Для чего нужен расширительный бак?
В процессе нагрева вода имеет свойство расширяться – при повышении температуры увеличивается объем жидкости. В контуре отопительной системы начинает расти давление, которое разрушительно может воздействовать на газовое оборудование и целостность труб.
Расширительный бак (экспанзомат) выполняет функцию дополнительного резервуара, в который давлением выдавливает образовавшиеся в результате нагрева излишки воды. Когда жидкость остывает и давление стабилизируется, она по трубам возвращается обратно в систему.
Расширительный бак выполняет функцию защитного буфера, он гасит гидроудары, которые постоянно образуются в системе отопления из-за частого включения и выключения насоса, а также исключает вероятность возникновения воздушных пробок.
Чтобы уменьшить вероятность образования воздушных пробок и не допустить повреждения газового котла гидроударом, расширительный бачок следует монтировать перед теплогенератором, на обратке
Существует два разных варианта исполнения демпферных емкостей: открытые и закрытые типы. Они отличаются не только конструкцией, но и способом, а также местом монтажа. Рассмотрим особенности каждого из этих типов подробнее.
Расширительный бак открытого исполнения
Бачок открытого типа монтируют в верхней точке системы отопления. Изготавливаются емкости из стали. Чаще всего они имеют прямоугольную или цилиндрическую форму исполнения.
Обычно устанавливают такие расширительные баки на чердаке или мансарде. Возможен монтаж под крышей
Обязательно нужно уделить внимание теплоизоляции конструкции
В структуре емкости открытого типа имеется несколько отводов: для ввода воды, отвода остывшей жидкости, подвод контрольной трубы, а также выводная трубка для отвода теплоносителя в канализацию. Подробнее об устройстве и видах бака открытого типа мы писали в другой нашей статье.
Функции бака открытого типа:
- контролирует уровень теплоносителя в контуре отопления;
- если в системе температурный режим понизился, он компенсирует объем теплоносителя;
- когда меняется давление в системе, бак выполняет функцию буферной зоны;
- излишки теплоносителя удаляет из системы в канализацию;
- выводит воздух из контура.
Несмотря на функциональность открытых расширительных баков, они уже практически не используются. Поскольку имеют множество недостатков, например, большой размер емкости, склонность к коррозии. Их установка производится в системы отопления, которые работают только с естественной циркуляцией воды.
Экспанзомат закрытого типа
В системах отопления с закрытым контуром обычно монтируется расширительный бак мембранного типа, он оптимально подходит для любого типа газового котла и обладает большим количеством преимуществ.
Экспанзомат – это герметическая емкость, которая посредине разделена эластичной мембраной. В первой половине будут размещаться излишки воды, а во второй – обычный воздух или азот.
Закрытые расширительные баки для отопления, как правило, окрашены в красный цвет. Внутри бачка расположена мембрана, она выполнена из резины. Необходимый элемент для поддержания давления в расширительном бачке
Компенсационные баки с мембраной могут выпускаться в виде полусферы или в форме баллона. Что вполне подходит для использования в системе отопления с газовым котлом. Рекомендуем детальнее ознакомиться с особенностями монтажа баков закрытого типа.
Достоинства мембранных типов бачков:
- простота самостоятельной установки;
- устойчивость к коррозии;
- работа без регулярной доливки теплоносителя;
- отсутствие контакта воды с воздушной средой;
- работоспособность в условиях повышенной нагрузки;
- герметичность.
Газовое навесное оборудование обычно комплектуется расширительным баком. Но не всегда дополнительный резервуар с завода настроен правильно и может сразу же включатся в работу отопления.
Влияние «теплого пола» на расход теплопереносчика
При монтаже в доме теплого пола, расчет расхода теплоносителя рассчитывают с учетом общей длины контуров и типа использованных труб. Причем на трубы подогрева пола и «обратку» приходится большая часть объема системы.
Для подсчета общей емкости отопления требуется, чтобы производительности отопительного прибора хватало для достижения требуемой температуры во всех помещениях жилья. В случае превышения показателей максимального объема котел будет работать с повышенным износом. Для определения потребного количества переносчика тепла можно воспользоваться выражением:
V общий = V котла + V радиаторов и труб + V расширит. бака
Расчет мощности отопительного котла
Котел в составе системы отопления предназначен для компенсации теплопотерь здания. А также, в случае двухконтурной системы или при оснащении котла бойлером косвенного нагрева, для согревания воды на гигиенические нужды.
