Расширительный бак для системы отопления. В чем преимущества закрытой системы отопления
Расширительный бак – обязательный компонент любой схемы отопления. Расширительный бак компенсирует тепловое расширение теплоносителя. Нужно качественно подсчитать объем расширительного бака отопления, в другом случае он не будет выполнять свою функцию. Неверный подбор объема расширительного бака для системы отопления приведет к повреждению приборов отопления, теплогенератора и коммуникаций. В случае открытой конфигурации схемы неверный расчет может повлечь разлив теплоносителя.
Расширительные баки применяются для устранения теплового расширения, принятия избытка теплоносителя, поддержания стабильного гидравлического давления в оборудовании. В закрытых схемах отопления устанавливаются герметичные баки с резиновой мембраной, для открытой – полые сосуды, соединенные с окружающей средой.
В системах отопления открытого типа лишний объем нагретой воды вытесняется в открытое пространство расширителя. В случае переполнения организуется перелив из расширителя в канализацию. Открытый сосуд устанавливается на верхней точке системы и одновременно выполняет функцию отвода воздушных пробок из системы отопления. Размер расширительного бака для отопления по открытой схеме при организации перелива теплоносителя выбирается произвольно, но не менее 5% от общего объема теплоносителя. В схемах с естественной циркуляцией (при отсутствии водопровода) бак используется для залива воды (теплоносителя).
Мембранный экспанзомат – герметичный сосуд, разделенный мембранной перегородкой на две камеры. К одной камере подключается отвод от системы отопления, в другую при производстве через специальный клапан закачивается воздух с давлением от 0,4 – 1,6 атмосфер. Объем бака зависит от общей вместимости оборудования по теплоносителю. Теплоноситель (вода), разогреваясь, расширяется и образовавшийся лишний объем его выдавливается в водяную камеру экспанзомата, создавая давление на мембранную перегородку. Мембрана выгибается в направлении воздушной камеры, усилие теплоносителя компенсируется давлением воздуха (воздух при этом сжимается). По этому принципу происходит компенсация давления в системе отопления. Гибкость мембраны и давление воздуха бачка расширительного бака для отопления закрытого типа поддерживает постоянную величину давления в системе.
Способы расчета расширительного бака для отопления
Чаще используют точный расчет по формулам. Его под силу провести любому человеку с помощью калькулятора. Объем расширительного бака для отопления рассчитывается по формуле:
А = ВхС/К, где В – объем теплоносителя; С – показатель теплового расширения теплоносителя; К – показатель эффективности мембранного бака.
Расчет объема теплоносителя производят тремя методами:
- Геометрический – по внутреннему объему отопительных приборов, котла и трубопроводов;
- При заполнении системы – по прибору учета или сложением при ручном заполнении;
- Обобщенный метод – на 1 кВт тепловой мощности котла принимается 15 литров в объеме системы.
Обобщенный метод имеет уточненную модификацию в зависимости от типа приборов отопления. При использовании радиаторов количество воды в них составляет в среднем 11 литров, в конвекторах – 7 литров, в контуре теплого пола – до 18 литров. Объем теплообменника указан в паспорте оборудования, количество воды в трубопроводах можно определить, посчитав их протяженность и внутренний объем. Эти показатели суммируются (котел, трубы, приборы) – результат составляет общий объем комплекса отопления.
После расчета объема системы производится по следующей формуле:
К = (ДМ – ДБ)/(ДМ+1), где ДБ – максимальное давление теплоносителя, обычно принимается равным давлению срабатывания предохранительного клана на группе безопасности (3 атм.); ДБ – установленное давление воздуха в воздушной камере расширительного бака.
Показатель теплового расширения воды составляет 4% при нагреве до 95 градусов Цельсия. В случае наличия в составе теплоносителя незамерзающих фракций показатель увеличивается в зависимости от процентного содержания добавок. При 10% добавки в общем объеме показатель воды 4% умножают на поправочный коэффициент 1.1, при 30% – на 1.3 и так далее.
Расчет экспанзомата для системы с котлом мощностью 31 кВт
Перед проведением расчетов по подбору расширительного бака следует знать, что большинство настенных котлов оборудованы встроенными расширительными баками. Объем встроенного бака указан в технической документации котла. При пересчете объема системы отопления по мощности котла (умножением 1кВт мощности по теплу на 15 литров) сверяют соответствие бака объему сооружаемой системы. При недостатке устанавливается дополнительный бак. Его объем рассчитывается за вычетом встроенного экспанзомата. Напольные котлы, как правило, не имеют встроенного оборудования.
Расчет выглядит следующим образом:
К = (ДМ – ДБ)/(ДМ+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 – показатель эффективности бака, К.
Объем теплоносителя: В = 31х15 = 465 литров.
Тогда объем бака составит:
А = 465х0,04/0,375 = 49,6 литра.
Выбирается расширительный бак объемом не менее 50 литров с давлением воздуха в 1,5 атм. Общий способ подбора (10% от А) показывает необходимость применения бака объемом не менее 46,5 литров. В таком случае размер экспанзомата всегда округляется до большего объема – 50 литров.
Давление воздуха, включенное в расчет (1,5 атмосферы), можно изменить. На расширительных баках имеется встроенный клапан для заполнения воздухом. К нему можно подключить ручной насос и поднять давление в случае, если заводское давление составляет меньшую величину. При этом необходимо соблюдать осторожность – при значительном повышении давления можно повредить мембрану, поэтому процесс нужно контролировать по манометру. Клапан также выполняет функцию сброса давления при его поднятии до предельных значений.
При расчете расширительного бака расчетный объем лучше увеличить на величину 5 – 10% – это мероприятие нивелирует погрешности расчета и не отразится на работе мембранного сосуда и комплекса отопления в целом.
Любая автономная система отопления имеет расширительный бак. Это устройство необходимо для компенсации избытка теплоносителя вследствие его температурного расширения. Расширительные баки для отопления предупреждают гидродинамическое повреждение трубопроводов и кранов.
Современные проекты сантехнических систем и инженерных коммуникаций предусматривают чаще всего закрытую отопительную систему. Расширительный бак на отопление является одним из обязательных элементов таких систем.
Повсеместное внедрение закрытых систем стало происходить благодаря очевидным их преимуществам:
- Полная изолированность от внешней среды, что препятствует попаданию воздуха в отопительную сеть;
- Возможность установить мембранный расширительный бак системе отопления в помещении котельной или другом удобном помещении;
- Сниженная потребность в пополнении теплоносителем системы.
Назначение расширительных баков
Расширительные баки для систем отопления всех типов имеют одну главную задачу – обеспечить работу всех элементов отопительной сети и сделать ее безопасной, надежной и долгой. Как эта задача будет выполняться, зависит от того, правильно ли был выбран и установлен этот бак. Расширительный бак системы отопления имеет такую конструкцию, которая позволяет перераспределять избыточный объем теплоносителя по трубопроводу .
Эти устройства имеют много полезных свойств. Например, расширительные бачки для отопления можно устанавливать в любом помещении, а также они позволяют избегать попадания воздуха в систему. Расширительный бак в системе отопления препятствует образованию коррозии. Кроме этого не происходит потеря тепла из-за испарения воды из системы.
Принцип подбора
Подбор расширительного бака для отопления осуществляется таким образом, чтобы компенсировать дополнительный объем теплоносителя, который образуется при температурном расширении. В точке подключения аппарата, давление необходимо устанавливать на уровне статического давления в этой точке сети при неизменной температуре.
По этой причине правильное функционирование элементов сети отопления напрямую связано с тем, где установлен расширительный бак.
Важно!
Открытый бачок следует устанавливать в самой высокой точке системы, чтобы устранить возможность попадания воздуха в систему.
Если расширительный бак был установлен неправильно или его объем недостаточен, то это может привести к выходу из строя всей системы. Поэтому важен его правильный выбор.
Важно!
Давление в баке должно быть выше, чем гидродинамическое давление в его середине.
Если давление будет ниже, то теплоноситель будет проникать внутрь бака при заполнении системы.
В результате при увеличении объема теплоносителя не будет возможности для компенсации избыточного объема.
Чтобы компенсировать необходимое большее гидростатическое давление внутри системы, перед установкой бачка для повышения давления можно использовать обычный пневматический насос.
Типы расширительных баков
Расширительные баки бывают двух типов:
- открытые;
- закрытые (мембранные).
Из расширительных баков открытого типа теплоноситель испаряется и, следовательно, возникает необходимость регулярного пополнения теплоносителя.
Цена открытого бака существенно выше, чем закрытого, поскольку он требует специальной установки вверху сети и дополнительное утепление, чтобы предотвратить замерзание воды зимой. При использовании бака такого типа воздух попадает в систему. Это приводит к коррозии. Срок службы системы при этом становится меньше.
Закрытый расширительный бак лишен этих недостатков. В баке такого типа обязательно наличие манометра, который помогает контролировать давление теплоносителя и его объем.
Конструкция расширительных баков закрытого типа
Методика расчета объема расширительного бака
- V = (Vsys x k) / q, в которой:
- Vsys – объем теплоносителя;
- k — коэффициент расширения жидкости;
- q — коэффициент эффективности мембранного бака.
Для правильной работы системы расчет объема расширительного бачка производится с допустимым приближением. Обычно рассчитывают 15 л на каждый 1 кВт мощности котла. Среднее значение мощности для частного дома составляет около 50 кВт.
Подставляя значения в формулу, получаем:
- Vsys = 15 х 50 = 750 л.
Коэффициент расширения жидкости теплоносителя составляет около 5%, если применяется обычная вода с температурой нагрева не выше +93 градусов Цельсия. Иногда в применяется не вода, а этиленгликоль с различным процентным содержанием.
В этом случае коэффициент расширения определяется так (для 10% и 20% содержания):
- 10% — 5% х 1,1 = 5,5%;
- 20% — 5% х 1,2 = 6,0%.
Как правило, производитель указывает коэффициент эффективности мембранного бака, но этот показатель можно рассчитать и самому по формуле:
- q = (Pmax — Pn) / (Pmax + 1) где:
- Pmax – это максимально допустимое давление в сети.. Для обычных систем не превышает 2,6 бар.
- Pn — это начальное давление мембранного бака при зарядке. Рассчитывается исходя из 1,0 бар на каждые 10 метров системы.
Итак, чтобы определить как подобрать оборудование для помещения общей площадью 400 м2 с максимальной высотой сети 6 м и расчетной мощностью оборудования 50 кВт, объем бака будет рассчитываться следующим образом:
- Vsys = 15 х 50 = 750 л;
- Pmax = 2,6 бар;
- Pn = 0,6 бар;
- q = (2,6 – 0,6)/(2,6+1) = 0,56
- V = 750 х 0,04/0,57 = 53,6 м3.
Таким образом, расчетный объем расширительного бака составляет 53,6 м3.
Для упрощения расчетов существует перечень стандартных примерных значений:
- Радиаторы или батареи отопления — 11 л;
- Система «теплый пол» — 15 л;
- Конвектор — 8 л.
Видео показывает, как произвести такой подбор.
Выводы
Зачем нужен расширительный бак и нужен ли он вообще, зависит от типа системы отопления, которую вы используете. Современные закрытые системы отопления нуждаются в установке такого оборудования, которое сделает работу отопления более эффективной и надежной. Установка расширительного бака своими руками, как правило, не составляет труда, если при этом соблюдается инструкция изготовителя.
Выбор расширительного бака - ситуация, в которой знаний о самых популярных и надёжных производителях не достаточно. В этом случае придётся вспомнить и элементарную физику, которую одни не учили в школе, а другие - усердно пыталось забыть. Дело в том, что молекулы жидкости при нагревании изменяют свой объем в сторону увеличения, а при остывании возвращаются в прежний объем. Экспанзомат (профессиональное название расширительного бака) в отопительной системе играет роль своеобразного компенсатора, резервуара для расширяющейся и остывающей жидкости. Если в контуре вода горячая, бак удерживает излишки, а когда вода остывает - он возвращает воду в систему.
В профессиональной слесарной среде, где занимаются отопительным оборудованием, можно встретить такие виды отопительных систем – открытые и закрытые. Такая же классификация и у баков. В первом виде систем жидкость движется по естественным законам. Основной задачей является размещение бака выше любого элемента в контуре отопления. Это может быть и чердак, и место под потолком. В качестве расширительного бака в этом случае становятся готовые емкости, которые видоизменяются и дорабатываются, или свариваются конструкции из стального листа. Требований к такому баку немного, даже вместимость не так существенна - минимум 5 литров. Несмотря на всю простоту, у него много недостатков:- постоянный контакт жидкости с водой ускоряет процесс окисления радиаторов отопления и соединительных стальных труб;
- жидкость под действием температуры испаряется - необходимо постоянно следить за её уровнем;
- размеры открытых баков не только портят внутреннее убранство, но и доставляют неудобства;
- открытые баки, которые монтируют снаружи помещений, обязательно нужно утеплить.
- повышенная надёжность всей конструкции в целом;
- простота в креплении данного вида баков;
- исключен контакт теплоносителя с воздухом, что уменьшает процессы окисления металлических частей при контакте с водой;
- большая экономичность, если сравнивать их с баками другого типа;
- отсутствие какого-либо испарения благодаря мембранному механизму;
- расположить бак можно в любом удобном месте;
- нет необходимости в дополнительном утеплении бака.
V = ((e x C) / (1 – (P o /P m)))/ Кзап, где:
V - необходимый объем бака.
e - коэффициент расширения жидкости, которая находится в системе. Также необходимо учесть максимальную температуру теплоносителя. Для воды этот показатель при температуре 85°C составляет 0,034.
С - общий объем жидкости в отопительной системе. Здесь принимайте во внимание объем в радиаторах и трубах, объем резервуара котла и других элементов с теплоносителем.
P o - минимальное давление в баке. Этот показатель не должен быть меньше, чем давление всей системы отопления в месте расположения бака.
P m - максимальное давление, которое выдерживает предохранительный клапан.
Кзап - коэффициент использования внутреннего объема бака, в процентах. Его величина равна отношению объемов заполненного бака к максимально возможному объему теплоносителя.
На рисунке ниже представлены данные, которые помогут определить максимальную вместимость бака:
Выбор расширительного бака - это не самая трудная часть в проектировании собственного отопления. Вопросом следующего уровня сложности становится его правильная установка. Лучше этот вопрос доверить профессионалам, чтобы не укрываться холодной зимой ещё одним одеялом.
Система отопления закрытого типа имеет немало преимуществ. Она намного компактнее, так как не требует соблюдения правила установки расширительного бака в высшей точке, легче поддаётся регулировкам, работает экономичнее, а теплоноситель не испаряется и не контактирует с воздухом, то есть не насыщается кислородом, что очень важно для долговечности металлических элементов котла и радиаторов.
Компенсация температурного расширения воды происходит за счет установки мембранного расширительного бака, который может быть смонтирован, например, на «обратке» в непосредственной близости от котла. Необходимо лишь правильно определиться с параметрами этого важного элемента системы. В этом нам поможет калькулятор расчета объема расширительного бака для системы отопления.
Необходимые разъяснения по выполнению вычислений – ниже самого калькулятора.