Расчет объёма расширительного бака отопления
Конструкция расширительного бака
Для безопасной работы отопительной системы необходима установка специального оборудования – воздухоотводчика, спускного клапана и расширительного бака. Последний предназначен для компенсации теплового расширения горячей воды и уменьшения критического давления до нормальных показателей.
Бак закрытого типа
Фактический объем расширительного бака для системы отопления – величина не постоянная. Это объясняется его конструкцией. Для закрытых схем теплоснабжения устанавливают мембранные модели, разделенные на две камеры. Одна из них заполнена воздухом с определенным показателем давления. Он должен быть меньше критического для отопительной системы на 10% -15%. Вторая часть заполняется водой из патрубка, подключенного к магистрали.
Для расчета объема расширительного бака в отопительной системе нужно узнать коэффициент его заполнения (Кзап). Эту величину можно взять из данных таблицы:
Таблица коэффициента заполнения расширительного бака
Помимо этого показателя потребуется определить дополнительные:
- Нормированный коэффициент теплового расширения воды при температуре +85°С, Е – 0,034;
- Общий объем воды в отопительной системе, С;
- Начальное (Рмин) и максимальное (Рмакс) давление в трубах.
Дальнейшие вычисления объема расширительного бака для системы отопления выполняются по формуле:
Если в теплоснабжении используется антифриз или другая незамерзающая жидкость – значение коэффициента расширения будет больше на 10-15%. Согласно этой методике можно с большой точность рассчитать вместимость расширительного бака в отопительной системе.
Объем расширительного бака не может входить в общий теплоснабжения. Это зависимые величины, которые рассчитываются в строгой очередности – сначала отопление, а уже потом расширительный бак.
Открытый расширительный бачок
Открытый расширительный бак
Для вычисления объема открытого расширительного бака в системе отопления можно воспользоваться менее трудоемкой методикой. К нему предъявляются меньшие требования, так как фактически он необходим для контроля уровня теплоносителя.
Главной величиной является температурное расширение воды по мере повышения ее степени нагрева. Этот показатель равен 0,3% на каждые +10°С. Зная общий объем отопительной системы и тепловой режим работы можно вычислить максимальный объем бака. При этом следует помнить, он может быть заполнен теплоносителем только на 2/3. Предположим, что вместимость труб и радиаторов составляет 450 л, а максимальная температура равна +90°С. Тогда рекомендуемый объем расширительного бака вычисляется по следующей формуле:
Vбак=450*(0,003*9)/2/3=18 литров.
Полученный результат рекомендуется увеличить на 10-15%. Это связанно в возможными изменениями общего расчет объема воды в системе отопления при установке дополнительных батарей и радиаторов.
Если открытый расширительный бак выполняет функции контроля уровня теплоносителя – максимальный уровень его заполнения определяется установленным дополнительным боковым патрубком.
Алгоритм действия расширительного бака
Схема расширительного бака
Расширительные баки применяются для устранения теплового расширения, принятия избытка теплоносителя, поддержания стабильного гидравлического давления в оборудовании. В закрытых схемах отопления устанавливаются герметичные баки с резиновой мембраной, для открытой – полые сосуды, соединенные с окружающей средой.
В системах отопления открытого типа лишний объем нагретой воды вытесняется в открытое пространство расширителя. В случае переполнения организуется перелив из расширителя в канализацию. Открытый сосуд устанавливается на верхней точке системы и одновременно выполняет функцию отвода воздушных пробок из системы отопления. Размер расширительного бака для отопления по открытой схеме при организации перелива теплоносителя выбирается произвольно, но не менее 5% от общего объема теплоносителя. В схемах с естественной циркуляцией (при отсутствии водопровода) бак используется для залива воды (теплоносителя).
Мембранный экспанзомат – герметичный сосуд, разделенный мембранной перегородкой на две камеры. К одной камере подключается отвод от системы отопления, в другую при производстве через специальный клапан закачивается воздух с давлением от 0,4 – 1,6 атмосфер. Объем бака зависит от общей вместимости оборудования по теплоносителю. Теплоноситель (вода), разогреваясь, расширяется и образовавшийся лишний объем его выдавливается в водяную камеру экспанзомата, создавая давление на мембранную перегородку. Мембрана выгибается в направлении воздушной камеры, усилие теплоносителя компенсируется давлением воздуха (воздух при этом сжимается). По этому принципу происходит компенсация давления в системе отопления. Гибкость мембраны и давление воздуха бачка расширительного бака для отопления закрытого типа поддерживает постоянную величину давления в системе.
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
Где и как установить расширительный бак
Мембранные расширительные баки рекомендуется устанавливать на обратной линии системы отопления, недалеко от котла, перед циркуляционным насосом, водяным патрубком вверх (горизонтальные баки: влево или вправо).
Рекомендуемый производителем способ установки мембранного расширительного бака Джилекс: 1-воздухоотводчик; 2-предохранительный клапан; 3-манометр; 4-корпус группы безопасности; 5-расширительный бак; 6-отопительный котел; 7-радиаторы отопления; 8-циркуляционный насос. Иллюстрация: ИЭ 1.1/2017ЛММембранный расширительный бак установлен правильно. Фото: Википедия
Не рекомендуется устанавливать экспанзоматы водяным патрубком вниз — это будет способствовать скоплению воздуха в баке, который будет невозможно удалить из системы. Также не рекомендуется устанавливать бак на напорной линии системы отопления, чтобы продлить срок службы мембраны.
Открытые расширительные баки по традиции монтируются в самом высоком месте дома так, чтобы труба, идущая от бака, входила в обратную линию системы отопления недалеко от входа в котел. Также требуется обеспечить удобство наполнения системы водой и контроль уровня воды в баке без дополнительных ухищрений.
Расчет экспанзомата для системы с котлом мощностью 31 кВт
Устройство газового котла со встроенным расширительным баком
Перед проведением расчетов по подбору расширительного бака следует знать, что большинство настенных котлов оборудованы встроенными расширительными баками. Объем встроенного бака указан в технической документации котла. При пересчете объема системы отопления по мощности котла (умножением 1кВт мощности по теплу на 15 литров) сверяют соответствие бака объему сооружаемой системы. При недостатке устанавливается дополнительный бак. Его объем рассчитывается за вычетом встроенного экспанзомата. Напольные котлы, как правило, не имеют встроенного оборудования.
Расчет выглядит следующим образом:
К = (ДМ – ДБ)/(ДМ+1) = (3,0 – 1,5)/(3,0 – 1) = 0,375
3,0 – давление в системе, максимальное, атм.;
1,5 – давление воздуха за мембраной, атм.;
0,375 – показатель эффективности бака, К.
Объем теплоносителя: В = 31х15 = 465 литров.
Тогда объем бака составит:
А = 465х0,04/0,375 = 49,6 литра.
Выбирается расширительный бак объемом не менее 50 литров с давлением воздуха в 1,5 атм. Общий способ подбора (10% от А) показывает необходимость применения бака объемом не менее 46,5 литров. В таком случае размер экспанзомата всегда округляется до большего объема – 50 литров.
Давление воздуха, включенное в расчет (1,5 атмосферы), можно изменить. На расширительных баках имеется встроенный клапан для заполнения воздухом. К нему можно подключить ручной насос и поднять давление в случае, если заводское давление составляет меньшую величину
При этом необходимо соблюдать осторожность – при значительном повышении давления можно повредить мембрану, поэтому процесс нужно контролировать по манометру. Клапан также выполняет функцию сброса давления при его поднятии до предельных значений. При расчете расширительного бака расчетный объем лучше увеличить на величину 5 – 10% — это мероприятие нивелирует погрешности расчета и не отразится на работе мембранного сосуда и комплекса отопления в целом
При расчете расширительного бака расчетный объем лучше увеличить на величину 5 – 10% — это мероприятие нивелирует погрешности расчета и не отразится на работе мембранного сосуда и комплекса отопления в целом.
Выбор мембранного расширителя
Какую разновидность выбрать (открытого или закрытого типа)
Есть два типа расширительных баков: мембранные (закрытые) и открытые баки.
Рассмотрим отличия и определимся с рациональным выбором.
Расширительный бак с мембраной (закрытый)
При установке этого оборудования требуется манометр, ниппель и предохранительный клапан.
Чтобы избежать вскипания воды, располагайте бак ближе к котлу на обратке. Тщательно закрепите бак. Вес устройства в процессе эксплуатации может меняться в большую сторону.
Открытый расширительный бак
Устанавливают такой бак на самом высоком уровне установки. Часто пользуются чердаком. Бак снабжен переливной трубой для сброса излишков теплоносителя. В случае утечки воды из системы вода из бака автоматически позволяет восстановить прежний объем. Расширитель оборудуют циркуляционной трубой, чтобы исключить замерзание теплоносителя.
Открытые баки используют редко из-за недостатков:
- массивная конструкция;
- создаются благоприятные условия для процесса коррозии;
- нельзя использовать при высоком давлении.
Как определить необходимый объем расширительного бака
Основная характеристика при выборе и установке расширительного мембранного бака – объем. Рассмотрим разные методы, которые используют для определения этого показателя.
Способ 1
Объем бака должен составлять 10% от объема воды используемой в качестве теплоносителя. Метод основан на том, что коэффициент расширения у воды при температуре 100 градусов не переходит границу 0,08. Неточность состоит в том, что не берется в расчет давление в отопительной системе.
Способ 2
Относится к достаточно точным и рекомендуется при выборе расширительного мембранного бака. Формула для расчета:
V = C*Bt / (1 – (Pmin /Pmax))/ Кзап.
Где:
V – количество жидкости в системе;
Bt – коэффициент, учитывающий расширение воды при изменении температуры;
P min – исходное значение давления;
P max – разрешенное давление. Используется при расчете предохранительного клапана;
Кзап. – коэффициент наполнения бака водой. Отражает максимальный объем теплоносителя, который может поместиться в бачке. Для расчета используют таблицу:
Образец расчета:
Количество воды в установке 800 литров;
Bt для воды с температурой 85 градусов составляет 0,034;
Исходное давление – 1,5;
Предельное давление – 5.0;
Величину коэффициента заполнения находим по таблице – 0.58
Объем бака: 0,034*800/ (1 — 1,5/5,0)/0,58 = 67 литров.
Полученный результат умножают на коэффициент резерва равный 1,25.
Полный объем: 67*1,25 = 83,75 л.
Выбираем бак, который по объему близок этому значению.
Допускается пользоваться таблицами. В качестве теплоносителя – вода.
В расчете принимают во внимание все узлы гидросистемы. Параметры берутся из документации по проектированию систем теплоснабжения объекта
Если такая возможность отсутствует, воспользуйтесь следующим способом определения необходимого объема
Читайте еще: Схемы подключения гидроаккумулятора для систем водоснабжения: особенности подсоединения гидробака
Способ 3
Расчет приблизительный, основанный на связи мощности отопительной системы с объемом воды – теплоносителя установки. Один кВт соответствует 15 литрам воды, циркулирующей по трубопроводам установки. Что касается Bt –коэффициента расширения, то он находится по специальным таблицам с учетом состава жидкости. Сейчас в систему вводят теплоноситель состоящий из смеси воды с гликолями. Это повышает эффективность теплоотдачи.
Показатель давления определяют в каждом узле тепловой установки. Допустимое давление принимается по самому большому значению. Именно на это давление настраивается предохранительный клапан.
Мембранные компенсационные баки снабжаются устройствами для контроля и регулирования давления. Для контроля используют манометры.
Как определить диаметр трубы, идущей к расширительному баку
Чтобы не загружать вас излишними формулами, посмотрите видео, где подробно рассказано о том, какие диаметры труб должны быть при установке мембранного расширительного бака в системе отопления:
Давление в расширительном бачке котла
Под давлением в расширительном бачке подразумевается начальное давление воздушной камеры ПУСТОГО резервуара при комнатной температуре. Это давление должно быть равно статическому давлению системы отопления после заполнения ее теплоносителем. Таким образом, мембрана будет находиться в равновесии и давление газа воздушной камеры будет компенсировать давление теплоносителя системы отопления и бак будет НЕ заполнен и обладать необходимым объемом для компенсации теплового расширения жидкости.
Статическое давление 1 метра водяного столба примерно равно 0,1 бар, то есть для контуров отопления квартир и малоэтажных домов оно будет менее 1 бара. Но, для нормальной работы газового котла, а именно насосного оборудования и воздухоотводчиков давление теплоносителя в закрытой системе должно быть не ниже величины, указанной производителем оборудования в паспорте или руководстве по эксплуатации котла. Вот выборка из руководства по эксплуатации некоторых популярных моделей котлов:
| Модель котла | Необходимое давление для нормальной работы котла | Примечание руководства по эксплуатации |
|---|---|---|
| Vaillant TEC | 0.8-2 бар | |
| Ariston EGIS 24 | 1-3(max) бар | Давление в расширительном баке 1 бар |
| Ariston CLASS | 1-1.5 бар | |
| BAXI ECO 4 | 0.7-1.5 бар | |
| BAXI ECO 5 | 1-1.5 бар | |
| Buderus U042 | 1-2 бар | Предварительное давление РБ = 0.5 бар |
При давлении в системе менее 0.7 бар большинство бытовых газовых котлов просто отключится. Отсюда видно, что для нормальной эксплуатации среднее значение составляет примерно 1.2 бара. Учитывая, что сама мембрана при определенных условиях (когда стремится принять равновесное положение) может создавать дополнительное давление, то начальное давление зарядки пустого расширительного бачка можно установить на 0.2-0.4 бара ниже компенсируемого. То есть можно определенно утверждать, что для большинства закрытых систем отопления малоэтажных домов или квартир давление в расширительном бачке системы отопления допустимо на уровне 0.8-1 бар.
Для нестандартных систем расчеты производятся на этапе проектирования, вычисляется объем жидкости в системе, необходимый объем расширительного бака, коэффициенты полезного объема РБ и начальное давление зарядки должно быть известно пользователю.
Как проверить давление в расширительном бачке отопления
Проверка давления в расширительном бачке отопления производится ручным манометром, так как в большинстве случаев воздушная камера бачка оснащается обычным ниппелем, таким же как на колесе автомобиля или велосипеда. В случае если речь идет о настенном газовом котле – компенсатор как правило, расположен на задней стенке и до него бывает не так просто добраться, особенно если котел висит в нише или в шкафу. Поэтому удобнее всего воспользоваться компактным шинным манометром с возможностью фиксации показаний.
Если в результате проверки выяснилось, что давление недостаточно – необходимо это исправить. Отсутствие надлежащего давления может принести пользователю неприятности в виде аварийных остановок котла или сброса избытка давления через предохранительные устройства. Доводить до таких ситуаций не желательно и согласно рекомендаций большинства производителей котельного оборудования – давление расширительного бачка должно контролироваться 1 раз в год при проведении технического обслуживания.
Производить “подкачку” бака нужно только тогда, когда он полностью пустой. Так как конструктивно он располагается на котле – будет достаточно слить воду с котла. Подкачивать можно любым доступным способом. Практика показывает, что проще всего это сделать обычным велосипедным насосом и проконтролировать ручным манометром. В случае, если давление в воздушной камере расширительного бака не может компенсировать давление водяной камеры, также есть вероятность повреждения мембраны или клапана.
Выводы
Для установки давления необходимо руководствоваться параметрами Вашей системы отопления, а также рекомендациями изготовителя бачка и котельного оборудования. Для большинства закрытых систем отопления малоэтажных домов или квартир давление в расширительном бачке можно установить на уровне 0.8-1 бар. Регулярное проведение технического обслуживания, в которое входит контроль давления РБ, поможет избежать нежелательных проблем в течение всего отопительного сезона.
Рекомендуем также посмотреть короткий видеоролик, в котором специалист компании Bosch рассказывает и показывает, каким образом проверить и накачать давление в расширительном баке
Как проверить и накачать расширительный бак. Какое должно быть давление в установленном расширительном баке
Перед установкой расширительного бака требуется провести проверку давления. Для нормальной работы всей системы это важный момент. Определитесь, где у вашего гидроаккумулятора находится воздушная камера. При покупке аппарата вы получаете инструкцию, в которой есть схемы подключения и внутреннее устройство бачка. Снимите или открутите заглушку со стороны воздушной камеры. Под ней располагается золотник, такой как на камере автомобильного колеса. Замерьте давление в воздушной камере.
Как правило, техническая документация содержит такую информацию. Полагаться на эти цифры не стоит. В процессе транспортировки, да и просто со временем, какое-то количество воздуха может выйти из системы через неплотности в соединениях. Неправильный установленный перепад давления в воздушной камере и системе отопления постепенно снизит эффективность работы всей тепловой установки. Перед замерами не надо заполнять бак водой. Просто заполните систему водой.
Теперь надо подогнать перепад давления под свою тепловую установку. Допустим, рабочее давление в трубах составляет 1,3 бар. Разница между давлением в системе и воздушном отсеке бака должна быть оптимально 0,3 бар. Таким образом мембрана всегда будет всегда поджата со стороны теплоносителя. Это необходимо, чтобы при снижении температуры в отопительной системе не происходило засасывание воздуха в воду. Слабым местом в этом случае являются воздухоотводчики работающие в автоматическом режиме. Именно они могут пропускать воздух в тепловую систему, а это недопустимо. Если нужный перепад не соответствует требованиям, требуется подкачать или стравить воздух из камеры бака.
После процедуры замеров заполните трубы водой, и запускайте котел.
Как правильно рассчитать объём бачка для систем отопления?
Чтобы правильно рассчитать объем расширительного резервуара, учитывают несколько факторов, которые влияют на этот показатель:
- Ёмкость экспансомата напрямую зависит от количества воды в отопительной системе.
- Чем выше допустимое значение давления в системе, тем меньшего размер бачок вам потребуется.
- Чем выше температура, до которой нагревается теплоноситель, тем больше должен быть объем устройства.
Справка. Если подобрать расширительный резервуар слишком большого объёма, то он не обеспечит необходимого давления в системе. Маленький бак не сможет вместить в себя весь излишек теплоносителя.
Формула расчёта
Vб=(Vс * Z)/N, в которой:
Vc — объём воды в системе отопления. Чтобы рассчитать этот показатель, умножьте мощность котла на 15. Например, если мощность котлоагрегата составляет 30 кВт, то количество теплоносителя будет 12*15 = 450 л. Для систем, где задействуют аккумуляторы тепла, к полученной цифре надо прибавить ёмкость каждого из них в литрах.
Z — показатель расширения теплоносителя. Этот коэффициент для воды составляет 4%, соответственно при расчёте берём число 0.04.
Внимание! Если в качестве теплоносителя используется другое вещество, то берётся соответствующий ему коэффициент расширения. Например, для 10-%-ного этиленгликоля он составляет 4.4%. N — показатель эффективности расширения бака
Поскольку стенки прибора изготовлены из металла, он может немного увеличиваться или уменьшаться в объёме под воздействием давления. Чтобы вычислить N, понадобится следующая формула:
N — показатель эффективности расширения бака. Поскольку стенки прибора изготовлены из металла, он может немного увеличиваться или уменьшаться в объёме под воздействием давления. Чтобы вычислить N, понадобится следующая формула:
N= (Nmax—N)/(Nmax+1), где:
Nmax — максимальный показатель давления в системе. Это число равно от 2.5 до 3 атмосфер, чтобы узнать точную цифру, посмотрите, на какое пороговое значение настроен предохранительный клапан в группе безопасности.
N — начальное давление в расширительном резервуаре. Эта величина составляет 0.5 атм. на каждые 5 м высоты системы отопления.
Продолжая пример с котлом мощностью 30 кВт, допустим, что Nmax — 3 атм., высота системы не превышает 5м. Тогда:
N=(3—0.5)/(3+1)=0.625;
Vб = (450*0.04)/0.625 = 28.8 л.
Важно! Объёмы расширительных баков, имеющихся в продаже, соответствуют определённым стандартам. Поэтому не всегда возможно купить бак ёмкостью, точно совпадающей с расчётным значением. В такой ситуации приобретайте устройство с округлением в бо́льшую сторону, поскольку если объем будет немного меньше необходимого, это может нанести вред системе
В такой ситуации приобретайте устройство с округлением в бо́льшую сторону, поскольку если объем будет немного меньше необходимого, это может нанести вред системе.
Итоговый расчет
Определив суммарное количество теплоносителя в котельном агрегате и контуре, можно выполнить расчет объёма расширительного бака.
Для этого можно воспользоваться формулой , с учетом, что:
- для воды – 4%;
- для этиленгликоля 10% – 4,4%;
- для этиленгликоля 20% – 4,8%.
сист
Если параметр D не указан в паспорте бака, его рассчитывают, используя формулу , при этом:Рмакс – показатель максимально допустимого давления в системе (в соответствии с этим параметром выполняется заводская настройка предохранительного клапана);Рнач – давление в воздушной камере бака при первоначальной накачке.
Выбирая бачок, следует обратить внимание на максимально допустимые рабочие параметры:
- температура теплоносителя – до 120°С;
- давление в системе – до 6-10 Бар.
Устанавливать допускается только мембранный бак, рабочие показатели которого несколько превышают расчетные значения.
Выводы
Чтобы отопительная система работала правильно, необходимо знать, как рассчитать расширительный бак для отопления. Кроме того, устройство следует настроить согласно инструкции от производителя или самостоятельно.
Во втором случае воздушную камеру при помощи ручного насоса закачивается воздух с таким расчетом, чтобы давление в этой камере было на 0,2 атмосферы ниже рабочего давления котельного агрегата.
Правильный расчет и настройка мембранного бака помогут обеспечить стабильное давление в отопительном контуре во время его эксплуатации.
Видео по теме:
