Mikael Nutsos: Så ska expansionskärlet placeras!
Debatten om expansionskärlets rätta placering i vätskeburna värmeåtervinningssystem fortsätter. Denna replik från Mikael Nutsos, teknisk utredare på Locum, bemöter Per Ingelstens resonemang i en debattartikel i Energi & Miljö nr 4/2025, med fokus på en central teknisk fråga: är trycket verkligen detsamma överallt i systemet – även när glykolvätskan passerat tilluftsbatteriet och avgett sin energi?
Huvudtanken som leder oss till det rätta svaret om expansionskärlets rätta placering bygger på svaret i frågan, är trycket i ett värmeåtervinningssystem det samma i hela rörledningssystemet? Även när glykolvätskan har överlämnat all värmeenergi på tilluftsbatteriet?
I ett värmeåtervinningssystem med cirkulerande glykolvätska är tryckförhållandena inte nödvändigtvis helt lika i hela rörledningssystemet. Här är en förklaring:
1. Tryckfördelning och pumpens roll
I ett slutet system uppstår tryckskillnader på grund av flödesmotstånd i rör, ventiler och värmeväxlare. Cirkulationspumpen skapar också ett differenstryck som driver vätskan genom systemet. Detta är grundläggande för vätskeburna system och bekräftas i tekniska guider om tryckhållning och expansion. Gravitationen och naturlig diffusion gör det till en utmaning.
När glykolvätskan cirkulerar genom systemet – från värmeupptagning (till exempel frånluftsbatteri) till värmeavgivning (till exempel tilluftsbatteri) – uppstår tryckförluster på grund av:
- Friktion i rörledningar
- Komponenter som ventiler, värmeväxlare och filter
- Höjdskillnader (om systemet inte är helt horisontellt)
Dessa tryckförluster gör att trycket sjunker längs vägen, särskilt efter att vätskan har passerat genom tilluftsbatteriet där den lämnar ifrån sig värme.
2. Cirkulationspumpens roll
Cirkulationspumpen i systemet skapar ett differenstryck som driver vätskan runt. Det innebär att:
- Trycket är högre på pumpens trycksida (utgång)
- Trycket är lägre på sugsidan (ingång)
3. Efter värmeöverföring
När glykolvätskan har lämnat sin värme i tilluftsbatteriet, har den fortfarande ett visst tryck, men det är lägre än tidigare i kretsen. Det betyder inte att trycket är noll – bara att det är lägre än på andra punkter i systemet.
Sammanfattning
Nej, trycket är inte detsamma i hela rörledningssystemet. Det varierar beroende på:
- Var i kretsen man mäter
- Flödesmotstånd
- Pumpens placering och kapacitet
Alltså, det högre trycket som råder på grund av vätskans expansion på varma sidan fortplantar sig inte över tilluftsbatteriet där vätskan blir kallare eftersom den har överlämnat sin värmeenergi.
Låt oss reda ut det lite mer tekniskt:
Tryck och temperatur i ett slutet värmeåtervinningssystem
Viktigt att beakta att i ett slutet system med glykolvätska (till exempel ett vätskekopplat värmeåtervinningssystem) har systemvätskan en lägre specifik värmekapacitet än vatten: Glykol 2,4 kJ/K per kg och vatten 4,19 kJ/K per kg. Också tätheten avviker. Glykol omfattar 1,12 kg/ liter och vatten 0,99 kg/ liter. Om man tar 30 procent glykol/vattenblanding, leder det till att vätskeflödet bör ökas för att uppnå rätt värmeflöde: 0,99*4,19/(0,3*1,12*2,4 + 0,7*0,99*4,19) = 1,12
Flödet ska alltså ökas med 12 procent för att uppnå samma värmeavgivning. Följande gäller:
1. Vätskans expansion vid uppvärmning
När glykolvätskan värms upp (till exempel i frånluftsbatteriet), expanderar den något. Detta kan leda till ett lokalt ökat tryck, men i ett slutet system med expansionskärl tas denna volymökning upp där, vilket begränsar tryckökningen i hela systemet.
2. Tryck fortplantar sig – men inte som värme
Tryck i en vätska fortplantar sig snabbt och relativt jämnt i ett slutet system (enligt Pascals princip), men det hydrostatiska trycket (på grund av höjdskillnader) och det dynamiska trycket (på grund av flödesmotstånd) gör att trycket inte är exakt lika överallt.
Så även om vätskan är kallare efter tilluftsbatteriet, betyder det inte att trycket där är noll eller att trycket från den varma sidan inte ”når dit” – men det är lägre på grund av tryckförluster i systemet.
