На изображении слева представлен сосуд, вмещающий один литр воды. Жидкость заполняет резервуар до уровня переливного отверстия, а температура окружающей среды составляет +4 °C. Это значение является основной точкой отсчета для воды. На рисунке также видно мерное устройство, расположенное под переливным патрубком.
Для чего нужен расширительный бак: назначение, устройство, принцип работы, расчет объема
Ни одна автономная теплотрасса в домашних условиях не сможет функционировать полноценно без специальных расширительных устройств. Расширительный бак имеет критически важное значение, так как он принимает теплоноситель, увеличивающий свой объем при нагревании. В системах отопления расширительные баки могут быть как открытыми, так и закрытыми. Какой из типов выбрать — открытый или закрытый, зависит от ваших требований и предпочтений, поэтому рекомендуем ознакомиться с характеристиками и особенностями этих сооружений в рамках данной статьи.
Расширительный резервуар является необходимым элементом системы
Назначение расширительного бака
Расширительный бак представляет собой неотъемлемую часть магистрали, обеспечивающей теплоснабжение. Для равномерного распределения тепла необходимо, чтобы теплотрасса была полностью заполнена водой или другим теплоносителем. Во время нагревания объем этого теплоносителя увеличивается, и этот избыток попадает в резервуар расширения. Это и есть основная задача расширительного бака — без него трубы, подвергающиеся избыточному давлению, могут просто разорваться. Внутри бака размещена мембрана, разделенная на две части: первая часть заполняется водой, а во второй находится воздух.
Зачем нужен, как работает и как подобрать расширительный бак для водяного отопления.
Современное строительство частных домов в нашей стране, особенно в регионах с температурными перепадами до 50 градусов в течение года, требует установки качественной и продуманной системы отопления. Ранее, для небольших сельских домов, состоящих из одного-двух помещений, зачастую была достаточной простая печь. Но в нашей действительности, когда размеры домов увеличились, а количество комнат даже в скромном доме редко достигает трех-четырех, концепция комфортного проживания требует обязательного наличия водяного отопления.
Виды и специфика расширительных бачков
Этот тип нагрева предоставляет возможность поддерживать одинаковую температуру во всех помещениях, что невозможно при использовании печного отопления. В водяном отоплении обязательно присутствует теплообменное устройство — котел, который обеспечивает нагрев теплоносителя, циркулирующего по трубопроводам между котлом и радиаторами, расположенными в каждом из отапливаемых помещений. Когда котел отключен, теплоноситель перестает нагреваться, и его температура быстро приходит в комнатное состояние. При этом температура теплоносителя имеет свойство периодически изменяться. В соответствии с основными законами физики, объекты расширяются при повышении температуры, что также относится и к теплоносителю. При нагревании его объем увеличивается, но в замкнутом контуре ему некуда деваться, что вызывает рост давления. Частые перепады давления могут ослабить герметичность узлов системы отопления и привести к аварии. Таким образом, решение данной проблемы заключается в использовании расширительного бака.
По своей сути, расширительный бак представляет собой резервуар, который позволяет теплоносителю увеличивать или уменьшать свой объем без риска аварии системы. Установка данного устройства обязательна при монтаже любой системы водяного отопления. Однако важно понимать, что существует несколько типов расширительных баков, выбор которых зависит от особенностей проектируемой системы. В основном, выделяют два типа — открытые и закрытые системы.
Что выбрать — открытую или закрытую систему
Открытая система отопления представляет собой не полностью герметичную конструкцию с открытым верхом. Давление в системе зависит от высоты расположения резервуара и уровня теплоносителя внутри него. Чтобы лучше понять, можно представить, как кастрюля с водой, заполненная на две трети, стоит на плите без крышки. Стенки кастрюли удерживают жидкость от вытекания, так как верх остается открытым.
