Расчёт расширительного бака для закрытой системы отопления: какую схему выбрать

Температурный коэффициент воды, для рассчета количества дополнительной жидкости, образующийся при ее нагревании, чтобы принять дополнительный объем жидкости, с помощью расширительного бака.

Методика расчёта объёма расширительного мембранного бака для системы отопления:

Представленный ниже расчет предназначен для индивидуальных систем отопления и значительно упрощен.Его точность составляет 10%. Мы считаем, что этого вполне достаточно

1. Определим, какой тип жидкости Вы будете использовать в виде теплоносителя. Для примера расчета в качестве теплоносителя мы возьмем воду.Коэффициент температурного расширения воды принят равным 0,034 (это соответствует температуре 85oС)

2. Определим объем воды в системе. Приблизительно его можно рассчитать в зависимости от мощности котла из расчета 15 литров на каждый киловатт мощности .Например, при мощности котла 40 кВт, объем воды в системе будет равен 600 литрам

3. Определим величину максимального допустимого давления в системе отопления.Она задана порогом срабатывания клапана безопасности в системе отопления

4. Также в расчетах используется величина первоначального давления воздуха в расширительном баке Ро.Давление Ро не должно быть меньше , чем гиростатическое давление системы отопления в точке расположения расширительного бака

5. Полный объем расширения V можно подсчитать по формуле:

V = (e x C) / (1 – (Po/Pmax))

6. Выбирать бак нужно, округляя расчетный объем в большую сторону (бак большего объема не повредит)

7. Теперь подберем бак, обеспечивающий компенсацию этого объема.Учитывая, что коэффициент заполнения водой расширительного бака с фиксированной несменной мембранной при этих условиях равен 0,5 (таблица),то для рассмотренной системы подойдет 80-литровый расширительный бак:

80 литров x 0,5 = 40 литров

Коэффициент заполнения (полезный объём) расширительного мембранного бака

Предельное
давление
в системе
Рmax,
бар
Первоначальное давление в баке , Ро бар
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
1 0,25
1,5 0,40 0,20
2,0 0,50 0,33 0,16
2,5 0,58 0,42 0,28 0,14
3,0 0,62 0,50 0,37 0,25 0,12
3,5 0,67 0,55 0,44 0,33 0,22
4,0 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20
4,5 0,63 0,54 0,45 0,36 0,27 0,18
5,0 0,58 0,50 0,41 0,33 0,25 0,16
5,5 0,62 0,54 0,47 0,38 0,30 0,23
6,0 0,57 0,50 0,42 0,35 0,28

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

Температура воды, °C Коэффициент объемного теплового расширения, К-1
5–10 0,53·10-4
10–20 1,50·10-4
20–40 3,02·10-4
40–60 4,58·10-4
60–80 5,87·10-4

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

Температура воды, °C Коэффициент объемного теплового расширения, К-1 Увеличение объема, л
5–10 0,53·10-4 0,119
11–20 1,50·10-4 0,675
21–40 3,02·10-4 2,718
41–60 4,58·10-4 4,122
61–80 5,87·10-4 5,283
Итого: 12,917 (2,87 %)

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 = βt • Δt / βv, 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

Температура воды, °C Коэффициент объемного теплового расширения, К-1 Увеличение давления, бар (1 бар = 0,1 МПа)
5–10 0,53·10-4 5,41
11–20 1,50·10-4 30,61
21–40 3,02·10-4 123,26
41–60 4,58·10-4 186,93
61–80 5,87·10-4 239,59
Итого: 346,21

Принцип работы

Теплообменник для кирпичной печи относится к приборам непрямого нагрева воды. Принцип его работы — жидкость циркулирует в замкнутом пространстве устройства, в результате естественной конвенции. Под воздействием тепла, вода нагревается.

Более горячие слои поднимаются наверх, их место занимают холодные слои. Перемешивание воды под воздействием тепла называется циркуляцией. Нагревшаяся вода или любой другой жидкий теплоноситель, поднявшись, отдаёт тепло воде. Сама печь не является теплообменником, поскольку создает тепло.

Особенности работы бака с мембраной

При увеличении объема жидкости в закрытом контуре значения давления увеличиваются, и происходит процесс воздействия на эластичную перегородку расширительного бака. Она деформируется, воздействуя на газовую среду в воздушном отделе, освобождая место в жидкостной части сосуда, в которую постепенно притекает избыточное количество жидкости. Необходимо заметить, что при эксплуатации РБ необходимо производить контроль давления в газовом осеке, и при необходимости производить его подкачку. Для контроля, обычно, ниппель снабжается стационарным манометром.