3. Temperatur påverkar inte trycket direkt i flödet
När vätskan kyls ner i tilluftsbatteriet, minskar dess volym något, men eftersom systemet är slutet och cirkulerande, kompenseras detta av pumpen och expansionskärlet oavsett placering av båda komponenter.
Det innebär att temperaturförändringen inte direkt orsakar ett tryckfall – det är snarare flödesmotståndet som gör det. I stora system med ett luftflöde på cirka 90 000 l/s har man ett enormt värmeåtervinningsbatteri och ett 15-tal mindre frånluftsbatterier. Detta ger högt varierande flödesmotstånd i olika delar av systemet.
Detaljer i detta kan man hitta i Ashrae Handbook — HVAC Systems and Equipment kapitel 7 and 9 utgåva 2020 i Figure 46: här visas ett exempel på ett värmeåtervinningssystem med varmvattenkrets, inklusive tryck- och temperaturfördelning i ett slutet system Online_Cogen&HeatRecovSyst.fm
Sammanfattning
- Trycket från den varma sidan fortplantar sig genom systemet, men inte oförändrat.
- Trycket är lägre efter tilluftsbatteriet, men inte för att vätskan är kallare – utan för att den har passerat genom motstånd (till exempel rör, värmeväxlare).
- Temperatur och tryck är kopplade via vätskans egenskaper, men i ett cirkulerande system är det flödesmotstånd och pumpens arbete som styr tryckprofilen.
Trots att glykolvätskan är inkompressibel uppstår tryckskillnader mellan den varma sidan och kalla sidan.
Eftersom glykolblandningen är en vätska, betraktas den som nästan helt inkompressibel. Det innebär att dess volym inte förändras nämnvärt med tryck – till skillnad från gaser.
Varför uppstår tryckskillnader ändå?
Trots att vätskan är inkompressibel uppstår tryckskillnader i systemet på grund av:
- Flödesmotstånd
När vätskan rör sig genom rör, ventiler, värmeväxlare och andra komponenter, uppstår friktion och turbulens som leder till tryckfall. - Pumpens arbete
Cirkulationspumpen skapar ett tryckdifferens för att driva vätskan runt i systemet. Det innebär att trycket före pumpen (sugsidan) är lägre än efter pumpen (trycksidan). - Temperaturens indirekta påverkan
Även om temperaturen inte direkt orsakar tryckskillnader i en inkompressibel vätska, kan den påverka:
• Vätskans viskositet (flödesmotståndet)
• Expansion i rör och komponenter
• Tryck i expansionskärlet (om det är temperaturberoende)
Slutsats
Ja, tryckskillnader uppstår mellan den varma och kalla sidan – inte för att vätskan är kompressibel, utan på grund av flödesmotstånd och pumpens arbete.
Här är ett förenklat diagram som visar tryck- och temperaturprofiler i ett slutet värmeåtervinningssystem med glykolvätska:
🔵 Blå linje – Tryckprofil
• Pumpen skapar ett högt tryck som driver vätskan genom systemet.
• Trycket sjunker gradvis genom frånluftsbatteriet och tilluftsbatteriet på grund av flödesmotstånd.
• Vid expansionskärlet är trycket som lägst, innan vätskan åter sugs in i pumpen.
🔴 Röd linje – Temperaturprofil
• Vätskan värms upp i frånluftsbatteriet (där den tar upp värme från frånluften).
• Den avger sin värme i tilluftsbatteriet, vilket gör att temperaturen sjunker.
• Temperaturen är låg vid expansionskärlet och pumpen, innan den åter värms upp.
Här är den uppdaterade versionen av diagrammet med pilar som visar flödesriktningen och etiketter för värmeupptagning och värmeavgivning:
Förklaring:
🔵 Blå linje – Tryck
Visar hur trycket sjunker genom systemet på grund av flödesmotstånd.
🔴 Röd linje – Temperatur)
Visar hur temperaturen stiger i frånluftsbatteriet (värmeupptagning) och sjunker i tilluftsbatteriet (värmeavgivning).
Pilar
Visar vätskans cirkulationsriktning genom systemet.
Etiketter
• Heat Uptake: Där glykolvätskan tar upp värme från frånluften.
• Heat Release: Där vätskan avger värme till tilluften.
Här är den uppdaterade versionen av diagrammet med temperaturvärden tydligt markerade vid varje komponent: Pilarna visar flödesriktningen i systemet.
Förklaring av temperaturvärden:
• Pump: 20 °C – vätskan är på väg att värmas upp.
• Frånluftsbatteri: 35 °C – här tar vätskan upp värme från frånluften.
• Tilluftsbatteri: 15 °C – vätskan har avgett sin värme till tilluften.
• Expansionskärl: 10 °C – lägsta temperaturen innan vätskan åter cirkulerar.
Mikael Nutsos
Teknisk utredare, Locum
