Как рассчитать расширительный бак для системы отопления

Как рассчитать и установить расширительный бак в закрытую систему отопления

Расширительный бачок закрытого типа используется в изолированных герметизированных контурах. Этот составляющий компонент системы отопления предназначен для предотвращения образования критического давления в трубопроводе. Принцип работы бака закрытого типа заключается в регулировании давления путем сжатия или расширения внутренней мембраны. Объем и размеры этого элемента варьируются в зависимости от протяженности и сложности отопительных контуров.

Устройство мембранного расширительного бака

Конструкция расширительного бака

При прогреве теплоносителя, давление на трубы увеличивается и появляется необходимость в его разряжении. Закрытые системы отопления, не имеющие расширительного бачка в своей конструкции, могут просто не выдержать увеличения объема воды или антифриза и разгерметизироваться. Монтаж контуров без описываемых деталей недопустим.

Расширительный бачок закрытого типа представляет собой капсулу из углеродистой стали, изготовленную методом штамповки. Устройство бачка предусматривает наличие резиновой мембраны. Таким образом, в рабочем положении одна половина бачка заполнена теплоносителем, а другая – воздухом. Мембрана жестко закреплена по периметру расширительного бака. Давление может контролироваться и учитываться при помощи специального манометра, который внедряется в общую систему отопления. Монтаж этого устройства предусматривает качественную герметизацию места соединения с системой.

Также встречаются фланцевые бачки, особенностью которых является то, что теплоноситель полностью располагается в самой мембране, не контактируя с металлическим корпусом. Монтаж такого типа изделий предусматривает их вертикальное расположение на горизонтальной поверхности и фиксацию к основанию.

Расчет размера и типа бака для закрытой системы

Расширительный бачок для отопления закрытого типа

Использование закрытых баков гораздо эффективнее и рациональнее, чем установка открытых емкостей. Закрытый бачок компактен, а его монтаж относительно прост.

Расчет, при котором определяется допустимый объем расширительного бака закрытого типа, должен учитывать физические характеристики воды в системе отопления. Так, при повышении температуры воды, которая используется в качестве теплоносителя, на каждые 10 °C ее объем увеличивается в среднем на 0,3%.

Перед тем как проводить расчет, необходимо определиться, какой теплоноситель будет использоваться в системе. Наиболее популярным и доступным является вода. При температуре 85 °C, что является рабочим показателем, коэффициент ее расширения составляет 0,034. После этого следует определить необходимый объем теплоносителя во всей системе.

Последующий расчет должен осуществляться по нижеприведенной формуле:

  • V1 – допустимый объем расширительного бака закрытого типа;
  • V2 – общий объем теплоносителя во всей системе отопления;
  • K1 – коэффициент расширения теплоносителя (объем расширения);
  • D — так называемый эффект мембранного бака.

При этом коэффициент расширения наполнителя вычисляется по формуле произведения общего объема всей системы на коэффициент физического расширения жидкости. Так, при температуре воды 60 °C показатель ее расширения будет составлять 1,67, при 80 °C – 2,86, а при 90 °C – 3,55. Если в качестве наполняющей жидкости используется антифриз на основе этиленгликоля, то этот коэффициент можно рассчитать, учитывая его консистенцию. При использовании десятипроцентного раствора формула будет следующей: 4% х 1,1 = 4,4%. Для двадцатипроцентной смеси формула будет иметь следующий вид: 4% х 1,2 = 4,8%.

Расчет объема расширительного бака в системе отопления закрытого типа

Эффективность мембранного бака (D) можно вычислить по нижеприведенной формуле:

В этом случае Рмакс представляет собой показатель максимально допустимого давления в системе, Рначал — изначальное воздушное сопротивление камеры.

Рассчитать необходимые характеристики и допустимое давление, которыми должен обладать расширительный бачок, несложно. Для этого необходимо знать вводные коэффициенты, используемые в предложенной формуле. При выборе бака необходимо учитывать, соответствует ли мембрана показателям максимального давления в контурах отопления.

Как правило, баки, объем которых превышает 20 л, монтируются вместе со специальными насосами, обеспечивающими полноценную работу системы. В этом случае необходим расчет и специальная настройка давления системы и комплексная проверка ее функционирования.

Проектирование и установка

Установка расширительного бака в закрытой системе отопления

Полный расчет и проектирование контуров отопления, а также непосредственная установка расширительного бачка должны проводиться с учетом рекомендаций, которые содержит инструкция для этого оборудования.