Устройство расширительного бака отопления

Каждая жидкостная отопительная система достаточно инерционна, а нагрев и охлаждение жидкости не проистекает одномоментно. Увеличение и снижение объема жидкостной камеры происходит постепенно, что позволяет избежать разрушительных для всех частей контура гидравлических ударов.

Объем расширительного бака

Выбор размера расширительного бачка зависит от трех основных параметров:

  • объема теплоносителя в системе – чем он больше, тем большими должны быть размеры бака;
  • температуры теплоносителя – чем выше разогрев, тем больше должна быть вместимость расширительной емкости;
  • давления в системе – чем выше его допустимый показатель, тем меньше должен быть объем бачка.

Иными словами, объем расширительного бака находится в прямой зависимости от количества теплоносителя и его температуры, и в обратной – от давления в отопительной системе.

Мембранные расширительные баки для систем отопления Wester

Общий вид фронт Общий вид сзади Вид сверху Вид снизу
Все объемы
membrannye-rasshiritel'nye-baki-dlja-otoplenija-wester-wrv_1.jpg

Увеличить

Расширительный бак для отопления Wester

Wester Heating
8, 12, 24, 35, 50, 80, 100, 120, 150, 200, 300, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 5000, 10 000 литров
1,5 бар
5,0 бар
-10°C…+100°C

Предназначены для компенсации температурных расширений теплоносителя в замкнутых системах отопления. 
Основные элементы бака – корпус из высококачественной стали, эластичная мембрана из каучука. 
Давление в воздушной полости для баков от 8 до 150 литров – 1,5 бара, от 200 до 10 000 литров – бара. 
Теплоноситель в системе отопления – вода с содержанием гликоля не выше 50%. 
Расширительные баки комплектуются сменной мембраной. 
Температурный режим работы – от -10 °С до +100 °С 
Срок службы – 100 000 циклов. 
Цвет корпуса – красный. 

Наименование   Стоимость
с НДС, руб.
В наличии
на складе
 
Мембранный бак для отопления Wester WRV8 1 391,00 many.gif

Купить

Мембранный бак для отопления Wester WRV12 1 073,00 many.gif

Купить

Мембранный бак для отопления Wester WRV18 1 173,00 many.gif

Купить

Мембранный бак для отопления Wester WRV24 1 343,00 many.gif

Купить

Мембранный бак для отопления Wester WRV35 2 199,00 many.gif

Купить

Мембранный бак для отопления Wester WRV50 2 624,00 many.gif

Купить

Мембранный бак для отопления Wester WRV80 3 832,00 many.gif

Купить

Мембранный бак для отопления Wester WRV100 5 508,00 many.gif

Купить

Мембранный бак для отопления Wester WRV150 8 325,00 many.gif

Купить

Мембранный бак для отопления Wester WRV200 (top) 12 367,00 many.gif

Купить

Мембранный бак для отопления Wester WRV300 (top) 15 114,00 many.gif

Купить

Мембранный бак для отопления Wester WRV500 (top) 29 572,00 many.gif

Купить

Мембранный бак для отопления Wester WRV750 67 580,00 many.gif

Купить

Мембранный бак для отопления Wester WRV1000 90 664,00 many.gif

Купить

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.

vrv%20(450x300).jpg

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).

membrana.png

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

Характеристика Значение
Рабочая температура, °С От –10 до +100
Максимальное рабочее давление, бар 5
Заводское давление газовой камеры (преднастройка), бар 1,5
Материал корпуса Сталь углеродистая с окраской эпоксидным полиэстером красного цвета
Материал мембраны EPDM
Тип мембраны Сменная
Срок службы при соблюдении паспортных условий эксплуатации, лет 25

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.

VT.495.0.jpg

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.

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

Расчёт и Подбор Расширительного Бака

Заполните ниже приведенную форму и в результате расчёта будет подобран список расширительных баков соответствующих заданным исходным данным.

Высота от точки присоединения расширительного бака до верхней точки системы отопления

Максимальное давление для системы отопления

в месте подключения расширительного бака

Температурный график Т1 – Т2 системы отопления

Объём воды в системе отопления

Тепловая нагрузка системы отопления

Преобладающий тип отопительных приборов

Устройство и конструкция

Расчёт и подбор

Установка и монтаж

Обслуживание и ремонт

Расчёт расширительного бака

Расчёт расширительного бака выполняют для определения его объёма, минимального диаметра присоединительного трубопровода, начального давления газового пространства и начального эксплуатационного давления в системе отопления.

Методика расчёта расширительных баков сложна и рутинна, но в целом можно установить такую зависимость между объёмом бака и влияющими на него параметрами:

  • Чем больше ёмкость системы отопления, тем больше объём расширительного бака.
  • Чем выше максимальная температура воды в системе отопления, тем больше объём бака.
  • Чем выше максимально допустимое давление в системе отопления, тем меньше объём.
  • Чем меньше высота от места установки расширительного бака до верхней точки системы отопления, тем меньше объём бака.

Так как, расширительные баки в системе отопления необходимы не только для компенсации изменяющегося объёма воды но и для пополнения незначительных утечек теплоносителя — в расширительном баке предусматривают некоторый запас воды, так называемый эксплуатационный объём. В выше приведенном алгоритме расчёта заложен эксплуатационный объём воды в размере 3% от ёмкости системы отопления.

Подбор расширительных баков

Подбор расширительного бака следует выполнять с учётом его температурныx и прочностных характеристик. Давление и температура в месте подключение бака не должны превышать максимально допустимых значений.

Объём расширительного бака должен быть больше или равен объёму, полученному в результате расчёта. Негативных последствий от завышения объёма, сверх расчётного – нет.

Если установка расширительных баков предусматривается в помещении, то следует учесть что сосуды диаметром более 750 мм и высотой более 1,5м могут не пройти в дверной проём, а для их перемещения потребуются средства механизации. В таком случае лучше отдать предпочтение не одному, а нескольким мембранным бакам меньшей ёмкости.

1. При использовании в качестве теплоносителя гликолевых смесей рекомендуется подобрать расширительный бак с объёмом на 50% превышающим расчётный.

2. Первый признак неправильно рассчитанного расширительного бака или невыполненной его настройки — это частое срабатывание предохранительного клапана.

Расчёт и Подбор – Расширительного Бака

Программа расчёта — Расширительного Бака — поможет подобрать необходимый объём мембранного бака для системы отопления …

Источник: www.ktto.com.ua

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 950С 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.

отопительная система закрытого типа

Расширительная емкость в отопительной система

В таком случае коэффициент расширения рабочей жидкости определяется следующим образом:

  • 4% х 1,1 = 4,4% — при содержании этиленгликоля в количестве 10% от общего объема теплоносителя;
  • 4% х 1,2 = 4,8% — если объем этиленгликоля в смеси составляет 20%, и т. д.

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.

Преимущества мембранных расширительных баков

Расширительные баки обладают огромным количеством преимуществ:

  • не загрязняют воду;
  • низкие расходы при эксплуатации;
  • легкий монтаж;
  • безопасность, надежность;
  • установка в любой части дома;
  • невозможность выливания воды из бака;
  • отсутствие потерь тепла;
  • минимальная подача воздуха;
  • мембраны из натуральной резины и бутила могут применяться в питьевом водоснабжении;
  • применяются при любом типе воды;
  • удобны в использовании;
  • радиатор и котел из-за отсутствия контакта воды и воздуха служат дольше, чем обычно.

Расширительные мембранные баки используются в закрытых отопительных системах и обеспечивают надежную работу котла.

Как рассчитать объем расширительного бака для открытой системы отопления

В системе открытого типа специалисты советуют установить бак в самой высокой точке. Такое решение вместе с компенсацией расширения обеспечит удаление воздуха без дополнительных приспособлений. Разумеется, помещение должно быть отапливаемым. Если решено использовать свободное пространство под кровлей, понадобится соответствующее утепление.

Точный расчет расширительного бака системы отопления в этом случае не требуется. Для предотвращения аварийных ситуаций патрубок, встроенный в стенку емкости на определенном уровне, соединяют с канализацией.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором рассказывается, как подобрать расширительный бак для отопительной системы.

Какие расширительные баки выбрать для отопления?

На российском рынке себя хорошо зарекомендовали расширительные баки компании Flamco Нидерландского производства благодаря своей надёжности и доступной цене. Гидроаккумуляторы для систем отопления окрашивают в красный цвет, они отличаются от остальных повышенной стойкостью мембраны к высоким температурам. Ниже предлагаем вам ознакомиться с ассортиментом расширительных баков в компании РУ100.

Рекомендации специалистов

монтаж бака отопительногоРасширительный 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.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...