Этот контейнер служит камерой для воды, а оставшееся пространство — воздушной камерой с фиксированным давлением. Когда жидкость расширяется, стенки мембраны начинают растягиваться, и мембрана становится непроницаемой для поршня. В то же время объем воздушных камер уменьшается, а давление продолжает расти.
Расширительный бак для ГВС и отопления. Для чего нужен? Принцип работы.
Установка расширительных баков является обязательной в системах горячего водоснабжения и отопления в отдельно стоящих домах. Сегодня мы поговорим об их устройстве, принципе действия и правилах эксплуатации этих устройств.
Назначение расширительного бака в системе отопления и ГВС
Вода, как и любое природное тело, имеет свойство расширяться при нагревании. Этот факт необходимо учитывать, особенно если система, по которой она циркулирует, является закрытой, то есть системой без постоянного подключения. Это означает, что она не имеет постоянной связи с атмосферой. Системы отопления с принудительной циркуляцией и системы горячего водоснабжения относятся к этой категории.
Помимо теплового расширения, поток горячей воды может быть неравномерным из-за неправильной конструкции насосов, котлов или отопительных агрегатов и неправильного монтажа трубопроводов. Сила этих импульсов может быть достаточной, чтобы физически разорвать трубы. В простейшем случае пользователь испытывает дискомфорт из-за постоянного стука в трубах.
Поэтому для компенсации и уравновешивания этих явлений существует расширительный бак. Конструкция этих устройств довольно проста, но это не значит, что не существует правил установки и эксплуатации. Они есть, но о них мы поговорим чуть позже.
Типы расширительных баков
Конструкция расширительного бака для отопления и горячего водоснабжения основана на том, что жидкость несжимаема, она поглощает внешние воздействия без деформации. Чтобы использовать это свойство, емкость разделяют на две не сообщающиеся между собой полости эластичным материалом — мембраной. Существует два типа баков, в зависимости от типа установки и характера этого элемента:
В первом случае горячая вода поступает в эластичную емкость, которая устанавливается через горловину бака и не сообщается с ним. Во втором случае мембрана состоит из плоской пластины, прикрепленной к металлическому фланцу, который делит бак на две части. В этом случае горячая вода контактирует со стенками бака.
Та часть объема, которая не содержит воды или другого теплоносителя, является резервуаром для воздуха или другого газообразного вещества (азота, гелия), создающего необходимое давление, воспринимаемое жидкостью.
Пневматический клапан (ниппель) одностороннего действия устанавливается в резервуар для газовой смеси (обычно воздуха, но может использоваться и азот) — это делается перед началом эксплуатации или после ремонта. Конструкция напоминает накачку автомобильных шин.
Как работает мембранный расширительный бак? Довольно просто: давление газа в пневматической части объема поглощается жидкостью в сосуде и передается всему теплоносителю в трубах. Таким образом, он действует как демпфер и предотвращает резкое и неравномерное повышение или понижение давления.
Как подобрать расширительный бак для ГВС или отопления
При выборе расширительного бака для горячей воды или отопления необходимо учитывать следующие критерии:
Рабочая температура жидкости.
- Давление.
- Объем бака.
- Допустимость работы с питьевыми жидкостями.
Рабочая температура различна для систем горячего водоснабжения и отопления. В первом случае она не превышает 70-80 0С. Во втором случае она различна для систем горячего водоснабжения и систем отопления. Во втором случае она может достигать температуры кипения воды и даже выше в случае работы с перегретым паром. Чтобы пользователю было проще разобраться в моделях, сделано примечание: высокотемпературные расширительные баки имеют красный цвет, а низкотемпературные — синий.
Рабочее давление в системах отопления одноквартирных домов составляет не более 3 атмосфер, это же ориентировочное значение относится и к бытовой горячей воде. Соблюдайте паспортные данные вашего циркуляционного насоса. Бак должен находиться примерно в том же диапазоне.
Объем накопительного бака — очень важный параметр. Если он слишком мал, это не окажет существенного влияния на работу системы. Простое эмпирическое правило гласит, что в расширительный бак должно помещаться не менее 10 % от общего объема охлаждающей жидкости. Остальное следует определять исходя из возможностей установки и здравого смысла. Слишком большие баки требуют не только дополнительной площади, но и собственного фундамента.
Бойлерная вода используется для отопления; она содержит вещества, снижающие жесткость и препятствующие накоплению солей в трубах. Она не очень подходит для кожи человека или для проглатывания. В закрытых системах часто даже используется токсичный антифриз. Использование горячей воды — это другой вопрос. Желательно, чтобы вода была чистой и безвредной, так как ее можно проглотить во время мытья и других гигиенических мероприятий.
