Устройство и принцип работы
А теперь следует подробно рассмотреть, из каких элементов состоят баки расширения, и как они работают. Для начала выясним, как устроен подобный элемент.
Как правило, конструкция расширительного бака в целом помещается в штампованном корпусе из стали. Он имеет форму цилиндра. Чуть реже встречаются корпуса в виде своеобразных «таблеток». Обычно для производства этих элементов используются высококачественные металлы, покрытые антикоррозийным защитным составом. Внешняя сторона бачков покрывается эмалью.
Для отопления используются бачки расширения с корпусом красного цвета. Также встречаются и синие варианты, однако обычно такой окрас носят водяные аккумуляторы, которые являются составными частями водоснабжающей системы.
С одной из сторон бака находится резьбовой патрубок. Он требуется для обеспечения возможности врезки в отопительную систему. Бывают случаи, когда в комплект поставки также входят такие элементы, как фитинги. Они значительно упрощают монтажные работы.
С другой же стороны, находится специальный ниппельный клапан. Данный элемент служит для формирования нужного уровня давления во внутренней части воздушной камеры.
Во внутренней полости расширительный бак разделен с помощью мембраны на 2 отдельные части. Ближе к патрубку находится камера, предназначенная для теплового носителя, а с противоположной стороны есть воздушная камера. Обычно мембраны для баков изготавливаются из очень эластичного материала, который отличается минимальными значениями диффузии.
Принцип работы расширительного бака в системе отопления является очень простым и понятным. Разберем его детально.
- В изначальном состоянии, в момент подключения резервуара к системе и ее наполнения тепловым носителем, конкретный объем воды проходит сквозь патрубок в отсек с водой. Показатель давления в обоих отсеках постепенно уравнивается. Далее подобная незамысловатая система обретает статичность.
- При росте температурного значения осуществляется непосредственное расширение теплового носителя в объемах в отопительной системе. Этот процесс происходит с сопровождением роста показателей давления. Лишняя жидкость отправляется в сам бак, а потом давлением подгибает мембранную деталь. В этот момент объем камеры для теплоносителя становится больше, а воздушного отсека, наоборот, сокращается (в этот момент в нем растет давление воздуха).
- Когда температура опускается и уменьшается общий объем теплового носителя, излишнее давление в камере с воздухом провоцирует смещение мембраны назад. Тепловой носитель в это время возвращается обратно в трубопровод.
Если параметры давления в системе отопления доходят до критических отметок, должен запуститься клапан, что относится к «группе безопасности». В такой ситуации он будет отвечать за выпуск лишней жидкости. Определенные модели расширительных баков имеют свой индивидуальный клапан предохранения.
Разумеется, стоит учитывать, что конструкция бака главным образом зависит от разновидности конкретной приобретенной модели. Например, они бывают неразборными или с возможностью замены мембранного элемента. В комплекте с подобными товарами могут идти такие детали, как хомуты для настенного крепления либо специальные подставки – небольшие ножки, с которыми напольный агрегат проще расположить на ровной плоскости.
Расширительные баки с мембраной-диафрагмой обычно являются неразборными. Во многих случаях в них присутствует баллонная мембранная деталь – она производится из податливого и эластичного сырья. По своей сути, эта мембрана являет собой обычную водяную камеру. По ходу роста давления она растягивается и увеличивается в объеме. Подобные разновидности бачков обычно дополняются разборным фланцем, который дает возможность самостоятельно менять мембрану, если она сломается.
Как изготовить бак своими руками
Схема устройства котла.
Подобную емкость для воды и воздуха можно сделать своими руками. Изготавливается бачок из углеродистой стали. Для этого подойдет любая емкость объемом от 10-12 л. При этом нужно учитывать, что вместимость его должна составлять не менее 4% от общего объема циркулирующей в системе воды. Емкость тары можно определить путем заливки туда воды с помощью трехлитровой банки. Для бака можно использовать металлические фляги от лакокрасочных материалов
Очень важно, чтобы толщина стенок была не менее 2,5 мм. Автомобильные же топливные баки не совсем подходят для этих целей, так как их толщина невелика. Если у вас есть в наличии баки грузовых автомашин, то они прекрасно справятся с поставленной для них задачей
Внутренняя поверхность покрывается водоупорными красками, а наружная – эмалью. Можно применять отрезок трубы, но только с большим сечением (20-30 см). Но самый оптимальный вариант – бак из нержавеющей стали от стиральной машины. Сварить бак можно и с помощью простого стального листа толщиной 2,5-4 мм
Если у вас есть в наличии баки грузовых автомашин, то они прекрасно справятся с поставленной для них задачей. Внутренняя поверхность покрывается водоупорными красками, а наружная – эмалью. Можно применять отрезок трубы, но только с большим сечением (20-30 см). Но самый оптимальный вариант – бак из нержавеющей стали от стиральной машины. Сварить бак можно и с помощью простого стального листа толщиной 2,5-4 мм.
