Расчет расширительного бака для отопления: формула, советы

Ради стабильности системы необходимы вычисления: как рассчитать расширительный бак для отопления?

Расширительный бак (экспансомат) — важный элемент системы отопления, выравнивающий показатель давления и поддерживающий объем теплоносителя при его температурных расширениях и сжатиях.

Перед установкой прибора, необходимо правильно рассчитать его объём.

Функции расширительного бака

Согласно законам физики, вода при нагревании на 10 градусов, увеличивается в объёме на 0.3%.

Для небольшого количества воды это явление малозаметное, но для тонны или нескольких тонн, которые находятся в отопительной системе, это существенный показатель.

Появление дополнительного объёма воды может повлиять на состояние труб отопления или даже привести к их повреждениям. Для предупреждения такой ситуации устанавливается расширительный бак.

Его функции состоят в следующем:

  1. Удаляет из системы излишек воды при её нагревании.
  2. Обеспечивает необходимое давление и предотвращает его скачкообразные повышения (гидроудары).
  3. Удаляет из отопительной системы воздух, который действует на неё разрушительно.

Воздух, изначально растворенный в воде, при её нагревании начинает активно выделяться (при высокой температуре показатель достигает 90%). Вместе с теплоносителем этот воздух перемещается к баку, где скапливается, а затем выводится вовне.

Разновидности

В зависимости от конструкции делятся на открытые и закрытые.

Это резервуары цилиндрической или прямоугольной формы, которые монтируются в верхней точке системы отопления (зачастую на чердаке). Ёмкость подключается к водопроводу для пополнения запаса воды и к канализационной системе для отвода лишнего теплоносителя.

Фото 1. Расширительный бачок открытого типа. Агрегат прямоугольной формы, установлен в верхней точке системы отопления.

Минус данной разновидности оборудования в том, что отсутствует автоматическая регулировка уровня воды. Придётся контролировать количество жидкости в ней визуально, а чтобы добавить воду, открывать вентиль перед входным патрубком. Ещё одно неудобство — сложный монтаж, ведь бак обладает немалым весом, а его придётся поднимать на чердак. Из-за описанных нюансов этот тип оборудования был почти вытеснен баками закрытого типа.

Конструкция шаровидной или овальной формы с двумя камерами внутри: одна для воздуха, а другая — для воды, поступающей из системы отопления. Они отделены друг от друга мембраной, которая представляет собой резиновый резервуар в виде мешка, способный расширяться и сжиматься.

При поступлении воды в первую камеру мембрана растягивается и воздух из второй камеры выходит через специальный клапан. При остывании жидкости мембрана начинает возвращаться в изначальное положение и выдавливает воду обратно в систему отопления.

Фото 2. Достаточно простое устройство расширительного бака закрытого типа. Стрелками указаны составные части.

В зависимости от вида мембраны, различают два типа закрытых расширительных резервуаров:

  1. Оснащённые несъемной диафрагменной мембраной

Конструкция отличается большой прочностью за счёт изготовления способом холодной штамповки. К тому же баки этого типа обладают антикоррозионной защитой поверхности с внешней и внутренней стороны. Полость бака разделяет на две камеры эластичная мембрана. Теплоноситель поступает из системы в нижнюю камеру. Когда мембрана займёт нужное положение, — окажется на поверхности жидкости, — устройство готово к работе.

  1. С фланцевым крепежом

Мембрана присоединяется к входному патрубку посредством фланцевого крепежа, что позволяет заменять изношенную мембрану на новую. Теплоноситель находится внутри мембраны и не соприкасается со стенками бака, что даёт возможность не прибегать к антикоррозионным мероприятиям.

Расширительные резервуары закрытого типа часто монтируются рядом с котлами отопления. Второй вариант — установка возле бойлера, если планируется монтаж двухконтурной отопительной системы, предусматривающей горячее водоснабжение.

Как рассчитать расширительный бак для отопления

Расчет расширительного бака для отопления обычно выполняется на конечном этапе монтажа системы автономного отопления, поскольку требуется знать суммарный объём циркулирующего в контуре теплоносителя. Открытые системы с самотечной циркуляцией теплоносителя не так требовательны к вместимости резервуара, а для закрытой важно подобрать расширительную емкость, которая способна обеспечить нормальное функционирование системы.

