Мембранные баки подразделяются на расширительные баки, использующиеся в системах отопления и горячего водоснабжения, и гидроаккумуляторы, применяемые в системах холодного водоснабжения при подаче воды в дом от внешнего источника.
Правильный подбор, монтаж и эксплуатация баков обеспечит безопасную работу систем и сведет на нет вероятность возникновения аварийных ситуаций.
Основная задача мембранного расширительного бака в системе отопления – компенсировать увеличение объема воды вследствие ее температурного расширения.
При отсутствии в замкнутой системе емкости, куда могут поступать излишки теплоносителя, даже незначительное увеличение температуры приведет к возрастанию давления, которое может превысить предельно допустимую величину для элементов гидравлической системы.
.jpg)
t
v
t
v
- при стальных и медных трубопроводах – в среднем 2,2 бара/°С:
- при полимерных и металлополимерных трубопроводах – всреднем 1,2 бара/°С.
Как работает расширительный бак VALTEC
В расширительном мембранном баке находится диафрагма, которая разделяет его на две части, одна из которых содержит азот, находящийся под начальным избыточным давлением, а в другую часть поступают излишки теплоносителя из системы.
Первоначально весь объем расширительного бака полностью занят азотом; при нагреве теплоносителя его объем увеличивается, что приводит к сжатию азота. Давление азотной подушки увеличивается и выравнивается с давлением в системе отопления на данном статическом уровне. Когда температура теплоносителя и, соответственно, его объем уменьшается, давление азотной подушки возвращает теплоноситель обратно в систему, не давая давлению в системе снизиться ниже настроечного уровня.
Внутренняя поверхность корпуса мембранного расширительного бака в условиях эксплуатации зачастую является зоной возможного выпадения конденсата. При наличии в газовой подушке кислорода неизбежно начнется интенсивная коррозия металла корпуса бака. Именно поэтому производителями закачивается в бак нейтральный азот, а не атмосферный воздух, содержащий водяные пары и кислород. Подкачивая в газовую полость воздух, пользователь невольно сокращает срок службы мембранного бака.
Место подключения расширительного мембранного бака VALTEC к системе отопления
Давление в точке подключения мембранного бака к системе всегда равно статическому давлению в данной точке при данных температурных параметрах.
Доказать приведенное выше высказывание очень просто. Если допустить, что давление в точке подключения бака изменяется, то придется признать, что объем теплоносителя в баке тоже изменился. А этого быть не может, т.к. взяться лишнему теплоносителю в замкнутой системе неоткуда, да и бесследно исчезнуть он тоже никак не мог. Надо отметить, что это правило распространяется только на систему с одним расширительным баком.
Таким образом, от места расположения расширительного бака зависят параметры работы всех остальных элементов системы отопления, требуемое начальное давление в расширительном баке и сам объем бака.
При выборе места присоединения расширительного бака следует помнить, что чем выше давление в системе отопления, тем меньше вероятность ее завоздушивания.
Если мембранный бак присоединяется к системе непосредственно после циркуляционного насоса, следует проверить, чтобы перед насосом сохранялся антикавитационный запас по давлению.
На рис. 1 приведено несколько вариантов присоединения мембранного бака к системе отопления со следующими высотными параметрами:
- превышение верхней точки системы над нижней (H) – 10 м;
- теплогенератор и предохранительный клапан расположены на 2 м выше нижней точки системы (h1);
- расширительный бак помещен на 1 м выше точки его подключения к системе (h2);
- статическое давление на уровне нижней точки системы – 15 м вод. ст.
.jpg)
.jpg)
.jpg)
Рис. 1. Варианты подключения мембранного бака к системе отопления
У выносных флажков на рис. 1 обозначены расчетные значения рабочего давления в характерных точках каждой системы (в м вод. ст).
Значение настройки предохранительного клапана принято 33 м вод. ст., напор насоса – 6 м вод. ст., емкость системы – 200 л. Разница максимальной и минимальной температур теплоносителя – 80 ºС.
В табл. 1 приведены расчетные характеристики мембранных баков для схем с их разным подключением.
Таблица 1. Расчетные данные по системам рисунка 1
При установке мембранного бака в гравитационной системе отопления на верхней магистрали его следует смещать от главного стояка в сторону отопительных стояков, чтобы исключить паразитное влияние на циркуляцию остывающего в баке теплоносителя. Главный стояк необходимо оснастить воздухоотводчиком и предохранительным клапаном (рис. 1f).
Подбор мембранного расширительного бака VALTEC
Достаточный объем мембранного расширительного бака рекомендуется определять по формуле:
Vб = C · βt / (1 – Pamin / Pamax), (1)
где C – общий объем теплоносителя в системе отопления, л. Включает в себя объем воды в трубах, котле, радиаторах и других элементах системы. Этот показатель подсчитывается по фактической емкости каждого элемента системы; Pamin – начальное (настроечное) абсолютное давление в расширительном баке, бар; Pamax – максимальное абсолютное давление, возможное в расширительном баке, бар.
С определенной погрешностью значение объема теплоносителя в системе можно выбирать из табл. 2. При расчетах на стадии технико-экономического обоснования допускается принимать удельную емкость системы отопления 15 л/кВт.
Значения коэффициента температурного расширения теплоносителя βt, соответствующие максимальной разнице температур воды в неработающей и работающей системе, рекомендуется принимать из табл. 3.
Настроечное абсолютное давление вычисляется по формуле:
Pamin = Pa0 + Pстmax – 0,1· (HБ + h2 + 1), (2)
где Pa0 – атмосферное давление, бар; Pстmax – статическое давление на уровне нижней точки системы, бар; НБ – превышение точки врезки бака над нижней точкой системы, м; h2 – превышение центра бака над точкой врезки, м.
При расположении бака ниже точки врезки h2 подставляется со знаком «минус».