Зачем нужен, как работает и как подобрать расширительный бак для водяного отопления.
Современный частный дом в нашей стране, расположенный в широтах с колебаниями температуры более 50 градусов Цельсия в течение года, требует адекватного и детального отопления. Раньше для сельского дома с одной-двумя комнатами часто было достаточно обычной печки. Сейчас, когда размеры домов увеличились, а количество отдельных комнат в небольшом доме редко бывает меньше трех-четырех, современная концепция комфортного проживания требует наличия водонагревателя.
Виды и особенности расширительных баков
Этот способ отопления дома, в отличие от печного отопления, позволяет обеспечить равномерную комфортную температуру во всех помещениях. Для жидкостного отопления требуется мощная отопительная система — котел и теплоноситель, циркулирующий в трубах между котлом и радиаторами, расположенными в каждом из отапливаемых помещений. Когда котел выключен, теплоноситель не нагревается и за короткое время опускается до комнатной температуры. Таким образом, температура теплоносителя периодически меняется. Как известно из физики, любое тело имеет свойство расширяться при повышении температуры. При нагревании охлаждающая среда увеличивает свой объем. Однако в замкнутом контуре ему некуда выходить, и его давление начинает расти. Частые перепады давления приводят к «расшатыванию» системы, и в важных узлах быстрее образуются утечки. Решение: расширительный бак в системе отопления.
Расширительный бак — это, по сути, емкость, в которой жидкость может увеличивать или уменьшать свой объем. Его установка позволяет избежать повышения и понижения давления теплоносителя при изменении температуры. Установка расширительного бака неизбежна при монтаже жидкостной системы отопления в доме. Однако типы расширительных баков различаются в зависимости от типа планируемой системы в каждом конкретном случае. Для отопления влажных помещений существует два варианта: открытая и закрытая системы.
Открытые или закрытые системы
Открытая система отопления — это открытая система, которая не является полностью герметичной. Давление жидкости зависит от положения резервуара и уровня жидкости. Для иллюстрации открытую систему можно сравнить с кастрюлей с водой, наполненной на две трети, без крышки на горелке. Стенки и дно нашей кастрюли непроницаемы для жидкости и не позволяют ей вытекать, пока крышка открыта.
Когда наша кастрюля нагревается, объем воды увеличивается и занимает не две трети, а примерно три четверти объема, но оставшейся высоты стенок все еще достаточно, чтобы предотвратить вытекание воды. В открытой схеме роль верхней части нашего воображаемого горшка в точности соответствует роли открытого резервуара. Такой резервуар имеет водонепроницаемую крышку (обычно снабженную крышкой). Он расположен выше, обычно на чердаке или в самой высокой комнате здания.
Если котел не оборудован системой принудительной циркуляции, открытый расширительный бак устанавливается в самой высокой точке сразу после котла. В этом случае теплоноситель, максимально нагретый котлом, по законам физики течет вверх и достигает расширительного бака, откуда уже по трубам поступает к радиаторам и возвращается в котел с постепенной потерей тепла. Эта конструкция имеет два патрубка на входе и выходе и открытый верх (с водонепроницаемой крышкой). При принудительной циркуляции бак может быть размещен в любом месте системы циркуляции (по принципу, что он находится выше всех остальных компонентов). В этом случае достаточно подсоединить к баку снизу порт, чтобы жидкость могла вытекать в объеме, достаточном для расширения при нагревании. Однако такие системы встречаются редко.
Устройство расширительных баков для водопроводной системы
Бак расширительный открытого типа
Самое простое решение, которое, кстати, широко использовалось не так давно, — установить относительно большой бак в самой высокой точке трубопроводной системы в доме. В сельской местности это может быть, например, чердак. Бак не герметичен, а просто закрывается крышкой, чтобы предотвратить излишнее испарение и загрязнение воды. Поэтому в нем по умолчанию не может быть повышенного давления.
Насос регулярно наполняет водой эту емкость. И оттуда она просто самотеком поступает в то место, где открыт кран. Таким образом, высота определяется исключительно разницей в высоте между емкостью и точкой водоразбора.
Преимущества системы очевидны — она проста и дешева. Каковы же недостатки? Практически все.
- Система получается негерметичной, а качеству уже прошедшей фильтрацию и очистку воды не идет на пользу контакт с воздухом.
- Ёмкость часто приходится располагать в неотапливаемом помещении (на чердаке). Для летнего использования – еще туда-сюда, зимой же система становится неработоспособной.