После того как выбрана емкость, необходимо ее очистить. Если в ней содержатся остатки горюче-смазочных материалов, нужно убрать их путем выпаривания горячей водой, щеткой. Емкость должна просохнуть. После этого потребуется приварить штуцеры. Штуцер желательно приваривать сбоку на высоте 4-10 см от плоскости дна. Это будет способствовать осаждению мелких частиц, ржавчины.Они нужны для присоединения бака к трубам. Бак нужно оснастить крышкой с помощью болтов или люком. Он нужен для того, чтобы можно было периодически очищать емкость. Для того чтобы определить уровень воды в баке, можно изготовить щуп. Для этого в баке потребуется сделать небольшое герметичное отверстие.
Схема размеры частей котла для самостоятельного изготовления.
Далее изготавливается штуцер из стали в соответствии с диаметром отверстия. Если штуцер будет ввариваться в расширительный бак, то потребуется пробка для закручивания из латуни или бронзы. Она обязательно должна иметь грани для гаечного ключа. Внутрь пробки кладется резиновая прокладка толщиной 4-5 мм. На самом щупе наносят деления и держат его вне бака. Для проверки уровня воды сперва нужно открутить пробку, опустить щуп в бак (щуп должен быть сухим), достать его и снова закрутить пробку. Резьбу на штуцере нужно смазать жиром или маслом, чтобы не было проблем с открыванием. Если бак возводится на чердаке, потребуется его утеплить. Снаружи и внутри бак покрывается масляной краской.
Какая конструкция лучше?
Системы, в зависимости от устройства и материала расширительного бака, различаются перечнем плюсов и минусов. Но, по мнению экспертов и опытных пользователей, преимущества в функциональности на стороне закрытых вариантов.
Плюсы и минусы открытого бака
Самопроточная система нуждается в трубах большего диаметра, что в свою очередь напрямую увеличивает расходы. Бюджет обустройства открытой отопительной системы с негерметичным расширителем незначительно увеличивается, хотя и остается сравнительно небольшим.
Главными преимуществами такого варианта считаются простота, плюс низкая стоимость комплектующих и монтажных работ. Еще одной положительной особенностью является отсутствие необходимости в контроле уровня давления.
Расширитель открытого типа для небольших систем можно собрать из подручных средств, несложным будет и его монтаж
Однако минусов значительно больше:
- применение незамерзайки опасно из-за токсичных испарений;
- возможности монтажа ограничены только верхней точкой системы;
- постоянный контакт с атмосферой увеличивает риск воздушных пробок и коррозии;
- медленный разогрев;
- перепады температур, сопровождающие конвекционную циркуляцию, ускоряют износ оборудования;
- применяется в отоплении малоэтажных строений, максимум в два этажа;
- большие теплопотери и расход энергии для разогрева.
Еще один недостаток открытой системы – потери от испарения и переливов. Поэтому при монтаже бака следует позаботиться о доступности доливного отверстия.
Плюсы и минусы закрытого бака
Если по ценам и простоте монтажных работ выигрывают открытые расширители, то функциональность – сильная сторона закрытого бака, который еще называют экспанзомат. Именно их используют в сооружении закрытых отопительных систем, не имеющих прямого контакта с атмосферой.
Экспанзоматы обладают следующими преимуществами:
- полная герметичность позволяет использовать антифриз;
- место размещения расширителя не влияет на работоспособность системы;
- изоляция внутреннего пространства бака сводит к минимуму вероятность воздушных пробок и возникновения коррозии;
- после запуска система прогревается быстрее, более чувствительна к регулировке температурных режимов;
- меньшая разница между эксплуатационными условиями линий подачи и обратки, что в результате повышает эксплуатационный ресурс;
- не требует монтажа труб большого диаметра, что позволяет сэкономить на сооружении;
- не требует постоянного внимания к уровню и состоянию жидкости;
- возможность применения в системах, рассчитанных на несколько этажей;
- небольшие теплопотери, сокращающие затраты при эксплуатации оборудования.