Устройство локализированной системы отопления предусматривает наличие в ней нижеперечисленных составляющих, а именно:

  • Отопительный котел (газовый, электрический, твердотопливный);
  • Магистраль трубопровода;
  • Расширительный бачок закрытого типа;
  • Дополнительные приборы и комплектующие для отопления закрытого типа (терморегуляторы, насосы, фильтры, приборы контролирующие давление и т. п.).

Установка закрытого расширительного бачка допускается по всему периметру отопления. Это является одним из преимуществ по сравнению с открытым типом, монтаж которого допустим только на самой высокой точке контура. Единственным предостережением специалисты отмечают возможный монтаж бака в непосредственной близости с циркуляционным насосом. В этом случае давление может быть нестабильным ввиду постоянного нагнетания насосом теплоносителя в мембрану бачка.

Следует учитывать и обеспечение свободного доступа к воздушному клапану, которым оборудован бачок. Это необходимо в тех случаях, когда давление имеет критические показатели и необходим сброс воздуха.

Распространенные проблемы при монтаже и эксплуатации

Подключение расширительного бака к закрытой системе отопления

Бачок закрытого типа нуждается в надежном креплении на стене или в специальных нишах, учитывая тот факт, что после наполнения сети водой его масса несколько увеличится.

Во многих случаях причиной возникновения внештатных ситуаций является неправильно рассчитанное давление в системе отопления. Произвести корректный расчет помогут либо профильные специалисты, либо электронные сервисы, так называемые калькуляторы давления. Имея подробную информацию о сечении трубопровода, мощности головного котла и циркуляционного насоса, можно рассчитать допустимые показатели и определить оптимальную модель. Чрезмерное давление в магистрали может стать причиной выхода из строя не только бачка, но и других составляющих конструкции, поэтому расчет должен соответствовать основной методике подобных работ.

Еще одной распространенной причиной, по которой бачок выходит из строя, является замерзание теплоносителя, если его монтаж произведен в помещении, где температура опускается ниже 0 °C. Подключение бака должно осуществляться в помещениях только с плюсовой температурой, в противном случае его необходимо тщательно утеплить.

Схема расчета расширительного бака отопления

Фото: Расширительный бак на стене

Автономные образцы водяного отопления — существенный источник жизнеобеспечения домашнего хозяйства.

Учитывая конструкцию строения, применяемый энергоноситель, а также установленные цели, схематический план монтажа разнится, но стержневая основа всегда неизменна.

Расширительный мембранный бак — один из таковых. Это устройство, оберегающее от чрезмерного повышенного давления. Как произвести расчеты по установке мембранного бака, рассказывается в этой статье.

Виды баков в системах отопления и их функции

Фото: Принцип работы расширительного бака

В любой системе при отоплении есть установленная величина теплоносителя, как правило, для этого используются вода.

В ходе нагревательного процесса жидкость расширяется, ее избыток выводится в расширительный бак. Соответственно происходит выравнивание давления.

На рынке сейчас представлены расширительные баки, делящиеся на две категории: закрытые и открытые. Последние весьма объемны и во многом неэффективны.

В связи с этим они выходят из употребления. Более практичный вариант пользуется заслуженным признанием профессионалов.

Закрытый тип мембранного бака — это сферическая или плоская емкость. Они довольно герметичны. Внутри полость — это две половины термостойкой мембранной баллонного или диафрагменного вида.

Баки функционируют таким образом, что из-за высокой температуры расширяющийся теплоноситель оказывается в баке, эластичная мембрана удлиняется, занимаемый воздухом объем убавляется. Соответственно давление увеличивается.

При выборе бака нужно учитывать, отвечает ли наибольшее допустимое давление параметрам диапазона давления. Очень важно учесть качество мембраны, ее характеристики (срок службы, постоянство при диффузии, диапазон рабочих температур, пригодность гигиеническим нормам). Также немаловажно выполнить подбор бака для нагревания требуемого объема.

Как рассчитать необходимый объем бака

Фото: Схема и работа при изменяемом объеме

Работа бака при изменяемом объеме

Расчет мембранного бака насущен для выявления его объёма, наименьшего диаметра соединительной теплотрассы, первоначального напора газовой площади и первоначального давления.

Ошибка при применении сложной методики, может привести к многократной активации защитного клапана и ряду другим неполадкам. Однако существуют взаимосвязь между баковой емкостью и действующими характеристиками в отношении оной.