Варианты объёма расширительных баков

Последствия неправильных расчетов

Если вместительность расширительного бака для системы отопления соответствует параметрам системы (независимо от ее типа), давление в контуре на протяжении всего периода эксплуатации будет стабильным. Это обеспечивается за счет того, что излишек жидкости, образовавшийся в результате теплового расширения, полностью выводится в специальный резервуар и возвращается обратно по мере остывания теплоносителя.

В случае, когда объём расширительного бачка для системы был определен неправильно, не избежать перепадов давления в контуре. Это связано с тем, что теплоноситель, которому не нашлось места в расширительном баке, уходит наружу:

  • через перелив в резервуаре открытого типа;
  • через клапан сброса в мембранном баке.

Если «излишки» теплоносителя не сбросить из системы закрытого типа при повышении давления до критических отметок, произойдет авария – лопнут трубы или разгерметизируются соединения.

Что происходит при перепаде давления в расширительном бачке

При остывании объём теплоносителя уменьшается, и его становится недостаточно, поскольку «излишки» ушли из контура безвозвратно. Соответственно, давление в системе резко падает. Это может спровоцировать:

  • остановку работы котельного агрегата, если он снабжен автоматикой, отслеживающей уровень давления;
  • размораживание системы, если автоматический котел остановился в зимнее время, а дом находится без присмотра хозяев.

В случае, когда объём расширительного резервуара недостаточен, контур необходимо регулярно подпитывать водой.

Чаще всего такая ситуация возникает, если котел снабжен встроенным резервуаром, и владельцы дома понадеялись на него, не выполнив соответствующий расчёт.

Обратите внимание! Обязательно проверяйте соответствие параметров расширительного бака, встроенного в котельный агрегат, объёму теплоносителя в системе. При необходимости монтируется дополнительная мембранная емкость.

Если рассчитанный объём бака полностью, без запаса, соответствует количеству «излишков» нагретого теплоносителя, это сказывается на эксплуатации отопительной системы.

Читать еще:  Отопление в квартире своими руками: выбор, замена, монтаж

Когда бак полностью заполняется, давление возрастает до критического, но границу не переходит, манометр показывает максимальные рабочие значения. В этом случае авария не происходит, обогрев дома идет в дежурном режиме, но функционирование на пределе возможностей весь отопительный сезон губительно действует на отопительное оборудование, снижает его срок службы.

Поэтому рекомендуется приобретать расширительную емкость с небольшим запасом по объёму.

Подбор объёма бака

Рассмотрим, как рассчитать расширительный бак на отопление для системы с естественной циркуляцией теплоносителя. Чтобы сделать соответствующие вычисления для отопления закрытого типа, необходимо знать объём теплоносителя в системе – то есть, суммарный объём всех элементов (котла, приборов отопления, трубопровода, контура теплого пола при его наличии).

Узнать количество теплоносителя можно разными способами:

  • Способ 1. Самый точный вариант – заполнение системы водой через водосчетчик. При его отсутствии можно поступить наоборот – сливать воду из заполненной системы в ведра и вести подсчет ведер.
  • Способ 2. Суммировать объём всех элементов, при этом:
    • вместительность котла указана в паспорте;
    • количество теплоносителя в радиаторах или конвекторах вычисляется, исходя из количества секций (в технической документации есть информация об объёме одной секции) или размеров цельного прибора (данные есть в паспорте изделия);
    • объём жидкости в трубопроводе вычисляется после измерения длины всех проложенных труб по формуле
      Vобщ = π × D 2 × L/4
      (где π=3,14, D — внутренний диаметр трубы в сантиметрах, L – суммарная длина труб в сантиметрах), полученное значение делят на 1000, чтобы перевести в литры.
  • Способ 3. Приблизительный расчет, основанный на данных, полученных на практике. Количество теплоносителя зависит от устройств, которые использованы, чтобы отапливать дом:
    • для теплого пола требуется 17 л жидкости на 1 кВт;
    • для радиаторного отопления – 10,6 л на 1 кВт;
    • для конвекторов – 7 л на 1 кВт.
  • Способ 4. Самый простой вариант, но не слишком точный. Объём теплоносителя в системе вычисляется из расчета 15 л на 1 кВт мощности.

