Расширительный бачок для систем отопления

Виды расширительных баков

В различных системах отопления применяются разные виды расширительных баков. Раньше в системах, не имеющих циркуляционных насосов, использовался открытый расширительный бак для отопления. Но такие баки имели множество недостатков, поэтому в настоящее время их применяют очень редко. Из-за того, что в такой расширительный бачок для отопления попадает воздух, появляется коррозия, а также жидкость испаряется быстрее и ее необходимо постоянно пополнять. Такой бак должен быть поставлен в самой верхней точке системы отопления, а это не всегда можно легко и просто реализовать.

Открытый расширительный бак для отопления

В таких системах отопления, где носитель тепла циркулирует с помощью насоса, ставится закрытый расширительный бак для отопления, расчет здесь делается на то, что это герметичная емкость, которая обладает эластичной мембраной внутри. Мембрана (баллонная или диафрагменная) разделяет бачок на две части. В одну часть закачивается воздух или инертный газ под давлением, а другая часть предназначена для излишков теплоносителя. Мембрана внутри бака – эластичная, поэтому при попадании теплоносителя туда объем воздушной камеры становится меньше, давление в ней растет, таким образом компенсируя высокое давление в отопительной системе. При остывании же совершается обратный процесс.

Устройство закрытых расширительных баков

Закрытый расширительный бачок для отопления плоский бак может быть фланцевым (иметь сменную мембрану) и с несменной мембраной. Второй вид пользуется достаточно большим спросом из-за относительно низкой стоимости. Но фланцевые расширительные баки во многом лучше – давление здесь может быть больше, а если разорвется мембрана, то можно ее заменить.

Здесь жидкость, когда поступает в бак, не имеет контакта с металлической поверхностью, так как находится внутри мембраны. Если мембрана повреждается, заменить ее можно через фланец.

Вертикальные и горизонтальные фланцевые бачки

Баки, в которых не предусмотрена сменная мембрана, она закрепляется жестко по всему периметру. Диафрагма с самого начала прижата к внутренней поверхности, так как объем расширительного бака для отопления полностью заполнен газом. После этого давление в расширительном баке отопления увеличивается, а жидкость идет вовнутрь. Когда система запускается, давление может резко повыситься, поэтому именно в этот момент мембрана может повредиться.

Какой объем должен быть у расширительного бака в закрытой системе отопления

На выбор расширительного агрегата может влиять сколько угодно факторов, но главным является объем. Требуемый размер подбирается в зависимости от нескольких параметров:

• Объем всей системы. При большом количестве теплоносителя и прибор необходим крупнее;
• температура. Сильный нагрев воды требует вместительный резервуар;
• расстояние. С отдалением расположения бака от верхней точки контура увеличивается его объем;
• давление. Допускается высокий уровень – маленький размер устройства, и наоборот.

Рекомендуемый минимум у бака при его выборе – 12 л. Но показатель индивидуален, поэтому без расчетов обойтись не удастся. При наличии у котла встроенного бачка, посчитать объем все равно нужно – имеющегося может оказаться недостаточно. И тогда понадобится еще один.

Как рассчитать требуемые параметры расширительного бачка

Объем определяется с помощью калькулятора, либо же формулами. Первый вариант требует лишь внесения данных. Результат выдается минимальный, дальше предстоит подобрать под него модель.

Второй способ сложнее, но именно его рекомендуется использовать. Для этого потребуется формула V = (Vc*k) / D:

• k – коэффициент расширения жидкости по мере нагревания. Берется из таблиц в справочной литературе;
• Vc – объем всей системы;
• D – эффективность бака.

Первый достаточно выбрать в таблице, а последние два при этом считаются отдельно. Емкость всей системы может определяться по-разному:

1. Мощность котла, указанная в техпаспорте, умножается на 15. Наиболее легкий и быстрый способ. Число 15 – это количество литров, необходимое для 1 кВт мощности контура;
2. Суммируется объем каждого элемента, взаимодействующего с теплоносителем. Используется именно такой подход, поскольку дает наиболее точные показатели.

Для определения эффективности же существует D = (Pm – Ph) / (Pm + 1):

• Pm – максимальное давление отопительной системы. Узнается предохранительным клапаном. В основном не переходит за 3 атм;
• Ph – давление в камере для воздуха. Создано там заранее. Узнается в документах, рекомендуется держать его в районе 1-1,5 атм. Можно посчитать самостоятельно – каждые 5 м равняются 0,5 атм.

Настоятельно рекомендуется проводить монтажные работы расширительного бака, прошедшего расчет с формулами. Итоговое значение должно быть приближено к 1/10 всей жидкости. Если еще раз упомянуть калькулятор, то одного недостаточно – для точности лучше провести вычисления хотя бы на трех разных сайтах.

Расчет по формулам

Сухая информация с формулами не окажет должного эффекта и может привести к ошибкам в подсчетах. В таком случае установка расширительного бака в системе отопления уже будет неправильной. Для лучшего понимания стоит разобрать пример использования каждой формулы.

Частный дом. Площадь – 250 м². Мощность котла равна 25 кВт. В это время частью обогревательной сети высотой в 5 м является теплоаккумулятор на 500 л.

В ход идет формула V = (Vc*k) / D:

1. Для ее расчета вначале узнается количество всей жидкости (Vc): 25 кВт перемножается на 15 л, к полученному числу прибавляется 500. Итого – 875 л;
2. Коэффициент равен 0,04 – именно столько у обычной воды;
3. Остается узнать эффективность резервуара. Pm в частном доме имеет показатель 2,5. Ph же в данном случае – 0,5 бар. Получается (2,5 – 0,5) / (2,5 + 1) = 0,57.

После этого все полученные значения подставляются в формулу: V = 875 * 0,04 / 0,57 = 61,4 л.

Во время приобретения находка устройства с идентичным расчетам объемом – большая редкость. На основании этого размер округляется к большему. Объясняется легко – запас никак не повлияет на функционирование, чего не скажешь при нехватке.

Типы принудительной циркуляции носителя тепла в обогреве

Применение схем отопления с принудительной циркуляцией в двухэтажных домах используется из-за протяжённости линий системы (более 30 м). Такой способ осуществляется при помощи циркуляционного насоса, перекачивающего жидкость контура. Он монтируется на входе в отопительный прибор, где температура теплоносителя является самой низкой.

При замкнутом контуре степень напора, которую развивает насос, не зависит от этажности и площади строения. Скорость водяного потока становится больше, поэтому при прохождении по трубопроводным линиям теплоноситель сильно не остывает. Это способствует более равномерному распределению тепла по всей системе и использованию теплогенератора в щадящем режиме.

Расширительный бак можно располагать не только в наивысшей точке системы, но и возле котла. Для совершенства схемы проектировщики ввели в неё разгонный коллектор. Теперь, если отключится электроэнергия с последующей остановкой насоса, система будет продолжать работу в режиме конвекции.

• с одной трубой;
• двумя;
• коллекторная.

Каждую можно смонтировать самим или пригласить специалистов.

Вариант схемы с одной трубой

На входе в батарею также монтируется запорная арматура, которая служит для регулировки температуры в комнате, а также необходимая при замене оборудования. Сверху радиатора устанавливают вентиль для спуска воздуха.

Вентиль на батареи

Чтобы повысить равномерность распределения тепла, радиаторы устанавливаются по линии байпасов. Если не использовать эту схему, то потребуется подбирать батареи разной мощности с учетом потери носителя тепла, то есть чем дальше от котла, тем больше секций.

Использование запорной арматуры необязательно, но без нее снижается маневренность всей системы отопления. При необходимости вы не сможете отключить от сети второй или первый этаж для экономии топлива.

Чтобы уйти от неравномерного распределения носителя тепла, используют схемы с двумя трубами.

• тупиковая;
• попутная;
• коллекторная.

Варианты тупиковой и попутной схем

Попутный вариант позволяет легко контролировать уровень тепла, но необходимо увеличивать длину трубопровода.

Наиболее эффективной признана коллекторная схема, которая позволяет подводить к каждому радиатору отдельную трубу. Тепло поступает равномерно. Есть один минус – высокая стоимость оборудования, так как увеличивается количество расходного материала.

Схема коллекторного горизонтального отопления

Существуют еще вертикальные варианты подачи носителя тепла, которые встречаются с нижней и верхней разводкой. В первом случае сток с подачей носителя тепла проходит сквозь этажи, во втором, стояк идет вверх от котла на чердак, где идет разводка труб на элементы обогрева.

Вертикальная схема

Двухэтажные дома могут иметь самую разную площадь, начиная от нескольких десятков и заканчивая сотнями квадратных метров. Также они отличаются расположением комнат, наличием пристроек и отапливаемых веранд, положением к сторонам света. Ориентируясь на эти и многие другие факторы, следует определиться с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя.

Простая схема циркуляции теплоносителя в частном доме с системой отопления с естественной циркуляцией.

Схемы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя отличаются своей простотой. Здесь теплоноситель движется по трубам самостоятельно, без помощи циркуляционного насоса – под действием тепла он поднимается вверх, попадает в трубы, распределяется по радиаторам, остывает и попадает в обратную трубу, чтобы вновь отправиться в котел. То есть, теплоноситель движется самотеком, подчиняясь законам физики.

Схема закрытой двухтрубной системы отопления двухэтажного дома с принудительной циркуляцией

• Более равномерный прогрев всего домовладения;
• Значительно большая длина горизонтальных участков (в зависимости от мощности используемого насоса, она может достигать нескольких сотен метров);
• Возможность более эффективного подключения радиаторов (например, по диагональной схеме);
• Возможность монтажа дополнительной фурнитуры и изгибов без риска снижения давления ниже минимального предела.

Таким образом, в современных двухэтажных домах лучше всего использовать отопительные системы с принудительной циркуляцией. Также возможен монтаж байпаса, который поможет выбирать между принудительной или естественной циркуляцией в целях выбора наиболее оптимального варианта. Мы делаем выбор в сторону принудительных систем, как более эффективных.

https://www.youtube.com/watch?v=olrD9qxCAhM

У принудительной циркуляции есть парочка недостатков – это необходимость в покупке циркуляционного насоса и повышенный уровень шума, связанный с его работой.

Обслуживание расширительного бака

Нельзя преуменьшать роль такого устройства, как расширительный бачок системы отопления инструкция этого прибора предоставляет перечень правил его обслуживания. К ним относят:

• Один раз в полгода необходимо проверять бак на внешние повреждения – коррозию, вмятины, подтеки. Если вдруг такие повреждения найдены, то обязательно нужно устранить их причину.
• Один раз в полгода нужно проверять начальное давление газового пространства на соответствие расчетному показателю.
• Один раз в полгода проверяется целостность мембраны. В случае обнаружения ее нарушения нужно заменить ее (если такая возможность предусмотрена).
• Если бак не будет использоваться долгое время, то нужно держать его в сухом месте, слив из него воду.

Далее о том, как проверить расширительный бак отопления – его начальное давление газового пространства. Для этого следует отключить бак от отопительной системы, дренировать с него воду, к ниппелю газовой полости подключить манометр. Если давление ниже, чем то, которое было установлено тогда же, когда происходила настройка расширительного бака для отопления – через этот же ниппель бак нужно накачать компрессором.

Показания манометров при правильной работе расширительного бака

Проверка целостности мембраны – это тоже важный момент. Если вдруг во время проверки давления газового пространства после того, как вы дренировали воду, через дренажный кран идет воздух, а давление в газовой полости уменьшилось до атмосферного – то мембрана пробита.

Чтобы заменить мембрану, нужно пройти несколько этапов. Первым делом, бак отсоединяется от отопительной системы, затем его нужно дренировать. Далее давление газовой полости сбрасывается через ниппель. Фланец мембраны демонтируется. Находится он в области патрубка для соединения с трубами. Мембрана, входящая в устройство расширительного бака для отопления, извлекается из отверстия внизу корпуса.

Затем нужно проверить внутреннюю часть корпуса, чтобы там не было загрязнений и коррозии, если они есть – нужно их удалить и промыть водой, после чего высушить. Чтобы убрать коррозию, нельзя использовать средства, включающие масла! Держатель мембраны вставляется в отверстие вверху мембраны. Болт вворачивается в держатель мембраны, она ставится в корпус, а держатель отводится в отверстие в дно корпуса. Затем держатель фиксируется гайкой. После этого на корпус ставится фланец мембраны.

Любая современная система отопления не «представляет» своего существования без надежного компенсатора теплового расширения теплоносителя в ней — расширительного бака.

Практический расчет расширительного бака для отопления довольно прост — необходимо «вооружиться» несколькими формулами и определиться с исходными рабочими параметрами системы.

Сейчас эффективно используются расширительные баки закрытого типа. Открытые варианты этих функциональных устройств использовались преимущественно в системах с естественно циркулирующим теплоносителем. Они имеют значительные габариты и низкую эффективность. Поэтому постепенно применение такого типа баков сходит на «нет».

Баки закрытого типа конструкционно представляют собой герметичную емкость цилиндрической или «таблетированной» формы.

Мембранный расширительный бак «таблетка»

Мембранный расширительный бак

Внутри бак разделен мембранной перегородкой на воздушную и жидкостную камеры — это бак диафрагменного типа. Также возможно конструкционно использование внутри бака «балонной» эластичной камеры из термостойкой резины.

Схематическое устройство расширительного бака

Принцип действия основан на расширении объема теплоносителя в жидкостном отсеке, который приводит к деформации эластичной перегородки (баллона). Уменьшение объема воздушной камеры приводит к повышению давления воздуха (газа) в ней. Превышение допустимого давления приводит к срабатыванию предохранительного клапана. Такова упрощенная схема действия этого бака.

Но нормальное и безопасное функционирование системы возможно только при правильном расчете расширительного бака для отопления. Игнорирование или неграмотный расчет объема расширительного бака приведет или к недостаточному давлению в системе, или к превышению давления в ней и аварийному сбросу избытка теплоносителя.

Ошибки, возникающие при установке

Так как владельцы частных домов стараются выполнять большинство работ самостоятельно, никто не застрахован от ошибок при установке и наладке оборудования:

• Плохое качество требуемых инструментов или их отсутствие.
• Применение некачественных уплотнителей или дешёвых герметиков в местах соединений. Использование веществ, не предназначенных для высоких температур, приведёт к образованию течи во время нагревания жидкости в контуре.
• Установка расширителя в недоступном месте.
• Выбор резервуара без предварительного расчёта объёма приводит к поломке котла или некорректной работе системы.
• Невыполнение норм и правил безопасности при монтаже ёмкости приводит к аварийной ситуации и несёт угрозу жизни.

Мембранные расширительные баки для систем отопления Wester

Общий вид фронт	Общий вид сзади	Вид сверху	Вид снизу
Все объемы
Производитель: Wester Heating Емкость: 8, 12, 24, 35, 50, 80, 100, 120, 150, 200, 300, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 5000, 10 000 литров Преддавление в воздушной полости: 1,5 бар Макс. давление: 5,0 бар Рабочая температура: -10°C. +100°C – Предназначены для компенсации температурных расширений теплоносителя в замкнутых системах отопления. – Основные элементы бака – корпус из высококачественной стали, эластичная мембрана из каучука. – Давление в воздушной полости для баков от 8 до 150 литров – 1,5 бара, от 200 до 10 000 литров – бара. – Теплоноситель в системе отопления – вода с содержанием гликоля не выше 50%. – Расширительные баки комплектуются сменной мембраной. – Температурный режим работы – от -10 °С до +100 °С – Срок службы – 100 000 циклов. – Цвет корпуса – красный. Жидкости расширяются значительно сильнее твердых тел. Они также расширяются во всех направлениях. Вследствие большой подвижности молекул жидкость принимает форму сосуда, в котором она находится, причем следует учитывать и тепловое расширение сосуда. Расширение жидкости в трубках также представляет собой объемное расширение. Следовательно, верны формулы объемного расширения.

V1	объем жидкости при температуре t1,	метр 3
V2	объем жидкости при температуре t2,	метр 3
ΔV	изменение объема жидкости,	метр 3
β	коэффициент объемного расширения (объемный коэффициент теплового расширения),	1/K

Способы подключения

Расширительный аппарат подключают как на обратной, так и на подающей части магистрали.

Подсоединение на обратке считается более надёжным, позволяет расширителю функционировать в оптимальном режиме, а также эксплуатировать мембранный резервуар дольше.

При подключении на подающей части магистрали жидкость, попадающая в ёмкость, будет иметь более высокую температуру, кроме того, в некоторых ситуациях не удастся избежать попадания пара в резервуар, что значительно снизит время эксплуатации мембранных баков и не позволит компенсировать давление должным образом.

Внимание! Правильным считается подключение бака к контуру через «американку» с отсекающим краном, что позволяет в любой момент изолировать и отсоединить расширитель для замены или ремонта, не ожидая, пока остынет жидкость. При установке второго крана и тройника, возможно слить воду из бака, не трогая остальную систему

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.

Методика расчёта объёма расширительного мембранного бака для системы отопления:

Представленный ниже расчет предназначен для индивидуальных систем отопления и значительно упрощен.
Его точность составляет 10%. Мы считаем, что этого вполне достаточно

1. Определим, какой тип жидкости Вы будете использовать в виде теплоносителя. Для примера расчета в качестве теплоносителя мы возьмем воду.
Коэффициент температурного расширения воды принят равным 0,034 (это соответствует температуре 85oС)

2. Определим объем воды в системе. Приблизительно его можно рассчитать в зависимости от мощности котла из расчета 15 литров на каждый киловатт мощности .
Например, при мощности котла 40 кВт, объем воды в системе будет равен 600 литрам

3. Определим величину максимального допустимого давления в системе отопления.
Она задана порогом срабатывания клапана безопасности в системе отопления

4. Также в расчетах используется величина первоначального давления воздуха в расширительном баке Ро.
Давление Ро не должно быть меньше , чем гиростатическое давление системы отопления в точке расположения расширительного бака

5. Полный объем расширения V можно подсчитать по формуле:

V = (e x C) / (1 – (P_o/P_max))

Мембранный расширительный бак (экспанзомат)

По сути, мембранный бак представляет собой гидроаккумулятор с прочной мембраной, которая способна выдерживать горячую воду без повреждения.

Расширительный бак, экспанзомат, в разрезе. Фото: Day & Nite Plumbing & HeatingРасширительные баки Джилекс различных моделей в разрезе. Иллюстрация: ИЭ 1.1/2017ЛМ

Мембрана делит бак на два отсека: воздушный и водяной. В воздушный отсек компрессором или автомобильным насосом накачивается воздух под давлением 1-1,5 кгс/см2, точное давление указано на наклейке, наклеенной на бак или в паспорте экспанзомата. Воздух под давлением выполняет роль пружины, сжимаясь при увеличении объема жидкости в баке.

Срок службы расширительного бака зависит от правильности установки и качества оборудования, в среднем составляет 5-8 лет. Продлить срок службы экспанзомата можно установив бак на обратной линии, перед циркуляционным насосом.

Выбор расширительного бака зависит от ассортимента отопительного оборудования в магазинах вашего региона, поэтому ориентируйтесь на отзывы касательно имеющихся в продаже моделей.

Как подсоединить мембранный бачок: схема. Настройка прибора

После проведения монтажных работ по врезке резервуара в общую сеть проводится его настройка. При этом основной задачей является достижение нужного давления, соответствующего отопительной системе. Такая настройка касается баков закрытого типа и осуществляется следующим образом:

• после установки расширителя систему наполняют водой;
• стравливают воздух из радиаторов и труб, для этого используют клапаны и краны Маевского;
• измеряют давление (манометром) в воздушном отсеке бачка и в остальной системе;
• по правилам, давление в резервуаре должно быть на 0,2 Бар ниже, чем в остальной части контура, такой разницы добиваются с помощью стравливания и подкачивания компрессором давления в камере.

Если в результате расчётов давление в системе должно быть 1,3 Бар то в воздушном отделении резервуара его необходимо опустить до значения 1 Бар. Это нужно, чтобы со стороны воды на резиновую «грушу» оказывалось достаточное давление, и при остывании теплоносителя не произошло втягивания воздуха. После подобной настройки системы, включают котёл, теперь давление в расширителе будет увеличиваться плавно, независимо от того, остывает или нагревается жидкость.

Фото 3. Схема подключения мембранного бака к закрытой системе отопления. Все части конструкции обозначены цифрами.

В итоге

Как видно, расчет емкости отопления сводится к вычислению суммарного значения четырех вышеуказанных элементов.

Определить необходимую емкость рабочей жидкости в системе с математической точностью удается не каждому. Поэтому, не желая выполнять расчет, некоторые пользователи действуют следующим образом. Для начала заполняют систему примерно на 90%, после чего проверяют работоспособность. Далее стравливают скопившийся воздух и продолжают заполнение.

В процессе эксплуатации отопительной системы происходит естественный спад уровня теплоносителя в результате конвекционных процессов. При этом происходит потеря мощности и производительности котла. Отсюда вытекает необходимость наличия резервной емкости с рабочей жидкостью, откуда можно будет отслеживать убыток теплоносителя и при необходимости производить его пополнение.