Так, чем больше предельно дозволенное сжатие, тем будет меньше необходимый размер. Значительнее наибольшая температура жидкости — крупнее величина бака. При большей ёмкости — крупнее объём бака. В зависимости от уменьшения высоты, вычисляемой от места фиксации бака вплоть до верхнего предела, уменьшается его объём.

В соответствии со специальной формулой выполняется расчет. Прежде всего, следует исходить из совокупной величины теплоносителя.

С учетом производительности существующего котла, численности и типов отопительных агрегатов производится его расчет. Пример: конвектор – 7 л / кВт, теплое покрытие — 17 л / кВт, радиатор — 10,6 л / кВт.

Читайте также  Как рассчитать объем воды в системе отопления

Мембранные баки нужны для возмещения водной емкости и для наполнения мелких потерь теплоносителя. Поэтому в баке определен запас воды — эксплуатационный размер. Например, объём жидкости составляет три процента от ёмкости системы отопления.

Для более точного расчета мембранного расширительного бака в системе отопления применяется формула:

  • Vсис – это весь объем воды в системе отопления
  • k – коэффициент увеличения теплоносителя (для воды, нагретой до 95°С, — 4%)
  • D – эффективность мембранного бака.

Чтобы вычислить D, можно использовать формулу:

D = ( Pmax – Pнач ) / ( Pmax + 1 ), где Pmax – это самое большое давление.

На него происходит наладка страховочного клапана. Pнач – первоначальный воздушный пресс камеры.

Выбор бака выполняется с учётом температурных показателей и его прочности. Давление вкупе с температурой в точке подключения не может быть больше максимально возможных показателей.

Объем в итоге равен или больше объёма, принятого при расчёте. Отрицательных результатов при завышении сверхрасчётного объёма нет.

Расширительный бак (20 — 25 л) как правило используют вместе с насосом. Мощность последнего до 1,2 кВт. Насосы с мощностью уже до 2 кВт следует применять с баками объемом 50 — 60 л. В продаже есть баки с объемом в пределах 100 — 200 л. Они применяются как запасные емкости, в тех случаях, когда подача воды ненадолго прерывается.

Кстати: Используя гликолевую смесь как теплоноситель, рекомендуется монтаж бака с величиной вполовину больше расчётного.

Важно иметь ввиду, что баки с диаметром, превышающим 750 миллиметров и с высотой больше 1,5 метра, возможно, не пролезут в дверь. В этом случае потребуется установка нескольких мембранных баков с меньшей емкостью.

В материале было выяснено, как произвести расчет емкости, не прибегая к непосредственным услугам специалистов при установке расширительного бака. Однако если процедура сложна, риск допустить ошибку весьма большой, то лучше воспользоваться советом специалиста.

Расширительный бак для системы отопления: виды и их особенности

Теплоноситель в отопительных трубах имеет свойство расширяться, появляется избыток жидкости. Вода по объему становится больше на 3-5%, для удаления лишнего давления в отопительной системе и сглаживания температурной разницы нужно установить особое устройство – расширительный бак для системы отопления. Он вбирает лишнюю воду при нагреве и возвращает ее в трубы отопления при снижении температуры. При этом рабочее давление котла останется в норме. Без этого оборудования автоматическая защита сработает на выключение отопления, что грозит остановкой и перемерзанием системы.

Виды расширительных баков

Существует два типа расширительных устройств: открытого и закрытого типа.

Расширительный бак открытого типа

Расширительный бак для системы отопления открытого типа действует в системе без принудительной циркуляции воды. Вода направляется самотеком, насос не предусмотрен. Монтаж устройства производят на чердаке, он должен располагаться в самой высокой точке дома на высоте не менее 2,7 метров от горизонтально расположенных труб.

Открытая система отопления

Открытая система отопления

В основном открытый бак для системы отопления по конструктивному решению представляет собой круглую или квадратную емкость из стали, покрытую теплоизолирующим слоем из минеральной ваты или другого материала. В бак вваривают контрольную трубу для удаления лишней жидкости. Оборудование работает следующим образом: из котла отопления по трубам вертикально поднимается теплоноситель. Давление на входе выше, чем на выходе. Разница в давлении обуславливает процесс движения жидкости в системе. В баке выравнивается разница температур, и вода направляется обратно в газовый или твердотопливный котел.