При выборе расширителей этого типа могут встречаться герметичные баллоны с неразборной конструкцией. При неисправности диафрагмы баллон придется менять на новый.
Для контроля за уровнем рабочего давления на баллон монтируется манометр, для отвода излишков воздуха устанавливается воздухоотводчик автоматического или механического типа
Из минусов важно отметить сложность конструкции, особые требования к материалам, которые увеличивают стоимость оборудования. К этому можно добавить необходимость постоянного контроля давления и его восстановления при необходимости
Комплектация открытой системы отопления
Минимальная комплектация отопления
Помимо насоса в открытой системе отопления следует подобрать и другие компоненты. От правильности выбора будет зависеть работоспособность и эффективность всей схемы теплоснабжения.
Для правильного расчета открытой системы отопления в первую очередь вычисляется ее номинальная мощность. Если теплоизоляция здания хорошая – можно взять соотношение, что на 10 м² площади потребуется 1 кВт тепловой энергии. Для более точного расчета рекомендуется воспользоваться специальными программами. С их помощью можно составить корректную схему открытого теплоснабжения, вычислить оптимальные характеристики ее компонентов.
Для минимальной комплектации отопительной системы понадобятся такие элементы:
- Котел;
- Расширительный бак;
- Трубопроводы;
- Радиаторы и батареи.
Требования к последним двум невысокие. Чаще всего для обустройства теплоснабжения применяют полимерные трубы. Но специалисты рекомендуют для разгонного стояка использовать стальную трубу. Это объясняется высокой температурой в этой части системы отопления открытого типа для частного дома.
Выбор котла для открытого отопления
Виды котлов для открытого отопления
В первую очередь необходимо предупредить, что установка газовых и электрокотлов для открытой системы отопления запрещена. Нередко в системе образуются воздушные пробки, которые негативно повлияют на работу оборудования и могут привести к аварийным ситуациям. Поэтому единственной альтернативой остаются твердотопливные модели или котлы, работающие на дизельном топливе.
Установка котла должна выполняться согласно всем требованиям. Он располагается в отдельном помещении, где нельзя хранить топливо. Котельная должна иметь принудительную циркуляцию воздуха. Для оптимизации работы оборудования рекомендуется установка сэндвич-дымоходов.
Помимо этих факторов существуют специфические требования для нормальной адаптации котла открытой системы теплоснабжения:
- Нельзя устанавливать котлы длительного горения. Они рассчитаны для низкотемпературного режима работы системы. В таком случае расширение теплоносителя будет недостаточно для циркуляции;
- Если в системе не установлена насосная группа – необходим отдельный монтаж обратного клапана;
- Котел в системе теплоснабжения открытого типа для частного дома должен располагаться в самой низкой точке схемы.
Если в комплектацию оборудования не входит температурный датчик – его следует установить отдельно. Для точности измерения он монтируется на подающей трубе непосредственно после котла.
Модели расширительных баков для открытой системы
Схема установки и конструкция расширительного бака
Для компенсации теплового расширения теплоносителя и своевременного контроля его уровня необходим монтаж расширительного бака для открытого отопления. Он располагается в самой высокой точке системы и может выполнять сразу несколько функций.
Сначала выполняется расчет оптимального объема расширительного бака открытого типа для систем отопления. Он должен составлять как минимум 5% от количества теплоносителя в системе. В стандартной конструкции есть 3 патрубка, которые выполняют следующие функции:
- Входящий патрубок. С его помощью происходит подключение расширительного бака к открытой системе отопления. Обычно его диаметр на 1 размер меньше, чем у разгонного стояка, к которому выполняется монтаж. Поэтому необходим переходник;
- Труба циркуляции. Через нее горячая вода поступает дальше по магистрали;
- Сигнальный патрубок. Необходим для оповещения о критическом снижении уровня теплоносителя. При открытии крана из него не идет вода – следует дополнить систему.
Способы установки расширительного бака
Дополнительно можно модернизировать расширительный бак для открытого теплоснабжения. В некоторых случаях он может выполнять функцию узла подпитки. Для этого необходим дополнительный патрубок, который подключается к водопроводу. При критическом снижении объема горячей воды можно оперативно дополнить систему, открыв запорную арматуру.
Существует несколько схем монтажа расширительного бака. Для теплоснабжения открытого типа с насосом он может монтироваться на дальнем стояке. Такой вариант применяется редко, так как эффективность подобной схемы крайне низка. Чаще всего расширительный бак устанавливается на ближнем стояке для своевременного контроля состояния отопления.
Описание формулы расчёта
Главной характеристикой расширительного бака, по которой осуществляется его выбор — объём. Он имеет зависимость с определёнными показателями:
- для большого количества (объёма) теплоносителя понадобится прибор большего размера;
- коэффициент вместимости устройства больше в том случае, когда выше температура циркулирующей жидкости;
- при повышенном уровне давления теплоносителя потребуется бак меньших габаритов.
Важно! Расчёт основных показателей требуется вести крайне аккуратно, чтобы не допустить даже малейших ошибок, которые впоследствии могут негативно сказаться на итоговом результате
Объём
Расчёт этого показателя производится по трём формулам:
Способ 1
Vб=(Vc*K)/D, где:
- Vб — объём расширительной емкости.
- Vc — количество циркулирующей в отопительной системе жидкости.
- К — коэффициент температурного расширения теплоносителя.
- D — показатель эффективности расширения самого бака за счёт температурных перепадов.
Способ 2
Существует ещё одна формула, по которой допускается просчитывать объём прибора:
Vб=С*ßt/(1-Pαmin/ Pαmax), где:
- С — показатель полного объёма теплоносителя, циркулирующего в системе отопления.
- Pαmin — изначальное давление в расширительном баке.
- Pαmax — максимально возможное давление прибора.
Способ 3
Расчёт допускается проводить и по следующему методу:
Oв*Вк*(Дк+1)/Дк-Дб, где:
Ов — объём воды
При этом важно учитывать, что при нагревании происходит его увеличение на 5%.
Вк — количество воды в контуре. Если в качестве теплоносителя используется антифриз, то Ов будет больше Вк
Дк — максимально возможный уровень давления котла.
Дб — показатель давления внутри расширительного резервуара самого бака (эта величина прописывается среди прочих технических характеристик прибора).
Ов и Вк определяются ещё на этапе проектирования.
Полученный в итоге результат некритично округлять в бо́льшую сторону.
На многих сайтах интернета предлагается такая услуга, как «Онлайн-калькулятор». С его помощью можно рассчитать все необходимые значения, подставив в нужные строки исходные данные.
Коэффициент температурного расширения
Этот показатель является табличным. Так, если в качестве теплоносителя используется вода, то он равен 4%, а для 10 и 20%-го раствора этиленгликоля — 4,4% и 4,8% соответственно.
Эффективность для мебранного расширительного бака
Этот показатель рассчитывается по следующей формуле:
D=(Pmax-Pнач)/(Pmax+1), где:
Pmax — максимальное значение давления отопительной системы.
Как правило, оно совпадает с предельным давлением предохранительного клапана (2,5–3 атмосферы).
Pнач — давление в расширительном резервуаре, установленное фирмой-производителем. Определяется исходя из расчёта 0,5 атмосфер на каждые 5 метров высоты отопительного контура.
Котел — какой выбрать
Так как закрытая система отопления частного дома может работать в автономном режиме, имеет смысл установить отопительный котел с автоматикой. В таком случае, настроив параметры, вам нет необходимости к этому возвращаться. Все режимы поддерживаются без вмешательства человека.
Самые удобные в этом плане газовые котлы. У них есть возможность подключения комнатного термостата. Выставленная на нем температура поддерживается с точностью до одного градуса. Упала она на градус, котел включился, нагревая дом. Как только сработал термостат (температура достигнута), работа останавливается. Комфортно удобно, экономно.
В некоторых моделях есть возможность подключения погодозависимой автоматики — это наружные датчики. По их показаниям котел корректирует мощность работы горелок. Газовые котлы в закрытых системах отопление — хорошее оборудование, которое может обеспечить комфорт. Жаль только, что газ есть не везде.
