Принцип работы расширительного бака

Достоинства и недостатки различных типов расширительных баков для отопления

Прежде чем окончательно определиться с тем, бак какой конструкции лучше всего подойдёт для вашего дома или квартиры, нужно взвесить все «за» и «против». Именно этим мы сейчас и займёмся, сравнив сильные и слабые стороны рассмотренных ранее образцов оборудования.

Открытый расширительный бак
Достоинства Недостатки
Простота самостоятельного изготовления и установки Возможно возникновение завихрений, приводящих к механическому повреждению аппарата
Доступные цены на имеющиеся заводские изделия Высокая вероятность замерзания теплоносителя при несоблюдении температурного режима
Не требует установки предохранительных элементов, т.к. имеет контакт с воздухом в помещении Необходимость периодически подливать жидкость в бак при её обширном испарении
Обладает способностью выводить не только лишнюю воду, но также и излишний воздух Невысокий, в сравнении с конкурентами, КПД
Лёгкое обслуживание и малый риск поломок Невозможность использования антифриза и иных специализированных жидкостей

В качестве материала для изготовления агрегата можно использовать старый баллон или даже глушитель от автомобиля – лишь бы сохранялась герметичность

Закрытый расширительный бак
Достоинства Недостатки
Возможность регулирования уровня давления Необходимость постоянного наличия электроэнергии для работы насоса
Ввиду отсутствия испарения нет нужды в контроле за уровнем воды в системе отопления При установке в домах со старыми трубами и радиаторами высок риск нарушения герметичности
Более долгий срок полезной службы в сравнении с открытым видом Требует добавления большого числа элементов, отвечающих за безопасность
Эффективно работает с любыми видами теплоносителей Требователен к герметичности стыковых соединений, при несоблюдении – быстро наполняется воздухом
Большинство моделей имеют разборный корпус, что позволяет заменить износившуюся мембрану Более высокая стоимость, т.к. самостоятельно изготовить подобное изделие практически невозможно

Мембранный бак обладает приятным дизайном, который можно с лёгкостью использовать в интерьере любого дома или квартиры

Расчет объёма расширительного бака отопления

Определить объём расширительного бака можно несколькими способами. Во-первых, свои услуги предлагают многочисленные проектировочные бюро и отдельные специалисты. Они для расчётов используют специальное программное обеспечение, которое позволяет учесть все факторы, влияющие на стабильную работу системы отопления. Это всё, конечно, замечательно, но дорого.

Во-вторых, можно самостоятельно выполнить расчет расширительного бака по формулам. Здесь нужно быть особенно внимательным, так как малейшая ошибка может существенно исказить итоговые значения. Учитывается всё: объём системы отопления, вид теплоносителя и его физические характеристики, давление.

В-третьих, можно воспользоваться он-лайн калькуляторами для выполнения расчётов. Правда, в этом случае, лучше перепроверить результаты на нескольких ресурсах, дабы исключить вероятность некорректной работы страницы.

В-четвёртых, можно прикинуть на глаз – удельную ёмкость системы отопления приравнять к 15 л/кВт. Это ориентировочные цифры. Такой способ годится только на стадии технико-экономического обоснования. Уже непосредственно перед покупкой обязательно проводят более точные расчёты.

Способ #1 — расчёт по формулам

Основная формула для расчёта выглядит следующим образом:

где С – общий объём теплоносителя в отопительной системе, л;Pa min – настроечное (первоначальное) абсолютное давление в расширительном баке, бар;Pa max – максимальное (предельное) абсолютное давление, которое возможно в расширительном баке, бар.

При расчёте общего объёма отопительной системы учитываются все трубы и радиаторы, тёплые полы и котёл, а также другие элементы. Примерные значения указаны в таблице:

Примечание:* без учёта объёма аккумулирующих жидкостей;** усреднённая величина.

В таблице приведены значения коэффициента βt – показателя температурного расширения теплоносителя, которые соответствуют максимальной разнице температур в работающей и неработающей системе.

Теперь рассчитываем Pa min и Pa max по формулам:

По первой формуле рассчитывается абсолютное настроечное давление (h2 подставляется со знаком «минус» при расположении бака ниже точки врезки). По второй формуле определяется абсолютное максимально возможное давление в расширительном баке.

Способ #2 — онлайн калькулятор для расчёта

Для расчёта объёма расширительного бака можно воспользоваться он-лайн калькулятором. Их существует много (http://www.ktto.com.ua/calculation/brh, http://teplo-info.com/otoplenie/raschet_rasshiritelnogo_baka_online и другие). Разберём механизм работы на примере калькулятора, предложенного на сайте http://teplo-as.ru/text/podbor/bak.

* — лучше брать максимально точную цифру. Если данных нет, тогда 1 кВт мощности равен 15 л;** — должно равняться статическому давлению системы отопления (0,5 бар = 5 м);*** — это давление, при котором срабатывает клапан безопасности.

Эта методика значительно упрощена и годится только для расчёта индивидуальных систем отопления. Поэтапно разберём схему на конкретном примере:

  1. определяем тип теплоносителя: в данном случае это вода. Коэффициент её температурного расширения составляет 0,034 при температуре 85С;
  2. рассчитываем объём теплоносителя в системе. Например, для котла мощностью 40 кВт объём воды составит 600 литров (15 литров на 1 Квт мощности). Можно, и это будет более точная цифра, суммировать объём теплоносителя в котле, трубах и радиаторах (если такие данные есть);
  3. максимально допустимое давление в системе задаётся пороговым значением, при котором срабатывает клапан безопасности;
  4. давление зарядки (начальное) расширительного бака может быть больше либо равно (но ни в коем случае не меньше) гидростатическому давлению отопительной системы в точке врезки мембранника;
  5. объём расширения (V) рассчитывается по формуле V = (C* βt)/(1-(Pmin/Pmax));
  6. расчётный объём округляем в большую сторону (это никак не скажется на работе системы).

Расширительный бак подбирается так, чтобы компенсировать этот самый расчетный объём (см. таблицу):

Коэффициент заполнения теплоносителем расширительного бака определяется по таблице исходя из комбинации значений максимального и начального давления. Далее расчётный объём умножается на коэффициент и полученная цифра является рекомендуемым объёмом мембранника

Виды расширительных баков и их сравнение

В отопительной системе могут быть установлены разные виды расширительных баков.

Открытые расширительные баки

Расширительный бак открытого типа – это открытая ёмкость, в которую всегда можно долить теплоноситель. Он не требует наличия запорной арматуры, резиновой мембраны и даже крышки. Обычно ведром через него «доливают» в систему жидкость, хотя от водопровода всегда можно вывести водозаборный кран.

Схема работы расширительного бака открытого типа: 1 – корпус бака; 2 – уровень теплоносителя; 3 – холодная труба; 4 – спускная труба; 5 – предохранительный клапан; 6 – запорный вентиль; 7 – верхняя точка в стояке трубопровода отопительной системы

Несколько десятилетий назад повсеместно использовались открытые конструкции, компенсирующие изменение объёма теплоносителя при естественной циркуляции. Однако постоянный контроль уровня жидкости и её «доливание», сложности монтажа в верхней точке, низкое давление и коррозия металла – всё это привело к выходу на первый план закрытых систем и баков.

Закрытые расширительные баки

Там, где циркуляцию теплоносителя обеспечивает насос, устанавливают баки закрытого типа, именуемые в народе «мембранниками». Он всегда окрашен в красный цвет и конструкционно представляет собой герметичную ёмкость, внутри которой установлена мембрана из технической резины. А вот в синих баках, предназначенных для организации горячего водоснабжения, используется менее долговечная пищевая резина.

Устройство расширительного бака следующее: мембрана в виде баллона или диафрагмы разделяет ёмкость на две части. В верхнюю закачан инертный газ или воздух, а другая отводится для излишков теплоносителя.

С ростом температуры излишки расширяющегося теплоносителя попадают в ёмкость. Объём воздушной камеры уменьшается, и увеличивается давление в камере с воздухом, которое как раз компенсирует высокое давление в системе. При снижении температуры теплоносителя наблюдается обратный процесс.

При низкой температуре теплоносителя бак пустой, а мембрана занимает максимальной возможный объём. При нагревании жидкость начинает заполнять полость между мембраной и ёмкостью. Остывая, теплоноситель сжимается, и воздух начинает «выталкивать» его обратно в систему

Закрытый расширительный бак системы отопления может оснащаться фланцевой (сменной) или несменной мембраной. Единственное, но существенное преимущество последнего типа – его низкая стоимость. Мембрана жестко закреплена по периметру ёмкости. В исходном положении она прижата к внутренней поверхности, та как газом заполнен весь объём. При попадании теплоносителя в расширительный бак давление увеличивается.

При пуске системы существует риск разрыва диафрагмы, поскольку давление возрастает резко. В дальнейшем показания на манометре изменяются плавно и не представляют угрозу для её целостности.

Для того, чтобы предотвратить повреждение мембраны, в отопительных системах большого объёма давление контролируют с помощью манометра. Предохранительный клапан срабатывает при достижении максимально допустимого значения. Обычно оно находится в пределах от трёх с половиной до четырёх бар для частных домов.

Фланцевый расширительный бак имеет несколько преимуществ:

  • максимальная величина давления значительно больше, чем у бака с несменной диафрагмой;
  • возможность замены мембраны через фланец в случае её повреждения или разрыва;
  • вертикальное и горизонтальное исполнение изделий. Это даёт больше вариантов размещения в условиях маленькой котельной.

Какой лучше — открытый или закрытый?

Если сравнивать эксплуатационные и потребительские свойства открытого и закрытого типов, то преимущество последнего доказывают следующие факты:

  • закрытый бак не выносится наверх, следовательно, можно сэкономить на трубах;
  • мембранные баки имеют меньшие габаритные размеры;
  • теплоноситель из закрытого бака точно не испарится;
  • минимальные теплопотери, в отличие от требующего дополнительной изоляции открытого бака;
  • защита труб и узлов систем от коррозии, которая обеспечивается за счёт отсутствия воздуха;
  • закрытая система отопления может работать при высоком давлении, тогда как открытая только при низком;
  • эксплуатационные расходы мембранника ниже, что у открытого бака.

Ну а вообще, конечно — выбирать вам.

.

Время расчётов — как определить необходимый объём расширительного бака

Разобравшись с классификацией и выбрав наиболее подходящий для ваших целей вариант, необходимо рассчитать минимально допустимый объём бака. Для комфортной эксплуатации отопления достаточно ёмкости, вмещающей 10% от объёма теплоносителя в системе. Чтобы посчитать количество всей воды в трубах и радиаторах, применяют два вариативных способа:

  • измерение литража при непосредственном заполнении системы водой либо иным теплоносителем;
  • расчёт вместительности всех труб и радиаторов, находящихся в отопительном контуре.

Для подобных целей можно использовать канистры либо иные ёмкости, объём которых уже известен

Для вычисления объёма трубопроводов используйте нижеприведённую таблицу:

Внутренний диаметр трубы, мм Объём воды в 1 погонном метре, л
14 0,1539
16 0,2011
18 0,2545
20 0,3142
22 0,3801
24 0,4524
28 0,6158
32 0,8042
36 1,0179
40 1,2566
50 1,9635

Для расчета объёма батарей отопления можно использовать следующие усреднённые значения:

Материал радиатора Объём жидкости в 1 секции, л
Чугун 1,7
Биметаллический сплав 0,25
Алюминий 0,45

Выполнив все необходимые вычисления, можно сразу же найти 10% от этого значения. Либо воспользоваться специальной формулой, которая даст более точный и объективный результат:

V= VL · β / D

  • VL – вместимость отопительной системы, л;
  • β – коэффициент расширения жидкости;
  • D – эффективность расширительного бака.

Чтобы вычислить последний показатель в формуле, производим следующий расчёт:

D = (PV-PS) / (PV-1),

где PV – максимальное значение рабочего давления в системе, бар; PS – давление в баке без нагрузки, бар.

В качестве жидкости для отопления может применяться специальный антифриз, имеющий свой показатель коэффициента расширения

Как правильно подобрать прибор?

Основной характеристикой, на основании которой выбирается оборудование, является его объем. При этом обязательно учитываются такие факторы:

  • Количество людей, использующих систему водоснабжения.
  • Число водозаборных точек, в количество которых входят не только душ и краны, но и бытовые приборы, например, стиральная и посудомоечная машины.
  • Вероятность, что вода будет расходоваться несколькими потребителями одновременно.
  • Предельное количество циклов «пуск-стоп» за один час для установленного насосного оборудования.
  • Если количество потребителей не превышает трех человек, а установленный насос имеет производительность до 2куб. м в час, выбирается бак объемом от 20 до 24 л.
  • Если число потребителей от четырех до восьми человек и производительность насоса в пределах 3,5 куб. м в час устанавливается бак объемом в 50 л.
  • Если количество потребителей свыше десяти человек и производительность насосного оборудования составляет 5 куб. м в час, выбирают расширительный бак на 100 л.

При подборе нужной модели устройства стоит учитывать, что чем меньше объем резервуара, тем чаще будет включаться насос. А так же тот факт, что чем меньше объем, тем больше вероятность скачков давления в системе. Кроме того оборудование является и резервуаром для хранения определенного запаса воды. Исходя из этого корректируется и объем расширительного бака. Следует знать, что конструкция прибора позволяет установку дополнительного резервуара. Причем это можно сделать в ходе эксплуатации основного оборудования без проведения трудоемких демонтажных работ. После монтажа нового прибора объем резервуара будет определяться совокупностью объемов установленных в системе емкостей.

Кроме технических характеристик выбирая расширительный бак, особое внимание следует обращать на его производителя. Погоня за дешевизной может вылиться в гораздо более существенные расходы. Чаще всего для производства привлекающих своей стоимостью моделей используются самые дешевые материалы, а они, как показывает практика, не всегда качественные

Чаще всего для производства привлекающих своей стоимостью моделей используются самые дешевые материалы, а они, как показывает практика, не всегда качественные

Особенно важно качество каучука, из которого изготавливается мембрана. От этого напрямую зависит не только срок службы бака, но и безопасность воды, которая из него поступает. При покупке бака со сменной мембраной обязательно нужно уточнить стоимость расходного элемента

Очень часто в погоне за прибылью не всегда добросовестные производители существенно завышают цену сменной мембраны. В таком случае будет более целесообразным подобрать модель другой компании. Чаще всего крупный производитель готов отвечать за качество своей продукции, поскольку дорожит репутацией. Таким образом, стоит в первую очередь рассматривать модели именно таких брендов. Это Джилекс и Elbi (Россия) и Reflex, Zilmet, Aquasystem (Германия)

При покупке бака со сменной мембраной обязательно нужно уточнить стоимость расходного элемента. Очень часто в погоне за прибылью не всегда добросовестные производители существенно завышают цену сменной мембраны. В таком случае будет более целесообразным подобрать модель другой компании. Чаще всего крупный производитель готов отвечать за качество своей продукции, поскольку дорожит репутацией. Таким образом, стоит в первую очередь рассматривать модели именно таких брендов. Это Джилекс и Elbi (Россия) и Reflex, Zilmet, Aquasystem (Германия).

Объем расширительного бака для водоснабжения может быть разным, он выбирается исходя из потребностей пользователей. Если впоследствии потребуется больший объем, можно будет установить дополнительный прибор

Ошибки, возникающие при установке

Так как владельцы частных домов стараются выполнять большинство работ самостоятельно, никто не застрахован от ошибок при установке и наладке оборудования:

  • Плохое качество требуемых инструментов или их отсутствие.
  • Применение некачественных уплотнителей или дешёвых герметиков в местах соединений. Использование веществ, не предназначенных для высоких температур, приведёт к образованию течи во время нагревания жидкости в контуре.
  • Установка расширителя в недоступном месте.
  • Выбор резервуара без предварительного расчёта объёма приводит к поломке котла или некорректной работе системы.
  • Невыполнение норм и правил безопасности при монтаже ёмкости приводит к аварийной ситуации и несёт угрозу жизни.

Общая информация

Что такое расширительный бачок и для чего он нужен?

Само его название дает подсказку: для расширения. При фиксированной массе теплоносителя в контуре отопления и трубах, эластичность которых стремится к нулю, с изменением температуры теплоносителя неизбежно будет меняться давление в системе. Тепловое расширение, помните? Вода или любой другой теплоноситель, нагреваясь, расширяются.

Как только усилие превысит прочность трубы или радиатора на разрыв… Бум!

Причина возможной аварии — в том, что вода, меняя свой объем при нагреве, остается практически несжимаемой. Отсюда же и такое понятие, как гидроудар: упругие взаимодействия в жидкой среде, упрощенно говоря, отсутствуют.

Очевидное решение — создать в системе резервуар с легкосжимаемой субстанцией — воздухом. При увеличении объема воды при наличии такого резервуара давление вырастет незначительно.

Полезно: чтобы кислород из воздушного резервуара не способствовал коррозии труб, растворяясь в воде, в бачках для закрытых систем он отделен от воды резиновой мембраной.

Так выглядит это несложное устройство в разрезе.

Однако мы описали лишь одну из функций расширительного бачка.

Помимо закрытых систем отопления частных домов с фиксированными объемами и контура, и теплоносителя в нем, расширительный бачок можно обнаружить:

  • В открытых системах, контактирующих с атмосферным воздухом;
  • В системах централизованного отопления с верхним розливом. Там расширительный бак находится на чердаке и соединяется непосредственно с подающим трубопроводом домовой системы отопления.

В обоих описанных случаях монтаж расширительного бака отопления нужен для того, чтобы избавиться от воздушных пробок. Перепад между двумя нитками в случае центрального отопления — всего-то около двух метров. В системах отопления частных домов с естественной циркуляцией — и того меньше.

Уточнение: автору так и слышатся возгласы мало-мальски сведущих людей, которые в разгар отопительного сезона видели в элеваторном узле в 10 раз больший перепад. Типично 6 кгс/см2 на подающем трубопроводе и 4 — на обратном (1 атмосфера избыточного давления соответствует водяному столбу в 10 метров). Не путайте теплое с мягким: в отопительную систему поступает не вода с подачи, а смесь. Элеватор вовлекает в повторный круг по отопительной системе воду обратки, впрыскивая в нее через сопло струю более горячей воды с более высоким давлением с подающего трубопровода. В результате, как и сказано, перепад между смесью и обраткой не превышает 2 метров, или 0,2 кгс/см2.

При таком перепаде напор воды никак не сможет выдавить воздушную пробку из верхней части отопительной системы. Отсюда простое решение: поставить некую емкость для сбора воздуха там, где он будет накапливаться, и при запуске системы стравливать его. В случае открытой системы, понятное дело, какие-то активные действия не нужны.

Весь воздух в системе будет вытеснен вверх и попадет в расширительный бак. В открытой системе он тут же воссоединится с атмосферой. В закрытой — будет ждать, пока владелец дома откроет воздушный кран.

Что это такое?

Далеко не каждый владелец частного дома или квартиры точно знает, что же собой представляет расширительный бачок. В данном случае название этого устройства говорит само за себя – в условиях фиксированной массы теплового носителя в отопительном контуре и трубопроводе, которые не отличаются эластичностью, с переменой температуры теплового носителя обязательно будет меняться и уровень давления во всей системе. Тут стоит учесть и факт, что жидкость при нагревании расширяется. В тот момент, когда усилие станет мощнее прочности проточной трубы/радиатора, произойдет серьезная авария. Главной ее причиной в данном случае станет тот факт, что вода при изменении своего объема в условиях нагрева, становится почти несжимаемой. Из данного свойства и выходит такое определение, как гидроудар.

Решение такой серьезной проблемы является довольно простым. Нужно разместить в отопительной системе специальный резервуар (расширительный бачок), оснащенный субстанцией, которая беспроблемно поддается сжатию.

Монтаж мембранного устройства

Гидроаккумулятор этого типа устанавливают там, где имеется минимальная вероятность завихрений теплоносителя, поскольку для нормальной циркуляции водяного потока по контуру используется насос.

Правильное положение емкости

При подключении расширительного бака к закрытой системе отопления обязательно нужно учесть расположение воздушной камеры устройства.

Резиновая мембрана периодически растягивается и затем сокращается. Из-за такого воздействия со временем на ней появляются микротрещины, которые постепенно увеличиваются. После этого мембрану приходится заменять новой.

Если воздушная камера такого бака при установке останется внизу, то давление на мембрану усилится за счет гравитационного воздействия. Трещины появятся быстрее, ремонт понадобится раньше.

Разумнее устанавливать расширительный бачок таким образом, чтобы отсек, заполненный воздухом, оставался сверху. Это позволит продлить срок службы устройства.

Особенности выбора места установки

Существует ряд требований, которые нужно учитывать при установке мембранного расширительного бака:

  1. Его нельзя ставить вплотную к стене.
  2. Следует обеспечить свободный доступ к устройству для его регулярного обслуживания и необходимого ремонта.
  3. Подвешенный на стене бак не должен располагаться слишком высоко.
  4. Между баком и трубами отопления следует поставить запорный кран, который позволит снимать устройство без полного слива теплоносителя из системы.
  5. Трубы, подведенные к расширительной емкости, при настенной установке также нужно прикрепить к стене, чтобы снять возможную дополнительную нагрузку с патрубка бака.

Для мембранного устройства наиболее подходящим местом подключения считается обратный отрезок магистрали между циркуляционным насосом и котлом. Теоретически можно поставить расширительный бачок и на подающей трубе, но высокая температура воды отрицательно скажется на целостности мембраны и сроке ее службы.

При использовании твердотопливного оборудование такое размещение опасно еще и тем, что из-за перегрева в емкость может попасть пар. Это серьезно нарушит работу мембраны и даже может ее повредить.

Помимо запорного крана и “американки” рекомендуется при подключении устанавливать дополнительно тройник и кран, который позволит опустошить расширительный бачок перед отключением.

Настройка прибора перед использованием

Перед установкой или непосредственно после нее необходимо правильно настроить расширительный бак, иначе называемый экспанзомат. Это сделать несложно, но сначала нужно узнать, какое давление должно быть в системе отопления. Допустим, приемлемый показатель составляет 1,5 бар.

Теперь нужно измерить давление внутри воздушной части мембранного бака. Оно должно быть меньше примерно на 0,2-0,3 бар. Измерения проводят манометром с подходящей градацией через ниппельное соединение, которое имеется на корпусе бака. Если необходимо, воздух подкачивают внутрь отсека или стравливают его избыток.

В технической документации обычно указано рабочее давление, которое устанавливается изготовителем на заводе. Но практика показывает, что это не всегда соответствует действительности. Во время хранения и транспортировки часть воздуха могла выйти из отсека. Нужно обязательно провести собственные измерения.

Если давление в баке выставлено неправильно, это может привести к подсосу воздуха через устройство для его отведения. Такое явление вызывает постепенное остывание теплоносителя в баке. Предварительно заполнять мембранный бак теплоносителем не нужно, достаточно просто заполнить систему.

Бак как дополнительная емкость

Современные модели отопительных котлов нередко уже снабжены встроенным расширительным баком. Однако его характеристики далеко не всегда соответствуют требованиям конкретной отопительной системы. Если встроенная емкость слишком мала, нужно установить дополнительный резервуар.

Он обеспечит нормальное давление теплоносителя в системе. Такое дополнение будет актуальным и в случае изменения конфигурации отопительного контура. Например, когда самотечную систему переделывают под циркуляционный насос и оставляют старые трубы.

Это верно и для любых систем со значительным объемом теплоносителя, например, в двух-трехэтажном коттедже или там, где помимо радиаторов имеется теплый пол. Если используется котел со встроенным мембранным баком небольшого размера, установка еще одной емкости практически неизбежна.

Расширительный бак будет уместен и при использовании бойлера косвенного нагрева. Клапан сброса, подобный тому, что устанавливают на электрокотлах, здесь не будет эффективным, экспанзомат – адекватный выход из положения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector