Расчет расширительного бака для закрытой системы отопления — примеры
Для балансировки автономной системы отопления используется расширительный бак.
Его задача- выравнивать объем теплоносителя, нагретого до высоких температур, и поддерживать заданное давление.
Надежность выполнения возложенных на этот элемент функций зависит от того, насколько правильно подобран его объем.
Этот параметр не является константой и зависит от конкретных условий. Ниже рассмотрим, как производится расчет расширительного бака для закрытой системы отопления.
Принцип действия расширительного бака
Принцип действия компенсирующего устройства прост, в нем нет никаких сложных технических решений. Однако малейшая ошибка в расчете может повлечь за собой выход из строя отопительной системы в целом.
Внутреннее пространство бака разделено на две части эластичной мембраной. Верхняя полость называется воздушной – в нее закачивается воздух. Цель этой операции – создать начальное давление в емкости. Вода из системы подается в нижнюю полость. Как только мембрана займет устойчивое положение – ляжет на поверхность жидкости, система может считаться готовой к работе.
Принцип работы закрытого расширительного бака
Разогретый теплоноситель расширяется, и его избыток поступает в бак, смещая мембрану в сторону воздушной камеры. Как только вода начинает остывать, мембрана под давлением воздуха возвращается в исходное положение, поддерживая тем самым заданное давление в системе отопления.
Слишком большой расширительный бак не в состоянии создать нужнее давление в системе. Недостаточная вместимость компенсирующего устройства не позволит принять весь избыток расширенной воды.
Поэтому так важно правильно рассчитать оптимальный объем этого важного элемента автономной отопительной системы.
В отопительной системе бак расширительный для отопления должен быть установлен в обязательном порядке. Для чего это нужно, читайте на сайте.
Схема отопления двухэтажного дома представлена тут. В чем принципиальное отличие от отопительной системы двухэтажного дома?
Методы стравливания воздуха из отопительной системы описаны в этом обзоре.
Ориентировочные значения содержания воды в системах отопления
Для определения объема расширительного бака необходимо знать, какое количество теплоносителя умещается в отопительной системе. Данный параметр равен сумме объемов котла, трубопроводов и отопительных приборов.
Наличие теплых полов требует объема теплоносителя в количестве 17 л/кВт.
Расчет вместимости отопительной системы достаточно сложный, выполнить его под силу лишь специалистам. Потребитель, не обладающий инженерными знаниями, может воспользоваться приблизительной зависимостью – 1 кВт мощности котла = 15 литрам объема теплоносителя.
Например, при мощности котла, равной 25 кВт, объем воды в системе составит:
25 х 15 = 375 (литров).
Объем расширительного бака
Выбор размера расширительного бачка зависит от трех основных параметров:
Коэффициент увеличения объема воды/водогликолевой смеси в зависимости от температуры
Как известно из законов физики, все жидкости при нагревании расширяются (как, впрочем, и любые тела). Этот факт необходимо учитывать при расчете объема расширительного бака.
Вода увеличивается в объеме при нагреве до 95 0 С на 4%. Это утверждение достаточно точное, поэтому им можно оперировать в расчетах без опасений.
Если в качестве теплоносителя используется водогликолевая смесь, картина несколько меняется – в зависимости от содержания этиленгликоля.
Расширительная емкость в отопительной система
В таком случае коэффициент расширения рабочей жидкости определяется следующим образом:
Вышеприведенные величины будут меняться в зависимости от того, до какой температуры разогревается теплоноситель. Например, при 80 градусах коэффициент расширения воды составит 0,0290. Если 10 процентов ее объема заместить этиленгликолем, коэффициент будет равен 0,0320. Смесь гликоля напополам с водой (50%) характеризуется коэффициентом расширения 0,0436.
Расчет объема расширительного бака для отопления
Основная формула, по которой можно рассчитать необходимый объем расширительного бака, выглядит так:
V = (VL x E) / D, где
VL – суммарная емкость системы отопления, включающая в себя объем котла, всех аккумуляторов тепла (конвекторов, радиаторов и пр.) и трубопровода;
Последний параметр зависит от двух величин – давления:
Для коттеджей принято считать достаточным PV = 2,5 бар.