Двухтрубная закрытая система отопления в доме на два этажа (схема)
Не меньшую степень автоматизации могут дать электрические котлы. Кроме традиционных агрегатов на ТЭНах не так давно появились индукционные и электродные. Они отличаются компактными размерами и малой инерционностью. Многие считают, что они более экономичны, чем котлы на ТЭНах. Но и этот видотопительных агрегатов далеко не везде можно использовать, так как перебои с электроэнергией в зимнее время — частое явление во многих регионах нашей страны. А обеспечить электроэнергией котел мощность. в 8-12 кВт от генератора — дело очень непростое.
Более универсальны и независимы в этом плане котлы на твердом или жидком топливе. Важный момент: для установки котла на жидком топливе обязательно отдельное помещение — это требование пожарной службы. Котлы на твердом топливе могут стоять в доме, но это неудобно, так как во время топки с топлива падает много мусора.
Современные котлы на твердом топливе хоть и остаются оборудованием периодического действия (то разогреваются при топке, от остывают, когда закладка прогорела), но и они имеют автоматику, которая позволяет поддерживать в системе заданную температуру, регулируя интенсивность горения. Хотя степень автоматизации и не столь высокая, как у газовых или электрических котлов, но она есть.
Пример закрытой системы отопления с индукционным котлом
Не очень распространены в нашей стане котлы на пеллетах. Фактически это тоже твердое топливо, но котлы этого типа работают в непрерывном режиме. В топку автоматически подаются пеллеты (пока не закончен запас в буркере). При хорошем качестве топлива, чистка золы требуется один раз в несколько недель, а все параметры работы контролирует автоматика. Сдерживает распространение этого оборудования только его высокая цена: производители в основном европейские, и цены у них соответственные.
Немного о расчете мощности котла для систем отопления закрытого типа. Она определяется по общему принципу: на 10 кв. метров площади с нормальным утеплением берут 1 кВт мощности котла. Только брать «впритык» не советуют. Во-первых, бывают аномально холодные периоды, в которые вам может не хватить расчетной мощности. Во-вторых, работа на пределе мощности ведет к быстрому износу оборудования. Потому желательно мощность котла для системы брать с запасом 30-50%.
Закрытый бак (мембранный)
Мембранный расширительный бак для отопления лишен всех тех минусов, которыми буквально бурлит предыдущая система. Вместе с тем, у него также есть некоторые требования, без которых установка не была бы возможной. Во-первых, он нуждается в манометре, а во-вторых, ему нужно еще и устройство для того, чтобы регулировать давление вручную, в противном случае давление превысит все допустимые нормы (а это примерно три-четыре бара, в зависимости от конкретных условий и особенностей модели).
Такого рода бак монтируется в непосредственной близости к котлу и подводится к обратному трубопроводу. Это необходимо для того, чтобы теплоноситель не закипал
При монтаже особое внимание нужно уделять надежности креплений, поскольку в ходе эксплуатации вес бака может существенно увеличиваться
По сути, этот расширительный бак для отопления – это металлическая емкость, которая по форме может быть как плоской, так и цилиндрической. Внутренняя полость бака разделяется на несколько зон посредством резиновой мембраны. В одной из таких зон находится сжатый газ или воздух (о степени его сжатости должно быть указано в техпаспорте). Следовательно, в неактивном состоянии весь объем резервуара заполнен газом. До того как запустить систему, давление в баке делают таким же, как и давление во всей отопительной системе.
Затем, когда температура повышается, вода попадает в специально отведенную для нее зону в баке, а в «газовой» части давление при этом увеличивается до значения отопительной системы. Если в ней достаточно большое количество теплоносителя, то давление воздуха следует тщательным образом контролировать. Для этого системы оснащаются специальными компрессорами, которые и поддерживают заданное предварительно значение.
Как можно догадаться из названия, основная деталь такого бака – это мембрана. Она, к слову, может быть двух типов:
- Диафрагменную мембрану зачастую заменить при поломке ничем нельзя, а применяется она преимущественно в баках незначительного объема.
- В отличие от нее, баллонная мембрана легко меняется при выходе из строя. Также она отличается тем, что теплоноситель в ней напрямую не контактирует с поверхностью бака, благодаря чему срок эксплуатации последнего существенно возрастает.
