Как рассчитать расширительный бак для отопления

Как рассчитать расширительный бак для отопления

Расчет расширительного бака для отопления обычно выполняется на конечном этапе монтажа системы автономного отопления, поскольку требуется знать суммарный объём циркулирующего в контуре теплоносителя. Открытые системы с самотечной циркуляцией теплоносителя не так требовательны к вместимости резервуара, а для закрытой важно подобрать расширительную емкость, которая способна обеспечить нормальное функционирование системы.

Варианты объёма расширительных баков

Выбор расширительного бака для различных типов систем обогрева

При установке отопительного оборудования можно использовать открытые и закрытые расширительные баки.

Открытые

Устройства открытого типа предназначены для использования в отопительной системе с естественной циркуляцией. Бак представляет собой открытую емкость, на ее дне оборудовано соединение. Саму емкость располагают в наивысшей точке. Из-за этого возникают неудобства в использовании. Бак нужно устанавливать на чердаке, кровле дома, чтобы контролировать уровень жидкости, нужно постоянно подниматься на чердак.

Открытые расширительные емкости нужно закрывать тепловой изоляцией. Ее изготавливают из листовой стали. Сверху на устройстве должен быть сделан люк для осмотра. Максимальный предел уровня жидкости будет контролироваться переливной трубкой, которая выходит на улицу.

Расширительные баки открытого типа выполняют несколько функций:

• поддерживают объем теплоносителя во время колебаний температур;
• восстанавливают объем жидкости при утечке;
• при переполнении системы сбрасывают лишнюю воду в канализацию;
• ограничивают гидравлическое давление;
• удаляют воздух из системы.

Недостатком устройств является их большие размеры. Они склонны к возникновению внутренней коррозии отопительных приборов. Из-за этих недостатков емкости открытого типа используются в отопительных системах очень редко.

Закрытой

Расширительные баки закрытого типа – оптимальный вариант для отопления с естественной и принудительной циркуляцией. Благодаря появлению таких устройств появилась возможность функционирования системы отопления без контакта с атмосферой. Во время циркуляции теплоносителя не будут выделяться примеси, из-за которых образуется коррозия.

Использование такой системы продлевает срок эксплуатации труб и оборудования. Отопительный контур закрытого типа может работать под высоким давлением. При этом не нужна будет дополнительная подпитка.

Расширительные баки закрытого типа оборудуют в котельных. Их можно использовать круглый год, не опасаясь промерзания.

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.

• 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).

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.

Функции расширительного бака

Согласно законам физики, вода при нагревании на 10 градусов, увеличивается в объёме на 0.3%.

Для небольшого количества воды это явление малозаметное, но для тонны или нескольких тонн, которые находятся в отопительной системе, это существенный показатель.

Появление дополнительного объёма воды может повлиять на состояние труб отопления или даже привести к их повреждениям. Для предупреждения такой ситуации устанавливается расширительный бак.

Его функции состоят в следующем:

1. Удаляет из системы излишек воды при её нагревании.
2. Обеспечивает необходимое давление и предотвращает его скачкообразные повышения (гидроудары).
3. Удаляет из отопительной системы воздух, который действует на неё разрушительно.

Воздух, изначально растворенный в воде, при её нагревании начинает активно выделяться (при высокой температуре показатель достигает 90%). Вместе с теплоносителем этот воздух перемещается к баку, где скапливается, а затем выводится вовне.

Открытый бак в сетях отопления

Вместимость компенсирующего сосуда определяет понятие объема расширительного бака для отопления. В открытых и закрытых отопительных системах объем резервуара будет одинаковым, поэтому задача баков одна и та же: прием излишка носителя, возникающего во время нагревания, и компенсация избыточного давления. Хоть открытые и закрытые резервуары настроены на выполнение одних и тех же функций, они представляют собой совершенно разные приборы.

Открытый бак в особо сложных расчетах не нуждается

Установка бака открытого типа в цепи системы отопления в особых расчетах не нуждается. Делают резервуар в виде куба или цилиндра емкостью 10% от всего объема и устанавливают в высшей точке. При нагревании жидкость в системе расширится и поднимется в бак, а при остывании, наоборот, опустится. В верхнюю часть системы устремится и воздух, попавший в неё при заполнении, поскольку в емкости открытого типа высокое давление не будет создаваться. Громоздкость и негерметичность — основные минусы такого бака.

Принцип работы расширительного бака, а также как правильно его выбрать, вы увидите в видео:

Каким образом происходят перепады

• повышение;
• понижение.

Оба процесса взаимосвязаны. Увеличение давления в контуре означает, что теплоносителю некуда деваться после того, как он увеличился в объёме. Одной из причин, не единственной, может быть неправильный расчет расширительного бака для отопления закрытого типа. Каким образом это происходит на практике? Возьмем, к примеру, контур, вмещающий сто литров теплоносителя:

• в системе находится сто литров холодной жидкости;
• включается котел и нагревает теплоноситель;
• вода расширяется и ее становится уже не сто, а приблизительно сто пять литров;
• лишняя жидкость должна куда-то деваться. Для этого в контуре установлен расширительный бачок;
• после того как теплоноситель остыл, его в контуре стало не хватать, так как часть вытиснилась в бачок. Соответственно, воду в трубы надо вернуть, что и происходит, если все хорошо.

Если же объем расширительного бака для закрытой системы отопления меньше необходимого, то вся жидкость, которая не вместилась, будет выведена наружу. В контуре предусматриваются специальные клапаны, которые выбрасывают теплоноситель в том случае, если давление повышается до критического уровня. Такими клапанами оснащены и современные котлы. Это необходимое условие для безопасной эксплуатации отопления. Повышение давления может привести даже к взрыву. Представьте себе последствия, когда трубы просто разрывает и горячая вода летит во все стороны. Помимо того, что можно получить травму от удара, такое чрезвычайное происшествие грозит ожогами находящимся поблизости людям и животным.

В дальнейшем, после остывания, вода уменьшается в объёме. Жидкость из бака вытесняется обратно в трубы, но теплоносителя все равно не хватает. Это потому что выведенная вода наружу не вернулась, она ушла безвозвратно. В результате давление в контуре резко падает. Это приводит к следующим результатам:

• остановка котла. У нагревателей есть определенный порог минимального давления, при котором он может работать. Если это значение не выдерживается, он просто не может включиться, автоматика не позволяет это сделать;
• размораживание системы. Если остановка отопительного оборудования произошла зимой, а вы не дома, может произойти серьезная авария. Система замерзнет за несколько часов, в зависимости от уровня теплоизоляции вашего жилья;
• необходимость подпитки. Надо подлить недостающее количество воды в контур.

Это результаты грубых ошибок, допущенный при расчете расширительного бака для отопления, или если вы понадеялись на резервуар, встроенный в котел.

В современных котлах есть встроенные баки, объёма которых зачастую недостаточно. Обязательно учитывайте этот факт и при необходимости устанавливайте дополнительные резервуары.

Бывает и так, что бак полностью заполняется, давление продолжает расти, но не доходит до критического уровня. Стрелка манометра балансирует на грани рабочего максимума контура, при этом все функционирует. Таких случаев не счесть. Люди очень часто задают вопросы по поводу таких вот перепадов. Конечно, такие процессы их волнуют, так как они не являются нормой. При таких повышениях контур работает в экстремальных условиях, что приводит к его скорейшему износу. Также такие процессы неблагоприятно влияют на котел, а он денег стоит и не малых.

Расчет расширительного бака для закрытого типа отопления

Специальные емкости применяют для компенсации увеличения теплоносителя при повышении температуры. В закрытой системе отопления устанавливают мембранный бак.

Ниже приведены особенности типовой конструкции с назначением типовых функциональных компонентов:

• гибкая герметичная перегородка делит рабочий объем на две части;
• одну – через патрубок подсоединяют к магистрали теплоснабжения;
• в другую закачивают под необходимым давлением воздух;
• для создания корпуса применяют устойчивые к процессам коррозии материалы;
• фиксацию в горизонтальном положении крупных моделей обеспечивает подставка.

Мембранный расширительный бак устанавливают в любом удобном для пользователей месте. Следует обеспечить удобство доступа для обслуживания. С помощью встроенного штуцера с клапаном добавляют (стравливают) воздух, создавая необходимое давление.

Расчет расширительного бака для закрытой системы отопления начинают с определения количества жидкости в системе. Самые точные данные можно получить на стадии заполнения. Также применяют последовательное сложение емкостей трубопроводов, радиаторов, иных компонентов.

Чтобы рассчитать общий объем теплоносителя быстро, профильные специалисты часто применяют ориентировочные пропорции.

Ниже приведены значения (в литрах) на 1 кВт мощности котла при подключении разных видов оборудования:

• стальные конвекторы (6-8);
• алюминиевые, чугунные радиаторы (10-11);
• теплый пол (16-18).

Если для отопления частного дома применяют комбинацию из разных нагревательных приборов, берут 15 л/ 1 кВт. При мощности газового котла 7,5 кВт получится следующий результат вычислений: 7,5*15=112,5 л.

Подходящие размеры расширительного бака для отопления закрытого типа зависят от нескольких параметров:

• суммарного объема водопровода и подключенных устройств;
• типа теплоносителя;
• максимального давления;
• температурного режима.

При заполнении отопительной системы водой происходит увеличение объема на 4% в процессе повышения температуры от 0 С до +95 С. Для предотвращения замерзания в зимний период теплоноситель дополняют этиле
нгликолем.

Такая смесь расширяется на 10% больше по сравнению с рассмотренным выше примером (на 4,4%). Аналогичные поправки делают при монтаже холодоснабжения.

В сводной таблице представлены коэффициенты расширения воды (смеси).

Эти данные помогут сделать точный выбор расширительного бака:

Расчет расширительного бака для отопления (О)выполняют по формуле О = (Ос х Кр) / Э, где:

• Ос – суммарный объем функциональных компонентов;
• Кр – поправочный коэффициент (из таблицы для определенного состава теплоносителя);
• Э – эффективность бака.

Последнюю позицию вычисляют следующим образом Э = (Дс-Дб)/ (Дс+1), где Д – это давления:

• Дс – максимальное в системе ГВС (норматив для частных домов 2-3 атм);
• Дб – компенсирующее, которое принимают равным статическому (0,1 атм на каждый метр высоты строения).

Калькулятор расчета объема расширительного бака для системы отопления

Как пользоваться онлайн-калькулятором

Сложностей в работе возникнуть не должно. Необходимо лишь правильно заполнить все поля. Сначала указываем мощность котла отопления – эти данные есть в технической документации. Дальше нужно отметить применяемый теплоноситель – это может быть вода или антифриз, после чего остается внести данные о максимальном давлении, при котором срабатывает предохранительный клапан и давлении подкачки воздушной камеры. С этим сложностей возникнуть не должно.

Программа выдает точный результат по объему расширителя в литрах, все четко и понятно.

Вот так выглядит расширительный бак в разрезе

Некоторые пояснения к расчетам

Вычисления онлайн-калькулятором производятся по формуле:

Vb = Vt × Kt / F, где

• Vb — необходимый объем расширителя;
• Vt— объем теплоносителя в системе;
• Kt — повышающий коэффициент, который принимает во внимание расширение теплоносителя при нагреве. Может зависеть от различных параметров и изменяется нелинейно. В программе уже заложены все данные и алгоритмы, что означает, что самому пользователю производить сложные вычисления не нужно;
• F — так называемый вычисляемый коэффициент эффективности мембранного расширительного бака. Он выражается следующей зависимостью: F = (Pmax – Pb) / (Pmax + 1). При этом:
• Pmax— максимальное давление системы при котором срабатывает предохранительный клапан. Эти данные можно найти в технической документации отопительного оборудования;
• Pb — давление в воздушной камере. Она изначально может быть накачана – в этом случае данный параметр можно найти в технической документации. В любом случае давление можно изменять самостоятельно до необходимого, подкачивая камеру насосом или же стравливая воздух через специальный клапан.