Одноконтурный котел производит только нагрев теплоносителя для отопительной системы
Для определения мощности котла отопления необходимо рассчитать затраты тепловой энергии дома через фасадные стены и на нагрев сменяемой воздушной атмосферы внутренних помещений.
Требуются данные по теплопотерям в киловатт-часах за сутки – в случае условного дома, обсчитанного в качестве примера, это:
271,512 + 45,76 = 317,272 кВт·ч,
Где: 271,512 – суточные потери тепла внешними стенами; 45,76 – суточные теплопотери на нагрев приточного воздуха.
Соответственно, необходимая отопительная мощность котла будет:
317,272 : 24 (часа) = 13,22 кВт
Однако такой котел окажется под постоянно высокой нагрузкой, снижающей его срок службы. И в особенно морозные дни расчетной мощности котла будет недостаточно, поскольку при высоком перепаде температур между комнатной и уличной атмосферами резко возрастут теплопотери здания.
Поэтому выбирать котел по усредненному расчету затрат тепловой энергии не стоит – он с сильными морозами может и не справиться.
Рациональным будет увеличить требуемую мощность котлового оборудования на 20%:
13,22 · 0,2 + 13,22 = 15,86 кВт
Для вычисления требуемой мощности второго контура котла, греющего воду для мытья посуды, купания и т.п., нужно разделить месячное потребление тепла «канализационных» теплопотерь на число дней в месяце и на 24 часа:
493,82 : 30 : 24 = 0,68 кВт
По итогам расчетов оптимальная мощность котла для коттеджа-примера равна 15,86 кВт для отопительного контура и 0,68 кВт для нагревательного контура.
Подбор циркуляционного насоса
Циркуляционный насос помогает выявить потери давления на всех участках трубопровода. Для определения давления, требуемого насосу, чтобы прокачать теплоноситель по системе, используют формулу: P = Rl + Z, где:
- Р — уменьшение давления в магистрали (Па);
- R — относительное противодействие сцеплению (Па/м);
- l — длина трубы одного отрезка теплопровода (м);
- Z — уменьшение давления в узкоколейных зонах (Па).
Такие вычисления крайне неудобные и трудоемкие, тогда как для определения значения Rl всех участков трубопровода достаточно воспользоваться таблицами Шевелева. Необходимо помнить, что производительность насоса — это суммарное потребление теплоносителя, а не емкость системы теплоснабжения.
4 Выбор циркуляционного насоса
циркуляция рабочей жидкости ускоряется
Насосы сухого типа применяются в системах с большой протяженностью. Электродвигатель и рабочая часть разделены уплотнительными кольцами, которые необходимо менять один раз в три года. Теплоноситель с ротором не контактирует. К преимуществам насосов данного типа можно отнести высокую производительность — примерно 80%. Из недостатков выделяют высокий уровень шума и контроль за отсутствием пыли в двигателе.
Следовательно, выбирая циркуляционный насос, необходимо сделать расчет потребности помещения в теплоэнергии, а также выяснить значение общего гидравлического сопротивления системы теплоснабжения. Не зная этих данных, подобрать соответствующий насос будет крайне сложно.
Электронасос с контроллером мощности подбирают, ориентируясь на производительность, предварительно выставив регулятор в среднее положение. Такая манипуляция позволит подкорректировать мощность в большую или меньшую сторону при ошибочном действии. Скорости в циркуляционном насосе могут переключаться как в ручном, так и автоматическом режиме. В зависимости от протяженности трубопровода применяются разные типы отопительных насосов.
Расчет расширительного бака для закрытого типа отопления
Специальные емкости применяют для компенсации увеличения теплоносителя при повышении температуры. В закрытой системе отопления устанавливают мембранный бак.
Мембранный бак для закрытой системы
Ниже приведены особенности типовой конструкции с назначением типовых функциональных компонентов:
- гибкая герметичная перегородка делит рабочий объем на две части;
- одну – через патрубок подсоединяют к магистрали теплоснабжения;
- в другую закачивают под необходимым давлением воздух;
- для создания корпуса применяют устойчивые к процессам коррозии материалы;
- фиксацию в горизонтальном положении крупных моделей обеспечивает подставка.
Мембранный расширительный бак устанавливают в любом удобном для пользователей месте. Следует обеспечить удобство доступа для обслуживания. С помощью встроенного штуцера с клапаном добавляют (стравливают) воздух, создавая необходимое давление.
Расчет расширительного бака для закрытой системы отопления начинают с определения количества жидкости в системе. Самые точные данные можно получить на стадии заполнения. Также применяют последовательное сложение емкостей трубопроводов, радиаторов, иных компонентов.
Чтобы рассчитать общий объем теплоносителя быстро, профильные специалисты часто применяют ориентировочные пропорции.
Ниже приведены значения (в литрах) на 1 кВт мощности котла при подключении разных видов оборудования:
- стальные конвекторы (6-8);
- алюминиевые, чугунные радиаторы (10-11);
- теплый пол (16-18).
Если для отопления частного дома применяют комбинацию из разных нагревательных приборов, берут 15 л/ 1 кВт. При мощности газового котла 7,5 кВт получится следующий результат вычислений: 7,5*15=112,5 л.
Подходящие размеры расширительного бака для отопления закрытого типа зависят от нескольких параметров:
- суммарного объема водопровода и подключенных устройств;
- типа теплоносителя;
- максимального давления;
- температурного режима.
При заполнении отопительной системы водой происходит увеличение объема на 4% в процессе повышения температуры от 0 С до +95 С. Для предотвращения замерзания в зимний период теплоноситель дополняют этиле нгликолем.
Такая смесь расширяется на 10% больше по сравнению с рассмотренным выше примером (на 4,4%). Аналогичные поправки делают при монтаже холодоснабжения.
В сводной таблице представлены коэффициенты расширения воды (смеси).
Эти данные помогут сделать точный выбор расширительного бака:
| Концентрация этиленгликоля в % | Температура теплоносителя, °С | ||||
| 20 | 60 | 80 | 100 | ||
| 0,00013 | 0,00177 | 0,0171 | 0,0290 | 0,0434 | |
| 20 | 0,0064 | 0,008 | 0,0232 | 0,0349 | 0,0491 |
| 40 | 0,0128 | 0,0144 | 0,0294 | 0,0407 | 0,0543 |
Расчет расширительного бака для отопления (О)выполняют по формуле О = (Ос х Кр) / Э, где:
- Ос – суммарный объем функциональных компонентов;
- Кр – поправочный коэффициент (из таблицы для определенного состава теплоносителя);
- Э – эффективность бака.
Последнюю позицию вычисляют следующим образом Э = (Дс-Дб)/ (Дс+1), где Д – это давления:
- Дс – максимальное в системе ГВС (норматив для частных домов 2-3 атм);
- Дб – компенсирующее, которое принимают равным статическому (0,1 атм на каждый метр высоты строения).
Расчет потребления теплоносителя
Предварительно каждая отопительная ветвь разбивается на участки. Разбивку делают с учетом расхода воды, который меняется от одного отопительного элемента к другому. Сначала определяют, какой именно объем теплоносителя необходим для высокой производительности отопительного прибора, по формуле: G = 860q/Δt, где:
- G — требуемый объем теплоносителя (кг/ч);
- q — тепловая мощность отопительного элемента (кВт);
- Δt — разность показателей температур подающего и обратного контура отопления. Как правило, используют +20C.
В этом видео вы узнаете, как выглядит система расчёта гидравлики:
Выполнение гидравлического расчета отопления начинается с конечного отопительного элемента, наиболее отдаленного от котлоагрегата, так как именно он должен обеспечиваться необходимым объемом нагретой воды из расчета одной секции батареи. Если мощность секции составляет 2 кВт, то вычисления можно будет сделать, используя следующие данные: 860 х 2 ÷ 20 = 86 (кг/ч).
Итоговое значение удобнее будет перевести в литры, применяя формулу: GV = G /3600ρ, где:
- GV — это потребление теплоносителя;
- ρ — плотность воды, величина которой приведена в таблицах.
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.
Определяем объема радиатора отопления
Теплоноситель в системе отопления – это не только водопроводная вода, которая закачивается внутрь за счет своего давления. К примеру, в загородных поселках нередко воду заливают в отопление ведрами, доставая ее из колодца или близлежащего водоема. Или вообще используют незамерзающие жидкости. Второй вариант используется нечасто только из-за дороговизны материала, но тот, кто планирует проживать на даче или загородном коттедже только по выходным и праздникам, пользуется именно незамерзающими жидкостями, чтобы каждый раз не сливать теплоноситель из отопительной системы. Поэтому расчет объема теплоносителя – важный показатель, в который входит объем радиатора отопления, объем труб и отопительного котла.
Емкость котла указана в паспорте изделия. Этот показатель будет в основном зависеть от мощности агрегата и его размеров. Объем труб можно определить из специальных таблиц:
Способы расчета
Каждая установка подбирается в соответствии с величиной предполагаемой нагрузки, что потребует проведения предварительных вычислений. Зная, как рассчитать объем, владелец сможет правильно подобрать бачок.
Чтобы правильно подобрать расширитель, понадобится знать:
- объем отопительного котла;
- дополнительных приборов;
- всех труб, входящих в данную систему обогрева.
Далее обозначим нужные показатели любыми буквами, например, А – это искомое значение, В – эффективность мембранного оборудования, С – постоянный показатель расширения воды теплоносителя, а АО – общий объем системы обогрева. Далее производим расчет по следующей формуле: А = (АО * С) / В.
Итоговое значение редко бывает абсолютно точным, поэтому делают примерные вычисления, а полученное число будет ориентиром для выбора агрегата, который нужно брать с запасом к полученному числу, оставляя не менее 3% на увеличение объема во время нагрева.
Если была выбрана мембранная разновидность, рабочий потенциал мембраны может быть указан производителем, но можно сделать собственный расчет. Для этого берут наиболее разрешенный показатель давления внутри системы (АВ), данные о давлении начальной заправки расширителя (ВС) и рассчитывают искомое значение (Т). Используют следующую формулу: Т = (АВ – ВС) / (АВ + 1).
Если не делать расчетов и взять оборудование «наугад», можно столкнуться с некоторыми проблемами во время эксплуатации прибора. Основным назначением расширителя выступает откачка излишков жидкости при сильном повышении давления (влага расширяется, требует выведения лишнего из трубопровода). После того, как все стабилизируется, жидкость сжимается обратно, нужно ее вернуть в трубы, иначе ее станет недостаточно для поддержания температуры. Поэтому выявление перепадов внутреннего давления обогревательной системы обозначает скорую поломку.
Если объем установленного расширителя недостаточный, давление повысится слишком сильно, сработает автоматический клапан. Он сбросит излишнюю влагу, стабилизируя работу системы. Но дальше все нормализуется, а воды уже будет недостаточно для продолжения исправного обогрева. Будет нужна дополнительная заправка. Нехватка отопительной жидкости приведет к отключению котла, так как при низких показателях аппарат не может продолжать функционировать. Из-за этого в зимнее время возможно промерзание труб. Поломки будут повторяться снова и снова до тех пор, пока не будет установлен расширитель оптимального размера.
Также опасна установка слишком большого бака. При заборе части влаги из труб, расширитель должен поддерживать оптимально допустимое рабочее давление, которое при слишком больших габаритах попросту невозможно. Агрегат будет постоянно показывать максимально допустимую нагрузку без перехода той самой черты, когда должен сработать клапан. Значит, аппарат работает на максимальном уровне потенциала, что быстро приведет к поломке.
Расчет объема
И все же основа выбора — это объем. Давайте остановимся на зависимости объемного параметра прибора и тех показателей, которые влияют на его изменения:
- Чем больше объем теплоносителя в закрытой системе отопления, тем большего размера необходимо приобретать расширительный бак.
- Чем выше температура теплоносителя, тем больше вместимость прибора.
- Чем выше давление теплоносителя (берется допустимое значение показателя), тем меньших размеров емкость можно приобретать.
Три основные зависимости. Теперь можно переходить непосредственно к расчету. Скажем прямо, дело это непростое, но с ним стоит разобраться. Потому что небольшое отклонение может привести к неприятным последствиям. К примеру, предохранительный клапан будет постоянно сбрасывать.
Итак, формула, по которой проводится расчет:
Vб=(Vс * К)/D, где
Vб — вместимость прибора.
Vс — объем теплоносителя в системе отопления.
К — коэффициент расширения теплоносителя. Для воды этот показатель равен 4%, поэтому в формуле используется 1,04.
Таблица с формулами
D — эффективность расширения самого бачка. Изготовленный из металла и под действием перепада температур он может незначительно изменять свои размерные параметры. Для точного установления «D» можно использовать следующую формулу:
D = (Pmax — Pнач)/ (Рmax + 1), где Pmax — это максимальное давление внутри системы отопления, Рнач — это давление внутри резервуара, запланированное заводскими параметрами (обычно 1,5 атм.). Кстати, по максимальному показателю планируется настройка предохранительного клапана.
Получается, что объем расширительного бака зависит от прочностных и температурных характеристик самого прибора. Отметим, что все эти показатели и характеристики не должны превышать допустимые нормы. Объем расширительного прибора должен быть равен или быть чуть больше полученных результатов.
Расчет объема теплоносителя
Перед тем как начинать заполнение отопительной системы теплоносителем, необходимо определить ее объем в литрах. Эту цифру нужно знать, чтобы заранее приобрести требуемое количество материала, но при этом не переплачивать за ненужные излишки. Расчет потребности в рабочей жидкости несложно выполнить и самостоятельно, поскольку никаких сложных математических формул в нем не применяется. Достаточно лишь аккуратно и точно собрать все необходимые исходные данные
Важно использовать во всех случаях одинаковую единицу измерения: кубические миллиметры, сантиметры либо переводить показатели в литры. Последнее удобнее, поскольку теплоноситель поставляется именно в литрах
Основное правило расчета.
Общий объем системы отопления является суммой вместимости каждого из ее элементов:
- тепловыделяющего и теплообменного оборудования, если оно имеется в системе. В простейшем случае это полезный объем котла;
- суммарной емкости всех установленных радиаторов;
- рабочего объема расширительного бачка;
- вместимости всех использованных в системе соединительных труб.
В виде формулы:
V системы = V нагреват. оборудования + V радиаторов + V расшир. бачка + V труб
Объем нагревательного оборудования.
В зависимости от сложности системы источником тепла в отопительной системе может быть как один котел, так и несколько отдельных. В некоторых частных домах встречается схема с двумя котлами: на жидком или газообразном топливе, а также резервный электрокотел на случай отключения газа и других форс-мажорных ситуаций. В последнее время пользуются популярностью тепловые насосы, существенно экономящие ресурсы на обогрев. Нужно просуммировать внутренние объемы по всем вмонтированным в систему устройствам. Точные данные по каждому аппарату содержатся в его паспортных характеристиках. В среднем для напольных котлов эта величина в диапазоне 10–30 литров, у настенных – от 3 до 6 литров.
Объем радиаторов.
Вместимость радиатора определяется количеством секций, а также конструкцией самого устройства. Усредненные значения для разных типов приведены в таблице.
| Материал корпуса | Размер секции (в мм): высота и ширина | Объем, л |
| Чугунная батарея старого образца | 600 х 110 | 1,7 |
| Плоская чугунная батарея (нового образца) | 580 х 75 | 1,0 |
| Алюминий | 600 х 80 | 0,45 |
| Биметаллический радиатор | 600 х 80 | 0,25 |
Эти цифры в каждом случае следует умножить на количество секций в батарее.
Объем расширительного бачка.
Для открытых систем вместимость расширительного бачка не имеет принципиального значения и может подбираться с достаточным запасом. В конструкции системы закрытого типа используются мембранные бачки, объем которых позволяет компенсировать температурное расширение теплоносителя при максимальном нагреве. Для этого предварительно определяют количество жидкости в отопительном контуре без учета расширительного бачка. Затем полученное значение умножают на коэффициент 0,03 и выбирают бачок из выпускаемого промышленностью ассортимента с ближайшим значением, большим полученной цифры.
Объем труб.
Чтобы посчитать внутренний объем всех труб, используется формула из геометрии: V труб = 0,786 х D2 х L
Здесь D – внутренний диаметр трубы, L – суммарная длина всех трубопроводов отопления, 0,786 – коэффициент, равный ¼ константы пи.
Так как часто в отоплении применяют трубы разного диаметра, расчет выполняют по каждому размеру отдельно, которые затем суммируются.
Для упрощенного определения вместимости трубопроводов можно измерить их длину в метрах и воспользоваться данными из таблицы.
| Внутренний диаметр трубы | Объем жидкости в 1 погонном метре, л | Объем жидкости в 1 погонном метре, л |
| Метрическая система (мм) | Дюймовая система измерений | |
| 15 | ½ | 0,1767 |
| 20 | ¾ | 0,3142 |
| 25 | 1 | 0,4915 |
| 32 | 1 ¼ | 0,8042 |
| 40 | 1 ½ | 1,2566 |
| 50 | 2 | 1,9635 |
| 65 | 2 ½ | 3,3184 |
| 80 | 3 | 5,0262 |
| 100 | 4 | 7,8545 |
Резервный запас.
Самостоятельно выполнить все расчеты с высокой точностью сложно, ведь остаются неучтенными такие факторы, как геометрия системы и наличие изгибов, погрешности из-за присутствующих фитингов и множество других. Кроме того, возможны потери при заполнении магистралей, если по невнимательности забыли перекрыть какой-то вентиль. Поэтому приобретать теплоноситель стоит с небольшим запасом. Еще одно обстоятельство, по которому требуется жидкость сверх расчетной вместимости, – тот способ, который применяют для закачивания в систему. Если используется ручной или электрический нагнетательный насос, его рабочий объем также следует учитывать.