Монтаж мембранного устройства
Гидроаккумулятор этого типа устанавливают там, где имеется минимальная вероятность завихрений теплоносителя, поскольку для нормальной циркуляции водяного потока по контуру используется насос.
Правильное положение емкости
При подключении расширительного бака к закрытой системе отопления обязательно нужно учесть расположение воздушной камеры устройства.
Резиновая мембрана периодически растягивается и затем сокращается. Из-за такого воздействия со временем на ней появляются микротрещины, которые постепенно увеличиваются. После этого мембрану приходится заменять новой.
Если воздушная камера такого бака при установке останется внизу, то давление на мембрану усилится за счет гравитационного воздействия. Трещины появятся быстрее, ремонт понадобится раньше.
Разумнее устанавливать расширительный бачок таким образом, чтобы отсек, заполненный воздухом, оставался сверху. Это позволит продлить срок службы устройства.
Особенности выбора места установки
Существует ряд требований, которые нужно учитывать при установке мембранного расширительного бака:
- Его нельзя ставить вплотную к стене.
- Следует обеспечить свободный доступ к устройству для его регулярного обслуживания и необходимого ремонта.
- Подвешенный на стене бак не должен располагаться слишком высоко.
- Между баком и трубами отопления следует поставить запорный кран, который позволит снимать устройство без полного слива теплоносителя из системы.
- Трубы, подведенные к расширительной емкости, при настенной установке также нужно прикрепить к стене, чтобы снять возможную дополнительную нагрузку с патрубка бака.
Для мембранного устройства наиболее подходящим местом подключения считается обратный отрезок магистрали между циркуляционным насосом и котлом. Теоретически можно поставить расширительный бачок и на подающей трубе, но высокая температура воды отрицательно скажется на целостности мембраны и сроке ее службы.
При использовании твердотопливного оборудование такое размещение опасно еще и тем, что из-за перегрева в емкость может попасть пар. Это серьезно нарушит работу мембраны и даже может ее повредить.
Помимо запорного крана и “американки” рекомендуется при подключении устанавливать дополнительно тройник и кран, который позволит опустошить расширительный бачок перед отключением.
Настройка прибора перед использованием
Перед установкой или непосредственно после нее необходимо правильно настроить расширительный бак, иначе называемый экспанзомат. Это сделать несложно, но сначала нужно узнать, какое давление должно быть в системе отопления. Допустим, приемлемый показатель составляет 1,5 бар.
Теперь нужно измерить давление внутри воздушной части мембранного бака. Оно должно быть меньше примерно на 0,2-0,3 бар. Измерения проводят манометром с подходящей градацией через ниппельное соединение, которое имеется на корпусе бака. Если необходимо, воздух подкачивают внутрь отсека или стравливают его избыток.
В технической документации обычно указано рабочее давление, которое устанавливается изготовителем на заводе. Но практика показывает, что это не всегда соответствует действительности. Во время хранения и транспортировки часть воздуха могла выйти из отсека. Нужно обязательно провести собственные измерения.
Если давление в баке выставлено неправильно, это может привести к подсосу воздуха через устройство для его отведения. Такое явление вызывает постепенное остывание теплоносителя в баке. Предварительно заполнять мембранный бак теплоносителем не нужно, достаточно просто заполнить систему.
Бак как дополнительная емкость
Современные модели отопительных котлов нередко уже снабжены встроенным расширительным баком. Однако его характеристики далеко не всегда соответствуют требованиям конкретной отопительной системы. Если встроенная емкость слишком мала, нужно установить дополнительный резервуар.
Он обеспечит нормальное давление теплоносителя в системе. Такое дополнение будет актуальным и в случае изменения конфигурации отопительного контура. Например, когда самотечную систему переделывают под циркуляционный насос и оставляют старые трубы.
Это верно и для любых систем со значительным объемом теплоносителя, например, в двух-трехэтажном коттедже или там, где помимо радиаторов имеется теплый пол. Если используется котел со встроенным мембранным баком небольшого размера, установка еще одной емкости практически неизбежна.
Расширительный бак будет уместен и при использовании бойлера косвенного нагрева. Клапан сброса, подобный тому, что устанавливают на электрокотлах, здесь не будет эффективным, экспанзомат – адекватный выход из положения.