Когда кастрюля нагревается, вода в ней расширяется, занимая большую часть объема. Открытая система работает аналогичным образом: резервуар оказывается в самой высокой части системы — чаще всего на чердаке или в верхнем этаже. Если принудительная циркуляция теплоносителя не предусмотрена, открытый расширительный бак должен располагаться на верхней части после котла. В этом случае максимально нагретый теплоноситель поднимается вверх благодаря закону физики и попадает в расширительный бак, откуда затем идет к радиаторам, постепенно теряя тепло и возвращаясь в котел. Такой тип системы обычно имеет два патрубка — для входа и выхода, плюс открытый верх (обычно прикрыт крышкой). При наличии принудительной циркуляции бак может находиться в любом удобном для системы месте, но его расположение должно оставаться выше остальных узлов.
Плюсы закрытой отопительной системы
- Первый плюс закрытой отопительной системы заключается в том, что бак можно устанавливать в любом удобном месте, в то время как открытая система требует размещения бочка только на чердаке или другом высоком участке. Кроме того, в закрытой системе теплоноситель почти не испаряется благодаря герметичности.
- Теплоноситель в открытой системе всегда содержит воздух, что способствует коррозии в отопительных трубах и радиаторах. В закрытой системе эта проблема отсутствует.
- В закрытой системе потери в баке меньше, поскольку она более медленно прогревается и обладает меньшей чувствительностью. Кроме того, разница температур в замкнутом контуре меньше, что способствует более длительной эксплуатации оборудования.
- Закрытая система может комфортно работать с различными радиаторами, конвекторами и тепловыми завесами, а также возможно добавление системы «теплый пол». В подобную систему можно подключить и бойлер косвенного нагрева для горячего водоснабжения (ГВС).
Расширительные баки могут быть как с возможностью замены мембраны, так и неразборными. Чтобы установить баки на стене, к ним могут прилагаться специальные кронштейны и хомуты, а для установки на пол — ножки. Мембрана расширительного бака также может иметь разные конструкции.
Неразборные модели обычно оснащены мембраной в форме диафрагмы, а реже встречается мембрана в виде сосуда. Эти мембраны растягиваются под давлением и могут считаться самостоятельными водяными камерами. Для замены мембраны данного типа используется специальный фланец.
Конструкция расширительного бака
Расчёт объёма бака
Для определения объема бака можно воспользоваться простейшим подходом, согласно которому необходимо взять 10% от общего объема теплоносителя, который рассчитывается на стадии проектирования отопительной системы. Или же, можно слить старый теплоноситель и заполнить систему новой жидкостью, предварительно измерив ее объем с помощью счетчика.
Также можно вычислить объем радиаторов и трубопроводов, чтобы получить общий объем системы отопления, из которого нужно взять 10% для расчета.
Существует и формула для вычисления объема:
E – коэффициент расширения теплоносителя, указанный на упаковке,
Pmax и Pmin – максимальное и минимальное рабочее давление системы, соответственно.
Важно отметить, что для открытой системы отопления никаких расчётов производить не требуется, тогда как для закрытой системы они все же необходимы. Особенно актуально, если в котле уже установлен бак, а при недостатке его объема требуется установить новый.
При недостатке объема ячеек происходит снижение объема теплоносителя и падение давления в отопительной системе, потому что жидкость начинает выливаться в канализацию. В критическом случае недостатка теплоносителя работа котла может прекратиться.
Если в этот момент вы находитесь дома, вам будет достаточно просто долить теплоноситель. Но если вы отсутствуете, система может начать размораживаться, что приведет к весьма негативным последствиям. Не стоит недооценивать и потенциальные проблемы в работе котла в таких критических условиях.
Поэтому рекомендуется всегда проводить подобные расчеты и выбирать резервуар с немного большим объемом, чем требуется.
Бачок открытого типа
Открытый расширительный бак устанавливается в системе отопления здания. Эта система не изолирована от атмосферы, даже несмотря на замкнутую конструкцию. Соответственно, условия для возникновения избыточного давления не формируются.
Открытая система отопления в загородном доме
Монтаж открытого бака
Расширительный бак для открытой горячей системы монтируется на самом высоком участке отопительного контура. Установка резервуара в другой точке недопустима, так как это приведет к действию закона сообщающихся сосудов, и из резервуара начнет вытекать вода. Размещение бака в верхней части системы эффективно исключает наличие воздуха в контуре. Необходимо отметить, что воздух в системе неизменно присутствует. Он может проявляться либо в растворенном состоянии в воде, либо образовываться в результате химических реакций воды с материалами, из которых изготовлены трубы и радиаторы. Игнорирование удаления воздуха из системы может привести к выходу из строя отдельных труб. Открытый бак специально предназначен для вывода пузырьков газа из жидкости, находящейся в системе отопления, то есть он выполняет роль устройства для отвода воздуха.
Открытый бачок расширения теплонесущей жидкости на подающей трубе отопительной системы
Также допустимо устанавливать расширительный бак на обратном пути теплоносителя в системе отопления. Несмотря на это, даже в таком варианте необходимо монтировать резервуар в самой верхней части участка магистрали. Это условие означает, что нужно создать вертикальную трубу для соединения с точкой установки данного бака. Если бак установлен на обратной трубе, он не сможет эффективно отводить газ из системы. Поэтому во время монтажа всей системы отопления на радиаторах устанавливают специальные клапаны, которые также монтируются в верхней части подающего трубопровода.
Расчет объема закрытого бачка
Объем мембранного расширительного бака — ключевой параметр, влияющий на выбор конкретной емкости для системы отопления. Для точных вычислений применяется формула:
V = (Vс * k) / D,
где используются следующие обозначения:
- Vс – объем теплоносителя в системе;
- k – коэффициент расширения теплоносителя при его нагреве;
- D – показатель, определяющий эффективность расширительного резервуара.
Если теплоносителем служит антифриз, коэффициент расширения будет зависеть от температуры и содержания гликоля. Необходимые значения можно найти в справочной литературе.
Коэффициент расширения антифриза при его нагреве представлен в таблице:
Для оценки эффективности бака применяется формула:
D = (Рм – Рн) / (Рм +1).
В данной формуле присутствуют следующие обозначения:
- Рм – максимальное давление в тепловом контуре, которое обычно не превышает 3 атм (это давление срабатывания аварийного клапана);
- Рн – предустановленное давление, созданное в половине бачка с воздухом (рассчитывается на основе высоты сети: на каждые 500 см принимается 0,5 атм).
Эксперты рекомендуют устанавливать расширительный бак для закрытой отопительной системы, расчет объема которого проводился точно по приведенным формулам. Полученное значение должно составлять примерно 10% от общего объема теплоносителя в системе.
Для упрощения получения нужных данных нередко используются онлайн-калькуляторы для подбора расширительного бака. Профессионалы советуют проверять расчеты на минимум трех разных сайтах, чтобы получить более точный результат.
Онлайн-калькулятор позволяет провести ориентировочный расчет объема резервуара для расширения теплоносителя. Пользователь может указать в калькуляторе точное количество жидкости в системе или приблизительное значение, исходя из мощности котла. Специалисты по отоплению рекомендуют, независимо от полученных значений, для закрытой системы выбирать резервуар с минимальным объемом 12 литров.
Монтаж бачка расширения теплоносителя
Установка расширительного бака в системе отопления закрытого типа должна выполняться специалистами по определенной последовательности и с соблюдением ряда правил. Резервуар устанавливается так, чтобы входной патрубок с резьбой находился в нижней части, что позволяет максимально эффективно удалять газовые пузырьки из теплоносителя.
Классическая схема монтажа подразумевает установку резервуара на обратной трубе. Расстояние до котла рекомендуется сокращать до минимума, но при этом бачок следует устанавливать до насоса, чтобы избежать влияния завихрений потока на его работу.
На обратной трубе обязательно устанавливается тройник. Тип труб может оказать влияние на метод установки. Между тройником и баком монтируется трубопроводная арматура, позволяющая не сливать воду из сети в процессе ремонта или демонтажа резервуара. Арматура должна находиться на удобной для домовладельца высоте. Для этого используется отрезок трубопровода, соединяющий обратную магистраль и, например, шаровой кран. Этот участок может быть как параллельным, так и изогнутым. Между шаровым краном и резьбовым патрубком должна быть установлена американка, обеспечивающая разъемное соединение, что позволит легко демонтировать и устанавливать резервуар при необходимости. После завершения всех монтажных работ открываются арматура, и проверяются на герметичность все соединения.