Итоговый расчет

Определив суммарное количество теплоносителя в котельном агрегате и контуре, можно выполнить расчет объёма расширительного бака.

Для этого можно воспользоваться формулой Vбака=Vсист × k/D , с учетом, что:

D – параметр эффективности мембранного бака;
k – коэффициент теплового расширения жидкости, которую планируется использовать в качестве теплоносителя:

  • для воды – 4%;
  • для этиленгликоля 10% – 4,4%;
  • для этиленгликоля 20% – 4,8%.

Vсист – объём жидкости в системе.

Если параметр D не указан в паспорте бака, его рассчитывают, используя формулу D = (Pмакс — Pнач) ⁄ (Pмакс + 1) , 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.

Обратите внимание! Если вы предполагаете возможность впоследствии заменить в системе воду на антифриз, выбрав подходящую разновидность незамерзайки, следует сразу приобрести бак с соответствующим запасом по объёму, либо впоследствии смонтировать еще один резервуар.

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.

Расчет и объем расширительного бака для отопления

Прочитав этот материал, вы сможете раз и навсегда оставить позади проблему расчёта расширительного бака для закрытой и открытой систем отопления. Ниже вы сможете найти формулы. Также затронута тема возможных проблем из-за неправильного выбора этого оборудования.

Одной из ключевых задач, которую нужно выполнить – это расчет расширительного бака для закрытой системы отопления. В свою очередь, в открытых контурах это не имеет столь большого значения. В принципе, расчет несложный, если вы владеете информацией. Несмотря на простоту вычислений, на практике случается допущение ошибок, которые приводят к негативным последствиям. Самая распространенная ошибка – это халатное отношение к выбору. Бывает так, что люди не уделяют достаточного внимания расчету объема расширительного бака для отопления и начинают разбираться в нюансах, только после того, как появляются первые проблемы и система требует ремонта.

Возможные проблемы

Для начала давайте рассмотрим последствия неправильного расчета расширительного бака для закрытой системы отопления. Возможно, и у вас стоит непригодный резервуар для вашей системы, а вы об этом даже не подозреваете. В случае если объём бака был рассчитан правильно, в контуре всегда будет стабильное давление. Не имеет значения открытая у вас система, или закрытая, расчет объема расширительного бака для отопления обоих видов схож, так как принцип их работы приблизительно одинаковый. Суть в том, что вода в трубах выступает в роли теплоносителя.

То есть она разносит тепло по всему контуру и отдает его посредствам радиаторов, и стенок труб. Благодаря этому в помещении становится тепло. При этом количество воды всегда изменяется. После того, как она нагревается, ее становится больше, а после того, как остывает – меньше. Сдавить воду механическим путем невозможно, значит, нужно на время выводить ее излишки из контура. И обязательно в таких количествах, чтобы давление в системе всегда держалось на необходимом уровне, без перепадов. Вот мы и подошли к главному – это перепады давления.

Читать еще:  Печь на опилках своими руками: принцип работы

Если в контуре происходят перепады давления – это первые звоночки о неправильном функционировании. Виной этому может быть неправильно рассчитанный объем расширительного бака для системы отопления.

Каким образом происходят перепады

Оба процесса взаимосвязаны. Увеличение давления в контуре означает, что теплоносителю некуда деваться после того, как он увеличился в объёме. Одной из причин, не единственной, может быть неправильный расчет расширительного бака для отопления закрытого типа. Каким образом это происходит на практике? Возьмем, к примеру, контур, вмещающий сто литров теплоносителя:

  • в системе находится сто литров холодной жидкости;
  • включается котел и нагревает теплоноситель;
  • вода расширяется и ее становится уже не сто, а приблизительно сто пять литров;
  • лишняя жидкость должна куда-то деваться. Для этого в контуре установлен расширительный бачок;
  • после того как теплоноситель остыл, его в контуре стало не хватать, так как часть вытиснилась в бачок. Соответственно, воду в трубы надо вернуть, что и происходит, если все хорошо.

Если же объем расширительного бака для закрытой системы отопления меньше необходимого, то вся жидкость, которая не вместилась, будет выведена наружу. В контуре предусматриваются специальные клапаны, которые выбрасывают теплоноситель в том случае, если давление повышается до критического уровня. Такими клапанами оснащены и современные котлы. Это необходимое условие для безопасной эксплуатации отопления. Повышение давления может привести даже к взрыву. Представьте себе последствия, когда трубы просто разрывает и горячая вода летит во все стороны. Помимо того, что можно получить травму от удара, такое чрезвычайное происшествие грозит ожогами находящимся поблизости людям и животным.