Абсолютное максимальное давление, возможное в расширительном баке:
Pamax = Pa0 + PПК + PстБ – PстПК – 0,1· h2, (3)
где PПК – давление настройки предохранительного клапана, бар; PстБ – статическое давление на уровне установки предохранительного клапана, бар; PстПК – статическое давление на уровне врезки в систему мембранного бака, бар.
Таблица 2. Ориентировочный объем теплоносителя в системе
Таблица 3. Значение коэффициента температурного расширения теплоносителей βt
Установка расширительного бака недостаточного объема или некорректный монтаж могут стать причиной неправильной работы системы отопления и даже выхода ее из строя.
Настроечное давление бака не должно быть ниже гидростатического давления на уровне центра бака более, чем на 1 м вод. ст. (0,1 бара). В противном случае уже в процессе заполнения системы полезный объем бака заполнится теплоносителем, и при последующем нагреве и расширении жидкости будет предоставлен меньший объем, чем это необходимо. Иными словами, если в баке настроечное (заводское) давление равно 1,5 бара, то заполнять систему нужно до давления на уровне центра бака, не превышающего 1,6 бара. Если по проекту в системе необходимо установить большее гидростатическое давление, то для этого, перед монтажом бака, в нем необходимо поднять давление при помощи воздушного насоса.
Некоторое количество теплоносителя в баке, обеспеченное его «недокачкой» до гидростатического на 1 м вод. ст., необходимо на тот случай, когда произойдет охлаждение залитого теплоносителя. Например, если система заполнялась днем при температуре воды 20 °С, и котел по каким-либо причинам не был запущен, при ночном охлаждении теплоносителя его объем уменьшится, что может привести к разряжению в верхних точках системы и интенсивному подсосу воздуха через воздухоотводчики.
В двух одинаковых системах, различающихся только по типу теплоносителя, расширительный бак большего объема потребуется в той системе, где используется незамерзающий теплоноситель на основе гликоля (этилен- или пропиленгликоля), т.к. коэффициент расширения у гликолевых растворов несколько выше, чем у воды.
Таким образом, при переходе с водяной системы на систему с гликолем, возможно, потребуется замена бака на больший по типоразмеру или установка дополнительного расширительного бака.
Сигналом к тому, что система нуждается в баке большей емкости, служит частое срабатывание предохранительного клапана.
Примеры обвязки с мембранным бакам
Рис. 4. Установка расширительного бака в системе с одним котлом: 1 – расширительный бак; 2 – предохранительный клапан; 3 – циркуляционный насос; 4 – фильтр; 5 – обратный клапан; 6 – запорный кран; 7 – воздухоотводчик
В данном случае экспанзомат расположен на обратном трубопроводе системы, что позволяет эксплуатировать его при меньшей температуре теплоносителя, чем если бы он был установлен на линии подачи. Такое решение позволяет продлить срок службы аппарата. Подключение бака на всасывающем патрубке насоса предохраняет насос от кавитации.
.jpg)
Рис. 5. Установка расширительных баков в системе с несколькими котлами и автоматическим ограничением минимальной температуры воды в обратном трубопроводе (предусмотрено по одному баку на каждый котел): 1 – расширительный бак; 2 – группа безопасности (предохранительный клапан, манометр, воздухоотводчик); 3 – циркуляционный насос; 4 – трехходовой смесительный клапан; 5 – обратный клапан; 6 – запорный кран; 7 – гидравлическая стрелка
В данной схеме предусмотрено по одному экспанзомату на котел. Емкость каждого из них должна быть не меньше расчетной на всю систему, т.е. если по расчету ей необходим бак емкостью 80 л, то такой должна быть емкость каждого из устанавливаемых аппаратов. Это обусловлено тем, что при работе на пониженной мощности, когда выключается горелка одного из котлов, также происходит отключение соответствующего циркуляционного насоса и закрытие трехходового клапана. При этом циркуляция воды через отключенный котел отсутствует, и расширительный бак, установленный на данном котле, изолируется от остальной системы. Оставшийся в работе экспанзомат должен обеспечить компенсацию расширения теплоносителя во всем объеме системы. Это положение справедливо и при использовании двухходовых клапанов, выполняющих функцию блокировки котлов.
.jpg)
Рис. 6. Установка расширительного бака в системе с несколькими котлами и автоматическим ограничением минимальной температуры воды в обратном трубопроводе (один расширительный бак на всю систему): 1 – расширительный бак; 2 – группа безопасности (предохранительный клапан, манометр, воздухоотводчик); 3 – циркуляционный насос; 4 – трехходовой смесительный клапан; 5 –обратный клапан; 6 – запорный кран; 7 – гидравлическая стрелк
Мембранные баки для систем ГВС
Основное отличие мембранных баков для водоснабжения заключается в том, что вода в них не должна соприкасаться со стенками корпуса, как это допускается в системах отопления. Поэтому в них всегда применяется мембрана камерного типа (в виде мешка). Кроме того, к материалу мембраны баков для водоснабжения предъявляются повышенные требования по допустимости контакта с пищевыми жидкостями.
Расчет мембранного расширительного бака для ГВС производится по формуле 1. Подсчет объема воды в системе ведется с учетом воды, содержащейся в трубопроводах и водонагревателе или теплообменнике.
Конструкция некоторых водонагревателей предусматривает наличие демпфирующей воздушной подушки в замкнутом объеме самого водонагревателя. Объем этой подушки обуславливается высотой расположения выпускной трубы ГВС и также должен учитываться при подборе расширительного бака ГВС.
Пример установки мембранного бака для ГВС приведен на рис. 7.
.jpg)
Рис. 7. Установка расширительного бака в системе горячего водоснабжения: 1 – расширительный бак; 2 – предохранительный клапан; 3 – насос; 4 – фильтр; 5 – обратный клапан; 6 – запорный кран
Мембранные баки VALTEC для систем ХВС (гидроаккумуляторы)
Основные функции гидроаккомулятора в системах холодного водоснабжения следующие:
- снижение количества включений насоса;
- демпфирование гидроударов и пульсаций воды при работе насоса;
- поддержание давления в системе в заданном диапазоне;
- подача воды потребителям в период «пиковых» нагрузок, которые выше производительности насоса.
