Расширительный бачок системы отопления: какие бывают и для чего служат?

Автономные отопительные системы пользуются большой популярностью при загородном строительстве. Их создание позволяет владельцу жилища чувствовать себя независимым от коммунальных служб, значительно экономить на счетах за отопление. Более того, в ряде случаев, подключение к магистральной системы теплоснабжения является попросту невозможным. В общих чертах индивидуальная отопительная система в частном доме с жидким теплоносителем состоит из устройства, нагревающего воду (оно может работать на разных типах топлива) и системы оборота горячего теплоносителя.

Проектирование и строительство системы оборота воды играет важную роль в создании качественной системы автономного отопления. Она состоит из нескольких составных частей, а среди них расширительный бачок для отопления играет не самую последнюю роль, если не решающую! Для полноценного функционирования системы бачок просто необходим, он делает систему более целостной и без него функционирование невозможно в принципе! Это как автомобиль, который может ехать только в том случае, если все его узлы и агрегаты настроены и нормально функционируют!

Внешний вид расширительного бачка для отопления

Основные функции расширительного бачка для отопления или зачем он вообще нужен?

На расширительный бачок в индивидуальных системах отопления возложена важная роль приема излишней части воды-теплоносителя. При нагреве вода может изменять свой объем, а в системах отопления температура теплоносителя не является постоянной величиной. Таким образом, при создании полностью замкнутой герметичной системы оборота горячей воды возникает существенный риск разрыва соединительных элементов в следствии повышения давления. Вода является практически несжимаемым веществом и перед ее напором не может устоять даже самое надежное соединение из паянного пластика, а также из любых металлов.

Рассмотрим, как работает в системе индивидуального отопления расширительный бачок, какие бывают типы расширительных бачков, как правильно выбрать данное оборудование и какие тонкости необходимо учесть при его установке в частном доме.

Принципы работы расширительного бачка

Приведем простой физический пример. Допустим температура жидкого теплоносителя-воды в нашей системе отопления поднялась всего лишь на 10 градусов. Это может быть связано с более интенсивной работой нагревающего устройства, вызванного пониженной температурой на улице. После такого подъема температуры объем воды, циркулирующей в замкнутой системе увеличиться на 0,3 процента.

Казалось бы – не очень-то большая величина. Однако вода (или антифриз, используемый в качестве теплоносителя) несжимаема, то-есть в системе постепенно возникает сильное избыточное давление. Чтобы такое давление не разрушило соединительные элементы отопительной системы – воде необходимо дать пространство для расширения. Таким пространством и будет расширительный бачок. При холодном теплоносителе он заполнен не полностью, а вот при нагреве уровень воды в нем увеличивается, что сохраняет давление в системе оборота воды на нормальном уровне.

Устройство расширительного бака

В смонтированной и готовой к работе индивидуальной системе отопления с жидким теплоносителем расширительный бачок выглядит примерно так, как показано на приведенном рисунке (рис. 2). В некоторой литературе данное устройство называется «экспансоматом» — от английского термина «расширение» — экспансия).

Различают следующие основные типы расширительных бачков для систем отопления:

• Бачок закрытого типа.
• Бачок открытого типа.

Расширительный бачок открытого типа

В старых системах отопления часто применялся расширительный бачок открытого типа. До сих пор такие устройства монтируют в системах, в которых отсутствуют циркуляционные насосы, обеспечивающие оборот теплоносителя.

Расширительный бачок открытого типа

Однако, бачок такой системы имеет свой недостатки:

• Прежде всего в такой системе необходимо постоянно следить за уровнем теплоносителя.
• Вода из такой системы может испаряться.
• Баки открытого типа быстро ржавеют при контакте с водой.
• Конструкция системы с бачком открытого типа предполагает его установку исключительно в верхней точки, что не всегда возможно, да и просто трудоемко.

Расширительный бачок закрытого типа

В системах, в которых теплоноситель циркулирует по контурам посредством работающих насосов ставятся исключительно расширительные бачки закрытого типа.

схема работы бачка

Это уже более сложное устройство, в котором имеется специальная мембрана, расположенная в герметично закупоренной емкости для теплоносителя.

Мембраны в таких бачках разделяют на диафрагменные и баллонные. В любом случае мембрана делит емкость на две части. В первой находится закачанный под давлением инертный газ (для предотвращения коррозии) или обычный воздух, а во вторую при повышении давления в системе отопления поступают излишки теплоносителя.

