Расширительный бак является неотъемлемой частью каждого отопительного контура. Расширительный бак компенсирует тепловое расширение теплоносителя. Объем расширительного бака должен быть рассчитан правильно, иначе он не будет выполнять свою функцию. Неправильное определение объема расширительного бака для системы отопления приводит к повреждению радиаторов, теплогенератора и коммуникаций. В случае конфигурации с открытым контуром неправильные расчеты могут привести к утечке теплоносителя.
Алгоритм работы расширительного бака
Схема расширительного бака
Расширительные баки используются для устранения теплового расширения, отвода излишков теплоносителя и поддержания стабильного гидравлического давления в оборудовании. В закрытых контурах отопления устанавливаются герметичные баки с резиновой мембраной, в открытых – пустые баки, соединенные с окружающей средой.
В открытых системах отопления избыток нагретой воды вытесняется в открытое пространство расширителя. В случае переполнения из расширителя в дренаж отводится перелив. Открытый бак устанавливается в самой высокой точке системы и одновременно служит воздухоотводчиком для системы отопления. Размер переливного бака для открытой системы отопления произвольный, но не менее 5% от общего объема теплоносителя. В системах с естественной циркуляцией (при отсутствии гидравлики) бак используется для заполнения водой (теплоносителем).
Мембранный расширительный бак – это герметичный сосуд, разделенный на две камеры мембранной перегородкой. Одна камера подключается к системе отопления, а другая через специальный клапан заполняется воздухом под давлением 0,4 – 1,6 атмосферы. Объем бака зависит от общего объема теплоносителя. Теплоноситель (вода) расширяется при нагревании, и образующийся избыточный объем вытесняется в водяную камеру расширительного бака, создавая давление на мембранную пластину. Мембрана изгибается в сторону воздушной камеры, сила нагревающего вещества компенсируется давлением воздуха (воздух сжимается). По этому принципу выравнивается давление в системе отопления. Эластичность мембраны и давление воздуха в закрытом расширительном баке поддерживают постоянное давление в системе.
Как рассчитать расширительный бак для отопления
Расширительные баки для отопительных установок
Как рассчитать объем расширительного сосуда? Существует общий метод выбора – объем мембранной емкости выбирается из расчета 10% от внутреннего объема всей системы отопления.
Чаще используется точный расчет по формулам. Любой человек может сделать это с помощью калькулятора. Объем расширительного бака для нагрева рассчитывается по формуле:
A = BxC/K, где B – объем теплоносителя; C – коэффициент теплового расширения теплоносителя; K – емкость мембранного сосуда.
Объем теплоносителя может быть рассчитан тремя методами:
- Геометрический – основан на внутреннем объеме радиаторов, котла и труб;
- При заполнении системы – с помощью счетчика или путем добавления объема вручную;
- Обобщенный метод – для 1 кВт тепловой мощности котла в объеме установки принимается 15 литров.
Обобщенный метод имеет модификацию в зависимости от типа отопительного оборудования. При использовании радиаторов средний объем воды составляет 11 литров, конвекторов – 7 литров, а напольного отопления – до 18 литров. Объем теплообменника указан в паспорте прибора; количество воды в трубах можно определить, рассчитав их длину и внутренний объем. Эти показатели складываются (котел, трубы, приборы) – в результате получается общий объем отопительного комплекса.
После вычисления объема системы используется следующая формула:
K = (DM – DB)/(DM+1), где DB – максимальное давление теплоносителя, обычно принимаемое равным давлению срабатывания предохранительного клапана на группу безопасности (3 атм); DB – установленное давление воздуха в воздушной камере расширительного бака.
Коэффициент теплового расширения воды составляет 4% при нагревании до 95 градусов Цельсия. Для незамерзающих фракций в теплоносителе коэффициент увеличивается в зависимости от процентного содержания добавок. Значение воды 4% умножается на поправочный коэффициент 1,1 при добавлении 10%, 1,3 при добавлении 30% и так далее.
Расчет расширительного клапана для системы с котлом мощностью 31 кВт
Конструкция газового котла со встроенным расширительным баком
Прежде чем приступить к расчетам, связанным с выбором расширительного бака, важно отметить, что большинство настенных котлов оснащены встроенными расширительными баками. Емкость встроенной емкости указана в технической документации котла. При расчете объема системы отопления по мощности котла (умножением тепловой мощности 1 кВт на 15 литров) проверьте, чтобы емкость соответствовала объему устанавливаемой системы. При недостатке устанавливается дополнительный резервуар. Его объем рассчитывается после вычитания встроенной расширительной камеры. Напольные котлы, как правило, не оснащены расширительным баком.
Расчет производится следующим образом:
K = (DM – DB)/(DM+1) = (3,0 – 1,5)/(3,0 – 1) = 0,375
3,0 – давление в системе, максимальное, атм;
1,5 – давление воздуха за мембраной, атм;
0,375 – вместимость бака, К.
Мощность теплоносителя: B = 31×15 = 465 литров.
Тогда объем резервуара составит:
A = 465×0,04/0,375 = 49,6 литра.
Выбирается расширительный сосуд объемом не менее 50 литров с давлением воздуха 1,5 атм. Общий метод выбора (10% от A) указывает, что следует использовать сосуд емкостью не менее 46,5 л. В этом случае размер расширительной камеры всегда округляется в большую сторону до большего объема в 50 литров.
Давление воздуха, включенное в расчет (1,5 атмосферы), может быть изменено. Расширительные баки имеют встроенный клапан для заполнения воздухом. К нему можно подключить ручной насос для повышения давления, если заводское давление ниже. Здесь следует соблюдать осторожность – повреждение мембраны может произойти при значительном повышении давления, поэтому этот процесс следует контролировать с помощью манометра. Клапан также выполняет функцию сброса давления при повышении давления до предельных значений.
Расчет расширительного бака
Узнайте, как рассчитать объем расширительного бака для системы отопления с помощью калькулятора – рассчитать объем мембранного бака для отопления.
Произведите расчеты для . Рассчитайте объем расширительного сосуда Для отопления при известном объеме теплоносителя в системе, максимальном давлении в контуре и давлении открытия предохранительного клапана в емкости. Альтернативным вариантом расчета является общая мощность отопительного оборудования, где 1 кВт соответствует 15 литрам жидкости. Коэффициенты температурного расширения взяты из справочных данных, вы можете ввести собственное значение. Максимальное и минимальное давление должно находиться в пределах значений, указанных в таблице. Оптимальное давление для систем отопления в частных домах составляет 1-2 бар. Нажмите кнопку “, чтобы получить результаты расчета.Рассчитать».
Как выбрать расширительный бак
Существует в основном три типа расширительных сосудов, используемых в системах отопления: открытые, закрытые и мембранные расширительные сосуды.
1) Расширительные баки открытого типаРасширительные баки открытого типа предназначены для использования в системах отопления с естественной циркуляцией теплоносителя. Это простая открытая емкость со специальным соединением с системой отопления в нижней части емкости, которая находится в самой высокой точке системы отопления. Поскольку бак находится где-то на чердаке, на лестничной площадке или на крыше, возникает большое неудобство, так как приходится периодически заходить на чердак и визуально проверять уровень жидкости в баке. Открытые резервуары также должны быть покрыты теплоизоляцией. В основном они изготавливаются из стального листа, форма резервуаров – прямоугольная или цилиндрическая. Верхняя часть резервуара оснащена смотровым люком. Максимальный уровень жидкости в таких резервуарах контролируется переливной трубой, выходящей наружу.
Открытые расширительные баки предназначены не только для поддержания объема теплоносителя в системе при колебаниях температуры, но и для восполнения объема воды в системе в случае утечки. Ограничение гидравлического давления в системе отопления, отвод излишков воды в канализацию в случае переполнения, управление вспомогательным оборудованием, удаление воздуха из системы – эти функции также выполняют
Эти функции также выполняет открытый расширительный бак.
Недостатком является неудобство и возникающие при этом ненужные потери тепла. Поглощение воздуха, вызванное чрезмерным охлаждением воды, приводит к внутренней коррозии радиаторов и труб. Наконец, часто необходимо установить специальные соединительные трубы. Количество недостатков открытых расширительных баков приводит к тому, что они редко используются в современных системах отопления.
2 Закрытые расширительные бакииспользуются как в открытых системах отопления с естественной циркуляцией, так и в закрытых системах с принудительной циркуляцией. Появление закрытых сосудов сделало возможным эксплуатацию систем отопления без контакта с атмосферой. Теплоноситель циркулирует без добавления коррозийных газов. Срок службы отопительного оборудования и труб значительно увеличивается. Кроме того, система отопления может работать при более высоком давлении без необходимости дозаправки, так как отсутствуют утечки воды. Расширительные баки закрытого типа обычно располагаются в котельной, поэтому не требуют защиты от замерзания и надежно работают в течение всего сезона. Эти емкости представляют собой герметичные устройства, оснащенные автоматическими или ручными выпускными клапанами. Если бак оснащен ручным клапаном, заполнение системы отопления, как и в случае с открытым баком, контролируется визуально. Если из системы автоматически удаляется воздух, заполнение контролируется манометром, который измеряет давление жидкости в системе.
3 Мембранные расширительные баки– это современные устройства, которые работают полностью автоматически. Основной деталью, отличающей этот сосуд от обычного закрытого сосуда, является его гибкая мембрана. Мембрана делит емкость на две части: в одной части находится сжатый воздух, в другой – охлаждающая жидкость. При использовании сжатого воздуха и мембраны размер расширительного бака может быть уменьшен в четыре и более раз. Сосуд емкостью всего несколько литров может удачно вписаться в корпус двухконтурного котла.
Поскольку емкость полностью герметична, а мембрана подвижна, на мембрану с обеих сторон оказывается одинаковое давление. Принцип работы сосуда довольно прост: при нагревании давление жидкости увеличивается; избыток воды попадает в одну камеру расширительного сосуда, увеличивая ее давление на мембрану; гибкая мембрана препятствует попаданию воды в другую камеру, но давление воздуха в этой камере увеличивается и компенсирует возросшее давление жидкости. Когда жидкость охлаждается, ее давление падает, и сжатый воздух заставляет ее вернуться в систему, поддерживая постоянное давление в системе. Если давление воздуха в резервуаре по какой-либо причине становится критическим, насос автоматически отключается. Перезапуск системы будет возможен только после достижения минимального давления воздуха.
Мембранные расширительные баки поставляются с сменная или несменная мембрана.Сменную мембрану можно легко заменить в случае повреждения. Вода, поступающая в емкость, находится только внутри мембраны и не соприкасается со стенками емкости. Это предотвращает коррозию и продлевает срок службы расширительного бака. Если целостность съемной мембраны нарушена, необходимо заменить весь прибор. Вода, контактирующая со стенками емкости, вызывает коррозию, сокращая срок службы емкости.
Преимущества закрытых расширительных сосудов очевидны: малые габаритные размеры, хладагент никуда не испаряется, минимальные теплопотери, отсутствие коррозии труб, работа системы отопления при высоком давлении, экономия энергии при эксплуатации.
Как выбрать расширительный бак для моей системы отопления?
Во многих случаях выбор расширительного бака осуществляется без сложных математических расчетов. Предполагается, что вода, нагретая до 80°C, увеличит свой объем примерно на 5%. Добавляется запас прочности еще на 5%. Получается, что объем расширительного бака составляет 10-12% от общего объема теплоносителя в системе. Для отопительного контура с объемом воды 100 литров подойдет расширительный бак объемом 10-12 литров. Чтобы рассчитать общий объем воды в системе, возьмите объемы воды в котле и радиаторах из технических паспортов, сложите их и добавьте объем воды в трубах. Зная внутренний диаметр трубы и ее длину, легко рассчитать объем жидкости внутри: V = (π×D2/4) × L, где D – внутренний диаметр трубы, L – ее длина, π = 3,14.
Более сложные расчеты производятся, когда системы отопления имеют много ответвлений. Для этого расчета используется следующая формула:
Vn – объем расширительного бака, необходимый для данной системы отопления;
Ve – объем, полученный в результате теплового расширения. Его можно рассчитать, умножив общий объем системы на объемно-температурный коэффициент теплового расширения жидкости: Ve = Vsystem × n%. ОбъемVsystem связан с мощностью котла. 1 кВт мощности соответствует примерно 15 литрам теплоносителя. Значение n % для воды взято из таблицы:
Формула для 10% охлаждающей жидкости: 4% × 1,1 = 4,4%; для 20% охлаждающей жидкости 4% × 1,2 = 4,8% и т.д.
Vv – объем теплоносителя, первоначально образующийся в расширительном баке под действием гидростатического давления жидкости системы. Это известно как водяное уплотнение. Если номинальный объем емкости составляет 15 л, то 20 % от этого объема используется для уплотнения воды. В больших резервуарах для герметизации используется не менее 0,5 % от общего объема, но не менее 3 литров.
Rho – статическое давление в системе отопления; 10-метровый столб воды создает давление в 1 атм.
r- конечное давление, возникающее в результате срабатывания предохранительного клапана. Для клапанов до 5 бар, re = 0,5атм, для клапанов свыше 5 бар, re = 0,9×rkl.
Установка расширительного бака
Подключение расширительного бака очень простое. На дне находится труба с резьбой, которая соединяет емкость с трубой отопления.
Закрытые расширительные баки следует устанавливать в тех местах системы отопления, где давление минимально, т.е. в обратной линии. Емкость не должна создавать неудобства для жителей при установке в системе отопления. Поэтому лучше всего устанавливать его в углу на полу или у стены.
Весь процесс установки расширительного бака происходит следующим образом:
1)Сначала устанавливается и закрепляется сам резервуар. Выбор отдельно стоящей или настенной емкости зависит от емкости и условий, в которых она будет установлена. В обоих случаях резервуар должен быть прочно прикреплен к полу или стене.
2) Следующий шаг – подключение бака к обратной трубе системы отопления. Соединение должно быть выполнено с помощью трубы того же диаметра, что и расширительный бак. В случае полипропиленовых труб отопления подходящий фитинг припаивается, в случае металлопластиковых труб труба разрезается и на нее вставляется фитинг, в случае стальных труб приваривается резьбовой фитинг.
3) Затем на нарезанную тем или иным способом резьбу накручивается запорный вентиль, в который упаковывается разъемное соединение (американская труба). Американская труба подсоединяется к расширительному баку. Теперь, когда емкость подключена к системе отопления, проверьте давление в ее воздушной части. Если он находится в пределах нормы, можно открыть запорный клапан и пустить воду в систему. При подключении расширительного бака воздух в трубопроводе выйдет через автоматический выпускной клапан. Как правило, все современные расширительные баки оснащены автоматическим воздушным клапаном.
Также можно предусмотреть возможность аварийного слива воды из емкости. Он редко используется, но все аккуратные установщики устанавливают его. За американской трубой устанавливается тройник, который имеет сбоку полудюймовый кран для быстрого и простого слива воды из расширительного бака системы отопления, если это необходимо.
Обслуживание расширительных баков
Для обеспечения длительного срока службы расширительного бака необходимо соблюдать определенные правила технического обслуживания. К ним относятся:
1) Обязательный осмотр судна на предмет внешних повреждений (коррозия, протечки, вмятины) раз в шесть месяцев. Если обнаружено повреждение, необходимо устранить причину.
2)Каждые шесть месяцев проверяйте начальное давление в газовом отсеке в соответствии с расчетными значениями. Чтобы проверить начальное давление в газовом отсеке, отсоедините резервуар от системы отопления, откачайте остатки воды и подсоедините манометр к штуцеру газового баллона. Если давление ниже давления, установленного при настройке расширительного бака, используйте тот же патрубок.
Судно должно быть надуто с помощью компрессора.
3)Проверяйте герметичность мембраны раз в шесть месяцев. При проверке давления в газовом пространстве после слива остатков воды через сливной кран, если воздух находится под давлением, а давление в газовом пространстве падает до атмосферного, мембрана разорвется. Если обнаружится, что она повреждена, необходимо по возможности заменить мембрану.
4) Если резервуар не будет использоваться в течение длительного времени, его необходимо опорожнить и хранить в сухом месте.
Требования безопасности при эксплуатации
Расширительный бак не должен подвергаться дополнительным статическим нагрузкам и не должен находиться под напряжением каких-либо труб или оборудования. Внесение изменений в конструкцию или изменение формы судна не допускается. Все работы по техническому обслуживанию и ремонту должны выполняться лицами, прошедшими обучение по соответствующим стандартам. При замене деталей следует использовать только оригинальные запасные части. К установке и эксплуатации допускаются только те резервуары, которые не имеют видимых повреждений.
Необходимо принять соответствующие меры для обеспечения соблюдения минимальных и максимальных значений давления и температуры во время ввода в эксплуатацию. Рабочее давление в газовой и водяной камерах сосуда не должно превышаться ни во время настройки, ни во время эксплуатации. Начальное давление в воздушной камере всегда должно быть ниже максимально допустимого рабочего избыточного давления. Предпочтительно, чтобы газовый отсек был заполнен инертным газом, таким как азот.
Демонтаж компонентов, находящихся под давлением, можно проводить при отсоединенном от системы отопления баке после его опорожнения и разгерметизации до атмосферного давления. Обычно внутренняя поверхность резервуаров не покрыта, поэтому энергоносители должны быть неагрессивными. Современные технологии позволяют делать отопительные системы настолько герметичными, что проникновение коррозийных веществ сводится к минимуму.
Для установки расширительного бака необходимо выбрать место с несущей способностью, обеспечивающей 100% заполнение бака, а также предусмотреть возможность слива воды из бака и подвода воды к установке. Соблюдение этих правил обеспечит безопасную эксплуатацию судна, здоровье и жизнь людей будут в безопасности.
При максимальных нагрузках срок службы расширительного бака значительно сокращается.
Бесплатная программа подогрева полов
Как выбрать расширительный бак для отопления
Системы напольного отопления являются практически неотъемлемым элементом зданий. Без них невозможно обойтись, когда наступают многомесячные холода. В большинстве случаев они работают за счет использования теплоносителя – воды. Законы физики гласят, что при нагревании жидкости ее объем увеличивается. Для этого используется специальное решение, называемое расширительным баком. Именно это обеспечивает длительную и безопасную работу системы. Для достижения максимальной эффективности стоит знать, как выбрать расширительный бак для отопления, чтобы не возникало сомнений в его работе и он полностью выполнял свои задачи.
Типы доступных решений
Думая о том, как правильно выбрать сосуд, стоит помнить об их предназначении. Это необходимо для защиты установки и компонентов от скачков давления, сопровождающих нагрев жидкости. Недостаточно включить в проект расширительный бак – он должен соответствовать производительности системы. На рынке представлено множество конструкций, в которые встроены котлы с дренажными элементами. Однако вместимость расширительного бака в таких случаях не всегда достаточна для удовлетворения существующей потребности, так как дополнительно предусматривается до 12 литров.
Коммерческие готовые решения хорошо подходят для небольших площадей. Однако если вы планируете обогревать прочный многоэтажный загородный дом, этого будет недостаточно – для нормальной работы требуется до 100 литров включительно. Одним из многих решений является приобретение резервуара, который продлит срок службы всей системы. Вы можете выбирать из:
Расширительный бак открытого типа. Он имеет простую конструкцию и подключается к системе отопления через трубу. Это действует как канал, позволяющий теплоносителю течь при нагревании, а при охлаждении он течет обратно в систему. Часто оснащается еще одной трубой для перелива воды, если бак переполнен. Если этот объем превышен, жидкость сбрасывается в канализацию. Преимуществом данного типа решения является простота и низкая стоимость строительства. Но есть и недостатки: бак должен быть расположен выше по отношению к системе отопления, теплоноситель может пролиться, стенки ржавеют, а воду нужно периодически доливать.
Герметичный расширительный бак. Герметичный резервуар с мембраной из резины. Это оказалось наилучшей конструкцией для систем, в которых для циркуляции теплоносителя используется насос. Внутри устройство разделено мембраной на 2 части: инертный газ (кислород или азот) находится в верхней части, а охлаждающая жидкость стекает вниз по мере повышения температуры. Когда бак заполняется, мембрана растягивается, и давление перекачиваемого газа увеличивается. После охлаждения объем уменьшается, и охлаждающая жидкость поступает обратно.
Из этих двух типов второй выглядит более благоприятным. Его конструкция исключает контакт теплоносителя с воздухом, сама жидкость не испаряется, не происходит насыщения кислородом и ржавления.
Для тех, кто решает, как выбрать расширительный бак для отопления с определенными характеристиками, важно, чтобы его можно было установить везде, где это возможно и желательно – нет необходимости предугадывать возвышенную конструкцию. Закрытый тип может выдерживать высокое давление, в то время как открытый тип обеспечивает работу только при низких нагрузках.
Единственным недостатком является цена. Однако это компенсируется минимальными потерями тепла и малыми размерами.
Проблемы отбора: необходимый резерв
Чтобы избежать проблем в эксплуатации и необходимости перепроектирования установки, важно знать, как выбрать объем расширительного бака. Резерв необходим – но слишком большой размер влияет на цену и занимаемое место. После типа и места расположения следующим по важности является размер судна. Необходимый объем может быть рассчитан различными методами, отличающимися по точности и сложности:
Получение приблизительных значений. Наиболее грубый метод, указывающий на приблизительное значение. Подходит для технико-экономического обоснования. Объем теплоносителя в системе умножается на 0,08 для получения минимального значения. Если для отопления используется 100 литров, расширительный бак должен быть не менее 8 литров. Чтобы создать систему с запасом прочности, объем увеличивается до тех пор, пока не будет достигнут порог в 15% от стоимости системы (умноженной на 0,15). Вот как быстро и без сложных расчетов выбрать расширительный бак для системы питьевой воды.
Расчет с помощью специального калькулятора. Он предназначен для получения минимальных значений на основе параметров системы. Доступны на специализированных веб-сайтах или в мобильных приложениях для Android и MacOS. Для получения точных результатов рекомендуется использовать несколько различных калькуляторов.
Вычисление с использованием формул. Это можно сделать с минимальными знаниями математики и физики, но требуется внимательность, чтобы избежать ошибок – одна неточность приведет к серьезному искажению. Эта опция позволяет независимо учитывать мощность системы отопления, характеристики теплоносителя (наличие присадок) и источника нагрева, создаваемое давление и ряд других параметров. Для того чтобы выбрать объем расширительного бака, отвечающий вашим потребностям, важно использовать различные формулы, позволяющие оценить полученные значения на предмет их сходимости.
Профессиональные расчеты. В идеале эта работа должна выполняться людьми, имеющими специальную подготовку и соответствующий опыт. Инженеры-проектировщики с помощью специального программного обеспечения лучше всего могут определить необходимый объем.
Вот как выбрать расширительный бак для системы отопления. Всегда рекомендуется оставлять резерв в размере до половины рассчитанной стоимости.
Формула расчета
Сложные математические расчеты часто не приветствуются, но они необходимы для достижения оптимального значения без привлечения экспертов. Зная, как правильно выбрать резервуар, вы сможете выбрать резервуар с очень точными параметрами. Одна из самых простых формул такова: Vn = (Ve + Vv) × ((Pe+1)/(Pe-Po)). Теперь о значении его множителей и терминов:
Vn – результат, указывающий на требуемое значение параметра мощности.
Ve – это объем, который образуется в результате теплового расширения. Для расчета объем теплоносителя в литрах умножается на температурный коэффициент (см. таблицу 1). Эти значения актуальны для воды. Если теплоносителем является рассол, то для 10 % и 20 % изменение будет соответственно: 4,4 % × 1,1 = 4,4 % i 4 % × 1,2 = 4,8 %. Изменение зависит от его доли в общем объеме.
Vv – объем хладагента в расширительном баке, присутствующий благодаря гидростатическому давлению. Другое его название – водяное уплотнение. Например, если номинальный объем составляет 30 л, берется 10%. Размер водяного уплотнения не должен быть меньше двух значений: 0,5% по объему и 3 литра.
Po – статическое давление внутри системы отопления. Величина здесь постоянная: столб воды на высоте 10 метров равен 1 атмосфере.
Re – это конечное давление, которое создается при срабатывании предохранительного клапана. Если в инструкциях и сопроводительной документации не указано иное: для <5 атм из номинального значения вычитается 0,5 атм; >5 атм рассчитывается путем умножения рассматриваемого параметра на коэффициент 0,9.