- Автоматизировать такую систему – особых сложностей не составляет: можно установить поплавковый клапан и реле давления. Они в совокупности будут обеспечивать включение насоса для заполнения бака до нужного уровня. А вот создать требуемое давление в системе – извините…, но все ограничивается исключительно перепадом высоты. А для многих сантехнических и бытовых приборов требуются совсем иные условия.
Одним словом, не стоит заморачиваться с таким «упрощением».
Герметичные расширительные баки
Это совсем другой разговор. Ограничений по их расположению практически нет, можно набирать продукт нужного объема, минимизируя количество оборотов насоса, а давление в системе можно точно регулировать.
В зависимости от конструктивных особенностей эту категорию можно разделить на три типа:
- Расширительные баки с мембраной, разделяющей емкость на две половины.
- Баллонного типа, внутри которых размещена эластичный, изменяющийся в размерах баллон для воды, который очень часто просто именуют «грушей».
- Наконец, существуют расширительные баки, в которых не предусмотрено какого-то механического разделения жидкой и газообразной среды. Но так как в условиях домашнего водопровода они практически не используются, рассматривать их не станем.
Нагнетательные баки, например:
Как правило, корпус такого бака состоит из двух половин (поз. 1). Соединение этих частей корпуса (поз. 2) определяет положение неподвижной мембраны (поз. 3). Эта эластичная перегородка делит полость бака на две камеры: водяную (поз. 4) и воздушную (поз. 5). Со стороны воды имеется резьбовое соединение (поз. 6) для подключения к водопроводу. С противоположной стороны, т.е. со стороны воздушной камеры, имеется ниппель для создания определенного предварительного давления воздуха в воздушной камере. В показанном примере этот ниппель закрыт только защитным колпачком (позиция 7).
По каким критериям выбирают расширительный бак
Предназначение, материалы изготовления
Прежде всего, можно предположить, что расширительный бак (аккумулятор давления) предназначен именно для системы водоснабжения.
В чем же разница? — спросят некоторые… Разница есть. Баки для систем отопления, например, могут быть рассчитаны на более высокие рабочие температуры, но в то же время на гораздо более низкие значения давления.
Кроме того, с резервуарами для систем отопления вам не придется беспокоиться о негигиеничности материалов, используемых для их изготовления. С другой стороны, напорный бак для системы водоснабжения никак не должен влиять на качество питьевой воды.
Цветовая маркировка баков общепринята и обычно соблюдается: для водоснабжения она обычно синяя (голубая), для отопления — красная. Но полностью полагаться на нее не следует — бывают исключения, как в одну, так и в другую сторону. Поэтому основное внимание следует уделить характеристикам, указанным в техническом паспорте.
Пятипроводное соединение часто подключается непосредственно к патрубку накопительного бака.
В системах водоснабжения не требуется высокая рабочая температура — достаточно максимум 70 градусов. Однако предельное рабочее давление должно составлять порядка 10 атмосфер. Расширительные баки для хладагентов могут работать при более высоких температурах, но их максимальное давление ограничено 2÷3 атмосферами.
На гигиеническое качество воды существенно влияет материал перегородки или цилиндра расширительного бака. Здесь предлагаются следующие варианты
— Натуральный каучук. Натуральный каучук. Натуральный каучук. Не рекомендуется превышать температурный предел +50 градусов.
— Не используйте синтетический бутиловый каучук (BUTYL). Высококачественный, прочный материал, подходит для питьевой воды. Легко выдерживает нагрев до температуры кипения, не деформируясь и не изменяя своей пластичности.
— Синтетический каучук на основе этилен-пропилена (EPDM) почти не уступает бутиловому каучуку, за исключением долговечности.
— Если мембрана изготовлена из резины SBR, расширительный бак не подходит для водопроводной воды — эта резина не должна контактировать с питьевой водой. Для технических целей (например, для отопления) ограничений нет.
Большинство баков изготавливаются из коррозионностойкой стали с защитным полимерным покрытием внутри и снаружи. Существуют также универсальные расширительные баки из нержавеющей стали. Однако они, конечно, намного дороже, чем просто сталь с покрытием.
Объем расширительного бака
Объем расширительного бака всегда является важным параметром выбора. Существуют модели со стандартным объемом от 19 литров до 1000 литров. Кажется, что чем больше — тем лучше.
Однако это не совсем так — все должно соответствовать реальным условиям эксплуатации автономной системы водоснабжения. Неоправданно большой бак для хранения воды занимает много места, стоит дорого, а накопленные в нем запасы могут долгое время оставаться неиспользованными, что, кстати, может очень негативно сказаться на качестве воды.