PS должно равняться статическому давлению отопительной системы и принимается 0,5 бар = 5 м.
Отопление с естественной циркуляцией применяется все реже из-за явных недостатков данной системы. Закрытая система отопления с принудительной циркуляцией обладает целым рядом преимуществ.
Схему монтажа циркуляционного насоса в систему отопления вы можете посмотреть далее.
Пример расчета
В качестве примера рассмотрим систему отопления коттеджа площадью 300 кв. м. для обеспечения автономного отопления установлен котел мощностью 30 кВт. Кроме того, задействован теплоаккумулятор объемом 1000 литров. Высота системы составляет 5 метров.
Сначала рассчитаем общий объем теплоносителя:
VL = 30 х 15 + 1000 = 1450 (литров), где
Далее переходим к расчету эффективности мембранного бака:
D = (PV – PS) / (PV + 1)
Следовательно, D = (2.5 – 0.5) / (2.5 + 1) = 0.57
Теперь можно определить объем бака:
V = 1450 х 0,04 / 0,57 = 101,75 (литра), где
0,04 – коэффициент расширения теплоносителя (в нашем случае это – вода без добавления гликоля).
В таких случаях результат расчета необходимо округлять в большую сторону. В нашем случае ближайшее стандартное значение будет 110 литров. Именно такой бак и надо покупать.
Рекомендации специалистов
Расширительный бак закрытого типа необязательно устанавливать в наивысшей точке системы.
Главное преимущество мембранных компенсаторов как раз и заключается в возможности его размещения в месте, наиболее удобном для монтажа и эксплуатации.
Маленькие бачки объемом 20-25 литров устанавливают обычно в системы с циркуляционным насосом, мощность которого составляет 1,2 кВт. Увеличения емкости до 20-60 литров приведет к увеличению мощности насоса до 2,0 кВт.
В продаже есть компенсирующие устройства объемом 100-200 литров. Помимо их прямого назначения они могут играть роль накопительного резервуара для теплой воды. Правда, использовать их в таком ключе можно лишь в случае отключения основного источника ГВС на короткий срок.
Типоразмеры расширительных баков занимают довольно широкий диапазон. Среди них попадаются модели с габаритами настолько большими, что стандартные дверные проемы не позволяют внести их внутрь помещения. В такой ситуации лучше одну огромную емкость заменить на несколько маленьких. Главное, чтобы их суммарный объем равнялся расчетному.
Видео на тему
Расширительный бак для системы отопления
Расширительный бак – обязательный компонент любой схемы отопления. Расширительный бак компенсирует тепловое расширение теплоносителя. Нужно качественно подсчитать объем расширительного бака отопления, в другом случае он не будет выполнять свою функцию. Неверный подбор объема расширительного бака для системы отопления приведет к повреждению приборов отопления, теплогенератора и коммуникаций. В случае открытой конфигурации схемы неверный расчет может повлечь разлив теплоносителя.
Алгоритм действия расширительного бака
Расширительные баки применяются для устранения теплового расширения, принятия избытка теплоносителя, поддержания стабильного гидравлического давления в оборудовании. В закрытых схемах отопления устанавливаются герметичные баки с резиновой мембраной, для открытой – полые сосуды, соединенные с окружающей средой.
В системах отопления открытого типа лишний объем нагретой воды вытесняется в открытое пространство расширителя. В случае переполнения организуется перелив из расширителя в канализацию. Открытый сосуд устанавливается на верхней точке системы и одновременно выполняет функцию отвода воздушных пробок из системы отопления. Размер расширительного бака для отопления по открытой схеме при организации перелива теплоносителя выбирается произвольно, но не менее 5% от общего объема теплоносителя. В схемах с естественной циркуляцией (при отсутствии водопровода) бак используется для залива воды (теплоносителя).
Мембранный экспанзомат – герметичный сосуд, разделенный мембранной перегородкой на две камеры. К одной камере подключается отвод от системы отопления, в другую при производстве через специальный клапан закачивается воздух с давлением от 0,4 – 1,6 атмосфер. Объем бака зависит от общей вместимости оборудования по теплоносителю. Теплоноситель (вода), разогреваясь, расширяется и образовавшийся лишний объем его выдавливается в водяную камеру экспанзомата, создавая давление на мембранную перегородку. Мембрана выгибается в направлении воздушной камеры, усилие теплоносителя компенсируется давлением воздуха (воздух при этом сжимается). По этому принципу происходит компенсация давления в системе отопления. Гибкость мембраны и давление воздуха бачка расширительного бака для отопления закрытого типа поддерживает постоянную величину давления в системе.
Способы расчета расширительного бака для отопления
Как рассчитать объем расширительного бака? Существует способ общего подбора – объем мембранного сосуда подбирают из расчета 10% от общего внутреннего объема всего отопительного комплекса.
Чаще используют точный расчет по формулам. Его под силу провести любому человеку с помощью калькулятора. Объем расширительного бака для отопления рассчитывается по формуле:
А = ВхС/К, где В – объем теплоносителя; С – показатель теплового расширения теплоносителя; К – показатель эффективности мембранного бака.
Расчет объема теплоносителя производят тремя методами:
Обобщенный метод имеет уточненную модификацию в зависимости от типа приборов отопления. При использовании радиаторов количество воды в них составляет в среднем 11 литров, в конвекторах – 7 литров, в контуре теплого пола – до 18 литров. Объем теплообменника указан в паспорте оборудования, количество воды в трубопроводах можно определить, посчитав их протяженность и внутренний объем. Эти показатели суммируются (котел, трубы, приборы) – результат составляет общий объем комплекса отопления.
После расчета объема системы производится по следующей формуле:
К = (ДМ – ДБ)/(ДМ+1), где ДБ – максимальное давление теплоносителя, обычно принимается равным давлению срабатывания предохранительного клана на группе безопасности (3 атм.); ДБ – установленное давление воздуха в воздушной камере расширительного бака.
Показатель теплового расширения воды составляет 4% при нагреве до 95 градусов Цельсия. В случае наличия в составе теплоносителя незамерзающих фракций показатель увеличивается в зависимости от процентного содержания добавок. При 10% добавки в общем объеме показатель воды 4% умножают на поправочный коэффициент 1.1, при 30% – на 1.3 и так далее.
Расчет экспанзомата для системы с котлом мощностью 31 кВт
Перед проведением расчетов по подбору расширительного бака следует знать, что большинство настенных котлов оборудованы встроенными расширительными баками. Объем встроенного бака указан в технической документации котла. При пересчете объема системы отопления по мощности котла (умножением 1кВт мощности по теплу на 15 литров) сверяют соответствие бака объему сооружаемой системы. При недостатке устанавливается дополнительный бак. Его объем рассчитывается за вычетом встроенного экспанзомата. Напольные котлы, как правило, не имеют встроенного оборудования.
Расчет выглядит следующим образом:
К = (ДМ – ДБ)/(ДМ+1) = (3,0 – 1,5)/(3,0 – 1) = 0,375
3,0 – давление в системе, максимальное, атм.;
1,5 – давление воздуха за мембраной, атм.;
0,375 – показатель эффективности бака, К.
Объем теплоносителя: В = 31х15 = 465 литров.
Тогда объем бака составит:
А = 465х0,04/0,375 = 49,6 литра.
Выбирается расширительный бак объемом не менее 50 литров с давлением воздуха в 1,5 атм. Общий способ подбора (10% от А) показывает необходимость применения бака объемом не менее 46,5 литров. В таком случае размер экспанзомата всегда округляется до большего объема – 50 литров.
Давление воздуха, включенное в расчет (1,5 атмосферы), можно изменить. На расширительных баках имеется встроенный клапан для заполнения воздухом. К нему можно подключить ручной насос и поднять давление в случае, если заводское давление составляет меньшую величину. При этом необходимо соблюдать осторожность – при значительном повышении давления можно повредить мембрану, поэтому процесс нужно контролировать по манометру. Клапан также выполняет функцию сброса давления при его поднятии до предельных значений.
Расширительные баки для системы отопления
Расширительные баки для системы отопления
При отоплении частного дома достаточно важным вопросом является стабилизация давления в котле. Если давление низкое, котёл не сможет функционировать. Если давление высокое, отопительное оборудование будет быстро изнашиваться. Для того, чтобы стабилизировать давление, к котлу подключают расширительный бак.