Гидроаккумулятор работает следующим образом: при включении насоса вода закачивается в бак до максимально установленного значения, после чего насос отключается благодаря срабатыванию реле давления. В течение периода водоразбора объем воды в баке уменьшается, падает и давление в баке. При падении давления до минимально установленного значения насос включается и цикл повторяется.
Правильно подобранный гидроаккумулятор продлевает срок службы насосного оборудования.
Если к гидроаккумулятору присоединить компрессор, поддерживающий постоянное давление в воздушной полости, то получится гидропневмостанция, напор на выходе которой будет постоянным, независимо от разбора воды.
Как правило, производительность насоса подбирается по максимальному требуемому расходу. Грамотно подобрав гидроаккумулятор, можно снизить производительность насоса до среднесуточной часовой производительности. При этом дефицит подаваемой насосом воды в пиковые периоды будет покрываться из гидроаккумулятора.
Большинство производителей мембранных баков рекомендуют объем гидроаккумулятора рассчитывать по формуле:
VГА = 16,5 · Qmax · (Рmах + 1) · (Рmin + 1) / n · (Рmах – Рmin) · (Р0 + 1), л (5) , где
Qmax – средний расход насоса, равный расчетному расходу воду в системе, л/мин;
Рmах – избыточное давление выключения насоса, установленное на реле давления, бар;
Рmin – избыточное давление включение насоса, установленное на реле давления, бар;
Р0 – избыточное давление предварительной накачки воздушной полости бака, как правило, принимаемое (Pmin – 0,5), бар;
n – максимально допустимое число включений насоса, указываемое в паспорте насоса (обычно n = 12–15), 1/ч.
Пример: требуется определить объем гидроаккумулятора для системы с расчетным расходом 22 л/мин, при максимальных и минимальных давлениях на реле соответственно 4,5 и 2,5 бара. VГА = 16,5 · 22 · (4,5 + 1) · (2,5 + 1) / 15 · (4,5 – 2,5) · (2,0 + 1) = 77,6 л. К установке принимается бак VALTEC VAV80.
По российским СНиП 2.04.01-85*, объем гидроаккумулятора должен подсчитываться по формуле: VГА = Qhmax / 4n, м3 (6), где Qhmax – номинальная часовая подача насоса, м3/ч, n = 6–10 1/ч.
Полезный объем воды в водяной полости гидроаккумулятора определяется по формуле:
Vв = VГА · (Рmах – Рmin) / (Рmах + 1), л (7)
Пример: требуется определить объем воды в гидроаккумуляторе VALTEC VAV80 при максимальных и минимальных давлениях на реле соответственно 4,5 и 2,5 бара. Vв = 80 · (4,5 – 2,5) / (4,5 + 1) = 29 л.
Особенности монтажа гидроаккумулятора заключаются в следующем. Гидроаккумулятор необходимо снабдить предохранительным клапаном, который должен устанавливаться на подводящем трубопроводе, не далее, чем 1 м от бака. Как вариант: допускается подключение к верхнему патрубку бака, соединенному с водяной полостью, группы безопасности, включающую в себя предохранительный клапан, воздухоотводчик и манометр.
Диаметр подводки к гидроаккумулятору должен быть не меньше диаметра магистрали, к которой она присоединяется.
Требования к материалу мембраны гидроаккумуляторов по длительной прочности гораздо выше, чем для расширительных баков, т.к. здесь мембрана работает в условиях частых знакопеременных нагрузок. В то же время требования к термической стойкости материала мембраны в гидроаккумуляторах ниже, чем у расширительных баков.
Признаком неисправности гидроаккумулятора (разрыв мембраны, снижение давления воздушной подушки) служат частые циклы включения/выключения насоса.
- Техподдержка
- Статьи
- Архив
- Расчет расширительного бака для отопления
Расчет расширительного бака для отопления
Как известно, подавляющее большинство веществ в природе обладает свойством расширяться с повышением температуры. Соответствующей характеристикой служит коэффициент теплового расширения, отображающий изменение объема среды либо линейных размеров тела при нагреве на 1 °С в условиях постоянного давления (в первом случае говорят о коэффициенте теплового объемного, во втором – линейного расширения).
Рис. 1. Зависимость объема воды от температуры
Коэффициент температурного расширения воды
С увеличением температуры коэффициент объемного теплового расширения воды изменяется неравномерно (рис. 1): в диапазоне от 0 до 4 °С объем воды и вовсе уменьшается (эта особенность играет важную роль в природных водоемах), при дальнейшем нагреве значение коэффициента меняется так, как показано в табл. 1.
Вот, что это означает на практике. Примерный объем воды в системе отопления индивидуального дома тепловой мощностью 30 кВт составляет 450 л (в ориентировочных расчетах допускается принять 15 л/кВт). В табл. 2 приведены расчеты, показывающие, что при нагреве с 5 до 80 °C увеличение этого объема составит порядка 13 л.
Чтобы принять дополнительный объем жидкости, образующийся при ее нагревании, систему отопления оснащают расширительным баком (экспанзоматом). Раньше в этом качестве широко использовались открытые (с доступом атмосферного воздуха) резервуары, размещаемые в верхней точке системы – как правило, на чердаке дома. Такое решение, хотя применяется и сегодня, не соответствует современным требованиям к элементам отопительных систем, и предпочтение отдано мембранному расширительному баку: его устанавливать в любом месте дома (в том числе непосредственно в котельной), в нем не происходит попадания кислорода в теплоноситель (т.е. исключается основной фактор коррозии оборудования), а рабочая жидкость не теряется из-за испарения.
Если в открытой системе отопления тепловое расширение воды приводит к увеличению ее объема с перемещением образующегося «излишка» в расширительный бак, то в замкнутом трубопроводе результатом окажется повышение давления.
Значение Δp прямо пропорционально коэффициенту теплового расширения и обратно пропорциональна коэффициенту объемного сжатия воды (зависит от давления, в диапазоне 1–25 бар – 49,51∙10-11 Па, в гидравлических расчетах принимают равным 4,9 ∙10-10 Па):
Δp = βt • Δt / βv, Па.
табл. 3 результаты расчетов показывают, каким значительным является увеличение давления при нагреве воды на 75 °C в замкнутом трубопроводе – в разы выше давления разрушения полнобиметаллического радиатора, не говоря уже о других элементах отопительной системы. Поправка на деформацию труб и оборудования уменьшит это значение, но не изменит ситуации кардинально.
Конструкция расширительных баков
Помимо обязательности расширительного бака, полученные цифры показывают важность его правильного подбора (при недостаточном объеме неизбежно ), а также необходимость компенсации теплового расширения воды в замкнутом трубопроводе даже при относительно небольшом перепаде температур. Например, аварийная ситуация может возникнуть в системе холодного водоснабжения квартиры при самопроизвольном нагреве поступившей воды до комнатной температуры и закрытом кране на вводе.
Существуют две основные конструкции мембранных расширительных баков. Наиболее простая – с диафрагменной (лепестковой) мембраной, наглухо зафиксированной в месте соединения полукорпусов. Такие модели имеют меньшую стоимость и применяются достаточно широко, однако обладают недостатками, основные из которых – контакт теплоносителя с материалом корпуса и невозможность ремонта при повреждении мембраны. Баки второго типа оборудуется сменной мембраной – баллонной либо сферической, помещаемой в корпус через горловину с фланцем (рис. 2). Они ремонтопригодны, исключают коррозию металлических стенок от соприкосновения с рабочей средой, характеризуются более полным заполнением внутреннего пространства корпуса (полезный объем), чем экспанзоматы с диафрагменной мембраной.
.jpg)
Pис. 2. Конструкция расширительных баков со сменной мембранойVRV
Принцип работы у мембранных баков обоих типов одинаковый: внутренний объем резервуара разделен эластичной перегородкой на две полости – воздушную и водяную. При нагреве жидкости в системе и увеличении ее объема происходит заполнение водяной полости с растяжением мембраны и сжатием газа (воздуха или азота) в пространстве между ней и корпусом. При остывании теплоносителя имеют место обратные процессы – сжатие жидкости и мембраны, расширение газа.
Давление воздушной подушки настраивается таким образом, чтобы при неработающей системе отопления статическое давление теплоносителя в ней было компенсировано, и мембрана находилась в равновесном состоянии (подробнее читайте в статье о расчете и размещении мембранного бака). Обычно в продажу мембранные расширительные баки поступают с предварительно настроенным давлением в 1,5 бара. Для возможности регулирования и поддержания предварительного давления мембранный бак оснащают ниппелем.
Материалами для изготовления мембран в настоящее время служат различные эластомеры – натуральная каучуковая (используется при изготовлении баков для холодного водоснабжения) и синтетическая резина – бутиловая, стирол-бутадиеновая (SBR), нитрил-бутадиеновая (NBR), а также этилен-пропилен-диен-мономер (EPDM), хорошо зарекомендовавший себя в инженерных системах различного назначения. Мембраны из EPDM эластичны, термостойки, гигиеничны и долговечны (ресурс оценивается в 100 тыс. циклов динамического нагружения), поэтому широко применяются в баках для отопления и водоснабжения, включая питьевое. В нормально работающих системах отопления мембраны экспанзоматов не подвержены резким динамическим воздействиям (изменение объема теплоносителя происходит достаточно плавно), поэтому основными требования к ним являются термическая стойкость и долговечность. EPDM как нельзя лучше отвечает этим критериям.
Производство мембран расширительных баков нормируются европейским стандартом DIN 4807-3 «Расширительные емкости, мембраны из эластомеров для расширительных баков. Технические требования и испытания» (Expansion vessels; elastomer membranes; requirements and testing).
На рис. 3 показаны сменные мембраны из EPDM. Их крепление к фланцу бака осуществляется с помощью контрфланца с приваренным присоединительным штуцером и дырчатым рассекателем струи по центру. В случае порыва мембраны (если такое все же произошло) ее несложно извлечь, чтобы заменить на новую или отремонтировать (повреждение можно заклеить самостоятельно или обратиться в ближайший шиномонтаж для вулканизации).
Рис. 3. Сменные EPDM-мембраны для расширительных баков
Корпус мембранного расширительного бака, как правило, изготавливают из пластичной углеродистой стали методом холодной глубокой штамповки с последующей покраской эпоксидной эмалью. Внутреннюю поверхность экспанзоматов со сменной мембраной обычно не окрашивают, и чтобы исключить риск ее коррозии при выпадении конденсата, в воздушную полость на заводе закачивают химически нейтральный азот.
Как правило, вертикальные баки емкостью от 50 л оборудуют опорами-ножками для напольной установки. Модели меньшего объема (обычно до 35 л включительно) подвешивают непосредственно на трубопровод или крепят к стене с помощью специальных кронштейнов (консолей).
В табл. 4 приведены характеристики мембранных расширительных баков VALTEC VRV.
Таблица 4. Технические характеристики расширительных баков VALTEC
Удобный монтаж экспанзоматов в системах мощностью до 44 кВт обеспечивает группа безопасности расширительного бака VT.495 (рис. 4), представляющая собой полую стальную оцинкованную консоль с фланцем для крепления к стене и предустановленным комплектом сантехнических устройств из предохранительного клапана, автоматического воздухоотводчика и манометра. Имеются также два резьбовых патрубка – для подключения группы к системе и подсоединения расширительного бака. Габариты консольной группы безопасности позволяют подвешивать непосредственно к ней расширительные баки размером до 50 л включительно.
Рис. 4. Группа безопасности расширительного бака VT.495
Важным и полезным аксессуаром для расширительных баков систем отопления и ГВС является также разъемный сгон-отсекатель VT.538, позволяющий отсоединять мембранные баки от трубопровода без его опорожнения.
Уважаемые читатели! С момента публикации этой статьи в ассортименте нашей компании, практике применения оборудования, нормативных документах могли произойти изменения. Предлагаемая вам информация полезна, однако носит исключительно ознакомительный характер.
На этапе планирования строительства или системы коммуникаций в доме важно предусмотреть как можно больше нюансов. Чтобы система теплоснабжения не доставляла хлопот и работала в штатном режиме необходимо выполнить правильный расчет объема теплоносителя и подобрать оптимально подходящее оборудование. Помимо радиаторов, труб, фитингов значимой частью контура является расширительный бачок. Про подбор расширительного бака для отопления расскажем в статье.
Расширительный бак в системе отопления открытого типа
Отличительной чертой открытой системы отопления является ее сообщение с атмосферой, от этого зависят и особенности конструкции и расположения бака.
Вариант открытого расширительного бака
Специфика размещения открытого расширительного бака
Бак открытой модификации должен располагаться в высшей точке домашней отопительной системы, это обусловлено двумя причинами:
- Если поместить бачок вниз, он будет переполняться, что приведет к большим потерям ресурса и тепла в системе;
- Верхнее расположение позволяет отводить из контура лишний воздух, тем самым оберегая ее от воздушных пробок, нарушения движения теплоносителя, коррозии составных частей.
Такое расположение требует учета температурных показателей и особенностей планировки дома.
При низкой температуре в помещении с бачком могут возникнуть значительные теплопотери. Открытые системы отопления не позволяют использования антифриза из-за токсичности испарений, поэтому желательно располагать бачок в отапливаемой части дома.
Верхней точкой домашней системы отопления нередко является чердачное помещение. Если помещение не отведено под жилую зону, то проблем с эстетической составляющей не возникнет, но контроль за работой бака будет затруднен. Для проверки корректности работы системы будет необходимо забираться на чердак. Но из сложившейся ситуации можно выйти, несколько усложнив конструкцию бака, о чем расскажем в следующем разделе.
Варианты конструкции
Выбрать отопительный бак открытого типа можно в зависимости от расположения в доме и особенностей системы отопления.
Простейший бак не участвует в циркуляции воды в системе и служит исключительно для сбора излишков нагретого теплоносителя. Он представляет собой емкость из металлического листа, которая крепится на стену и подсоединяется фитингом-патрубком к трубопроводу.
Важно, чтобы крышка бачка имела негерметичную конструкцию, а вода поднималась на уровень примерно до середины бака. В противном случае недостаточный уровень воды может вызвать “завоздушивание” радиаторов.
Такую конструкцию можно при должном умении сварить самому или приобрести в магазине. Поскольку в открытом баке не создается давление воды, он может быть выполнен из любого термостойкого материала и иметь любую форму.
Есть вариант конструкции, предусматривающий выводную трубу, которая крепится в верхней части бачка на максимальный уровень его заполнения и производит сброс воды в канализацию или за пределы дома в зависимости от подключения.
Вариант подключения бака открытого типа со сливом в канализацию
Для облегчения наблюдения за уровнем воды в бачке умелые мастера советуют оснащать бачки трубой с затвором для проверки наличия минимального уровня воды и нехитрой автоматикой, которая позволит пополнять бак в случае необходимости подпитки. В первом случае контроль за уровнем теплоносителя будет осуществляться оператором, а во втором эту функцию на себя возьмет поплавковая система.
Чтобы лучше очищать отопительную систему от избыточного воздуха, расширительный бак нередко встраивают в контур циркуляции. В этом случае за счет резкого снижения скорости теплоносителя освобождается лишний воздух и вода продолжает свое движение по трубам.
Какой потребуется объем бака для системы отопления?
Самым очевидным в данном случае будет расчет объема бака исходя из объема излишков жидкости, образующейся при расширении. Но этот расчет будет крайне ошибочен, поскольку бак должен быть заполнен на уровень от четверти до половины для защиты от “завоздушивания”, а в верхней части под крышкой должно оставаться немного свободного пространства.
Поэтому при расчете объема бака для открытой системы отопления принято брать показатель, примерно составляющий 10 процентов от общей вместимости всей отопительной системы. Он выводится из расчета расширения воды при нагреве до 90 градусов (примерно 3-4 %) с учетом указанных выше нюансов.
Тогда встает вопрос, как узнать объем всей системы отопления?
Изначально отопительная система планируется уже с учетом бака, поэтому определять его по сумме показателей счетчиков воды у радиаторов не совсем верно.
Второй вариант — это посчитать примерный объем из расчета 15 литров жидкости на 1 кВт мощности котла.
Самым верным способом при расчете будет учет объема всех единиц, входящих в систему отопления: радиаторов, конвекторов, газового или электрокотла. Также необходимо учесть объем трубопровода по сечению труб и общей протяженности. Так при суммировании всех показателей и делении на 10 будет понятен примерный объем расширительного бака.
Расширительный бачок для системы закрытого типа
Из названия данного вида системы отопления следует, что она не контактирует с атмосферой и функционирует в своем закрытом контуре. Чтобы реализовать такой вариант отопления в своем доме, требуется мембранный бак. Как подобрать оптимальный мембранный бак для отопления расскажем далее.
Особенностью работы закрытой системы является высокий уровень давления воды, поэтому расширительные баки для корректной работы таких контуров должны оснащаться автоматикой для его регулировки. Это поможет избежать повышения давления до опасного уровня и повреждения составных частей трубопровода.
В чем несомненное преимущество мембранного расширительного бака для замкнутой системы отопления, так это в выборе удобного месторасположения такого гидрокомпенсатора. В документации указывается желательное место размещения рядом с насосом или на трубе обратного тока, но для закрытого типа бака это не является принципиальным.
Мембранные расширительные баки герметичны, а давление воды в замкнутой системе отопления может достигать высоких значений, поэтому без приборов контроля безопасности в системе с таким баком не обойтись.
Группа безопасности в системе с закрытым баком
Чтобы ответить на вопрос, как выбрать расширительный бак для отопления закрытого типа, рассмотрим подробнее его устройство и принцип работы.
Особенности устройства и принципов функционирования бака для закрытой системы отопления
Вне зависимости от модификации конкретной модели конструкция мембранного бака проста. На изображении она показана более детально.
Закрытый бак (или экспанзомат) представляет собой металлическую емкость с обработкой от ржавчины внутри и эмалированным покрытием снаружи. Чаще всего он имеет цилиндрическую или овальную форму и окрашен в красный цвет. Цвет емкости имеет большое значение при подборе расширительного бака, поскольку красным цветом обозначается способность прибора работать с жидкостью высоких температур.
Внутри бак поделен на две части в зависимости от специфики модели. В одной части находится резервуар для теплоносителя, другая часть мембранного бака отведена под воздух. Для корректной работы устройства газ в камере должен находится под высоким давлением, поэтому в верхней части корпуса расположены ниппель и клапан, через которые воздух поступает в камеру или стравливается при необходимости.
Камеры внутри расширительного бака разделены мембраной. Она изготавливается из резины (чаще этилен — пропилена) и обладает минимальной пропускной способностью. Когда в системе отопления создается избыточное давление, вода поступает в камеру и начинает давить на мембрану. Мембрана движется вверх и газ, находящийся в другой камере, начинает сжиматься.
Если давление является слишком сильным, то избыточная жидкость выходит через сливной клапан. Когда температура воды, а, следовательно, и давление в водной камере начинают снижаться, мембрана выталкивает жидкость обратно в систему отопления. Для правильного функционирования расширительного бака давление в газовой камере должно быть около 1- 1,5 бар.
Различают баки диафрагменного и балонного типа.
Какой объем расширительного бака необходим в закрытой системе отопления?
Подобрать расширительный бачок для отопления с закрытой системой не составит труда, если верно определить его объем.
Для подсчета можно использовать формулу:
Vб=Vс×k/D
В которой:
- Vб — искомый объем мембранного расширительного бачка;
- Vс — объем всей системы отопления, включающий сумму объемов радиаторов, котла, сечение и длину труб и пр.;
- k — коэффициент расширения воды или другого теплоносителя;
- D — коэффициент эффективности расширения бака.
В данной формуле появляются две еще не представленные ранее величины.
Коэффициент расширения жидкости берется из учета характеристик теплоносителя. Расширение воды происходит в пределах 3-4 %, а расширение антифриза в районе 5%. Для удобства расчета приведем таблицу расширения.
Рассчитать коэффициент расширения бака в свою очередь можно по формуле:
(Qm – Qb) : (Qm + 1)
Где:
- Qm — максимальный уровень давления, который может выдержать расширительный бак. Именно при достижении этого уровня срабатывает выпускной клапан;
- Qb — изначальное давление в газовой камере расширительного бака. Его указывают в паспорте к изделию. Если найти информацию не удается, то его можно измерить при нагнетании воздуха или его выходе.
Сложно ли самостоятельно установить мембранный расширительный бак?
Поставить расширительный бачок для отопления можно, вызвав монтажника. Но умелый хозяин сам сможет справиться с этой задачей. Вот какие нюансы стоит при этом учесть:
- Подобрать бак необходимого объема. Для системы отопления с принудительным движением теплоносителя стоит выбрать мембранную модель;
- Подобрать и проверить место для установки. Как мы писали ранее, установку желательно осуществлять на входе трубы обратной магистрали в котел, но при этом она должна располагаться до насоса для корректной работы бака при поступлении потоков воды;
- Произвести врезку. Для врезки можно использовать трубы из пластика или стали заранее подобранного диаметра. Диаметр труб должен соответствовать диаметру входного фитинга расширительного прибора. Немного ниже по системе отопления устанавливается тройник. Желательно производить монтаж таким образом, чтобы между тройником и баком можно было установить шаровой кран, так как при необходимости демонтажа мембранного расширительного бака будет возможность произвести работы локально, а не осуществлять стравливание воды из всей системы отопления. Между краном и баком также можно установить накидную гайку, что еще более облегчит работу в случае необходимости снятия бака или ремонтных работ.
- Проверить работу бака. Это можно сделать, заполнив бак для воды. В этом случае через ниппель вытесняется лишний газ.
Но здесь есть особенности. Чтобы пуск произошел корректно, а система отопления не была повреждена гидроударом, нужно произвести расчет показателей давления. Для этого берутся выяснить:
- Р0 — давление в камере бака с воздухом;
- Рнач — минимальное давление для подпитки;
- Ркон — давление, создаваемое при дополнительной подпитке;
- Рст — давление, отражающее высоту столба воды от нижней точки с баком до высшей точки системы;
- Ррасш — управление давлением в системе отопления;
- Ркл — максимальное давление для клапана безопасности;
- Рмакс — наибольшее давление внутри котла (котел наиболее всего восприимчив к перепадам давления.)
Далее проводим вычисление в следующем порядке (пример из расчета высоты системы в 4 м):
- Берем статическое давление по формуле Рст=4/10, то есть 0,4 бар;
- Далее рассчитаем давление воздуха при его нагнетании в камеру (прибавляем 0,2 бар и получаем 0,6 бар);
- Когда подключается расширительный бак, в установленной системе отопления создается начальное давление (Рнач). Его можно посчитать, прибавив 0,3 бар к давлению в воздушной камере.
- Проводим запуск котла и задаем температуру 80 градусов, спускаем воздух из системы отопления. Далее начинается циркуляция теплоносителя, он поступает в бак и нагнетает определенный уровень давления. Это будет Ркон. Если взять средний показатель Ркл в 3 бар, то конечный уровень давления несложно определить вычитанием из Ркл 0,5 бар.
