lecz o tzw. pojemność użytkową, czyli maksymalną objętość samej części wodnej. Niestety, bardzo często na tabliczce znamionowej znajdziemy tylko pojemność całkowitą. Bezpiecznie jest założyć, że pojemność użytkowa jest przynajmniej o 1/3 mniejsza. Tym bardziej, że dobranie nieco większego naczynia nie powoduje problemów, a daje pewną rezerwę bezpieczeństwa (np. na wypadek spadku ciśnienia poduszki gazowej). Dlatego, jeżeli mamy np. zbiornik 120 l, to bezpieczniejszym wyborem będzie np. naczynie 12 l zamiast 8 l. Chociaż to mniejsze też powinno być wystarczające.

Właściwe ciśnienie

Ciśnienie w części gazowej naczynia powinno być o ok. 0,3 bara niższe od ciśnienia panującego w instalacji wodociągowej. Dlatego dobrze jest mieć reduktor ciśnienia wody i ustawić go np. na 4 bary. W przeciwnym razie ciśnienie wody może się zmieniać w dość szerokich granicach, zależnie od jego wahań w sieci.

Gdy ciśnienie gazu w naczyniu jest nieco niższe od ciśnienia wody wodociągowej wewnątrz naczynia zawsze znajduje się pewna ilość wody, a równocześnie pojemność naczynia zostaje optymalnie wykorzystana.

Ciśnienie poduszki gazowej sprawdzamy dopiero po:

• odcięciu dopływu wody pod ciśnieniem po stronie zasilania zbiornika c.w.u. zimną wodą;
• upuszczeniu ciepłej wody ze zbiornika, tak aby manometr wskazywał "0".

Inaczej sprawdzanie nie ma sensu, bo jeżeli w naczyniu będzie woda pod ciśnieniem to całkiem zafałszuje wynik. Kontrolę powinniśmy zrobić przynajmniej raz do roku. Bo jeżeli ciśnienie gazu nadmiernie spadnie to większość naczynia od razu wypełni woda i na jej rozszerzanie się nie będzie już miejsca. Jeśli zaś ciśnienie będzie zbyt wysokie, nadmiar gazu także uniemożliwi pełne wykorzystanie pojemności.

Miejsce na naczynie wzbiorcze

Tradycyjnie zaleca się umieszczenie naczynia wzbiorczego powyżej zbiornika c.w.u. To uzasadnione, bo umożliwia opróżnienie naczynia z wody lub jego wymianę bez spuszczania wody z samego zbiornika. Obecnie bardzo popularne jest podłączenie naczynia przez specjalny zawór zintegrowany ze śrubunkiem przyłączeniowym. Dzięki niemu po odkręceniu naczynia wypływ wody zostaje zablokowany. Nie trzeba więc opróżniać zbiornika c.w.u., żeby zdemontować naczynie. Najczęściej stosuje się specjalne zestawy, tzw. grupy bezpieczeństwa. Tu na wspólnej belce przyłączeniowej znajduje się nie tylko wspomniany śrubunek naczynia z zaworem stopowym, ale także zawór bezpieczeństwa, manometr i odpowietrznik. Jednak i taki zestaw warto umieścić powyżej zbiornika c.w.u. Wtedy odpowietrznik znajduje się powyżej innych elementów (to najlepsze miejsce) i nie trzeba się martwić opróżnianiem całego zasobnika w razie konieczności wymiany zaworu bezpieczeństwa, odpowietrznika lub manometru.

Jeżeli to możliwe, naczynie wzbiorcze podłączamy po stronie zasilania zasobnika c.w.u. zimną wodą. Dzięki temu do naczynia trafia znacznie chłodniejsza woda, co wpływa pozytywnie na trwałość gumowej membrany (worka). Ze względu na temperaturę wody samo naczynie lepiej jest zaś podłączać w pozycji króćcem przyłączeniowym do góry. Wówczas temperatura wody w naczyniu jest wyraźnie niższa (najcieplejsza woda samoczynnie unosi się ku górze). To szczególnie odczuwalne w przypadku zbiorników c.w.u. współpracujących z kolektorami słonecznymi oraz z prostymi kotłami na paliwo stałe, gdzie ruch ciepłej wody pomiędzy kotłem i wężownicą c.w.u. odbywa się grawitacyjnie, bez automatycznej kontroli temperatury. W nich temperatura wody może być bardzo wysoka.

Rys. 2 Tradycyjny sposób montażu naczynia wzbiorczego i zaworu bezpieczeństwa. Jeżeli znajdą się poniżej zasobnika wody to z pierwszego zaworu odcinającego można zrezygnować.

Rys. 3 Grupa bezpieczeństwa to manometr, zawór bezpieczeństwa, odpowietrznik i złączka do naczynia wzbiorczego zamontowane na wspólnej belce przyłączeniowej.

Zawór bezpieczeństwa w naczyniu wzbiorczym

Drugim zabezpieczeniem, koniecznie stosowanym wspólnie z naczyniem wzbiorczym, jest zawór bezpieczeństwa. Otwiera się on, gdy ciśnienie wody przekroczy jego fabryczną nastawę. Otwarcie zaworu powoduje upływ nadmiaru wody z układu, a w efekcie spadek panującego w ciśnienia. Jednak zawór należy traktować jako swoistą drugą linię obrony - ma zadziałać, jeżeli kompensacja osiągana dzięki naczyniu jest niewystarczająca. A może tak być, jeśli samo naczynie dobrano niewłaściwie (np. ma zbyt małą pojemność) lub uległo ono uszkodzeniu (uszedł z niego gaz, membrana jest dziurawa). W układzie bez naczynia będziemy mieć częste wahania ciśnienia - od poziomu minimalnego, gdy woda jest jeszcze chłodna, do maksimum wymuszającego otwarcie zaworu i wyrzucenie części wody.

Ponadto zawór jest elementem potencjalnie awaryjnym. Jego działanie dobrze jest sprawdzać np. raz w miesiącu. Przekręcenie kapturka osłaniającego lub naciśnięcie dźwigni powinno spowodować jego otwarcie.

W instalacjach wodociągowych, zarówno wody ciepłej jak i zimnej, powszechnie stosuje się zawory o ciśnieniu otwarcia 6 barów. Podobne zawory są też w instalacjach centralnego ogrzewania, jednak te dostosowane są do znacznie niższego ciśnienia, zwykle 3 barów. Nominalne ciśnienie otwarcia powinno być zawsze czytelnie oznaczone na zaworze. Ponadto zwykle te przeznaczone do instalacji wodociągowych mają plastikowe kapturki osłaniające w kolorze niebieskim, zaś w tych do instalacji centralnego ogrzewania używa się kapturków w kolorze czerwonym (ale nie jest to regułą bez wyjątków).

Uwaga! Z zaworu może wyciekać niewielka ilość wody, jeszcze zanim zostanie osiągnięte nominalne ciśnienie jego otwarcia. Przykładowo, może to nastąpić po przekroczeniu 5 barów w przypadku zaworu 6 barów. Nie świadczy to o jego niesprawności.

Rys. 4 Założenie naczynia wzbiorczego króćcem przyłączeniowym ku górze zabezpiecza je przed napływem najbardziej gorącej wody.

Jarosław Antkiewicz