Расчет расширительного бака для закрытой системы отопления

Для балансировки автономной системы отопления используется расширительный бак.

Его задача- выравнивать объем теплоносителя, нагретого до высоких температур, и поддерживать заданное давление.

Надежность выполнения возложенных на этот элемент функций зависит от того, насколько правильно подобран его объем.

Этот параметр не является константой и зависит от конкретных условий. Ниже рассмотрим, как производится расчет расширительного бака для закрытой системы отопления.

Принцип действия расширительного бака

Принцип действия компенсирующего устройства прост, в нем нет никаких сложных технических решений. Однако малейшая ошибка в расчете может повлечь за собой выход из строя отопительной системы в целом.

Внутреннее пространство бака разделено на две части эластичной мембраной. Верхняя полость называется воздушной – в нее закачивается воздух. Цель этой операции – создать начальное давление в емкости. Вода из системы подается в нижнюю полость. Как только мембрана займет устойчивое положение – ляжет на поверхность жидкости, система может считаться готовой к работе.

Принцип работы закрытого расширительного бака

Разогретый теплоноситель расширяется, и его избыток поступает в бак, смещая мембрану в сторону воздушной камеры. Как только вода начинает остывать, мембрана под давлением воздуха возвращается в исходное положение, поддерживая тем самым заданное давление в системе отопления.

Слишком большой расширительный бак не в состоянии создать нужнее давление в системе. Недостаточная вместимость компенсирующего устройства не позволит принять весь избыток расширенной воды.

Поэтому так важно правильно рассчитать оптимальный объем этого важного элемента автономной отопительной системы.

В отопительной системе бак расширительный для отопления должен быть установлен в обязательном порядке. Для чего это нужно, читайте на сайте.

Схема отопления двухэтажного дома представлена тут. В чем принципиальное отличие от отопительной системы двухэтажного дома?

Методы стравливания воздуха из отопительной системы описаны в этом обзоре.

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.

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.

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).

Установка

Схема установки бачка в системе частного дома

Если вы уверены в расчетах и собственных силах, бачок и все материалы куплены, то можно установить емкость самостоятельно.

Из инструментов вам понадобятся:

Ступенчатый и разводной ключи;
Паяльное устройство для пластиковых труб;
Ключ для монтажа труб из пластика;
В некоторых случаях нужен сварочный аппарат и УШМ.

Перед монтажом нужно обесточить котел, перекрыть вентили и слить теплоноситель, если он уже есть в трубах.

Установку производят с учетом некоторых правил.

Бак должен быть смонтирован и установлен так, чтобы можно было к нему беспрепятственно подойти для регулировки и обслуживания.
Температура в помещении не должна быть ниже 0.
На подводящей трубе нужно установить предварительно запорный вентиль, который позволят снять расширитель для обслуживания и ремонта.

После установки бака нужно запустить всю систему отопления. Если в ней обнаружено закипание, то причина кроется в неправильно выбранном диаметре труб. Дело не в бачке.О монтаже расширительного бачка рассказывается в следующем видео:

Объем расширительного бака

Выбор размера расширительного бачка зависит от трех основных параметров:

объема теплоносителя в системе – чем он больше, тем большими должны быть размеры бака;
температуры теплоносителя – чем выше разогрев, тем больше должна быть вместимость расширительной емкости;
давления в системе – чем выше его допустимый показатель, тем меньше должен быть объем бачка.

Иными словами, объем расширительного бака находится в прямой зависимости от количества теплоносителя и его температуры, и в обратной – от давления в отопительной системе.

С нижним или верхним расположением

Есть три варианта подключения накопительной емкости и использования запаса воды:

Верхнее расположение емкости. В этом случае забор воды осуществляется под действием силы гравитации. Чем выше расположен гидроаккумулятор по отношению к потребителю, тем сильнее напор воды. Каждые 10 метров высоты добавляют 0,1 атмосферу, или примерно 1 бар.
Нижнее расположение простой накопительной емкости. Гравитация уже не поможет, и для подачи в водопровод используется насос, поднимающий давление до оптимального уровня.
Аккумулирующие емкости мембранного типа сами по себе создают требуемое давление для подачи воды. Нижнее расположение на уровне потребителя для них является оптимальным, так как от установки на чердаке или вышке никакого преимущества не будет.

Как определить оптимальный вариант?

Если дом с несколькими этажами и есть возможность расположить накопительный бак на чердаке, то это позволит обойтись без дополнительной установки насоса, и не нужно тратиться на дорогостоящий мембранный бак. Фактически это аналог водонапорной башни. Однако поднять емкость так высоко, чтобы обеспечить комфортный напор на уровне 2-2,5 атм. все равно сложно. Тем более что встает вопрос об утеплении бака, чтобы в зимний период вода в нем не замерзала.

В случае аварийного отключения воды имеющегося давления в 0,2-0,3 атм. будет вполне достаточно, чтобы воспользоваться смесителем в раковине, унитазом или даже душем, однако не получится задействовать часть бытовой техники, например стиральную машинку или посудомойку, которым требуется большее давление для срабатывания электромагнитных клапанов.

Установка емкости в уровень с потребителем подойдет в тех случаях, когда нет возможности поднять бак на чердак или хотя бы на этаж выше. Это же относится и установке накопительного бака в квартире. Потребуется небольшой насос для подачи воды в водопровод под давлением. Для обеспечения адекватного режима работы насосу потребуется расширительный мембранный бак.

Аккумулирующий бак с мембраной отлично подойдет для хранения запаса воды как при использовании централизованного водопровода, так и в автономной системе. При этом он не требует дополнительного оборудования или верхнего расположения. Однако его стоимость значительно выше, чем любой обычной накопительной емкости даже в сочетании с простым насосом.

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.

Полезные советы при подборе

При покупке и установке расширителя стоит учесть несколько нюансов.

При выборе места для монтажа бачка необходимо учесть, что его нельзя устанавливать сразу за циркуляционным насосом.
Имеющиеся в продаже баки бывают двух цветов: красные и синие. В первых мембрана более крепкая, но выполнена из технической резины. Синие бачки используют для водоснабжения, в них резина пищевая, но она менее прочная и долговечная.
При монтаже нужно пользоваться специальным герметиком.
Если вы решили остановиться на открытой системе, то бак необходимо поставить на самой высокой точке, а при монтаже трубопровода соблюдать рекомендованный уклон.
Размер бачка не должен быть меньше расчетного значения, допускается несколько больший объем. При применении принудительной циркуляции емкость не может быть меньше 15 л.
В качестве теплоносителя может выступать антифриз. Для гликолевой смеси лучше выбирать резервуар-расширитель, объем которого больше расчетного вдвое.

Главный совет – обратитесь к профессионалам, ведь установка бака только кажется простой. К тому же без специального инструмента не обойтись.

Расчет объема расширительного бака для отопления

Основная формула, по которой можно рассчитать необходимый объем расширительного бака, выглядит так:

V = (VL x E) / D, где

VL – суммарная емкость системы отопления, включающая в себя объем котла, всех аккумуляторов тепла (конвекторов, радиаторов и пр.) и трубопровода;

Е – коэффициент расширения рабочей жидкости (теплоносителя);
D – эффективность расширительного бака (мембранного).

Последний параметр зависит от двух величин – давления:

PV — максимального рабочего в системе;
PS — зарядки мембранного бачка.

Для коттеджей принято считать достаточным PV = 2,5 бар.

PS должно равняться статическому давлению отопительной системы и принимается 0,5 бар = 5 м.

Отопление с естественной циркуляцией применяется все реже из-за явных недостатков данной системы. Закрытая система отопления с принудительной циркуляцией обладает целым рядом преимуществ.

Схему монтажа циркуляционного насоса в систему отопления вы можете посмотреть далее.

Пример расчета

В качестве примера рассмотрим систему отопления коттеджа площадью 300 кв. м. для обеспечения автономного отопления установлен котел мощностью 30 кВт. Кроме того, задействован теплоаккумулятор объемом 1000 литров. Высота системы составляет 5 метров.

Сначала рассчитаем общий объем теплоносителя:

VL = 30 х 15 + 1000 = 1450 (литров), где

30 – мощность котла, кВт;
15 – удельный объем теплоносителя на 1 кВт мощности котла, литры;
1000 – объем аккумулирующей емкости.

Далее переходим к расчету эффективности мембранного бака:

D = (PV – PS) / (PV + 1)

В нашем примере:

PV = 2.5 бар;
PS = 0.5 бар.

Следовательно, D = (2.5 – 0.5) / (2.5 + 1) = 0.57

Теперь можно определить объем бака:

V = 1450 х 0,04 / 0,57 = 101,75 (литра), где

0,04 – коэффициент расширения теплоносителя (в нашем случае это – вода без добавления гликоля).

Производители выпускают расширительные баки определенного размерного ряда, поэтому далеко не всегда есть возможность купить емкость, объем которой равен расчетному. В таких случаях результат расчета необходимо округлять в большую сторону. В нашем случае ближайшее стандартное значение будет 110 литров. Именно такой бак и надо покупать.

Полезные советы

Следует помнить, что установка расширительного бачка в системе отопления предполагает выбор, приобретение и монтаж модели с корпусом красного цвета. Окрашенные в синий цвет модели предназначены для холодного водоснабжения. Конструктивно расширители не отличаются друг от друга, но красные рассчитаны на длительное высокотемпературное воздействие. Несмотря на то общепринятую практику использования циркуляционного насоса только для закрытых систем, наличие перекачивающего агрегата не изменяет состояния системы. То есть, если на отопление с открытым баком поставить циркуляционный насос, оно не станет закрытым. Просто в открытых системах чаще всего отсутствует необходимость в подобных агрегатах. Закипание теплоносителя в системе отопления никак не связано с работой расширителя

Скорее всего, следует пересмотреть величину уклона горизонтальных трубопроводов и диаметры используемых труб. Не рекомендуется установка расширителя в непосредственной близости к насосу из-за возможного перепада давления. При монтаже следует использовать только специальные термостойкие герметики. Устанавливая расширитель, принимайте во внимание необходимость его обслуживании и возможного ремонта и обеспечьте свободный доступ к агрегату. Некоторые модели котлов уже оснащены расширительными бачками и тогда покупать его дополнительно не потребуется.

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.

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.

Как вычислить объём цилиндра

Сначала необходимо выбрать через какие исходные величины будут производиться вычисления. Для того чтобы найти объём цилиндра нужно знать его высоту, а также радиус, диаметр или площадь основания. Для каждого способа используется своя формула.
Далее требуется ввести начальные значения и единицы измерения исходных величин.
Результат будет округлён до указанного знака после запятой.
Объём цилиндра можно выразить в мм3, см3, дм3, м3 и литрах.
Кнопка «рассчитать» производит вычисление согласно заданному условию.

Общие правила подключения

Устанавливается бак с водой на подготовленной площадке: бетонном основании, перевязанном с фундаментом, или усиленной металлической раме из профилированной трубы. Конструкция должна выдержать полуторный вес бака и воды в нем при полном заполнении.

Входной патрубок может быть любого подходящего диаметра, подача воды происходит под давлением. Выходной патрубок и трубу к водопроводу выбирают диаметром в полтора-два раза больше чем сечение основной линии. Оптимальный размер 32 мм.

Утепление даже самое качественное лишь замедляет снижение температуры в баке. Для предотвращения замерзания воды при установке емкости на неотапливаемом чердаке или на крыше следует использовать любую подходящую систему подогрева труб и самого накопителя.