Назначение расширительного бака
Расширительный бак нужен для компенсации давления теплоносителя в системе отопления. Разница давления возникает из-за изменения его температуры во время отопительного процесса, так как в зависимости от температуры меняется его объём.
В закрытых отопительных системах используется расширительный бак закрытой герметичной конструкции. Внутри бака имеется эластичная мембрана, которая делит его на две части. Одна из частей бака содержит воздух под давлением, во вторую часть проникает теплоноситель.
Циркуляция теплоносителя в закрытой отопительной системе обеспечивается с помощью циркуляционного насоса. В открытой отопительной системе насос не нужен, а поэтому в роли бака может выступать любая ёмкость, теплоноситель в которую будет сливаться напрямую из отопительных труб.
Расширительный бак в закрытой системе отопления
Плюсы закрытой отопительной системы
Конструкция расширительного бака
Баки могут быть как с возможностью замены мембраны на новую, так и вообще неразборными. Чтобы закрепить бак на стене, в комплект к нему могут идти кронштейны и хомуты, для установки бака на пол – специальные ножки. Мембрана бака, в свою очередь, тоже может быть различной конструкции.
Неразборные модели оснащены мембраной в форме диафрагмы, реже встречается мембрана в виде баллона. Она растягивается под действием давления, поэтому её можно считать самостоятельной водяной камерой. Для замены мембраны такого типа используется специальный фланец.
Конструкция расширительного бака
Расчёт объёма бака
Чтобы определить объём бака можно пойти по самому простому пути. То есть взять 10% от объёма используемого теплоносителя, который высчитывается ещё на стадии проекта отопительной системы. Либо можно слить старый теплоноситель и залить новый, измерив объём счётчиком.
Также можно узнать объём радиаторов и труб, таким образом вы получите объём системы отопления, от которого и нужно будет взять 10%.
Есть также способ расчёта бака по формуле:
E – коэффициент расширения теплоносителя, указываемый на упаковке,
Pmax и Pmin – максимальное и минимальное рабочее давление системы, соответственно.
Следует сказать, что для открытой отопительной системы никаких расчётов производить не надо, а для закрытой всё же стоит. Причём, если у котла уже есть встроенный бак, в случае нехватки его объёма ставят новый.
В случае нехватки объёма бака уменьшается объём теплоносителя и падает давление в отопительной системе, поскольку он начинает сливаться в канализацию. При критичной нехватке теплоносителя работа котла может просто застопориться.
Если в этот момент будете дома, вам достаточно будет просто подлить теплоноситель. Если вас дома не будет, то отопительная система начнёт размораживаться. Да и в работе котла в критическом состоянии тоже нет ничего хорошего.
Поэтому лучше всегда проводить подобные расчёты и приобретать несколько больший бак, чем требуется.
Давление в расширительном баке
Некоторые котлы обладают функцией выставления давления вручную, с помощью расширителя. В противном случае оно должно быть примерно на 0,3 атмосферы ниже, чем рабочее давление отопительной системы в загородном частном доме. А она обычно равно от 1,5 до 1,8 атмосферы, получаем в итоге примерно 1,6 атмосферы максимум или 1,2 минимум.
Для того, чтобы измерить давление в баке, подключите манометр к ниппелю вверху бака, под крышкой из пластика. Под крышкой находится золотник, через который можно стравить лишнее давление. Надо просто отогнуть пластину и выпустить воздух до нормы давления.
Чтобы увеличить давление, насос для автомобиля вместе с манометром следует подключить к ниппелю, далее качаете до требуемого уровня. Не забывайте, что все данные операции должны быть проделаны, когда бак отсоединён от отопительной системы! Теплоноситель при этом должен быть полностью слит.
Установленный расширительный бак
Положение расширительного бака в отопительной системе
В закрытой отопительной системе бак следует устанавливать после котла, но перед насосом, для создания потока в противоположном направлении. Для подключения насоса в трубу надо установить тройник, бак накручивается на перпендикулярный выход, который должен иметь вертикальное направление вверх.
Рекомендуем вам после бака установить следующий тройник, для того, что на него был установлен запорный кран. Таким образом, вы сможете осуществлять проверку бака без слива теплоносителя. Отключаете бак и проверяете давление, которое должно быть на нулевой отметке.
Подытоживая, всё вышенаписанное, можно сделать вывод, что закрытая система отопления с расширительным баком – решение практически универсальное, для большинства типа котлов, радиаторов и другого отопительного оборудования.
Расчёты для установки бака производить также настоятельно рекомендуется. Открытая же отопительная система – в основном вариант для деревенского дома с чердаком и твердотопливным котлом, в других ситуациях такая схема является мало пригодной.
Как сделать расчёт расширительного бака для закрытой системы отопления
Расширительная ёмкость является незаменимым компонентом системы отопления. Для качественной работы необходимо правильно подобрать его объём, поскольку он выполняет функцию компенсации теплового расширения воды или другой жидкости. Если неправильно подобрать элемент, то это может привести к выходу из строя ключевых устройств системы, например, теплогенератора. Расчёт расширительного бака для закрытой системы отопления сделать несложно.
Главными функциями расширительного бака является принятие на себя лишнего количества теплоносителя в связи с его увеличением (расширением) в системе, а также поддержание необходимого давления. В отопительных системах открытого типа лишний объём расширенного теплоносителя компенсируется за счёт попадания в специальную ёмкость (не мембранный бак) и его перелива в канализацию.
Такая ёмкость является открытой и в то же время выполняет функцию отвода воздушных пробок из системы. Её объём выбирается произвольно, но он должен быть не менее 5% от общего количества воды. Если к системе не подключён водопровод для залива воды, то бак ещё используется для залива теплоносителя.
Мембранный бак — это закрытая и герметичная ёмкость. Конструктивно она разделена мембраной на две камеры. Принцип работы довольно простой. Одна сторона бака воздушная, а вторая — водяная, которая и подключается к общему контуру с теплоносителем. При расширении воды она вытесняет мембрану в сторону воздушной камеры, тем самым увеличивается давление в ней. За счёт этого давление компенсируется в системе, поскольку воздушная камера более сильно прижимает водяную.
Таким образом, воде при расширении есть куда деваться, а давление при этом остаётся на прежнем уровне. На начальном этапе воздух в камере должен быть под давлением до 1,5 атмосфер, а в процессе работы этот показатель может увеличиваться.
Системы с открытой расширительной ёмкостью используются в малоэтажных зданиях, где объём воды и, соответственно, протяжённость труб относительно небольшие. Во всех системах отопления имеются свои плюсы и минусы, и какую выбирать — зависит от многих факторов. Но для любой из них выделяют определённые требования к установке.
Так, существуют некоторые правила установки расширительной ёмкости открытого типа:
Чтобы обеспечить качественную работу естественной схемы, трубы нужно выбирать увеличенного диаметра.
Как правило, бак устанавливают в отапливаемом помещении, к примеру, на чердаке с изоляцией. Но если это невозможно, то его необходимо дополнительно утеплить, что позволит избежать замерзания воды в сильные морозы. Иногда его монтируют непосредственно в помещении с котлом. Поскольку там всегда очень жарко, то дополнительную теплоизоляцию не нужно устанавливать.
При подборе расширительного бака для отопления следует понимать, что закрытая система самотёком работать не может, а нужно обеспечивать соответствующее давление и принудительную циркуляцию теплоносителя.
При установке мембранного бака требуется учитывать некоторые рекомендации, хотя в принципе он может монтироваться в любую точку системы. Нет определённых ограничений по установке в верхней точке, как это может быть в открытой схеме.
Следует учитывать такие факторы:
Можно подбирать устройство исходя из дизайна помещения, чтобы общий вид комнаты не был нарушен. В случае необходимости контроля за давлением ёмкость оборудуется манометром.
Расширительные ёмкости в зависимости от типа устройства и качества материала имеют определённые недостатки и преимущества. Хотя, как показывает практика, преимуществ больше у устройств с мембраной.