Если после запуска отмечаются протечки в местах стыков, то соединения стоит отрегулировать. Если протечек или других повреждений не обнаружено, то расширительный бак готов к эксплуатации.
Какая конструкция лучше?
Выбор бака для отопления будет проще, если заранее знать преимущества закрытой и открытой модели и понимать с какими сложностями можно столкнуться в процессе установки и эксплуатации.
Ниже приведем таблицу с основными плюсами и минусами каждого вида расширительных баков.
| Модель бака | Плюсы | Минусы |
| Открытый |
|
|
| Закрытый |
|
|
Ответ на вопрос, как выбрать оптимальный расширительный бак для системы отопления, будет непосредственно зависеть от особенностей планировки обогрева дома и возможностей покупателя. Открытый расширительный бак обойдется в более скромную сумму, но потребует постоянного контроля температуры воздуха и уровня теплоносителя, в то время, как закрытый бак при более сложном монтаже прослужит долгое время и поможет поддерживать нужный уровень давления для работы радиаторов.
Правила расчета емкости резервуара
Как рассчитать расширительный бак для безопасного и эффективного отопления в доме? — Произвести подсчеты вполне возможно, если знать, на какие показатели стоит обратить внимание.
В разделе, посвященном открытым системам отопления, мы упоминали вариант расчета емкости бака как 10-ти процентов от общего объема домовой отопительной системы. В случае закрытых отопительных систем такой вариант тоже возможен при учете расширения теплоносителя, но наиболее эффективным он будет, когда максимальный объем теплоносителя не превышает 150 л.
Если суммарный объем отопительной системы превышает 150 л, то вместимость бака стоит рассчитывать с учетом коэффициента расширения жидкости, показателями начального и конечного давления в системе, статического давления.
Ранее мы уже приводили пример расчета уровня давления в системе отопления при запуске бака. Похожую схему можно применить и при расчете емкости резервуара расширительного бака. Формула будет выглядеть следующим образом:
Vn=Ve+Vv * (pe+1/pe — po)
Где:
- Vn — объем бака;
- Ve — объем расширения жидкости (его можно вычислить по формуле Vсист × n%, где Vситс берется из расчета 15 литров жидкости на 1 киловатт мощности котла, а n отражает коэффициент температурного расширения теплоносителя);
- Vv — водяной затвор. Это объем жидкости, который поступает в бак при создаваемом в системе отопления статическом давлении. При баке объемом около 15 литров затвор составляет 20 процентов. В крупных баках водяной затвор составляет 0,5 процента от общего объема.
- ро — статическое давление в системе;
- ре — максимальное давление, при работающем клапане (рассчитывается для клапанов с давлением до 5 атм делением на 10 (0,5 атм), для клапанов с большим давлением — по формуле Ркл×0,9.
Расчет общей емкости отопления
Мы упоминали, что самым эффективным способом расчета емкости отопления является суммирование объема всех ее составляющих. Если данные по котлу и радиаторам можно найти в документации, то объем трубопровода можно высчитать так:
Vобщ = π x D2 x L/4
- π — постоянная величина, равная 3,14;
- L — протяженность труб;
- D — диаметр труб.
Далее итог расчета суммируется с показателями объема другого оборудования и получается общий объем системы отопления.
Выбор расширительного бака с помощью таблицы
Используя данные об общем объеме системы отопления можно определиться с выбором расширительного бака закрытого типа по таблице.
Этот способ значительно сокращает количество расчетов.
Другие способы расчета
Помимо представленных выше способов можно использовать менее трудозатратный способ — онлайн-калькулятор. Достаточно выбрать удобный и произвести расчет. Но самым надежным вариантом будет обращение к проектировщику. Специалист учтет все нюансы вашей системы и поможет с выбором подходящего оборудования. Правда этот способ является самым дорогостоящим.
Как правильно выбирать расширительный бачок
Подбор расширительного бачка для отопления — весьма посильная задача. Вот несколько советов, которые помогут определиться с моделью гидрокомпенсатора:
- Определите место, где будет производиться установка. Сделать это желательно на этапе планирования и установки отопительной системы. Особенно это касается открытых баков, которые очень требовательны к расположению и температурным условиям. Разместить прибор стоит так, чтобы на него не производилось внешнего давления (не был зажат трубами, не примыкал вплотную к стене). Также стоит убедиться что он будет надежно закреплен в системе трубопровода, а конструкция выдержит устройство при максимальном заполнении.
- Покупать бак надежного производителя. Качество сборки и комплектующих — немаловажный фактор. Выбирая зарекомендовавшего себя поставщика, вы не подвергаете риску работоспособность отопительной системы дома.
- Верно рассчитать необходимый объем бака. Стоит принять во внимание все особенности отопительной системы и произвести расчет с учетом максимальных показателей давления и расширения теплоносителя.
- Ознакомиться с инструкцией. Перед покупкой важно знать все особенности эксплуатации конкретной модели, чтобы понять насколько она подойдет для вашего дома.
- Выбирать товар красного цвета. Порой покупатели ошибочно принимают за расширительный бак гидроаккумуляторы. Визуально оба устройства похожи по форме и размеру, но гидроаккумуляторы рассчитаны на жидкость низких температур, о чем и свидетельствует синий цвет. Гидроаккумулятор не сможет выдержать давление расширяющегося теплоносителя, что может привести к плачевным последствиям.
Методика расчёта объёма расширительного мембранного бака для системы отопления
Представленный ниже расчет предназначен для индивидуальных систем отопления и значительно упрощен.
Его точность составляет 10%. Мы считаем, что этого вполне достаточно
1. Определим, какой тип жидкости Вы будете использовать в виде теплоносителя. Для примера расчета в качестве теплоносителя мы возьмем воду.
