Принцип работы расширительного бака в системе отопления. расчет объема, особенности установки и эксплуатации

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.

.

Материалы

При изготовлении расширительных бачков применяются различные материалы, однако самыми распространенными считаются модели со стальным корпусом.

В настоящее время многие люди в стремлении сэкономить конструируют такие агрегаты самостоятельно. Для этого они зачастую используют листовые материалы, которые впоследствии собирают в единую конструкцию при помощи сварки. Также для изготовления бака расширения можно использовать самые неожиданные предметы, например, пластиковые бочки и канистры или же старые газовые баллоны. Применение подобных материалов значительно удешевляет создание расширительного бака. Несмотря на столь большой выбор подходящего сырья, специалисты все-таки рекомендуют обращаться к нержавейке, если вы планируете собирать бачок своими руками.

Что касается перегородки в таких агрегатах, то здесь большинство производителей используют высококачественную резину, синтетическую резину, сырье из бутилкаучука натурального происхождения или EPDM. Мембранные элементы для подобных агрегатов производят из различных материалов, которые по ходу использования беспроблемно переносят самый разный температурный диапазон.

Если рассматривать конкретные случаи, то:

• для бачков до 2 тысяч литров чаще всего применяются мембраны маркировки EPDM DIN 4807;
• баки, имеющие объем, превышающий вышеуказанную отметку, укомплектовываются мембранными элементами марки BUTYL.

Конструкции баков

Для решения вопроса компенсации можно просто установить в самой верхней части трубопровода отдельно выводящую трубу. Но она не будет выполнять все функции расширительного бака в полной мере. Чтобы понять почему, следует рассмотреть разные типы конструкции и особенности монтажа этого компенсатора.

 Открытого типа

Такая конструкция, в большинстве своем, изготавливается кустарным способом. Типичная схема бака открытого типа показана на рисунке:

Конструкция бака открытого типа

Она представляет собой стальную емкость, которая монтируется в самой высокой точке трубопровода системы отопления. Бак подключается к системе через расширительный патрубок, а для обеспечения движения воды предусмотрен циркуляционный патрубок.

По мере заполнения системы водой, она достигает сигнального патрубка, на котором устанавливают кран. Для обеспечения контроля расширения воды предусмотрен переливной патрубок. Он обеспечивает свободное перемещение воздуха внутри бака.

Для расчета объема бака открытого типа необходимо знать объем воды в системе. Если же такой информации нет, можно отталкиваться от мощности котла – на 1 кВт приблизительно соответствует 15 л воды. Т.е для 24 кВт котла максимальный объем теплоносителя составит 360 л. При повышении температуры до 70°С, вода при таком объеме расширится на 9 литров. А при максимальной в 95°С – на 15 л. Объем бака до уровня переливного патрубка должен быть не менее 15 л.

Закрытый мембранный бак

Есть и более совершенная система компенсирования давления в системе – мембранный бак. Его конструкция представляет собой закрытый стальной резервуар.

Расширительный мембранный бак

Изолированный корпус разделен на 2 части, одна из которой имеет подключение к системе отопления. Вторая же заполнена инертным газом – азотом. Для установки уровня давления внутри нее предусмотрен ниппель, с помощью которого можно уменьшать (стравливание) или увеличивать (насосная подкачка) величину давления внутри.

При подключении к трубам отопления и активации системы вода, после разогрева, попадает в камеру бака. При достижении определенного значения давления подвижная мембрана увеличивает объем водяной камеры. Этот тип конструкции более удобен как в эксплуатации, так и при монтажных работах. Основными преимуществами бака мембранного типа являются:

• Отсутствие контакта воды с воздухом, что значительно уменьшает вероятность коррозии.
• Бак может монтироваться в любом месте тепловой магистрали.
• Так как система полностью герметична – потери теплоносителя минимальны.
• Уменьшение тепловых потерь, по сравнению с баком открытого типа.

Но для этой системы есть один обязательный фактор – расчет оптимального объема бака. Это важный этап в проектировании системы отопления в целом.

Расчет мощности бака

При расчете объема расширительного бака мембранного типа необходимо учитывать следующие параметры:

Тип теплоносителя. Коэффициент теплового расширения (Е) для разных жидкостей отличается

Поэтому важно знать эту величину.
Общий объем теплоносителя в системе – С. Приблизительный расчет был указан выше.
 Начальное давление в системе Рмин.
Максимально допустимая величина давления Рмакс.
Коэффициент заполнения бака при различных значениях давления (Кзап). Он может быть рассчитан по таблице:

Он может быть рассчитан по таблице:

Объем расширения теплоносителя может быть рассчитан по следующей формуле:

• Коэффициент расширения для воды Е – 0,034 (при 85°С).
• Объем системы отопления С- 360 л
• Начальное давление Рмин – 1,5 атм
• Максимальное значение давления Рмакс – 4 атм
• Согласно таблице, коэффициент наполняемости бака Кзап равен 0,5

Это стандартный объем бака для небольшого дома.

При выборе расширительного бака необходимо обращать внимание на качество изготовления. Лучше всего посоветоваться со специалистами, так как производителей этих конструкций большое множество, а определить качество для той или иной модели без опыта и практики очень затруднительно.

Технология установки бачка в системе

Схема составных частей котла для отработки.

Для установки мембранного или простого бачка потребуется знать основные этапы его установки. Сперва нужно приобрести емкость (бак) нужного объема, например, 12-литровый. С помощью насоса из него выкачивается весь воздух. После этого снова накачиваем его воздухом до 1,1 кПа

Очень важно, чтобы давление в системе было выше, нежели в бачке, примерно на 0,1-0,2 кПа. Затем выключают котел из сети, закрывают все краны для подачи воды, сливают воду с батарей. Чтобы соединить бак с трубами, понадобится аппарат для спаивания, муфты и фитинги (устройства для скрепления деталей)

Фитинг состоит из 2 частей: одна прикручивается к резьбе на баке, а вторая припаивается к самой трубе. Бак рекомендуется ставить там, где давление минимально

Чтобы соединить бак с трубами, понадобится аппарат для спаивания, муфты и фитинги (устройства для скрепления деталей). Фитинг состоит из 2 частей: одна прикручивается к резьбе на баке, а вторая припаивается к самой трубе. Бак рекомендуется ставить там, где давление минимально.

Установка своими руками

Прежде чем переходить к монтажу расширителя, важно подготовиться:

• обязательно ознакомьтесь с инструкцией перед началом работ;
• проведите все необходимые расчеты температур и показателей давления (обычно все эти данные указываются в специальных справочниках по нормативам использования агрегатов);
• приготовьте такие инструменты, как гаечный ключ, ключ для установки труб из пластика;
• если бак имеет большую емкость, то вам также понадобится купить кронштейны – они пригодятся для крепления.

Устанавливая и подключая такие агрегаты, следует опираться на некоторые рекомендации от специалистов:

• располагайте агрегат так, чтобы в дальнейшем гарантировать свободный доступ к нему;
• предусмотрите вероятный демонтаж труб в будущем;
• проследите за тем, чтобы диаметр патрубка-соединителя сходился с присоединяемым водопроводом;
• верно установите необходимые температурные датчики;
• подсчитайте подсоединение запорной арматуры.

Теперь можно переходить к непосредственной установке бака. Вешать его следует возле входа проточного теплового носителя в направлении узла нагрева.

Отметьте участки для крепления. Высверлите требуемое число дырок, нужных для фиксации кронштейна. Для этого его следует приложить к стене, и отметить все участки соединения. Проделав все необходимые дырки, нужно установить в них анкерные болты, потом повесить кронштейн и убедиться в надежности проделанного крепления. Если все сделано качественно, то можно устанавливать сам бачок, после чего закрепить его при помощи хомутов.

Учтите, что такое оборудование нельзя устанавливать в условиях минусовых температур

Кроме того, важно проследить за тем, чтобы после завершения монтажных работ воздушный клапан находился на доступном участке. Это необходимо, чтобы у хозяев была возможность выставления нужного уровня давления

Что касается такого элемента, как редуктор давления, то его надо устанавливать уже после подключения измеряющего счетчика, чтобы не столкнуться с серьезными нагрузками, направленными на бачок. Прикреплять этот клапан нужно впереди проточной трубы.

После этого надо произвести настройку установленного бачка расширения. Сперва надо настроить требуемый уровень давления. Это нужно делать закачкой воздуха. Манометр укажет, когда понадобится остановиться. После этого с использованием насоса закачивается вода, уравнивается давление, и мембранная деталь приводится в плавающее состояние. Потом бачок допустимо считать готовым к применению. Возможно, нужно будет включить систему и убедиться в ее работоспособности.

Как можно заметить, схема монтажа и подключения расширительного бака является достаточно простой. Справиться с проведением таких мероприятий сможет каждый.

Расчет расширительного бака по формуле

Если вы не хотите вдаваться в тонкости, можно установить бачок емкостью 10% от всего объема теплоносителя. Но иногда лучше рассчитать все точно. При оборудовании большой системы отопления можно будет существенно сэкономить.

Чтобы рассчитать необходимый объем расширительного бака, нужно знать следующее:

• Минимальную температуру теплоносителя;
• Максимальную температуру теплоносителя;
• Объем системы отопления;
• Процент этиленгликоля или пропиленгликоля в теплоносителе.

Важно!
Если вы собираетесь отапливать дом или дачу, в которых живете не постоянно, будьте внимательны с подбором типа теплоносителя. У них разная температура замерзания и коэффициент расширения.. Для расчета объема расширительного бака вам нужно воспользоваться формулой:

Для расчета объема расширительного бака вам нужно воспользоваться формулой:

V = V1 x (Q – Q1)

В этой формуле:

• Q1 – коэффициент расширения при минимальной температуре (см. таблицы ниже);
• Q – коэффициент расширения при минимальной температуре (см. таблицы ниже);
• V1 – объем теплоносителя в системе отопления в литрах;
• V – объем расширительного бака в литрах.

Если в источнике тепла уже установлен расширительный бачок, то его нужно учесть. Для этого отнимите от полученного значения «V» емкость встроенного. Полученное число и есть необходимый объем вашего расширительного бака.

Важно!
Если у вас система отопления с принудительной циркуляцией, минимальная общая емкость расширительного бака – 15 литров.

Коэффициент теплового расширения раствора этиленгликоля

Коэффициент объемного расширения пропиленгликоля

Для того чтобы определить количества теплоносителя в системе отопления, вам нужно учесть объем:

• Подключенных приборов (радиаторы. магистраль теплого пола и т.д.);
• Труб;
• Коллектора (гребенки);
• Источника тепла (например, сколько теплоносителя находится в змеевике бойлера или котла).

Вычислить объем труб можно по формуле:

V = L x 0,0785 x D x D

В этой формуле:

• L – длина трубы отопления;
• D – диаметр в см;
• V – объем теплоносителя в трубе в литрах.

Объем теплоносителя в батареях вы можете посмотреть в спецификации или инструкции к ним. Если таковых нет, количество теплоносителя вы можете узнать в публикации статью «Объем воды в радиаторе отопления – алюминиевом, чугунном, биметаллическом».

Как правильно выбрать мембранный расширительный бак?

Чтобы отопительная система работала стабильно, бак для нее нужно выбрать на основании расчетов. Правильное давление не сможет образоваться, если резервуар окажется больше, чем нужно; а если он будет меньше, то не вместит в себя излишки жидкости, что чревато аварией.

Для полноценной работы изделия нужно не только грамотно подобрать его объем, но учесть и другие характеристики

Особое внимание следует обратить на такие факторы:

• мембрана должна быть устойчивой к предельным показателям температуры и давления или их перепадам;
• модель должна соответствовать санитарным и гигиеническим нормам;
• способ монтажа бака.

Российский рынок предлагает большое количество расширительных баков российского и зарубежного производства, которые различаются по стоимости. Не следует приобретать самые дешевые модели – такая цена может быть обусловлена использованием при производстве низкокачественных материалов. Отечественные баки стоят дешевле иностранных аналогов, однако не уступают им по эксплуатационным характеристикам.

Основной характеристикой, на которую следует ориентироваться при покупке бака-расширителя, является его объем. Стандартной рекомендацией является следующая: выбирать изделие, размер которого составляет 10% от общего объема теплоносителя в отопительной системе. Поскольку коэффициент теплового расширения теплоносителя даже при высоком нагреве не может быть выше 0,08, такого объема гидроаккумулятора будет вполне достаточно. В расчеты перед приобретением изделия должны входить следующие показатели:

• объем теплоносителя;
• коэффициент теплового расширения;
• максимально допустимое давление отопительной системы;
• изначальное давление в баке.

При вычислении общего объема теплоносителя необходимо учесть все узлы отопительной системы. Эту информацию получают из проектной документации здания. В случае отсутствия таких документов можно выполнить примерный расчет, приняв в качестве ориентира, что для нагрева 15 л воды потребуется 1 кВт.

Коэффициент теплового расширения теплоносителя вычисляется по его температуре или определяется по составу жидкости – в многоквартирных домах она часто содержит гликоли, которые улучшают ее характеристики.

Предельное давление отопительной системы выясняют с помощью минимальной величины давления, допускаемой для ее узлов. На этот показатель настраивается переходной клапан.

Изначальное давление в отопительной системе при охлажденном теплоносителе соответствует минимальному давлению. Чтобы контролировать изначальное давление в баке, гидроаккумулятор оснащают манометром. Также на бак-расширитель обязательно должна быть установлена группа безопасности, которая ограничивает и контролирует давление.

Применение мембранного бака для отопления имеет ряд ограничений в зависимости от конструкции и материала, из которого он изготовлен. В некоторых моделях предъявляются строгие требования к составу теплоносителя, в частности, ограничивают количество антифриза и этиленгликоля в его составе.

Обратите внимание: расширительные баки нельзя применять, если предельные показатели давления превышены

Как и где ставится расширительный бак

Итак, мы собираемся своими руками спроектировать и собрать систему отопления. Если она еще и заработает — нашей радости не будет предела. Есть ли инструкция по установке расширительного бачка?

Открытая система

В этом случае ответ подскажет простой здравый смысл.

Открытая система отопления представляет собой, в сущности, один большой сосуд сложной формы со специфичными конвекционными потоками в нем.

Установка котла и отопительных приборов в нем, как и монтаж трубопроводов, должны обеспечить две вещи:

1. Быстрый подъем нагретой котлом воды в верхнюю точку отопительной системы и ее слив через отопительные приборы самотеком;
2. Беспрепятственное перемещение пузырьков воздуха туда, куда они устремятся в любом сосуде с любой жидкостью. Вверх.

1. Установка расширительного бачка отопления в открытой системе всегда выполняется в ее верхней точке . Чаще всего — вверху разгонного коллектора однотрубной системы. В случае домов верхнего розлива (хоть вам и едва ли придется их проектировать) — в верхней точке розлива на чердаке.
2. Сам бачок для открытой системы не нуждается в запорной арматуре, резиновой мембране и даже в крышке (разве что для защиты от мусора) . Это простой открытый сверху водяной бак, в который всегда можно долить ведро воды взамен испарившейся. Цена такого изделия равна стоимости нескольких сварочных электродов и квадратного метра стального листа толщиной 3-4 миллиметра.

Так выглядит расширительный бак для открытой системы отопления. При желании в люк в нем можно вывести водоразборный кран от водопровода. Но куда чаще он по мере испарения воды доливается обычным ведром.

Закрытая система

Здесь и к выбору бака, и к его монтажу придется отнестись достаточно серьезно.

Давайте соберем и систематизируем основную информацию, доступную на тематических ресурсах.

Монтаж расширительного бака системы отопления оптимален в том месте, где течение воды наиболее близко к ламинарному, где в отопительной системе минимум завихрений. Самое очевидно решение — расположить его на прямом участке розлива перед циркуляционным насосом. При этом высота относительно пола или котла значения не имеет: назначение бачка — компенсировать тепловое расширение и гасить гидроудары, а воздух мы прекрасно стравим через воздушные краны.

Типичная схема установки бачка. Его расположение в однотрубной системе будет таким же — перед насосом по ходу воды.

• Баки в заводской комплектации иногда снабжаются предохранительным клапаном, сбрасывающим избыточное давление. Однако лучше перестраховаться и убедиться, что в вашем изделии он есть. Если нет — докупить и смонтировать рядом с баком.
• Электрические и газовые котлы с электронными термостатами зачастую поставляются с встроенными циркуляционным насосом и расширительным баком отопления. Прежде, чем отправляться за покупками — убедитесь, что они вам нужны.
• Принципиальное отличие мембранных расширительных баков от тех, что используются в открытых системах — их ориентация в пространстве. В идеале теплоноситель должен поступать в бак сверху. Эта тонкость монтажа призвана полностью удалить воздух из того отсека бака, который предназначен для жидкости.
• Минимальный объем расширительного бачка для водяной системы отопления берется примерно равным 1/10 объема теплоносителя в системе. Больше — допустимо. Меньше — опасно. Объем воды в отопительной системе можно грубо рассчитать, отталкиваясь от тепловой мощности котла: как правило, берется 15 литров теплоносителя на киловатт.
• Манометр, смонтированный рядом с расширительным баком и подпитывающим вентилем (соединяющим отопление с водопроводом), может оказать вам неоценимую услугу. Ситуация с залипшим золотником предохранительного клапана, увы, не так уж редка.
• Если клапан сбрасывает давление слишком часто — это явный признак того, что с объемом расширительного бачка вы просчитались. Совсем не обязательно менять его. Достаточно приобрести еще один и подключить его параллельно.
• Вода имеет сравнительно низкий коэффициент температурного расширения. Если вы перейдете с нее на незамерзающий теплоноситель (например, этиленгликоль), вам опять-таки понадобится увеличить объем расширительного бака или установить дополнительный.

Расширительный бак на фото смонтирован по всем правилам: теплоноситель подведен сверху, бак снабжен манометром и предохранительным клапаном.