Как только температура теплоносителя в такой системе увеличивается, то лишняя его часть устремляется в расширительный бачок. Мембрана меняет свою конфигурацию (примерно как воздушный шарик) и объем воздуха или газа в другой части расширительного бачка уменьшается. Газы, как известно довольно легко сжимаются, но и стремятся к расширению.

При остывании теплоносителя расширяющееся газы толкают мембрану и выталкивают излишки теплоносителя обратно в систему отопления.

Типы закрытых расширительных бачков

При одинаковом принципиальном устройстве – расширительные бачки закрытого типа могут делиться еще на несколько видов:

1. Бачок со сменяемой мембраной, также называемый фланцевым.
2. Бачок с несменяемой мембраной.

Стоимость бачков второго типа ниже и они пользуются большей популярностью у потребителей. Однако бачки со сменяемой мембраной могут выдержать большие перепады давления в системе, что резко повышает их эффективность. Кроме того, они более ремонтопригодны и мембрана при повреждении может быть заменена.

Фланцевый расширительный бачок может исполняться в двух вариантах: в вертикальном и в горизонтальном. Отличительной особенностью расширительных бачков такого типа является отсутствие контакта теплоносителя с поверхностью бака. Расширяющаяся жидкость находится внутри своеобразного кокона из мембраны, поэтому на поверхности бачка отсутствуют причины для коррозии. Такую мембрану достаточно легко менять.: просто откручивается фланец и выполняются ремонтные работы.

В мембранных расширительных бачках наибольший риск повреждения мембранного элемента возникает в момент пуска системы, когда в ней скачкообразно возрастает давление.

При нахождении в системе больших объемов теплоносителя нормальный уровень давления производится посредством манометра. Такой прибор соединяется с предохранительным клапаном, пороговое значение срабатывания для которого в частом доме устанавливается на 3-4 бара.

Как выбрать и установить расширительный бачок

Прежде всего – выбираемый расширительный бачок по своим геометрическим размерам должен соответствовать объему теплоносителя, находящегося в системе. Обратите на это особое внимание при выборе. Приобретение чрезмерно маленького бачка может свести всю его эффективность к нолю.

Особое внимание обратите на характеристики мембранного устройства. Оно должно сохранять свои рабочие свойства при всем диапазоне температур, планируемых в отопительной системе. Также мембрана должна выдерживать возможные скачки давления, для чего в ней должен иметься определенный запас гибкости.

Устанавливать расширительный бачок в отопительную систему частного дома необходимо согласно подготовленному проекту, если вы сами не с состоянии подготовить такой проект — обязательно обратитесь за помощью к профессионалам!

Помните, что открытые бачки для расширения теплоносителя могут устанавливаться исключительно в верхней части отопительной системы. Обычно в них присутствует резьбовое соединение, расположенное в нижней части устройства.

При этом расширительный бачок закрытого типа можно установить в любом месте системы отопления . Желательно, чтобы место его монтажа находилось непосредственно после циркуляционного насоса по ходу движения теплоносителя.

Обратите внимание, что расширительный бачок любого типа при наполнении его водой значительно увеличивает свою массу, что накладывает дополнительные требования к прочности системы его крепления. Предусмотрите наличие свободного доступа к отопительному бачку, особенно к устройствам со сменяемой мембраной.

При установке расширительного бачка в обязательном порядке в системе отопления также устанавливается манометр и защитный клапан, который будет служить «последним рубежом обороны» при незапланированном чрезмерном расширении теплоносителя.

Если вы тщательно выберите и грамотно всё смонтируете – можете быть уверены в долгой и бесперебойной работе контуров обогрева.

Обучающее видео по работе расширительного бачка для отопления в частном доме

Как выбрать расширительный бак?

Расширительные бачки (они же гидроакумуляторы, мембранные баки, компенсаторы) для систем отопления – это своеобразная система безопасности. Они устанавливаются только в закрытых системах отопления, для компенсации давления, которое возникает при расширении теплоносителя в процессе нагрева.

Если бы расширительного бака не было, или установленная емкость меньше объема, чем нужно, в системе может возникнуть критическое давление, которое повредит запорную арматуру, оборудование, систему трубопроводов. Чтобы этого не произошло, важно знать, как правильно выбрать расширительный бак для отопления.

Расчеты при подборе расширительного бака

В проектных расчетах при подборе расширительного бака участвуют:

• Объем бака;
• Диаметр подключения емкости;
• Суммарный объем теплоносителя;
• Начальное давление внутри емкости (между баллоном и мембраной);
• Эксплуатационное давление внутри системы отопления;
• Вид теплоносителя.

Упрощенная же схема расчета для бытовых систем учитывает всего 2 параметра – объем теплоносителя и 10-25% запас по объему мембранного бака.

Обратите внимание на следующие зависимости при расчете объема мембранного бака:

• Чем больше литров в системе отопления, тем больше требуется мембранный бак;
• Чем ниже рабочая температура отопления, тем меньше бак;
• Чем сильнее расширение теплоносителя, тем больше мембранный бак.

Помимо того, что бак компенсирует расширение, он также создает определенный запас теплоносителя, так называемый эксплуатационный запас. Он призван компенсировать небольшие утечки, испарение, потери жидкости при обслуживании фильтров или насосов.

Как рассчитать объем бака?

Вода, нагретая до 80 градусов, расширяется примерно на 5%. Следовательно, если у вас высокотемпературная система отопления, лучше взять двойной запас и выбрать емкость, которая будет составлять 10% от общей емкости отопления.

Суммарный литраж системы составляет 120 литров, значит, расширительный бак лучше взять от 12 л в объеме.

Для низкотемпературных систем достаточно запаса в 3 % на тепловое расширение, следовательно – 6 % от общего объема системы. Естественно, данный расчет достаточно грубый, не включает расчетов по давлению, однако им легко пользоваться при монтаже бытовых систем отопления.

Особенности конструкции

В рамках выбора бака для отопления важно также знать принцип работы устройства:

• Имеется герметичный баллон, внутри которого установлена эластичная резиновая мембрана;
• В процессе расширения теплоносителя жидкость выдавливает мембрану, а воздух, который находится с другой стороны, компенсирует расширение;
• Если происходит утечка теплоносителя, или падает температура, воздух выдавливает теплоноситель обратно в систему трубопровода.

Для контроля давления воздуха в баке предусмотрен ниппель, с помощью которого можно подкачать давление.

Диаметр подключения расширительного бака лучше взять сопоставимый с сечением подходящего трубопровода. Это дешевле, проще в монтаже и обслуживании, не приведет к лишнему напряжению внутри системы отопления при резком повышении температуры.

Компания «АкваПоинт» предлагает расширительные баки от ведущего производителя Zilmet. Мы поможем подобрать все элементы для систем отопления не только жилых домов, но и промышленных объектов.

Расчет объема расширительного бака для закрытой системы отопления

Расширительный бак – это емкость, являющаяся частью жидкостной отопительной системы, и предназначенная для приема избыточного количества воды, которое возникает при ее нагревании и одновременном тепловом расширении. Подобные изделия, также называемые гидроаккумуляторами, применяются для балансировки автономных сетей обогрева. Проще говоря, основные задачи расширительного бака – это выравнивание количества нагретого до высоких температур теплоносителя и поддержка заданного давления. Ну а то, насколько эффективно гидроаккумулятор будет справляться с этими задачами, зависит от того, насколько правильно выбран его внутренний объем. Поскольку он может быть абсолютно разным, этот выбор зависит от определенных условий. Поэтому в данном материалы будет рассмотрен вопрос того – как рассчитать объем расширительного бака для закрытой системы отопления?

Принцип работы расширительного бака

Перед переходом к рассмотрению методики расчета объема гидроаккумулятора отопительной системы, нужно изучить принцип функционирования любого подобного устройства. Его нужно знать потому, что хотя такие емкости функционально довольно просты, их важность не стоит недооценивать. Ведь ошибка в расчетах габаритов расширительного бака может стать причиной выхода из строя всей сети обогрева и значительных затрат на ее восстановление. Стандартный гидроаккумулятор представляет собой герметичную металлическую емкость, внутреннее пространство которой на две части разделяет специальная эластичная мембрана. При этом, в верхнюю его полость закачивается воздух, создающий необходимое давление в системе. А в нижнюю полость подается горячая жидкость, которая постоянно соприкасается с мембраной.

В процессе функционирования системы отопления разогретый теплоноситель расширяется и его избыточное количество поступает в гидроаккумулятор, передвигая мембрану в направлении воздушной камеры, в которой одновременно повышается давление. А когда жидкость постепенно остывает, сжатый воздух начинает вытеснять воду из бака обратно в коммуникации сети обогрева. Именно так в ней и поддерживается необходимое давление. Соответственно, несложно догадаться, что слишком крупный расширительный бак не сможет создать необходимое давление в системе. В свою очередь, слишком маленькая емкость не сможет принять избыточное количество воды, что быстро приведет к повреждению трубопроводов и другого теплотехнического оборудования. Поэтому бак расширительный для отопления всегда устанавливается в подобной инженерной системе в обязательном порядке.

Приблизительное содержание теплоносителя в системах отопления

Определение оптимального объема расширительного бака нужно начинать с выяснения количества жидкости, которая заполняет конкретную сеть обогрева. Этот параметр равняется сумме объемов котла, всех трубопроводов и остальных отопительных приборов. Говоря о приблизительных цифрах, можно принять во внимание, что на 1 кВт мощности в разных системах приходится:

• При использовании радиаторов – 10,5 л теплоносителя;
• При использовании конвекторов – 7 л теплоносителя;
• При использовании теплых полов – 17 л теплоносителя.

При этом, необходимо отметить, что точный расчет вместимости системы отопления довольно сложен, поэтому выполнить его качественно могут только специалисты. В ином случае владельцы частного дома смогут определить его весьма приблизительно. Для этого обычно принимается, что на 1 кВт мощности имеющегося котла приходится 15 л теплоносителя. Соответственно, если мощность теплогенератора составляет 20 кВт, приблизительное количество жидкости в системе составит: 20 кВт х 15 л = 300 л.

Критерии выбора объема расширительного бака

Содержание теплоносителя в сети обогрева – не единственный фактор, влияющий на выбор гидроаккумулятора. Оптимальный размер расширительного бачка отопительной системы зависит от трех параметров:

• Объема жидкости в системе – чем он больше, тем крупнее должны быть габариты гидроаккумулятора;
• Температуры жидкости – чем сильнее она нагревается, тем вместительней должна быть расширительная емкость;
• Давления в системе – чем выше его максимально допустимый уровень, тем меньше должен быть объем бака.
• Общей высоты элементов системы – чем меньше расстояние от места установки гидроаккумуляторадо верхней точки сети, тем меньше должен быть объем бака .

Таким образом, правильный объем бытового расширительного бака находится в прямой зависимости от количества и температуры теплоносителя, и в обратной зависимости – от уровня давления в сети обогрева.

Коэффициент роста объема воды и водогликолевой смеси зависимо от температуры

Как известно, все жидкости расширяются при нагревании. Поэтому данный факт нужно принимать во внимание в процессе расчета объема бака расширительного для отопления. Так, при нагревании до 95 °С вода увеличивается в объеме на 4 %. Важно, что эта цифра является достаточно точной, чтобы ее можно было без опасений использовать в расчетах. Однако, необходимо знать, что все несколько сложнее, если в качестве теплоносителя в сети обогрева используется водогликолевая смесь. В таком случае все зависит от количества этиленгликоля в ее составе, а коэффициент расширения рабочей жидкости определяется следующим образом:

• 4 % х 1,1 = 4,4 % – если количество этиленгликоля составляет 10 % от общего объема теплоносителя;
• 4 % х 1,2 = 4,8 % – если количество этиленгликоля составляет 20 %;
• 4 % х 1,3 = 5,2 % – если количество этиленгликоля составляет 30 %, и далее по аналогии.

Также нужно подчеркнуть, что указанные выше величины будут изменяться в зависимости от температуры, до которой нагревается теплоноситель. Так, при 80 °С коэффициент расширения воды составляет 0,029. А если 10 % ее объема заместить этиленгликолем, коэффициент составит 0,032. В свою очередь, равнопропорциональная смесь гликоля с водой (по 50 %) будет иметь коэффициент расширения 0,0436. Разобравшись с основными критериями и величинами, используемыми при расчете вместимости гидроаккумулятора, можно переходить к непосредственному подсчету его оптимального объема.

Формула расчета объема расширительного бака системы отопления

Для подбора оптимального размера гидроаккумулятора обычно применяется следующая специальная формула:

V = (VL x E) / D

В ней используются следующие обозначения:

• VL – общая емкость отопительной системы, включающая объем котла, всех тепловых аккумуляторов (конвекторов, радиаторов и не только), а также вместимость трубопроводов;
• Е – коэффициент расширения используемой рабочей жидкости (теплоносителя);
• D – эффективность расширительного бака (мембранного типа).

При этом, последняя величина зависит от двух параметров:

PV – максимального рабочего давления в системе и PS – давления зарядки мембранного бака. Для упрощения расчетов, в случае с частными домами принято считать достаточным PV = 2,5 бар. В свою очередь, PS должно равняться статическому давлению в сети обогрева и принимается 0,5 бар = 5 м.

Пример расчета объема расширительного гидроаккумулятора

Для наглядности рассмотрим пример с частным домом площадью 200 м2, работу автономной системы отопления которого обеспечивает котел мощностью 20 кВт. Частью его сети обогрева высотой 5 м также является теплоаккумулятор объемом 700 л. Расчет начинается с выяснения общего объема теплоносителя:

VL = (20 х 15) + 700 = 1000 л

где 20 кВт – мощность котла; 15 л – удельный объем теплоносителя на 1 кВт мощности котла, а 700 л – объем аккумулирующей емкости.

Теперь можно переходить к расчету эффективности мембранного бака по формуле: D = (PV – PS) / (PV + 1)

Для данного примера принято, что PV = 2,5 бар и PS = 0,5 бар. Соответственно:

D = (2,5 – 0,5) / (2,5 + 1) = 0,57

После этого можно определять непосредственный объем расширительного бака:

V = 1000 х 0,04 / 0,57 = 70,18 л где 0,04 – коэффициент расширения теплоносителя, в качестве которого в этом примере выступает обычная вода.

Поскольку в каталогах всех производителей присутствуют гидроаккумуляторы стандартных типоразмеров, крайне редко выпадает возможность купить расширительный бак с таким объемом, который будет полностью соответствовать расчетному. Поэтому, результат подсчетов нужно округлять в большую сторону и приобретать емкость следующего более крупного размера. В данном случае подходит стандартная вместимость бака 80 л.

Округление вместимостей в большую сторону важно еще и потому, что расширительные баки в системах отопления необходимы не только для компенсации меняющихся объемов теплоносителей, но и для пополнения их возможных незначительных утечек. Для этого в таких резервуарах предусматриваются запасы жидкостей, называемые эксплуатационными объемами. Специалисты рекомендуют, чтобы они составляли не менее 3 % емкостей систем отопления.

Дополнительные рекомендации

В отличие от устаревших открытых гидроаккумуляторов, которые уже почти не используются, современные расширительные баки закрытого типа можно монтировать в любых частях систем отопления, а не только в их самых высоких точках. В этом заключается значительное преимущество таких мембранных компенсаторов давления. При этом, небольшие бачки объемом 20 — 25 л устанавливают, зачастую, вместе с циркуляционным насосом, мощностью, приблизительно, 1,2 кВт. А более крупные емкости, вмещающие 20 — 60 л, объединяют с нагнетателями жидкости мощностью до 2,0 кВт. Обязательное использование циркуляционных насосов в современных системах отопления обусловлено тем, что создаваемая ими принудительная циркуляция позволяет сделать такую сеть значительно более эффективной, по сравнению с сетями с естественной циркуляцией.

Кроме того, на рынке присутствуют и компенсирующие устройства больших объемов на 100 — 200 л. Такие изделия, кроме своего прямого назначения, способны выполнять функцию накопительных резервуаров для нагретой воды. Хотя, использовать их в таком качестве можно только в случае отключения основного источника горячего водоснабжения на относительно короткий срок. Как было упомянуто выше, стандартные типоразмеры тепловых расширительных емкостей могут быть абсолютно разными. Поэтому среди них встречаются даже модели с настолько большими габаритами, которые не проходят в обычные дверные проемы. В этом случае одну огромную емкость стоит заменить на несколько менее крупных. Самое главное, чтобы их суммарный объем равнялся расчетному. Тогда система отопления будет находиться в безопасности от перепадов давления расширяющегося теплоносителя.

Источник https://kamin-expert.ru/kotlyi/vodonegrevateli/rasshiritelnyiy-bachok-dlya-otopleniya.html

Источник https://www.aquapoint.ru/articles/kak-vybrat-rasshiritelnyi-bak/

Источник https://modernsys.com.ua/raschet-obema-rasshiritelnogo-baka-dlya-zakrytoy-sistemy-otopleniya.html

Источник