Коэффициент температурного расширения воды принят равным 0,034 (это соответствует температуре 85oС)
2. Определим объем воды в системе. Приблизительно его можно рассчитать в зависимости от мощности котла из расчета 15 литров на каждый киловатт мощности .
Например, при мощности котла 40 кВт, объем воды в системе будет равен 600 литрам
3. Определим величину максимального допустимого давления в системе отопления.
Она задана порогом срабатывания клапана безопасности в системе отопления
4. Также в расчетах используется величина первоначального давления воздуха в расширительном баке Ро.
Давление Ро не должно быть меньше , чем гиростатическое давление системы отопления в точке расположения расширительного бака
5. Полный объем расширения V можно подсчитать по формуле:
V = (e x C) / (1 — (Po/Pmax))
6. Выбирать бак нужно, округляя расчетный объем в большую сторону (бак большего объема не повредит)
7. Теперь подберем бак, обеспечивающий компенсацию этого объема.
Учитывая, что коэффициент заполнения водой расширительного бака с фиксированной несменной мембранной при этих условиях равен 0,5 (таблица),
то для рассмотренной системы подойдет 80-литровый расширительный бак:
80 литров x 0,5 = 40 литров
Коэффициент заполнения (полезный объём) расширительного мембранного бака
Мембранные расширительные баки для систем отопления Wester
Система отопления — это не только котел, трубы и радиаторы. Для бесперебойной и долгой работы системы требуются дополнительные элементы. Один из них — расширительный или мембранный бак. Рассмотрим, как работает расширительный бак, его устройство и принципы подбора этого элемента для разных систем.
Зачем нужен расширительный бак
Работа отопительной системы основана на циркуляции теплоносителя (воды или раствора антифриза). По мере изменения его температуры он меняется в объеме. Система герметична (иначе были бы утечки, а внутрь попадал бы воздух), при этом увеличившийся объем жидкости будет и дальше циркулировать в системе, что приведет к повышению давления. Избыточное давление потенциально опасно и может привести к повреждению на каком-то участке или в местах соединений.
Предотвратить аварийную ситуацию и компенсировать колебания давления поможет распределительный бак. Это специальная емкость, в которую и собирается излишек теплоносителя при увеличении его объема. Что важно, избыток теплоносителя, попавший в бак, возвращается в систему при снижении температуры нагрева и уменьшении объема теплоносителя.
Расширительный бак для отопления выполняет важную роль в системе. Он:
компенсирует изменение объема жидкости при смене температурного режима;
стабилизирует давление в системе;
предотвращает повреждения труб, мест соединений и другого оборудования;
исключает разгерметизацию и попадание воздуха в систему, что привело бы к образованию воздушных пробок, нарушению циркуляции системы.
Заменить распределительный бак другим оборудованием (например, клапаном сброса) нельзя. В этом случае нечем будет компенсировать уменьшившийся объем жидкости при снижении температуры и избежать «завоздушивания» системы не получится.
Разновидности расширительных баков
Для правильной работы системы нужно подобрать мембранный бак. Рассмотрим основные их разновидности и особенности применения.
Баки открытого типа
Это устройство, которое конструктивно представляет собой простую емкость в форме цилиндра или куба. В нижней части емкости предусмотрен соединитель с трубопроводами системы отопления. Сам бак устанавливается в верхней точке системы: на чердаке, под крышей, так как рассчитан на работу в системах с естественной циркуляцией (теплоноситель двигается самотеком, без насоса).
Такой резервуар обеспечивает не только компенсацию тепловых расширений теплоносителя в системе, но и удаление воздуха из открытой системы.
Преимущества открытых мембранных баков:
простота конструкции — устройство может быть изготовлено даже самостоятельно;
естественная циркуляция, что позволяет сделать систему энергонезависимой — при газовом котле и без необходимости в циркуляционном насосе все будет работать даже без электричества.
Основные недостатки:
неудобство обслуживания бака, висящего на высоте (а проводить обслуживание нужно, чтобы контролировать остаток жидкости в нем и доливать ее при необходимости);
высокие тепловые потери (особенно, если бак расположен на неотапливаемом чердаке), что приводит к необходимости термоизоляции бака, чтобы теплоноситель в нем остывал меньше;
риск коррозии в баке из-за контакта воды с воздухом.
Также при небольшом объеме бака стоит предусмотреть трубу для перелива, по которой избыток теплоносителя будет сливаться в канализацию или на улицу. Это потребует прокладки дополнительных труб.
Бак открытого типа — не самое популярное решение из-за своих особенностей эксплуатации и небольшой популярности самой системы отопления с естественной циркуляцией.
Баки закрытого типа с плоской мембраной
Устройства такого типа представляют собой герметично закрытую емкость с мембраной, которая обеспечивает разделение между газом и теплоносителем. Плоская тарельчатая мембрана из гибкого материала располагается посередине, напоминает полусферу и может становиться выпуклой или вогнутой в зависимости от температуры воды в системе.
Бак оборудуется предохранительными клапанами для автоматического или ручного стравливания воздуха. При автоматическом сбросе воздуха контроль за давлением в системе проходит с помощью манометра. При ручном клапане — требуется визуальный контроль. Такие баки могут использоваться как в системах с естественной, так и с принудительной циркуляцией теплоносителя.
Емкость частично заполнена жидкостью, частично инертным газом.
Преимущества баков закрытого типа:
универсальность применения — могут применяться в системах с разным типом циркуляции;
увеличенный срок службы и самого бака, и других устройств в системе — благодаря отсутствию контакта с воздухом в системе нет агрессивных газов, которые создают риск коррозии на металлических стенках разного оборудования;
выше выдерживаемое давление;
проще эксплуатация — бак может находиться в котельной, что упрощает работы по монтажу и эксплуатации, делает ненужной применение дополнительной теплоизоляции, сокращает работы при автоматическом клапане сброса;
нет необходимости в добавке воды, потому что нет утечек и испарения жидкости.
