Mailtrain.ru

Журнал Mailtrain.ru
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет расширительного бака для закрытых систем отопления

Расчет расширительного бака для закрытых систем отопления

  • 29 июля 2014 22:32:43
  • Отзывы :
  • Просмотров: 20378
  • Автор: Дмитрий З
  • Расчет расширительного бака для закрытых систем отопления

Как произвести расчет объёма расширительной емкости для закрытой системы отопления.

Современные системы отопления представляют собой замкнутый контур, герметичную конструкцию заполненную жидкостью, которая изолирована от попадания воздуха, а значит, менее подвержена окислению.

При увеличении объёма жидкости в закрытой системе, в связи с увеличением температуры теплоносителя, может повыситься давление, способное нарушить целостность элементов системы. В таких случаях устанавливается герметичный расширительный бак (мембранный или экспанзомат), который используется в закрытых контурах отопления с целью компенсации температурных расширений.

Экспанзомат конструктивно представляет собой герметичную емкость, со встроенной внутрь эластичной мембраной или мешком, разделяющей бак на две полости: одна из которых, при увеличении давления, наполняется теплоносителем, а другая – воздухом или азотом.
В одной из частей компенсатора расположен ниппель для подкачки насосом и замера давления газа, а в другой – резьбовой штуцер для присоединения к контуру отопления.

Последствия неправильных расчетов

Если вместительность расширительного бака для системы отопления соответствует параметрам системы (независимо от ее типа), давление в контуре на протяжении всего периода эксплуатации будет стабильным. Это обеспечивается за счет того, что излишек жидкости, образовавшийся в результате теплового расширения, полностью выводится в специальный резервуар и возвращается обратно по мере остывания теплоносителя.

В случае, когда объём расширительного бачка для системы был определен неправильно, не избежать перепадов давления в контуре. Это связано с тем, что теплоноситель, которому не нашлось места в расширительном баке, уходит наружу:

  • через перелив в резервуаре открытого типа;
  • через клапан сброса в мембранном баке.

Если «излишки» теплоносителя не сбросить из системы закрытого типа при повышении давления до критических отметок, произойдет авария – лопнут трубы или разгерметизируются соединения.

Что происходит при перепаде давления в расширительном бачке

При остывании объём теплоносителя уменьшается, и его становится недостаточно, поскольку «излишки» ушли из контура безвозвратно. Соответственно, давление в системе резко падает. Это может спровоцировать:

  • остановку работы котельного агрегата, если он снабжен автоматикой, отслеживающей уровень давления;
  • размораживание системы, если автоматический котел остановился в зимнее время, а дом находится без присмотра хозяев.

В случае, когда объём расширительного резервуара недостаточен, контур необходимо регулярно подпитывать водой.

Чаще всего такая ситуация возникает, если котел снабжен встроенным резервуаром, и владельцы дома понадеялись на него, не выполнив соответствующий расчёт.

Обратите внимание! Обязательно проверяйте соответствие параметров расширительного бака, встроенного в котельный агрегат, объёму теплоносителя в системе. При необходимости монтируется дополнительная мембранная емкость.

Если рассчитанный объём бака полностью, без запаса, соответствует количеству «излишков» нагретого теплоносителя, это сказывается на эксплуатации отопительной системы.

Когда бак полностью заполняется, давление возрастает до критического, но границу не переходит, манометр показывает максимальные рабочие значения. В этом случае авария не происходит, обогрев дома идет в дежурном режиме, но функционирование на пределе возможностей весь отопительный сезон губительно действует на отопительное оборудование, снижает его срок службы.

Поэтому рекомендуется приобретать расширительную емкость с небольшим запасом по объёму.

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.

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.

Читать еще:  Как перенести батарею отопления?

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.

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.

Среди преимуществ использования такого оборудования необходимо отметить:

  • компактные размеры бака;
  • теплоноситель не испаряется;
  • теплопотери системы минимальные;
  • система защищена от коррозии;
  • есть возможность работы с высоким давлением без опасения повреждения системы.

Мембранный расширительный бак

Расчет объема теплоносителя

Порядок расчета объема теплоносителя производится на основании трех методов.

Геометрический

Математический расчет производится при помощи суммирования всех элементов. Для этого потребуются:

  • Вместительность котла, которая прописана в паспорте.
  • Объем воды, который исчисляется в зависимости от количества секций в радиаторе. Вся информация об объеме одной секции прописана в документации с техническими характеристиками.
  • Количество воды в трубопроводе – вычисляют путем замеров всех длин.

Все элементы плюсуются, в итоге получается общий объем теплоносителя.

При заполнении системы

К самым точным методам подсчета относится заполнение системы водой. Для контроля объема используется водосчетчик. Если его нет, можно сливать воду в ведра и таким образом подсчитывать полученный объем.

Обобщенный метод

За 1 кВт мощности тепла котла принимают 15 литров от всего объема системы. В зависимости от видов отопительных приборов обобщенный метод будет иметь уточненную модификацию.

Если используются радиаторы, количество воды должно быть не менее 11 литров, в конвекторах – не меньше 7 литров. Для теплого пола объем должен составлять 18 литров.

В техническом паспорте оборудования производитель прописывает объем теплообменника. Количество воды в трубопроводе можно высчитать самостоятельно. Для этого нужно посчитать их длину и внутренний объем. Все показатели, включая котел, трубы и приборы, должны суммироваться. Полученный результат будет общим объемом отопительного комплекса.

Как правильно подобрать расширительный бак?.

В системах индивидуального отопления, раньше, в основном, применялись расширительные баки с свободным переливом жидкости, или открытого типа. Они просты в изготовлении, и не сложны, в их конструкции. Обычно, это бак прямоугольной формы, с открытым верхом, или с закрытым. В такой бак, вварены минимум две трубки: одна для поступления в сосуд расширяемой жидкости из системы отопления (расположена в нижней части бака), вторая трубка служит для ввода и вывода воздуха, и при необходимости, для сброса излишков жидкости из системы отопления. Вторая трубка располагается в верхней части бака для излишков разогретой жидкости, открытого типа. Ещё она (верхняя трубка) выполняет роль «контрольки» наполнения системы отопления, при её запитке, или до-запитки.

Читать еще:  Популярные неисправности в трубах отопления и способы их устранения


В нынешнее время, более широко распространены расширительные баки закрытого типа. Ёмкости такого типа рассчитаны на работу под определённым давлением. Об устройстве расширительного бака есть статья на этом сайте, при желании можете ознакомиться. Бак закрытого типа состоит из ёмкости с резиновой мембраной или «грушей», и в него закачано определённое давление воздуха (обычно, заводское давление – 1.5 Bar).

Посмотрите видео, демонстрирующее принцип работы расширителя.

Но, так как речь в этой статье не об их конструкции, а о принципе действия и расчёте нужного объёма, то перейдём к этим понятиям. Для определения рабочего объёма расширительного бака, как открытого, так и закрытого, нам понадобятся некоторые исходные данные. В статье приведен пример расчёта для системы отопления, заполненной водой. Если у вас что-то иное, то эти расчёты не подойдут.

Нам нужны следующие данные:

  • Температурный диапазон системы отопления
  • Объём жидкости в системе
  • Данные о коэффициенте расширения воды
  • Статическая высота расположения расширительного бака
  • Коэффициент запаса объёма бака (равен 1.25 %)

Приступаем к расчёту.

Первое, это необходимо определить коэффициент расширения воды в системе отопления. Для этого нам пригодится такая вот таблица, с рассчитанными данными расширения, для конкретных диапазонов температур.

Подойдёт нам диапазон от 10 до 90 градусов по Цельсию, коэффициент расширения для этих температур равен 3.58 %.

Объём жидкости в системе примем за 150 литров (Vсис = 150 литров).

Так как заводское давление внутри расширительной ёмкости равно 1.5 Bar, то примем его за предварительное давление расширителя — Pmin. Максимальное рабочее давление Pmax принимаем за 3 Bar (в примере используем наиболее подходящие цифры, для реальных проектов, подходящие для 1 – 2 -х этажных домов или квартир).

Итак: Объём расширяемой жидкости –
Vрасш = 150 л. Х 3.58 %/ 100% = 5.37 литр.

Объём запаса:
150 Х 1.25 % / 100 % = 1.875 литр.

Итого:
V = 5.37 + 1.875 = 7.245 литр.

Обратите внимание, что коэффициент запаса объёма бака мы приняли, для простоты, за 1.25 %. Его можно высчитать персонально, используя формулу: Pmax — Pmin / Pmax (наши данные: 3 – 1.5 / 3 = 0.5 %)

Наиболее подходящим и разумным, в нашем случае, подойдёт расширительный бак объёмом в 8 литров.

Эти расчёты подойдут и для определения расширительного бака открытого типа.
Заходите к нам ещё!

Виды, устройство и принцип работы расширительных баков

Расширительный бак для отопления открытого типа

В открытых отопительных системах роль РБ может выполнять любая емкость, расположенная в наивысшей точке по отношению ко всем остальным элементам. В малоэтажном домостроении штатным местом расположения бака является чердак или мансардное помещение.

С целью максимального уменьшения потерь жидкости при испарении в окружающую среду, на бачок монтируется крышка. На случай понижения температуры до отрицательных значений и предотвращения замерзания жидкости, бак утепляется со всех сторон. Чтобы теплопередающая жидкость в баке не закипала, предусматривается соединение емкости с трубой, выведенной в обратный контур. Для предотвращения перелива жидкости и ее сброса в канализацию в большинстве конструкций предусматривается шланг или труба.

Существенным недостатком открытых контуров является необходимость периодического долива испарившейся в атмосферу жидкости. Проблема решается установкой механизма автоматизированного контроля с автоматическим пополнением, однако подвод водоснабжения к баку усложняет конструкцию и ведет к ее удорожанию.

В открытом контуре через РБ осуществляется сообщение с атмосферой и удаляется образовавшийся в результате кипения жидкости воздух. В данном случае в отопительных магистралях не создается повышенного давления, а циркуляция воды идет за счет конвекции. В данном случае имеет место процесс естественной конвекции, при которой холодные слои теплоносителя опускаются вниз, а горячие поднимаются вверх.

Простым примером естественной конвекции является нагрев воды в чайнике, стоящем на зажженной кухонной плите. При монтаже открытого расширительного бака между ним и системой не предусматривается установка запорной арматуры. Конструктивно бачок открытого типа может быть как цилиндрической, так и прямоугольной формы. В типовых конструкциях на крышке бака располагается смотровое окно для контроля над уровнем жидкости. К недостаткам систем открытого типа можно отнести:

  • увеличенные потери тепла через расширительный бак;
  • повышенный уровень коррозии элементов системы за счет непосредственного контакта жидкости с воздухом;
  • обязательность расположения РБ над всеми элементами контура.
Читать еще:  Какие краны лучше ставить на радиаторы

Расширительный бак для отопления закрытого типа

Герметичный отопительный контур с принудительной циркуляцией воды или антифриза лишен недостатков, присущих открытым схемам. В герметичные системы нет проникновения воздуха, а компенсация изменения состояния носителя тепловой энергии происходит за счет применения мембранных герметичные резервуаров.

Технически мембранный расширительный бак выполнен в виде сосуда, внутренняя часть которого разделена эластичной перегородкой на два отдела: жидкостной и газовый. Газовая камера снабжается золотником для регулировки давления. Для предотвращения загрязнений золотник обычно снабжается защитным пластиковым колпачком или крышкой.

В жидкостной части монтируется патрубок подвода и отвода жидкости. Чаще всего мембранные баки имеют форму цилиндра, но для малых термосистем используются круглые емкости в форме таблеток. По внешнему виду РБ похожи на гидроаккумулирующие баки (ГА) для систем водоснабжения.

Как правило, ГА окрашены в синий цвет, а расширительные баки в красный. ГА и мембранные РБ не взаимозаменяемы и их назначение различно. В ГА мембрана имеет форму «груши» и выполняется из материала допускающего безопасный контакт с питьевой водой. Соприкосновения с металлическими частями при этом исключен. В РБ перегородка изготавливается из технического каучука и покрывается антикоррозионным составом, что увеличивает ее срок службы.

Комплектация и принцип работы

Расширительный бак, помимо корпуса, включает в себя мембрану (баллон или диафрагму), верхняя часть которой заполнена инертным газом или воздухом. Нижний отсек герметичной емкости предназначен для теплоносителя.

Вместе с увеличением температурных показателей вода расширяется, и избыточная масса теплоносителя попадает в мембранник. Объем камеры с воздухом уменьшается, и давление в этой части закрытой системы возрастает, компенсируя напор в магистрали. Когда температура теплоносителя снижается, наблюдается обратный процесс.

Расширительный бак может быть укомплектован сменной (фланцевой) или постоянной мембраной. Второй вид изделий стоит дешевле.

Мембрана в бачке плотно прижата к внутренней стенке, так как весь его объем наполнен газом.

Когда внутрь попадает вода, давление увеличивается. В момент запуска отопления существует риск повреждения диафрагмы от скачка давления, а затем манометр постепенно изменяет показания и целостность детали вне опасности.

Чтобы избежать повреждения мембраны, необходимо установить предохранительный клапан манометра, который реагирует на возросшее давление (для частных домов нормой является от3,5 до 4 бара).

Преимущества фланцевой модели

К преимуществам фланцевых приборов можно отнести следующие характеристики:

  • выдерживает большее давление внутри системы, нежели устройство с постоянной диафрагмой;
  • возможна замена мембраны при ее повреждении;
  • горизонтальный и вертикальный монтаж прибора.

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).

Расчет закрытого расширительного бака мембранного типа

При определении размера бака мембранного типа можно пойти по простому пути. Зная, что коэффициент расширения воды при температуре 80 градусов составляет 0,029, а также объем системы, можно сделать примитивный расчет.

Допустим в системе 100 литров. Умножив количество жидкости на коэффициент, получим объем расширения 2,9. Для упрощенного расчета необходимо это значение увеличить в 2 раза. Кроме этого, вспоминаем, что расширение антифриза примерно больше воды на 15%, и добавляем эту величину. Получилось около 7 л.

Для более точного расчета расширительного бака, следует воспользоваться формулой:

V = (Ve + Vv) * (Pe + 1) / (Pe — Po), где

V- необходимый объем мембранного бака для системы отопления.

Ve — объем теплоносителя, получающийся при нагреве системы. Это суммарный всех отопительных приборов, труб, котла.

Vv — объем водяного затвора в баке. Другими словами — количество жидкости, которое всегда присутствует в бачке, в результате гидростатического давления. Примерно 20% в баках небольшого размера и около 5% в крупных. Но не более 3 л.

Po — постоянное давление. Зависит от высоты столба жидкости в системе.

Pe — максимальное давление, возникающее при срабатывании предохранительного клапана.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×