В дальнейшем, после остывания, вода уменьшается в объёме. Жидкость из бака вытесняется обратно в трубы, но теплоносителя все равно не хватает. Это потому что выведенная вода наружу не вернулась, она ушла безвозвратно. В результате давление в контуре резко падает. Это приводит к следующим результатам:

  • остановка котла. У нагревателей есть определенный порог минимального давления, при котором он может работать. Если это значение не выдерживается, он просто не может включиться, автоматика не позволяет это сделать;
  • размораживание системы. Если остановка отопительного оборудования произошла зимой, а вы не дома, может произойти серьезная авария. Система замерзнет за несколько часов, в зависимости от уровня теплоизоляции вашего жилья;
  • необходимость подпитки. Надо подлить недостающее количество воды в контур.

Это результаты грубых ошибок, допущенный при расчете расширительного бака для отопления, или если вы понадеялись на резервуар, встроенный в котел.

В современных котлах есть встроенные баки, объёма которых зачастую недостаточно. Обязательно учитывайте этот факт и при необходимости устанавливайте дополнительные резервуары.

Бывает и так, что бак полностью заполняется, давление продолжает расти, но не доходит до критического уровня. Стрелка манометра балансирует на грани рабочего максимума контура, при этом все функционирует. Таких случаев не счесть. Люди очень часто задают вопросы по поводу таких вот перепадов. Конечно, такие процессы их волнуют, так как они не являются нормой. При таких повышениях контур работает в экстремальных условиях, что приводит к его скорейшему износу. Также такие процессы неблагоприятно влияют на котел, а он денег стоит и не малых.

Подбор объёма

Рассмотрим по отдельности как рассчитать расширительный бак для отопления герметичного и открытого типов. Так как конструкция и принцип действия таких резервуаров абсолютно разные, хотя оба выполняют одинаковую функцию.

Размеры расширительного бака для открытой системы отопления, по большому счету, определяют его объём, так как конструкция такого резервуара довольно проста. Он делается из листового металла. В нем есть отверстие, через которое теплоноситель попадает вовнутрь и уходит опять в трубы. Также они могут быть оснащены отверстием для перелива, через которое лишняя вода выводится в канализацию.

Бывает, что в резервуар подводят автоматическую подпитку. Но главное, как рассчитан расширительный бак в системе отопления, а точнее, его объём. Возьмём все ту же систему со ста литрами воды. После нагревания жидкость увеличится процентов на пять, может больше, в зависимости от температуры в контуре. Выходит, что объем расширительного бака для этой открытой системы отопления должен быть не меньше пяти литров, лучше больше. И расчет расширительного бака для системы отопления сводится к следующему алгоритму:

  • пять литров – это расширение воды;
  • пару литров должно всегда быть в баке – это чтобы воздух не попадал в контур;
  • литра три надо сделать про запас.

По итогам расчёта объема расширительного бака для отопления получает десять литров. Кстати, это самый простой и распространенный способ подбора – десять процентов от количества воды в контуре.

Самый простой способ, как рассчитать объем расширительного бака для отопления – это вычисление десятой части от общего количества теплоносителя. Это значение с необходимым запасом, при котором все будет работать как часы.

Для закрытых систем помимо простого, народного, способа расчета объема расширительного бака системы отопления, есть более точные методы. Чтобы воспользоваться ими, нужно знать несколько значений. К ним относятся:

  • насколько увеличивается объём воды (ОВ) при нагревании. Ответ: на пять процентов. Значение округлено до целого числа без дробей, для удобства. Если в вашем контуре циркулирует незамерзающая жидкость, антифриз, то это значение будет больше;
  • сколько всего воды в контуре (ВК). Такие данные должны быть уже с этапа проектирования. Так как подбор нагревателя осуществляется исходя из этой величины. Если случилось так, что вы не знаете, сколько там литров, остается только замерять. Первое что приходит на ум – это слить полностью всю жидкость из контура и заполнить его заново. Количество литров можно измерить ведрами, а можно воспользоваться специальным счетчиком, который устанавливается на потоке;
  • на какое максимальное давление рассчитан контур и котел (ДК). Это значение можно прочитать в документах нагревателя, или на нем самом. Вряд ли случится так, что нет ни документов, ни информации на корпусе котла. Но если уж так вышло, то интернет вам в помощь;
  • какое давление в воздушной камере расширительного резервуара (ДБ). Это тоже указано в технической документации.
Читать еще:  Пирог теплого водяного пола: из чего состоит?

Чтобы рассчитать какой объем расширительного бака нужен для отопления, следует выполнить несложное математическое вычисление:

ОВ х ВК х (ДК + 1) / ДК – ДБ

По результатам расчета емкости расширительного бака для отопления вы получите точное значение. Остается открытым вопрос о целесообразности таких сложных подсчетов. Несомненно, по итогам этой формулы расчёта расширительного бачка системы отопления, получится меньшее значение, чем по результатам «народного» метода. Но погрешность в большую сторону не является ошибкой. Если резервуар больше необходимого – ничего страшного, просто нужно правильно его настроить.

До какого уровня накачивать воздушную камеру

Важно правильно настроить расширительный бачок для отопления закрытого типа. Расчет вместительности — это, конечно, серьёзный аспект, но даже если он выполнен правильно, бак все равно может работать неподобающим образом. Чтобы с этим разобраться, вкратце остановимся на его конструкции. Он состоит из двух отделений, между которыми есть резиновая прокладка. Связи между камерами нет. В отделении для воздуха есть ниппель.

В процессе эксплуатации вода заполняет объём камеры бака, при этом мембрана растягивается. Если давление в воздушной камере слишком высокое, оно просто не даст резинке деформироваться. В итоге, бак не работает. В воздушной камере должно быть на две десятых атмосферы меньше, чем рабочее давление котла. Или же для настройки воспользуйтесь рекомендациями производителя.

Как расчитать расширительный бак для отопления?

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

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

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

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

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

Схематическое устройство расширительного бака

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

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

Математика в расчете параметров расширительного бака

Перед тем, как рассчитать расширительный бак для отопления, уже необходимо определить:

Общий (суммарный) объем всех элементов системы отопления: котла, труб, радиаторов. Сделать такой расчет практически довольно сложно — поэтому используют методику приблизительного расчета, основанную на таких практических данных:

  • конвектор «берет» 7 л теплоносителя на кВт мощности;
  • теплый пол «потребует» 17 л на кВт;
  • радиатору необходимо 10,6 л/кВт тепловой мощности.

Еще проще! На 1 кВт мощности системы отопления принимается расчетная величина объема в 15 л теплоносителя.

Расчет объема расширительного бака (V_) делаем по формуле:
$$ V_ = V_*k/D $$
где:

(V_) — объем теплоносителя во всей системе;

(k) — коэффициент объемного теплового расширения теплоносителя;

(D) — показатель эффективности расширительного бака (мембранного блока).

Величину (k) для воды принимают равной 4% при ее температуре до 95 О С, при использовании этиленгликоля 10-20% величина изменяется от 4,4 до 4,8% соответственно!

Ориентировочная величина расчета расширительного бака для отопления, то есть объема жидкости в нем – 3% от всего объема теплоносителя данной системы.

В случае «неизвестности» параметра (D) его можно рассчитать по формуле:
$$D = frac — P_> + 1>$$
где:

(P_) — значение макс. допустимого в системе давления (на это давление на строен предохранительный клапан);

(P_) — давление первоначальной накачки воздушной камеры бака.

Расчет мембранного расширительного бака обязует учитывать предельные рабочие параметры:

  1. максимальное значение температуры теплоносителя (до +120 о С);
  2. максимальное рабочее давление (до 6-10 бар).

Итоговые показатели для выбора бака должны быть выше расчетных. Незначительное превышение необходимого объема бака не так страшно,как недостаточный его объем.

Внимание! Применение в качестве теплоносителя антифризных смесей рекомендован выбор бака с увеличенным на 50% объемом.

В случае использования рециркуляционной системы горячего водоснабжения ее необходимо оборудовать дополнительным расширительным баком.

Выполняется расчет расширительного бака для ГВС согласно технической документации конкретного производителя устройств.

Типовая схема подключения расширительных баков в систему отопления и ГВС

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector