Емкость расширительного бака для отопления

Ниже мы приведем стандартные формулы для расчета объема расширительного бака. Они позволят точно определить, бак какого типа понадобится для вашей отопительной системы.

Потребуются следующие данные:

·         мощность системы;

·         объемы теплоносителя;

·         статическое давление;

·         предварительное давление;

·         максимальное давление;

·         средняя температура системы в процессе работы.

Объем бака рассчитывается таким образом, чтобы при нагреве теплоносителя давление в системе не превышало максимально допустимого значения.

Общая формула:

·         КЕ - объем отопительной системы в целом;

·         Z - постоянное значения расширения жидкости теплоносителя;

·         N - величина эффективности мембранного бака.

Необходимо помнить, что идеальные расчеты, произвести практически невозможно. Ориентировочно объем рассчитывается исходя из значения, что 1 кВт мощности отопительного оборудования равен 15 литрам объема теплоносителя. Тогда средняя мощность для обычного дома равна 44 кВт. По формуле получается КЕ = 15х44 = 660л.
Константа расширения жидкости около 4%, для систем в которых используется обычная вода с максимальной температурой нагрева 95 градусов Цельсия. Если вместе воды закачивается элиленгликоль, то  коэффициент расширения можно вычислить так:

Зачастую результативность работы мембранного бачка указана производителем, но и самому ее рассчитать не сложно:

DV - наибольшее допустимое значения давления в системе, которое равно допустимому давлению предохранительного клапана и для обычных бытовых систем отопления редко превышает показатель в 2,5 - 3 бар.
DS - значения давления начальной зарядки мембранного бака исходя из постоянного значения в пол атмосферы на 5 метров протяженности отопительной системы.

В итоге получается, что если общая площадь помещения, в котором оборудуется система отопления, равна 400 кв. м., максимальная верхняя точка системы равна 5 м, и расчётная мощность оборудования 44 кВт, то требуемый объем бачка при таких значениях будет:

КЕ 44х15=660л.
DV 2,5 бар; DS =0.5 бар
N (2.5 – 0.5) / (2.5+1) = 0.57

K 660x0.04 / 0.57 = 46.2

Исходя из полученных данных, необходимо подбирать расширительный бак для отопления объемом 50 литров, с начальным давление в 0,5 бар.
Также для стандартных элементов отопительной системы существуют стандартные примерные значения:

1.      Радиаторы около 10,5 л.

2.      Теплые полы и другие греющие поверхности 17,0 л.

3.      Конвекторы 7,0 л.

Коэффициент увеличения-расширения объёма воды и водогликолевой смеси в зависимости от температурных показателей:

Таблица примерного расчета 

    расширительного бака

Расширительные баки для отопления — рассчёт объёма воды при нагревании

• Техподдержка
• Статьи
• Архив
• Расчет расширительного бака для отопления

Как известно, подавляющее большинство веществ в природе обладает свойством расширяться с повышением температуры. Соответствующей характеристикой служит коэффициент теплового расширения, отображающий изменение объема среды либо линейных размеров тела при нагреве на 1 °С в условиях постоянного давления (в первом случае говорят о коэффициенте теплового объемного, во втором – линейного расширения).

Рис. 1. Зависимость объема воды от температуры

Коэффициент температурного расширения воды

С увеличением температуры коэффициент объемного теплового расширения воды изменяется неравномерно (рис. 1): в диапазоне от 0 до 4 °С объем воды и вовсе уменьшается (эта особенность играет важную роль в природных водоемах), при дальнейшем нагреве значение коэффициента меняется так, как показано в табл. 1.

Таблица 1

Вот, что это означает на практике. Примерный объем воды в системе отопления индивидуального дома тепловой мощностью 30 кВт составляет 450 л (в ориентировочных расчетах допускается принять 15 л/кВт). В табл. 2 приведены расчеты, показывающие, что при нагреве с 5 до 80 °C увеличение этого объема составит порядка 13 л.

Таблица 2

Чтобы принять дополнительный объем жидкости, образующийся при ее нагревании, систему отопления оснащают расширительным баком (экспанзоматом). Раньше в этом качестве широко использовались открытые (с доступом атмосферного воздуха) резервуары, размещаемые в верхней точке системы – как правило, на чердаке дома. Такое решение, хотя применяется и сегодня, не соответствует современным требованиям к элементам отопительных систем, и предпочтение отдано мембранному расширительному баку: его можно устанавливать в любом месте дома (в том числе – непосредственно в котельной), в нем не происходит попадания кислорода в теплоноситель (т.е. исключается основной фактор коррозии оборудования), а рабочая жидкость не теряется из-за испарения.

Если в открытой системе отопления тепловое расширение воды приводит к увеличению ее объема с перемещением образующегося «излишка» в расширительный бак, то в замкнутом трубопроводе результатом окажется повышение давления.

Значение Δp прямо пропорционально коэффициенту теплового расширения и обратно пропорциональна коэффициенту объемного сжатия воды (зависит от давления, в диапазоне 1–25 бар – 49,51∙10^-11 Па, в гидравлических расчетах принимают равным 4,9 ∙10^-10 Па):

Δp = β_t • Δt / β_v, Па.

Представленные в табл. 3 результаты расчетов показывают, каким значительным является увеличение давления при нагреве воды на 75 °C в замкнутом трубопроводе – в разы выше давления разрушения полнобиметаллического радиатора, не говоря уже о других элементах отопительной системы. Поправка на деформацию труб и оборудования уменьшит это значение, но не изменит ситуации кардинально.

Таблица 3

Конструкция расширительных баков

Помимо обязательности расширительного бака, полученные цифры показывают важность его правильного подбора (при недостаточном объеме неизбежно разрушение мембраны), а также необходимость компенсации теплового расширения воды в замкнутом трубопроводе даже при относительно небольшом перепаде температур. Например, аварийная ситуация может возникнуть в системе холодного водоснабжения квартиры при самопроизвольном нагреве поступившей воды до комнатной температуры и закрытом кране на вводе.

Существуют две основные конструкции мембранных расширительных баков. Наиболее простая – с диафрагменной (лепестковой) мембраной, наглухо зафиксированной в месте соединения полукорпусов. Такие модели имеют меньшую стоимость и применяются достаточно широко, однако обладают недостатками, основные из которых – контакт теплоносителя с материалом корпуса и невозможность ремонта при повреждении мембраны. Баки второго типа оборудуется сменной мембраной – баллонной либо сферической, помещаемой в корпус через горловину с фланцем (рис. 2). Они ремонтопригодны, исключают коррозию металлических стенок от соприкосновения с рабочей средой, характеризуются более полным заполнением внутреннего пространства корпуса (полезный объем), чем экспанзоматы с диафрагменной мембраной.

Pис. 2. Конструкция расширительных баков со сменной мембранойVRV

Принцип работы у мембранных баков обоих типов одинаковый: внутренний объем резервуара разделен эластичной перегородкой на две полости – воздушную и водяную. При нагреве жидкости в системе и увеличении ее объема происходит заполнение водяной полости с растяжением мембраны и сжатием газа (воздуха или азота) в пространстве между ней и корпусом. При остывании теплоносителя имеют место обратные процессы – сжатие жидкости и мембраны, расширение газа.

Давление воздушной подушки настраивается таким образом, чтобы при неработающей системе отопления статическое давление теплоносителя в ней было компенсировано, и мембрана находилась в равновесном состоянии (подробнее читайте в статье о расчете и размещении мембранного бака). Обычно в продажу мембранные расширительные баки поступают с предварительно настроенным давлением в 1,5 бара. Для возможности регулирования и поддержания предварительного давления мембранный бак оснащают ниппелем.

Материалами для изготовления мембран в настоящее время служат различные эластомеры – натуральная каучуковая (используется при изготовлении баков для холодного водоснабжения) и синтетическая резина – бутиловая, стирол-бутадиеновая (SBR), нитрил-бутадиеновая (NBR), а также этилен-пропилен-диен-мономер (EPDM), хорошо зарекомендовавший себя в инженерных системах различного назначения. Мембраны из EPDM эластичны, термостойки, гигиеничны и долговечны (ресурс оценивается в 100 тыс. циклов динамического нагружения), поэтому широко применяются в баках для отопления и водоснабжения, включая питьевое. В нормально работающих системах отопления мембраны экспанзоматов не подвержены резким динамическим воздействиям (изменение объема теплоносителя происходит достаточно плавно), поэтому основными требования к ним являются термическая стойкость и долговечность. EPDM как нельзя лучше отвечает этим критериям.

Производство мембран расширительных баков нормируются европейским стандартом DIN 4807-3 «Расширительные емкости, мембраны из эластомеров для расширительных баков. Технические требования и испытания» (Expansion vessels; elastomer membranes; requirements and testing).

На рис. 3 показаны сменные мембраны из EPDM. Их крепление к фланцу бака осуществляется с помощью контрфланца с приваренным присоединительным штуцером и дырчатым рассекателем струи по центру. В случае порыва мембраны (если такое все же произошло) ее несложно извлечь, чтобы заменить на новую или отремонтировать (повреждение можно заклеить самостоятельно или обратиться в ближайший шиномонтаж для вулканизации).

Рис. 3. Сменные EPDM-мембраны для расширительных баков

Корпус мембранного расширительного бака, как правило, изготавливают из пластичной углеродистой стали методом холодной глубокой штамповки с последующей покраской эпоксидной эмалью. Внутреннюю поверхность экспанзоматов со сменной мембраной обычно не окрашивают, и чтобы исключить риск ее коррозии при выпадении конденсата, в воздушную полость на заводе закачивают химически нейтральный азот.

Как правило, вертикальные баки емкостью от 50 л оборудуют опорами-ножками для напольной установки. Модели меньшего объема (обычно – до 35 л включительно) подвешивают непосредственно на трубопровод или крепят к стене с помощью специальных кронштейнов (консолей).

В табл. 4 приведены характеристики мембранных расширительных баков VALTEC VRV.

Таблица 4. Технические характеристики расширительных баков VALTEC

Удобный монтаж экспанзоматов в системах мощностью до 44 кВт обеспечивает группа безопасности расширительного бака VT. 495 (рис. 4), представляющая собой полую стальную оцинкованную консоль с фланцем для крепления к стене и предустановленным комплектом сантехнических устройств из предохранительного клапана, автоматического воздухоотводчика и манометра. Имеются также два резьбовых патрубка – для подключения группы к системе и подсоединения расширительного бака. Габариты консольной группы безопасности позволяют подвешивать непосредственно к ней расширительные баки размером до 50 л включительно.

Рис. 4. Группа безопасности расширительного бака VT.495

Важным и полезным аксессуаром для расширительных баков систем отопления и ГВС является также разъемный сгон-отсекатель VT.538, позволяющий отсоединять мембранные баки от трубопровода без его опорожнения.

Уважаемые читатели! С момента публикации этой статьи в ассортименте нашей компании, практике применения оборудования, нормативных документах могли произойти изменения. Предлагаемая вам информация полезна, однако носит исключительно ознакомительный характер.

Распечатать статью:
Расчет расширительного бака для отопления

© Правообладатель ООО «Веста Регионы», 2010
Все авторские права защищены. При копировании статьи ссылка на правообладателя и/или на сайт www.valtec.ru обязательна.

PEX, Сантехника, Отопление, Системы отопления, вентиляции и кондиционирования

Как определить размер и выбрать подходящий расширительный бак

При нагревании вода расширяется и ее объем увеличивается. Поскольку вода считается несжимаемой, в системе с замкнутым контуром это тепловое расширение оказывает невероятное давление на трубопровод и компоненты всей системы. Если не решить проблему, это давление воды может привести к утечкам и даже полному разрыву трубопровода. Расширительные баки обеспечивают дополнительное пространство для расширенной воды и снижают давление в системе. Кроме того, отсутствие расширительного бака позволит давлению открыть предохранительный клапан, что приведет к потере энергии, сокращению срока службы системы и общей потенциальной угрозе безопасности.

Сам по себе расширительный бачок представляет собой емкость с воздухом, отделенную от воды диафрагмой.

Когда система отопления заполнена холодной водой, предварительное давление в расширительном баке равно давлению наполнения, что приводит к тому, что мембрана расширительного бака полностью прилегает к баку. По мере повышения температуры воды в системе расширенная вода поглощается расширительным баком. После того, как температура воды достигает максимума и начинает снижаться, диафрагма возвращает охлажденную воду обратно в систему.

Типы расширительных баков

Существует несколько типов расширительных баков в зависимости от потребностей вашей системы. В бытовых системах горячего водоснабжения используются расширительные баки Amtrol Therm-X-Trol. Для лучистых и водяных систем отопления следует использовать Amtrol Extrol, Radiant Extrol или расширительный бак Fill-Trol.

Выбор правильного размера расширительного бака

Перед покупкой расширительного бака вы должны выяснить, какой объем расширительного бака потребуется для вашей системы. Решение будет основываться на двух факторах. Во-первых, это мощность вашего водонагревателя или бойлера в галлонах. Эта информация будет указана на заводской этикетке водонагревателя или котла. Во-вторых, давление воды в вашей системе трубопроводов. Для сантехнических применений эту информацию можно получить, либо прикрепив небольшой манометр к любому крану, либо позвонив в местную компанию по водоснабжению. Для систем водяного и лучистого отопления давление в системе обычно никогда не превышает 30 фунтов на квадратный дюйм.

Если расширительный бак, который вы покупаете, меньше, чем требуется вашей системе, избыточное давление от расширяющейся горячей воды вызовет срабатывание предохранительного клапана. С другой стороны, нет проблем с наличием расширительного бака, который больше, чем требуется вашей системе. На самом деле, если вы не уверены, что ваш расширительный бак сможет безопасно вместить вашу систему, обычной практикой является выбор расширительного бака, который на один размер больше требуемого размера. Как правило, при работе с расширительными баками лучше сделать больше, чем меньше.

Применение в сантехнике

Therm-X-Trol

Расширительные баки Therm-X-Trol изготавливаются из цветных металлов, что делает их пригодными для бытовых систем горячего водоснабжения.

Характеристики расширительных баков Therm-X-Trol

• Крепление водонагревателя и арматуры

• Устраняет потери воды и энергии

• Гарантирует, что предохранительные клапаны не откроются

• Снижает риск повышения давления

Таблицы размеров

Жилые помещения (до 150*F)

Коммерческое применение (до 180*F)

Системы водяного отопления

Extrol и Fill-Trol

Расширительные баки Extrol используются гораздо чаще, чем расширительные баки Fill-Trol. На самом деле, единственная разница между ними заключается в том, что расширительные баки Fill-Trol включают в себя специально разработанный редукционный наполнительный клапан. Для расширительных баков Extrol требуется отдельный наполнительный клапан.

Резервуары Extrol и Fill-Trol рассчитаны с учетом дополнительного фактора. На вашем котле, скорее всего, будет напечатана информация о производительности БТЕ/ч. Модели Extrol и Fill-Trol имеют одинаковые размеры и сравнимые размеры.

Характеристики расширительного бака Extrol

• Обеспечивает постоянное отделение воды в системе от воздуха
• Контролирует и нормализует давление воды в системе
• Использует диафрагму из бутилкаучука/EPDM для гораздо лучшего удержания воздуха, чем натуральный каучук
• Простота установки

Характеристики расширительного бака Fill-Trol

• Не требует отдельного автоматического наливного клапана
• Те же характеристики и модель, что и у обычного расширительного бака Extrol

Таблица размеров

Системы лучистого отопления

Radiant Extrol

Расширительные баки Radiant Extrol предназначены для работы как в открытых, так и в замкнутых системах лучистого отопления, а также подходят для систем снеготаяния.

При выборе расширительных баков Radiant Extrol еще одним фактором, который необходимо учитывать при выборе размера, является размер и длина используемой трубки.

Характеристики расширительных баков Radiant Extrol

• Специально разработаны для высокоэффективных радиационных систем
• Подходит для барьерных и небарьерных систем PEX
• Подходит для использования с гликолем
• Соединение из цветного металла, стойкое к коррозии.

Таблица размеров

Расширительные баки для горячей воды - размеры

Расширительные баки необходимы в системах отопления, охлаждения или кондиционирования воздуха, чтобы избежать неприемлемого увеличения давления в системе, когда вода расширяется во время нагрева.

Взрывная мощность водной воды с супер нагретой

• 1 фунт (0,45 кг) нитроглицерина> 2 000 000 футов _F (2 700 000 J)
• (2 700 000 J)
• 3 1 LB). flashed into steam > 750 000 ft lb _f (100 000 J)