Преимущества открытых расширительных баков: несложный самостоятельный монтаж и эксплуатации. Недостатки устройства:

  • При соприкосновении воздуха с теплоносителем возрастает риск корродирования труб.
  • Потребность в постоянном отслеживании уровня жидкости.
  • Обязательное утепление бака.

Оборудование открытого типа редко используется ввиду недостаточной надежности.

Расширительный бак закрытого типа

Расширительные баки для системы отопления закрытого типа применимы в отопительных системах с принудительной циркуляцией носителя, она создается насосом. По конструкции бак выглядит как закрытая стальная капсула, разделенная на 2 секции мембраной из прочной резины. Она делит устройство на водяную камеру и газовую воздушную камеру, заполненную азотом под давлением. Из-за наличия такой особенности оборудование также называют мембранный бак для системы отопления.

Особенности работы: горячая вода идет в бак и выравнивает уровень давления в отопительной системе путем стравливания лишнего воздуха через клапан. Обратно вода подается с помощью насоса. Термостат контролирует режим отопления, не позволяя системе замерзать.

Бак для закрытой системы отопления

Расширительный бак для закрытой системы отопления

Расширительный бак для закрытой системы отопления имеет следующие преимущества:

  • Небольшие размеры.
  • Установка в любом месте.
  • Не требует утепления.
  • Исключен контакт с воздухом.
  • Не имеет ограничений по площади установки и количества этажей в доме.

Минусом можно назвать необходимость подключения с помощью специалиста, который может правильно настроить работу системы.

Выбор расширительного бака

Выбор оборудования производится по следующим критериям:

  • Площадь и этажность отапливаемого здания.
  • Стоимость конструкции.
  • Требования к надежности.
  • Возможность самостоятельного монтажа.

Небольшие одноэтажные дома могут отапливаться баками открытого типа, которые просто смонтировать своими руками.

Бак для закрытой системы отопления нужно выбирать, учитывая нюансы крепления мембраны:

  1. Мембрана не заменяемая. Она не растяжима, крепится с помощью зажимного кольца, имеет долгий срок службы. Минус такого типа – при повреждении придется менять бак целиком.
  2. Заменяемая мембрана. Конструкция надежна и может быть заменена на новую в случае прихода в негодность.

Кроме того, необходимо знать, как рассчитать расширительный бак для системы отопления.

Расчет объема бака

Расчет расширительного бака для системы отопления состоит из ряда шагов:

  1. Выбор вида теплоносителя. В основном им является вода. Коэффициент температурного расширения Е для воды равен 0,034 при средней температуре в таких системах 85 o С.
  2. Определение объема воды в тепловой системе-С. Примерный расчет таков: мощность котла в 40 кВт требует объема воды в 600 литров (15 литров воды на каждый кВт мощности).
  3. Определение величины максимального давления в системе Pmax, она задана порогом срабатывания клапана безопасности.
  4. Определение Рmin – это начальное давление в баке, единица измерения – атмосферы. Значение этого показателя не должно быть ниже, чем гидростатическое давление всей системы отопления в месте размещения расширительного оборудования.

Объем расширения рассчитывают по формуле: V = E x C /( 1 – Рmin / Pmax).

Объем расширительного бака для системы отопления подбирают, округляя в большую сторону полученное значение.

Есть и более простой вариант расчета:

  • Определить объем теплоносителя в системе отопления в целом.
  • Объем бака вычислить как 10 или 15%; от этого значения.

Также необходимый объем бака может подобрать специалист.

Сложно ли устанавливать самостоятельно?

Самостоятельно несложно установить бак открытого типа. Его изготавливают из листовой стали. Также потребуются стальные трубы двух диаметров для патрубков, стальные уголки, крепеж, сварочный аппарат, дрель, шлифмашинка, рулетка. Порядок работы:

  1. Определить размеры бака и крышки.
  2. Вырезать детали из стального листа.
  3. Сварить квадратный бак.
  4. Врезать с двух сторон патрубки и обварить.
  5. В крышке сделать отверстие для прохода воздуха.
  6. Закрепить бак уголками.
  7. Изолировать емкость с помощью оклеивания пенопластом или минеральной ватой.

Установку производят согласно схеме:

Схема установки бака

Схема установки бака

Требования по монтажу бака открытого типа:

  • Котел ставят в самом низком месте жилого помещения (например, в подвале), а расширительный бак – в самом высоком.
  • Радиаторы должны быть из чугуна или стали.
  • Диаметр трубы на выходе из бака должен быть больше, чем на входе.
  • Трубы надо выставлять под уклоном 0,05-0,1%.

Особенности установки бака закрытого типа:

  • Насос, котел и расширительное устройство располагают в одном помещении.
  • Трубы не нужно располагать под наклоном.
  • Насос ставится на «обратку».

Расширительный бак мембранный это сложное инженерное оборудование и устанавливать его самостоятельно не рекомендуется.

Обслуживание расширительного бака

Долгий и беспроблемный срок службы обеспечивается соблюдением правил обслуживания расширительного оборудования. Порядок следующий:

  1. Раз в 6 месяцев требуется внешняя проверка бака на наличие повреждений – коррозии, вмятин, подтеков. Нужно установить их причину и устранить при обнаружении.
  2. Раз в полугодие надо проводить сверку уровня начального давления с расчетными показателями (для баков закрытого типа). Для этого бак должен быть отключен от системы отопления, воду следует откачать и присоединить манометр к ниппелю газовой полости. Если замер показал более низкое давление, чем установленное при настройке – нужно подкачать его компрессором.
  3. Раз в 6 месяцев производить проверку целостности мембраны. Если давление в газовом отсеке упало до атмосферного – мембрана пробита и ее нужно заменить. Или придется менять бак целиком.
  4. Если бак не эксплуатируется долгое время, его осушают и не допускают замерзания в зимний период. Бак нужно утеплить.
Читайте также  Полипропиленовые трубы для отопления как выбрать характеристики

У баков закрытого типа есть спектр типичных неисправностей – таблица:

Проблема Причина Как устранить
В системе отопления давление нестабильно и периодически превышает допустимые значения. В баке нет азота Взять автомобильный компрессор и накачать воздух в бак
Мембрана пробита При наличии конструкции со сменной мембраной — заменить ее
Коррозия или пробитие корпуса Обеспечить герметичность (сварка, герметик)
Ниппель воздушной полости не герметичен Продуть ниппель
Не хватает объема бака Бак был установлен без расчета или с ошибками в нем. Потребуется пересчитать и заменить устройство
Из воздушного клапана течет вода Мембрана пробита При наличии конструкции со сменной мембраной — заменить ее
В системе отопления давление ниже нормативного В баке отсутствует азот Взять автомобильный компрессор и накачать воздух в бак

Баки открытого типа часто кипят из-за несоблюдения правил монтажа труб под уклоном или применения труб диаметром меньше 32 мм. Эти недостатки следует устранить для корректной работы устройства.

Как расчитать расширительный бак для отопления?

Расширительные баки

Любая современная система отопления не «представляет» своего существования без надежного компенсатора теплового расширения теплоносителя в ней — расширительного бака.

Практический расчет расширительного бака для отопления довольно прост — необходимо «вооружиться» несколькими формулами и определиться с исходными рабочими параметрами системы.

Сейчас эффективно используются расширительные баки закрытого типа. Открытые варианты этих функциональных устройств использовались преимущественно в системах с естественно циркулирующим теплоносителем. Они имеют значительные габариты и низкую эффективность. Поэтому постепенно применение такого типа баков сходит на «нет».

Баки закрытого типа конструкционно представляют собой герметичную емкость цилиндрической или «таблетированной» формы.

Мембранный расширительный бак «таблетка»

Мембранный расширительный бак

Внутри бак разделен мембранной перегородкой на воздушную и жидкостную камеры — это бак диафрагменного типа. Также возможно конструкционно использование внутри бака «балонной» эластичной камеры из термостойкой резины.

Схематическое устройство расширительного бака

Схематическое устройство расширительного бака

Принцип действия основан на расширении объема теплоносителя в жидкостном отсеке, который приводит к деформации эластичной перегородки (баллона). Уменьшение объема воздушной камеры приводит к повышению давления воздуха (газа) в ней. Превышение допустимого давления приводит к срабатыванию предохранительного клапана. Такова упрощенная схема действия этого бака.

Но нормальное и безопасное функционирование системы возможно только при правильном расчете расширительного бака для отопления. Игнорирование или неграмотный расчет объема расширительного бака приведет или к недостаточному давлению в системе, или к превышению давления в ней и аварийному сбросу избытка теплоносителя.

Математика в расчете параметров расширительного бака

Перед тем, как рассчитать расширительный бак для отопления, уже необходимо определить:

Общий (суммарный) объем всех элементов системы отопления: котла, труб, радиаторов. Сделать такой расчет практически довольно сложно — поэтому используют методику приблизительного расчета, основанную на таких практических данных:

  • конвектор «берет» 7 л теплоносителя на кВт мощности;
  • теплый пол «потребует» 17 л на кВт;
  • радиатору необходимо 10,6 л/кВт тепловой мощности.

Еще проще! На 1 кВт мощности системы отопления принимается расчетная величина объема в 15 л теплоносителя.

Расчет объема расширительного бака (V_<бака>) делаем по формуле:
$$ V_ <бака>= V_<сист>*k/D $$
где:

(V_<бака>) — объем теплоносителя во всей системе;

(k) — коэффициент объемного теплового расширения теплоносителя;

(D) — показатель эффективности расширительного бака (мембранного блока).

Величину (k) для воды принимают равной 4% при ее температуре до 95 О С, при использовании этиленгликоля 10-20% величина изменяется от 4,4 до 4,8% соответственно!

Ориентировочная величина расчета расширительного бака для отопления, то есть объема жидкости в нем – 3% от всего объема теплоносителя данной системы.

В случае «неизвестности» параметра (D) его можно рассчитать по формуле:
$$D = frac — P_<нач>> + 1>$$
где:

(P_<макс>) — значение макс. допустимого в системе давления (на это давление на строен предохранительный клапан);

(P_<нач>) — давление первоначальной накачки воздушной камеры бака.

Расчет мембранного расширительного бака обязует учитывать предельные рабочие параметры:

  1. максимальное значение температуры теплоносителя (до +120 о С);
  2. максимальное рабочее давление (до 6-10 бар).

Итоговые показатели для выбора бака должны быть выше расчетных. Незначительное превышение необходимого объема бака не так страшно,как недостаточный его объем.

Внимание! Применение в качестве теплоносителя антифризных смесей рекомендован выбор бака с увеличенным на 50% объемом.

В случае использования рециркуляционной системы горячего водоснабжения ее необходимо оборудовать дополнительным расширительным баком.

Выполняется расчет расширительного бака для ГВС согласно технической документации конкретного производителя устройств.

Типовая схема подключения расширительных баков в систему отопления и ГВС Типовая схема подключения расширительных баков в систему отопления и ГВС

1 Коллекторный шкаф 15 Погодозависимая система автоматики
2 Терморегулятор радиаторный с термостатической головкой 16 Группа безопасности котла
3 Радиатор (конвектор) боковое подключение 17 Датчик температуры помещения
4 Радиатор (конвектор) нижнее подключение 18 Мембранный расширительный бак системы горячего водоснабжения
5 Головка термостатическая 19 Насос циркуляционный UP для горячего водоснабжения
6 Смеситель 20 Датчик температуры наружный
7 Клапан запорный 21 Фильтр сетчатый
8 Клапан смесительный трехходовой с автоматической термостатической головкой 22 Датчик температуры поверхностный
9 Кран шаровой 23 Задвижка клиновая
10 Насос циркуляционный UPS 24 Группа безопасности бойлера
11 Обратный клапан 25 Фильтр сетчатый самопромывной с манометром
12 Воздухоотводчик автоматический 26 Кран шаровой газовый
13 Кран шаровой MINI 27 Газовый счетчик
14 Уголок установочный 28 Мембранный расширительный бак системы отопления

Рассмотренная методика показывает, как рассчитать емкость расширительного бака, но в случае самостоятельного планирования системы отопления лучше «семь раз отмерить…», то есть при наличии возможности проконсультироваться со специалистом на месте.

Расширительный бак

Расширительный бак

Для того, чтобы системы отопления и водоснабжения в доме работали исправно, в их схемы включен расширительный бак. Мембранные баки обеспечивают стабильное давление в системе отопления и водоснабжения частного дома. Они поддерживают запас воды, необходимый для постоянного давления в трубах, напора воды и оптимальной работы насосного оборудования. Вот о том, какими бывают мембранные баки и как они подключаются, мы и поговорим в этой статье.

Мембранные баки можно разделить на две группы: расширительные, применяемые в системах отопления и горячего водоснабжения, и гидроаккумуляторы, использующиеся в системах холодного водоснабжения.

Как я уже сказал выше, правильный подбор, монтаж и эксплуатация мембранных баков обеспечит безопасную работу и сведет к минимуму вероятность возникновения аварийных ситуаций в системах загородного дома.

Расширительный бак для отопления

Основной задачей расширительного бака в системе отопления загородного дома, является компенсация увеличения объема воды вследствие ее температурного расширения.

Так при температуре воды 0 °С ее плотность ρ = 0,9998 кг/дм 3 , а при 100 °С плотность воды составит ρ100 = 0,9583 кг/дм 3 . Так как удельный объем v обратно пропорционален плотности (v = 1/ρ), то колебание объема воды в системе составит:

Δv = v100 – v=1/ρ100 – 1/ρ = 1/0,983 – 1/0,9998 = 1,0435 – 1,0002 = 0,0433

Из приведенного расчета следует, что при нагреве воды от 0 до 100 °С вода увеличит свой объем по сравнению с первоначальным на 4,33 %.

Если в системе отопления отсутствует емкость, куда могут поступать излишки теплоносителя, даже незначительное увеличение температуры приведет к возрастанию давления, которое может превысить предельно допустимую величину для элементов гидравлической системы.

Изменение давления при температурном расширении без учета деформации элементов системы можно рассчитать по формуле:

βt – коэффициент температурного расширения воды, 1/°С;

Δt – изменение температуры воды, °С;

βv – коэффициент объемного сжатия воды, 1/Па. Расчеты показывают, что в жесткой замкнутой системе, изменение давления составляет порядка 3 бар /°С.

Если учесть деформацию труб, то результаты получатся следующие:

  • В случае стальных и медных трубопроводах – в среднем 2,2 бара/°С:
  • В случае полимерных и металлополимерных трубопроводах – в среднем 1,2 бара/°С.

Как работает расширительный бак

В состав расширительного бака входит диафрагма, которая разделяет его на две части. В одной находится азот, находящийся под начальным избыточным давлением, в другую поступают излишки теплоносителя из системы отопления.

Вначале весь объем расширительного бака полностью занят азотом. При нагреве объем теплоносителя увеличивается, что приводит к сжатию азота. Далее давление азотной подушки увеличивается и выравнивается с давлением в системе отопления на данном статическом уровне. После того как температура теплоносителя и, соответственно, его объем уменьшатся, давление азотной подушки возвращает теплоноситель обратно в систему, не давая давлению в системе снизиться ниже настроенного уровня.

Внутренняя поверхность корпуса расширительного бака в условиях эксплуатации иногда является зоной возможного выпадения конденсата. Поэтому при наличии в газовой подушке кислорода неизбежно начнется интенсивная коррозия металла корпуса бака. Только поэтому производителями и закачивается в бак азот, а не атмосферный воздух, содержащий водяные пары и кислород. Многие пользователи делают ошибку, подкачивая в газовую полость воздух, тем самым своими руками сокращая срок службы мембранного бака.

Подключение расширительного бака к системе отопления

Давление в точке подключения мембранного бака к системе всегда равно статическому давлению в данной точке при данных температурных параметрах. Доказать это высказывание очень просто.

Так, например, если допустить, что давление в точке подключения бака изменяется, то придется признать, что объем теплоносителя в баке тоже изменился. А этого быть не может, так как взяться лишнему теплоносителю в замкнутой системе неоткуда, да и бесследно исчезнуть он тоже никак не мог. При этом стоит отметить, что это правило распространяется только на систему отопления с одним расширительным баком.

От места расположения мембранного бака зависят параметры работы и всех остальных элементов системы отопления, а также требуемое начальное давление в расширительном баке и сам объем бака.

Выбирая место присоединения расширительного бака стоит помнить, что чем выше давление в системе отопления, тем меньше вероятность ее завоздушивания.

Так если расширительный бак присоединить непосредственно после циркуляционного насоса, то необходимо проверить, чтобы перед насосом сохранялся антикавитационный запас по давлению.

Ниже приведены несколько вариантов присоединения расширительного 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 метров водяного столба.

Варианты подключения расширительного бака к системе отопления

На рисунках выше 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 о С.

В таблице ниже приведены расчетные характеристики мембранных баков для схем с их разным подключением.

Расчетные данные по системам

Расчетные данные по системам

В случае установки мембранного бака в гравитационной системе отопления на верхней магистрали, его необходимо сместить от главного стояка в сторону отопительных стояков и таким образом исключить паразитное влияние на циркуляцию остывающего в баке теплоносителя. При этом главный стояк надо оснастить воздухоотводчиком и предохранительным клапаном (рис. f).

В этом случае теплоноситель должен поступать в расширительный бак сверху. Тогда будет отсутствовать вероятность попадания воздуха в жидкостный отсек бака.

В том случае, если это требование выполнить невозможно, рекомендуется соблюдать следующие правила:

  • Точка подпитки должна находиться как можно ближе к точке подключения бака;
  • При заполнении системы теплоносителем не допускается использование для выпуска воздуха автоматических воздухоотводчиков (они должны быть закрыты). Выпуск воздуха из системы должно осуществляться через предусмотренные для этого штуцеры с кранами (рис. 2а) или комбинированные краны с дренажом и ручным воздухоотводчиком (рис. 2б);
  • По возможности следует использовать мембранные баки, имеющие верхний патрубок для присоединения воздухоотводчика к жидкостной полости.

Подбор мембранного расширительного бака

Для того, чтобы система отопления работала исправно, достаточный объем расширительного бака рекомендуется определять по формуле:

C – общий объем теплоносителя в системе отопления, в литрах. Включает в себя объем воды в трубах, котле, радиаторах и других элементах системы. Этот показатель подсчитывается по фактической емкости каждого элемента системы;

P a min – начальное (настроенное) абсолютное давление в расширительном баке, в барах;

P a max – максимальное абсолютное давление, возможное в расширительном баке, в барах.

С определенной погрешностью значение объема теплоносителя в системе можно выбирать из таблицы ниже. При расчетах на стадии технико-экономического обоснования допускается принимать удельную емкость системы отопления 15 л/кВт.

Ориентировочный объем теплоносителя в системе

Значения коэффициента температурного расширения теплоносителя βt, соответствующие максимальной разнице температур воды в неработающей и работающей системе, рекомендуется принимать из таблицы ниже.

Значение коэффициента температурного расширения теплоносителей βt

Значение коэффициента температурного расширения теплоносителей βt

Настроечное абсолютное давление вычисляется по формуле:

P a – атмосферное давление, в барах;

P ст max – статическое давление на уровне нижней точки системы, в барах;

НБ – превышение точки врезки бака над нижней точкой системы, в метрах;

h2 – превышение центра бака над точкой врезки, в метрах. При расположении бака ниже точки врезки h2 подставляется со знаком «минус».

Абсолютное максимальное давление, возможное в расширительном баке:

PПК – давление настройки предохранительного клапана, в барах;

P ст Б – статическое давление на уровне установки предохранительного клапана, в барах;

P ст ПК – статическое давление на уровне врезки в систему мембранного бака, в барах.

Из формулы 1 следует, что оптимальный выбор объема расширительного бака напрямую связан с правильной настройкой предохранительного клапана. Как правило он настраивается на давление, превышающее допустимое для самого уязвимого элемента системы на 10 %, с учетом разности высот клапана и защищаемого элемента. Поэтому для систем отопления рекомендуется применять клапаны с возможностью регулировки давления настройки. Также, клапан должен иметь устройство принудительного открывания для проверки его работоспособности.

Установка расширительного бака недостаточного объема или некорректный его монтаж могут стать причиной неправильной работы системы отопления и даже выхода ее из строя.

Настроенное давление в расширительном баке не должно быть ниже гидростатического давления на уровне центра бака более, чем на 1 метр водяного столба (0,1 бара). В противном случае уже на стадии заполнения системы полезный объем бака частично заполнится теплоносителем, поэтому при последующем нагреве и расширении теплоносителя будет использоваться меньший объем, чем это необходимо. Если сказать по-другому, то если в баке настроенное (заводское) давление равно 1,5 бара, то заполнять систему нужно до давления на уровне центра бака, не превышающего 1,6 бара. В случае, если по проекту в системе необходимо установить большее гидростатическое давление, то для этого, перед монтажом бака, в нем необходимо поднять давление.

На практике, некоторое количество теплоносителя в баке, обеспеченное его недокачкой до гидростатического на 1 метр водяного столба, необходимо на тот случай, когда произойдет охлаждение залитого теплоносителя. Так, например, если система заполнялась при температуре воды 20 °С, и котел по каким-либо причинам не был запущен, при 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), так как коэффициент расширения у гликолевых растворов несколько выше, чем у воды. Поэтому, при переходе с водяной системы отопления на систему с гликолем, может потребоваться замена бака на больший или установка дополнительного расширительного бака. Сигналом того, что система нуждается в баке большей емкости, служит частое срабатывание предохранительного клапана.

Диаметр подводящей линии к мембранному расширительному баку должен быть не мене рассчитанного по следующей формуле:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: