Расчет расширительного бака для отопления закрытого и открытого типа

Расчет расширительного бака для отопления закрытого и открытого типа

Расширительный бак для отопления для чего он нужен и как работает

Что такое бачок отопительный, как выбрать расширительный бак для системы отопления? Такое оборудование выполняет компенсацию температурных расширений жидкости при ее нагреве или остывании. Ведь увеличение объема теплоносителя в системе отопления происходит при каждом ее запуске, то есть нормальное функционирование отопления полностью зависит от правильно выбранного расширительного бака.

При запуске системы нагретая вода увеличивается в объеме, ее излишек поступает в полость бака, предохраняя трубы от разрыва. При остывании «лишняя» вода возвращается в систему и поступает далее к котлу для нагрева, после этого цикл повторяется. В каких еще случаях расширительный бак необходим? Именно такое оборудование обеспечивает защиту системы от воздушных пузырей, которые могут остановить циркуляцию теплоносителя.

Ориентировочные значения содержания воды в системах отопления

Для определения объема расширительного бака необходимо знать, какое количество теплоносителя умещается в отопительной системе. Данный параметр равен сумме объемов котла, трубопроводов и отопительных приборов.

Ориентировочно на 1 кВт мощности системы приходится:

• 7 литров – при использовании в системе конвекторов;
• 10,5 литров – если в качестве отопительных приборов установлены радиаторы.

Наличие теплых полов требует объема теплоносителя в количестве 17 л/кВт.

Расчет вместимости отопительной системы достаточно сложный, выполнить его под силу лишь специалистам. Потребитель, не обладающий инженерными знаниями, может воспользоваться приблизительной зависимостью – 1 кВт мощности котла = 15 литрам объема теплоносителя.

Например, при мощности котла, равной 25 кВт, объем воды в системе составит:

25 х 15 = 375 (литров).

Коэффициент увеличения объема воды/водогликолевой смеси в зависимости от температуры

Как известно из законов физики, все жидкости при нагревании расширяются (как, впрочем, и любые тела). Этот факт необходимо учитывать при расчете объема расширительного бака.

Вода увеличивается в объеме при нагреве до 950С на 4%. Это утверждение достаточно точное, поэтому им можно оперировать в расчетах без опасений.

Если в качестве теплоносителя используется водогликолевая смесь, картина несколько меняется – в зависимости от содержания этиленгликоля.

Расширительная емкость в отопительной система

В таком случае коэффициент расширения рабочей жидкости определяется следующим образом:

• 4% х 1,1 = 4,4% – при содержании этиленгликоля в количестве 10% от общего объема теплоносителя;
• 4% х 1,2 = 4,8% – если объем этиленгликоля в смеси составляет 20%, и т. д.

Вышеприведенные величины будут меняться в зависимости от того, до какой температуры разогревается теплоноситель. Например, при 80 градусах коэффициент расширения воды составит 0,0290. Если 10 процентов ее объема заместить этиленгликолем, коэффициент будет равен 0,0320. Смесь гликоля напополам с водой (50%) характеризуется коэффициентом расширения 0,0436.

Разновидности

В зависимости от конструкции делятся на открытые и закрытые.

Открытые

Это резервуары цилиндрической или прямоугольной формы, которые монтируются в верхней точке системы отопления (зачастую на чердаке). Ёмкость подключается к водопроводу для пополнения запаса воды и к канализационной системе для отвода лишнего теплоносителя.

Фото 1. Расширительный бачок открытого типа. Агрегат прямоугольной формы, установлен в верхней точке системы отопления.

Минус данной разновидности оборудования в том, что отсутствует автоматическая регулировка уровня воды. Придётся контролировать количество жидкости в ней визуально, а чтобы добавить воду, открывать вентиль перед входным патрубком. Ещё одно неудобство — сложный монтаж, ведь бак обладает немалым весом, а его придётся поднимать на чердак. Из-за описанных нюансов этот тип оборудования был почти вытеснен баками закрытого типа.

Емкости открытого типа

Эти бачки применяются для открытой системы отопления (иначе — гравитационной, самотечной) и представляют собой металлический резервуар с открытым верхом произвольной формы. К верхней части боковой стенки приварен патрубок для присоединения шланга или трубы перелива, теплоноситель к баку подводится снизу. Элемент устанавливается выше всей системы на подающем трубопроводе, как правило, на чердаке дома.

Примечание. Говоря правильным техническим языком, открытая система – это та, из которой напрямую отбирается вода на нужды ГВС. В частных домах она не используется, только в централизованных сетях. Открытой ошибочно называют схему с естественной циркуляцией теплоносителя.

Любой расширительный бачок для отопления открытого типа выполняет 2 функции:

• служит для компенсации расширения теплоносителя;
• производит удаление воздуха из системы, поскольку его верх сообщается с атмосферой.

В этом заключается его преимущество, но оно не единственное. Открытая емкость может успешно и долговечно служить также и в системах с принудительной циркуляцией, поскольку устройство бака очень простое, там нечему ломаться. Однако, и недостатков у него немало:

• бачок, установленный на чердаке, требует хорошего утепления;
• в течение сезона необходимо постоянно наблюдать за уровнем воды в баке и своевременно его пополнять;
• теплоноситель постоянно насыщается кислородом из атмосферы, отчего быстрее корродируют металлические детали котла;
• дополнительный расход материалов и сложности при монтаже.

Закрытые

Конструкция шаровидной или овальной формы с двумя камерами внутри: одна для воздуха, а другая — для воды, поступающей из системы отопления. Они отделены друг от друга мембраной, которая представляет собой резиновый резервуар в виде мешка, способный расширяться и сжиматься.

При поступлении воды в первую камеру мембрана растягивается и воздух из второй камеры выходит через специальный клапан. При остывании жидкости мембрана начинает возвращаться в изначальное положение и выдавливает воду обратно в систему отопления.

Фото 2. Достаточно простое устройство расширительного бака закрытого типа. Стрелками указаны составные части.

В зависимости от вида мембраны, различают два типа закрытых расширительных резервуаров:

1. Оснащённые несъемной диафрагменной мембраной

Конструкция отличается большой прочностью за счёт изготовления способом холодной штамповки. К тому же баки этого типа обладают антикоррозионной защитой поверхности с внешней и внутренней стороны. Полость бака разделяет на две камеры эластичная мембрана. Теплоноситель поступает из системы в нижнюю камеру. Когда мембрана займёт нужное положение, — окажется на поверхности жидкости, — устройство готово к работе.

1. С фланцевым крепежом

Мембрана присоединяется к входному патрубку посредством фланцевого крепежа, что позволяет заменять изношенную мембрану на новую. Теплоноситель находится внутри мембраны и не соприкасается со стенками бака, что даёт возможность не прибегать к антикоррозионным мероприятиям.

Расширительные резервуары закрытого типа часто монтируются рядом с котлами отопления. Второй вариант — установка возле бойлера, если планируется монтаж двухконтурной отопительной системы, предусматривающей горячее водоснабжение.

Открытая и закрытая системы отопления

Открытые баки используются для отопительных систем, где теплоноситель циркулирует самотеком. Емкость обычно имеет цилиндрическую или прямоугольную форму с открытым верхом, соединение с системой отопления осуществляется через выход на дне.

Подобные баки имеют следующие преимущества:

• система полностью энергонезависимая;
• конструкция бака предельно простая.

Недостатков использования открытых баков намного больше:

• необходимо регулярное обслуживание;
• теплопотери в системе довольно высокие;
• внутренние стенки бака подвержены коррозии;
• при монтаже требуется дополнительная прокладка труб;
• монтаж осуществляется на чердаке, что требует дополнительного усиления перекрытий из-за большого веса бака.

Пример расширительного бака открытого типа из нержавейки

Закрытые баки могут использоваться для любой отопительной системы, но обычно они востребованы для принудительного отопления. Бак закрытый, то есть контакт теплоносителя и окружающего воздуха исключен. Кроме того, герметичные бачки могут быть оснащены автоматическими или ручными клапанами, манометрами для замера давления в системе.

Преимуществ подобного оборудования множество:

• бак можно монтировать в котельной, он не требует защиты от промерзания;
• уровень давления в системе может быть довольно высокий;
• бак более защищен от коррозии, его эксплуатационные сроки большие;
• теплоноситель не испаряется;
• отсутствуют теплопотери;
• уход за системой более простой, нет необходимости следить за давлением, уровнем воды.

Расширительный бак закрытого типа WESTER

Закрытый мембранный бак

Для мембранной системы используется герметичный бак, функционирование которого схоже с обычным закрытым. Принцип работы очень простой – при нагреве теплоноситель расширяется, «лишняя» вода поступает в одно отделение бака, оказывая давление на эластичную мембрану. При остывании давление снижается, воздух из второй емкости выталкивает прохладную воду назад в систему, то есть происходит ее циркуляция.

Мембрана может быть съемной или несъемной, она не соприкасается с внутренними стенками устройства. Если мембрана повреждена, ее необходимо заменить, так как бак перестает функционировать.

Какой бачок выбрать? Пять основных рекомендаций

• • Для какой системы нужно выбрать бачок. Для открытой — следует покупать или мастерить емкость открытого типа, для замкнутой — закрытого мембранного.
  • Количество теплоносителя, производительность котла и протяженность трубопровода — исходя из этих величин, рассчитывается необходимый размер емкости.
  • Подбор мембраны в закрытых бачках по эластичности
  • Из какого материала изготовлен корпус бака и сама перегородка.
  • Диапазон использования температур, соотношение санитарных и гигиенических норм, условия эксплуатации.

  Основные материалы для мембраны бака — EDPM (пропиленовая эластичная резина/синтетический этилен) и натуральный бутилкаучук.

  Выбор типа бака

  

  Одним из основных элементов льного бака является мембрана, именно она во многом определяет надежность и долговечность работы бака в целом. Поэтому остановимся подробнее на этом вопросе.

  На сегодняшний день существует несколько основных, наиболее часто используемых различными производителями материалов мембраны: натуральный бутилкаучук и E DM. Выбор того или иного материала основывается на задачах, которые стоят перед баком при использовании в той или иной системе.

  Так, в системах централизованного отопления при нормальных условиях работы расширение жидкости, а следовательно, и нагружение мембраны происходит медленно, и в течение всего времени работы системы меняется незначительно. Однако температура эксплуатации может быть достаточно высока. Поэтому мембрана для такой системы должна быть изготовлена из стойкого к температуре и долговечного материала

  В системах холодного водоснабжения влияние температуры теплоносителя на мембрану мало, так как температура воды в системе обычно не превышает 30 °С. Одной из главных характеристик мембраны для данной системы должна быть динамическая эластичность, т. к. система может включаться несколько раз в час и быстро нагружаться.

  В большинстве моделей расширительных баков Flamco в качестве материала мембраны используется высококачественная натуральная резина (бутилкаучук), выдерживающая температуру от –10 до +70 °С (макс. процент содержания этиленгликоля 50 %), имеющая высокую стойкость к диффузии воды и обладающая наибольшей эластичностью по сравнению с другими материалами. Такой мембраной обладают все модификации упоминавшейся ранее модели Flexcon: C, CE, Pro, M (V 2-12500 л, PN 3/6/10 бар). Область их применения: отопление и охлаждение.

  Для мембран расширительных баков Airfix A и D-E (V 2-3000 л, PN 10/16) используется натуральная пищевая резина, благодаря которой бак может применяться в системах питьевого водоснабжения.

  А в новой серии баков Airfix P (V 8-5000 л, PN 10) мембрана изготовлена из EPDM для питьевой воды, что позволяет эксплуатировать данные баки при температуре от –10 до +100 °С.

  Все оборудование Flamco имеет сертификат соответствия и Санитарно-Эпидемиологическое Заключение, разрешающее их использование в системах питьевого водоснабжения.

  Существуют 3 типа крепления мембраны:

  1. Незаменяемая мембрана, которая не растягивается, а «раскатывается» по стенкам бака, что повышает ее надежность, а специальная конструкция зажимного кольца обеспечивает долгий срок службы и предотвращает падение начального давления (реализована в моделях Flexcon C и Airfix A) ;

  2. Заменяемая мембрана в форме груши, которая крепится к верхнему фланцу, практически совпадая по длине с баком, таким образом, что при поступлении теплоносителя она опирается на стенки бака и нагрузка распределяется равномерно по площади «груши» и не происходит натяжения ее «шейки», что значительно увеличивает срок службы мембраны (реализовано в модели Flexcon CE);

  3. Заменяемая мембрана, закрепленная между двумя фланцами с противоположных концов бака, что помимо преимуществ, перечисленных во втором пункте, делает мембрану неподвижной (что особенно актуально при больших объемах), тем самым в разы увеличивая ее надежность и срок службы (модели: Flexcon M, на больших объемах Flexcon Pro и Airfix P).

  Подбор устройства согласно расчету

  Перед тем как приступить к расчету мембранника, нужно знать, что чем больше объем отопительной системы и выше максимальный температурный показатель теплоносителя, тем большего объема должен быть сам бак.

  Существует несколько способов, по которым проводят расчет: обращение к специалистам в бюро по проектированию, проведение расчетов самостоятельно по специальной формуле или расчет при помощи онлайн калькулятора.

  Формула

  Расчетная формула выглядит так: V = (VL x E) / D, где:

  • VL – объем всех магистральных деталей, включая котел и остальные нагревательные приборы;
  • Е – коэффициент расширения теплоносителя (в процентах);
  • D – показатель эффективности мембранника.

  Определение объема

  Самый простой способ определения среднего объема отопительной системы – по мощности обогревательного котла из расчета 15 л/кВт. То есть, при мощности котла 44 кВт объем всех магистралей системы будет равен 660 л (15х44).

  Коэффициент расширения для водяной системы приблизительно равен 4% (при температуре теплоносителя 95 °C).

  Если в трубы залит антифриз, то прибегают к такому расчету:

  • 10% — 4% х 1,1= 4,4 %;
  • 20% — 4% х 1,1= 4,8% и т.д.

  Показатель эффективности (D) основан на начальном и наибольшем давлении в системе, а также стартовом давлении воздуха в камере. Предохранительный клапан всегда настраивается на максимальное давление. Чтобы найти значение показателя эффективности, нужно провести следующий расчет: D = (PV — PS)/(PV+1), где:

  • PV – максимальная отметка давления в системе, для индивидуального отопления показатель равен 2,5 бар;
  • PS – давление зарядки мембранника обычно составляет 0,5 бар.

  Теперь осталось собрать все показатели в формулу и получить окончательный расчет:

  • VL = 15х44=660 л;
  • D = (2,5 – 0,5) / (2,5+1) = 0,58;
  • E = 4% = 0,04;
  • V = (660×0,04) / 0,58 = 45,5 л.

  Полученное число можно округлить и остановить свой выбор на модели расширительного бака начиная от 46 литров. Если в качестве теплоносителя будет использована вода, то объем бака будет составлять не менее 15% от вместимости всей системы. Для антифриза этот показатель равен 20%. Стоит отметить, что объем прибора может быть несколько больше расчетного числа, но ни в коем случае, не меньше.

  Видео на тему

  Рекомендации специалистов

  

  Расширительный бак закрытого типа необязательно устанавливать в наивысшей точке системы.

  Главное преимущество мембранных компенсаторов как раз и заключается в возможности его размещения в месте, наиболее удобном для монтажа и эксплуатации.

  Маленькие бачки объемом 20-25 литров устанавливают обычно в системы с циркуляционным насосом, мощность которого составляет 1,2 кВт. Увеличения емкости до 20-60 литров приведет к увеличению мощности насоса до 2,0 кВт.

  В продаже есть компенсирующие устройства объемом 100-200 литров. Помимо их прямого назначения они могут играть роль накопительного резервуара для теплой воды. Правда, использовать их в таком ключе можно лишь в случае отключения основного источника ГВС на короткий срок.

  Типоразмеры расширительных баков занимают довольно широкий диапазон. Среди них попадаются модели с габаритами настолько большими, что стандартные дверные проемы не позволяют внести их внутрь помещения. В такой ситуации лучше одну огромную емкость заменить на несколько маленьких. Главное, чтобы их суммарный объем равнялся расчетному.

  Обслуживание расширительного бака

  Чтобы обеспечить длительный эксплуатационный срок расширительного бака, необходимо обеспечить правильные условия обслуживания:

  • регулярно следует обследовать бак на предмет внешних повреждений (трещин, вмятин, коррозии, протечек);
  • каждые шесть месяцев проверяется давление газового пространства, для чего оборудование отключается от системы, из него откачивается вода;
  • два раза в год проверяется целостность мембраны (для мембранных расширительных баков);
  • если отопительная система не будет использоваться в течение длительного времени, из нее и из бака необходимо обязательно слить воду.

  Заключение

  Вопросом, как подобрать расширительный бак для отопления, важно задаться в ходе проектирования отопительной системы и подобрать подходящий тип бака. А вот расчет объема и, соответственно, покупку устройства, следует отложить на конечный этап. Это связано с расчетами объема резервуара.

  Если по проекту в доме будут смонтирована система водяного теплого пола, не забудьте до заливки стяжки определить длину контура в каждом помещении. Это касается и скрытого трубопровода радиаторного отопления.

  Покупая расширительный бак, лучше выбрать модель несколько больше по объему относительно расчетного значения, чем меньше. Большой бак принципиально не повлияет на функциональность системы.

  Ознакомьтесь с видео ниже, которое поможет определиться с выбором бачка.

  Источник https://positroika-doma.ru/otoplenie/raschet-rasshiritelnogo-baka-dlya-otopleniya-zakrytogo-i-otkrytogo-tipa

  Источник

  Источник

  Источник