Основным недостатком открытой системы можно считать необходимость в увеличении расходов на большой диаметр труб, поскольку для обеспечения естественной циркуляции тонкие трубы не подойдут. Бюджет постройки увеличивается незначительно, но по сравнению с мембранной системой считается относительно небольшим.
Главным плюсом естественной циркуляции является простота обустройства и небольшая стоимость оборудования, а также низкий бюджет на монтажные работы. К положительным факторам можно отнести и отсутствие необходимости в контроле за давлением, установки датчиков и т. п.
Но, с другой стороны, существует достаточно много минусов:
Ещё одним недостатком такой системы можно назвать потери количества воды от испарений и переливов. Из-за этого доливное отверстие должно быть обязательно.
Неоспоримыми преимуществами открытого бака являются простота обустройства и низкая стоимость оборудования, в то время как по функциональности выигрывает мембранная ёмкость, которую ещё называют экспанзоматом.
Она имеет ряд значительных преимуществ:
Существуют разновидности закрытых устройств, которые являются неразборными. Если мембрана выйдет из строя, то починить устройство не выйдет, нужно будет покупать новый бак.
К минусам агрегата можно отнести необходимость в постоянном контроле за уровнем давления, поскольку мембрана может пробиться, и электричество будет использоваться вхолостую. За месяц может накопиться неплохая сумма. Кроме этого, нужно правильно выбирать материал, из которого изготовлен бак. Существуют определённые требования к его качеству.
Выделяется несколько возможных способов, как рассчитать расширительный бак для отопления. Более точный метод — применение математических формул и законов физики. Он может быть выполнен только специалистами в этой области. Но существуют и более простые способы.
Применяется общий метод, где бак нужно подбирать из расчёта 10% объёма от всего количества теплоносителя в системе. Но для более точного результата зачастую используют формулы. Расчёт расширительного бака системы отопления с калькулятором несложно сделать таким образом даже начинающему мастеру.
Простой математический расчёт можно осуществить по следующей формуле: А = ВхС/К. При этом каждый показатель будет иметь такие значения:
Каждый показатель необходимо отдельно измерять, это даст точный результат для правильного подбора мощности расширительного бака.
Объём теплоносителя можно измерить с помощью трёх возможных методов:
Обобщённым методом можно пользоваться и немного по-другому, то есть применять усовершенствованный метод. К примеру, для классических радиаторов отопления нужно 11 литров теплоносителя, для конвекторов — 7, а для тёплого пола требуется до 19 литров воды.
Количество воды в теплообменнике котла указано в технической документации к оборудованию. В трубах это значение определяется протяжённостью труб и их внутренним диаметром.
После того как все показатели будут известны, их необходимо сложить и получить общее значение, которое и применяется для расчётов в формуле.
Эффективность работы мембраны можно рассчитать по следующей формуле: К = (ДМ-ДБ)/ (ДМ+1).
При этом показатели будут иметь следующие значения:
Расширение воды при нагреве до 95 градусов будет составлять около 4%. Но если в качестве теплоносителя используются незамерзающие составы, к примеру, антифриз, то такой показатель нужно умножать на коэффициент. Если добавок в жидкости до 10%, то умножение происходит на 1,1, если до 30 — на 1,3 и так далее.
Выбрать тип отопительной системы требуется ещё на этапе планирования. Тогда также нужно определиться с тем, какой объём расширительного бака нужен для отопления. Но, как правило, все откладывают выбор размера бачка на момент, когда уже система установлена, а объём известен.
При подборе объёма расширительного бака для отопления в закрытой системе, а также других его характеристик, необходимо учитывать некоторые нюансы:
Покупая такое оборудование онлайн или в магазине, необходимо учитывать и производителя. Зачастую это играет ключевую роль в приобретении качественного оборудования. Даже если оно будет стоит дороже, то стоит остановиться на проверенном изготовителе, поскольку агрегат будет работать бесперебойно долгое время.
Перед запуском требуется настроить давление в системе. Сделать это можно с помощью автомобильного насоса, а контроль осуществляется с помощью манометра. Уровень давления должен соответствовать статическому, который отмечается в столбе теплоносителя в контуре системы отопления.
Таким образом, просчитать необходимые параметры расширительной ёмкости не представляет собой никаких сложностей даже для начинающего мастера.