Зачем нужен расширительный бак в системе отопления
Чтобы понять, зачем нужен расширительный бак, необходимо ознакомиться с принципом работы и основными функциями такого бака. Если вы не знаете этой информации, то можете ошибочно подумать, что этот предмет не имеет особой ценности и только занимает место в помещении. Однако на практике он выполняет множество важных задач и является незаменимой частью системы отопления.
Расширительный бак в открытой системе отопления пользуется большой популярностью благодаря простоте монтажа, доступной стоимости и высоким показателям эффективности.
Преимущества открытых вариантов заключаются в следующем:
- Простота конструкции. В некоторых случаях для обустройства обогрева не нужно приобретать дополнительные материалы, а рабочий резервуар можно хранить в гараже.
- Открытые системы лишены проблемы появления избыточного давления, поскольку они связываются с атмосферой. Это избавляет от необходимости покупать предохранительный клапан.
- К другим плюсам относится возможность использования бака для отведения воздуха.
Помимо преимуществ, открытая система имеет и недостатки. Прежде всего, бак должен быть установлен в самой высокой точке. Для этого необходимо убедиться, что чердак хорошо утеплен, иначе жидкость в баке замерзнет при отрицательных температурах.
Принцип работы
Чтобы понять, зачем нужен расширительный бак, необходимо оценить его характеристики, особенности эксплуатации и тонкости самостоятельного монтажа. В жидкостных системах отопления теплоносителем является вода.
С помощью специального оборудования она перемещается на большие расстояния и обеспечивает полноценное отопление зданий с разным количеством этажей и площадей. Это способствует росту спроса на установку водяных систем.
Основным преимуществом открытых систем является то, что они могут работать без насосов. Движение теплоносителя происходит по термодинамическим принципам, так как горячая и холодная вода имеют разную плотность, а трубы расположены под наклоном.
Задача расширительного бака — автоматически стабилизировать давление теплоносителя и хранить остатки горячей воды.
Бак устанавливается над другими компонентами, а принцип его работы состоит из следующих этапов:
- подача. Подогретый теплоноситель перемещается от электрического, твердотопливного или газового котла к радиаторам;
- обратка. Остатки теплой воды попадают в бачок, начинают остывать и возвращаются обратно в котловой агрегат. В результате цикл повторяется.
Если система оснащена однотрубной системой, то оба процесса происходят в одной трубе. В типах с двумя трубами они происходят независимо друг от друга.
Где расположить
Поскольку открытый контур отопления закрыт, но не изолирован от внешнего воздуха и не герметичен, возникновение проблемы избыточного давления исключено. Однако расширительный бак должен быть установлен в правильном месте — выше всех остальных компонентов. Если это правило не соблюдается, теплоноситель будет просто вытекать.
Еще более высокое расположение способствует эффективному отводу воздуха. В жидкости всегда содержится растворенный воздух, который может превратиться в газ и вступить в химическую реакцию с металлическими поверхностями труб и теплообменника.
Расширительный бак для отопления закрытого типа
Основным преимуществом бака для закрытой системы отопления являются его компактные размеры и возможность установки в любом месте контура.
Если он установлен в соответствии с утвержденными правилами, то четких ограничений по выбору места установки не существует. Однако во многих установках бак размещают рядом с насосом.
Из-за герметичности бака давление в контурах может повышаться до высоких значений. Чтобы защитить конструкцию, важно сформировать «команду безопасности».
Она состоит из следующих элементов:
- Предохранительный клапан с заданным верхним порогом давления.
- Воздухоотводчик с поддержкой автоматизации.
- Манометр или манометр с термометром для выполнения контрольно-измерительных задач.
Однако необходимость организации «группы безопасности» не является недостатком из-за специфической функции системы.
К недостаткам закрытых резервуаров относятся их высокая стоимость и необходимость приобретать их самостоятельно.
Однако существуют современные модели, в которых бак уже установлен. Это относится к устройствам, которые монтируются на стену.
Устройство и принцип работы
Чтобы определить, какой расширительный бак нужен для системы отопления, рассмотрим конструкцию и принцип работы закрытой системы отопления. Конструкция такого сосуда довольно проста. Она может немного отличаться в зависимости от модели, но функциональные особенности остаются неизменными. Герметично закрытая жидкость делится на 2 камеры с помощью специального гибкого разделителя. Одна часть подключается к контуру системы через гидрант и называется водяной. Вторая часть (воздушная) используется для организации оптимального давления.
Бак проектируется с учетом этих компонентов:
- Корпус бака.
- Резьбовой патрубок.
- Ниппель или золотник.
- Мембрана.
- Водяная и воздушная камеры.
В большинстве случаев в качестве корпуса используется сборная цилиндрическая конструкция (на рынке представлены и другие варианты).
Внутренняя поверхность стенок покрыта антикоррозийным и эмалевым слоем. Цвет корпуса — красный, так как на рынке имеются также баки для горячей воды синего цвета, чтобы обозначить невозможность использования горячей воды.
Бак оснащен спиральным соединением, которое используется для подключения бака к отопительному контуру. Ведущие производители предлагают фитинги и американскую накидную гайку для упрощения монтажа.
На противоположной стороне корпуса находится ниппель или клапан с колесообразным золотником. Он используется для нагнетания давления в воздушной камере.
Следующим важным компонентом является мембрана, которая делит внутренний объем резервуара на две отдельные части. В некоторых случаях дополнительный бак оснащается мембраной, которая срабатывает в случае выхода из строя основной мембраны. Для реализации этого принципа требуется бак с расширительной мембраной.
Для этой части используются эластичные материалы с минимальной скоростью диффузии. Долгое время эту задачу выполняла резина, которая, однако, потеряла популярность из-за короткого срока службы. В современных устройствах обычно используются элементы из этилен-пропилена или бутилена.
Расчёт объёма бака
Самый простой метод определения объема бака — взять 10 % от объема используемого теплоносителя, который рассчитывается на этапе проектирования системы отопления. То есть, возьмите 10 % от объема используемого теплоносителя, который рассчитывается на этапе проектирования системы отопления. В качестве альтернативы можно опорожнить старый теплоноситель и заполнить новый, измерив объем с помощью счетчика.
Вы также можете определить объем радиаторов и труб, чтобы получить объем системы отопления, из которого нужно вычесть 10%.
Существует также способ расчета бака по формуле:
Е — коэффициент расширения теплоносителя, который указывается на упаковке,
Pmax и Pmin — максимальное и минимальное рабочее давление системы соответственно.
Следует отметить, что расчеты не стоит проводить для открытой системы отопления, но стоит провести их для закрытой системы. Если котел уже имеет встроенный бак, то при недостаточном его объеме следует установить новый бак.
Если объем бака недостаточен, объем теплоносителя уменьшится и давление в системе отопления упадет, так как теплоноситель будет сливаться в канализацию. В случае критической нехватки теплоносителя котел может просто выйти из строя.
Если вы в это время находитесь дома, вам достаточно долить теплоноситель. Если же вас нет в доме, система отопления начнет размораживаться. Котел, находящийся в критическом состоянии, тоже не годится.
Поэтому всегда лучше сделать такие расчеты и купить бак немного большего объема, чем требуется.
Давление в расширительном баке
Некоторые котлы имеют ручную регулировку давления через расширительный клапан. В противном случае оно должно быть примерно на 0,3 атмосферы ниже, чем рабочее давление системы отопления в отдельно стоящем доме. Обычно оно составляет от 1,5 до 1,8 атмосферы, в результате чего максимальное давление составляет около 1,6 атмосферы или минимальное — 1,2 атмосферы.
Чтобы измерить давление в баке, подсоедините манометр к ниппелю на верхней части бака, под пластиковой крышкой. Под крышкой находится кран, который можно использовать для сброса избыточного давления. Просто отогните пластину и выпустите воздух под нормальным давлением.
Чтобы увеличить давление, подсоедините автомобильный насос к ниппелю вместе с манометром, а затем накачайте до нужного уровня. Помните, что все эти операции должны выполняться при отсоединенном от системы отопления баке! Теплоноситель должен быть полностью слит.
Установленный расширительный бак
Положение расширительного бака в отопительной системе
В закрытой системе отопления бак следует устанавливать после котла, но перед насосом, чтобы создать поток в обратном направлении. Для подключения насоса к трубе необходимо установить тройник, бак прикручивается к вертикальному отводу, который должен иметь вертикальное направление вверх.
После бака рекомендуется установить еще один тройник, к которому можно прикрепить запорный клапан. Таким образом, вы сможете проверить бак, не сливая теплоноситель. Отсоедините бак и проверьте давление, которое должно быть нулевым.
Таким образом, закрытая система отопления с расширительным баком является практически универсальным решением для большинства типов котлов, радиаторов и других систем отопления.
Расчеты для установки бака также настоятельно рекомендуются. Открытая система отопления — это в основном вариант для деревенского дома с чердаком и твердотопливным котлом; в других случаях такая система не имеет особого смысла.
