Расширительный бак для отопления: устройство, подбор и расчет модели

Физические свойства любого теплоносителя практически не позволяют этой жидкости сжиматься. Попытка даже немного уменьшить объём тут же приводит к резкому скачку давления. Вода при нагревании в диапазоне от 20С до 90С расширяется. Эти два свойства объясняют необходимость выделения места в системе для «дыхания» теплоносителя. Расширительный бак для отопления должен обеспечивать безопасную и надёжную работу всех узлов инженерной системы. Длительность её эксплуатации напрямую зависит от того, правильно ли был выбран и установлен этот элемент.

Содержание:

• Виды расширительных баков и их сравнение
  • Открытые расширительные баки
  • Закрытые расширительные баки
  • Какой лучше — открытый или закрытый?
• Место бака в системе отопления
• Расчет объёма расширительного бака отопления
  • Способ #1 — расчёт по формулам
  • Способ #2 — онлайн калькулятор для расчёта
• Несколько советов напоследок

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.

Место бака в системе отопления

Расширительный бак системы отопления служит для того, чтобы компенсировать увеличение объёма теплоносителя в результате его температурного расширения.

Если циркуляция принудительная, то давление в точке подключения агрегата равно статическому давлению в этой точке при данной температуре (правило действуют только при наличии одного мембранника). Если предположить, что оно изменится, то получится, что в закрытой системе появилось из ниоткуда некоторое количество жидкости. Это противоречит здравому смыслу.

Открытая система отопления – это сосуд, имеющий сложную форму, со специфичными конвекционными потоками. Все узлы должны обеспечивать быстрый подъём горячего теплоносителя в верхнюю точку и последующий самотечный слив его через радиаторы в котёл. Помимо этого конструкция системы не должна препятствовать перемещению пузырьков воздуха вверх.

Располагают расширительный бак в этом случае всегда в самой высокой точке однотрубной системы, как правило, вверху разгонного коллектора.

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, и другие). Разберём механизм работы на примере калькулятора, предложенного на сайте

* — 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

Несколько советов напоследок

Важным критерием выбора расширительного бака является настройка клапана безопасности (предохранительного), который является элементом обязательным для экспанзомата (СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов»). Пороговое значение, после которого срабатывает защита, больше допустимого для самого «слабого звена» системы на 10% (такие настройки учитывают разницу высот мембраны и клапана).

Чтобы иметь возможность регулировать предельно допустимое давление в системе, отдавайте предпочтение клапанам с возможностью регулировки. Обязательным требованием ко всем таким защитным устройствам является наличие устройства «подрыва» (принудительного открывания). Оно позволяет периодически проверять работоспособность клапана и не допустить залипания золотника

Подбор расширительного бака осуществляется с учётом качества, устойчивости к диффузии и эксплуатационных характеристик мембраны (диафрагмы), диапазона рабочих температур, срока эксплуатации. Обязательно убедитесь, что пороговые значения давления в котле и баке совпадают, а также проверьте соответствие мембранника требованиям безопасности и качества, предъявляемым к таким агрегатам.