Фізичні властивості будь-якого теплоносія практично не дозволяють цій рідині стискатися. Спроба навіть трохи зменшити обсяг тут же призводить до різкого стрибка тиску. Вода при нагріванні в діапазоні від 20С до 90С розширюється. Ці дві властивості пояснюють необхідність виділення місця в системі для «дихання» теплоносія. Розширювальний бак для опалення повинен забезпечувати безпечну і надійну роботу всіх вузлів інженерної системи. Тривалість її експлуатації безпосередньо залежить від того, чи правильно був вибраний і встановлений цей елемент.
Види розширювальних баків та їх порівняння
В опалювальній системі можуть бути встановлені різні види розширювальних баків.
Відкриті розширювальні баки
Розширювальний бак відкритого типу – це відкрита ємність, в яку завжди можна долити теплоносій. Він не вимагає наявності запірної арматури, гумової мембрани і навіть кришки. Зазвичай відром через нього «доливають» в систему рідина, хоча від водопроводу завжди можна вивести водозабірний кран.
Схема роботи розширювального бака відкритого типу: 1 – корпус бака; 2 – рівень теплоносія; 3 – холодна труба; 4 – спускна труба; 5 – запобіжний клапан; 6 – запірний вентиль; 7 – верхня точка в стояку трубопроводу опалювальної системи
Кілька десятиліть тому повсюдно використовувалися відкриті конструкції, компенсуючі зміну обсягу теплоносія при природної циркуляції. Однак постійний контроль рівня рідини і її «доливання», складності монтажу у верхній точці, низький тиск і корозія металу – все це призвело до виходу на перший план закритих систем і баків.
Закриті розширювальні баки
Там, де циркуляцію теплоносія забезпечує насос, встановлюють баки закритого типу, іменовані в народі «мембраннікамі». Він завжди забарвлений в червоний колір і конструкційно являє собою герметичну ємність, всередині якої встановлена мембрана з технічної гуми. А от у синіх баках, призначених для організації гарячого водопостачання, використовується менше довговічна харчова гума.
Пристрій розширювального бака наступне: мембрана у вигляді балона або діафрагми розділяє ємність на дві частини. У верхню закачаний інертний газ або повітря, а інша відводиться для надлишків теплоносія.
З ростом температури надлишки розширюється теплоносія потрапляють в ємність. Обсяг повітряної камери зменшується, і збільшується тиск у камері з повітрям, яке якраз компенсує високий тиск в системі. При зниженні температури теплоносія спостерігається зворотний процес.
При низькій температурі теплоносія бак порожній, а мембрана займає максимальної можливий обсяг. При нагріванні рідина починає заповнювати порожнину між мембраною і ємністю. Остигаючи, теплоносій стискається, і повітря починає «виштовхувати» його назад в систему
Закритий розширювальний бак системи опалення може оснащуватися фланцевої (змінної) або незмінною мембраною. Єдине, але суттєва перевага останнього типу – його низька вартість. Мембрана жорстко закріплена по периметру ємності. У початковому положенні вона притиснута до внутрішньої поверхні, та як газом заповнений весь об’єм. При попаданні теплоносія в розширювальний бак тиск збільшується.
При пуску системи існує ризик розриву діафрагми, оскільки тиск зростає різко. Надалі свідчення на манометрі змінюються плавно і не становлять загрозу для її цілісності.
Для того, щоб запобігти пошкодженню мембрани, в опалювальних системах великого обсягу тиск контролюють за допомогою манометра. Запобіжний клапан спрацьовує при досягненні максимально допустимого значення. Зазвичай воно знаходиться в межах від трьох з половиною до чотирьох бар для приватних будинків.
Фланцевий розширювальний бак має кілька переваг:
- максимальна величина тиску значно більше, ніж у бака з незмінною діафрагмою;
- можливість заміни мембрани через фланець в разі її пошкодження або розриву;
- вертикальне і горизонтальне виконання виробів. Це дає більше варіантів розміщення в умовах маленької котельні.
Який краще – відкритий або закритий?
Якщо порівнювати експлуатаційні та споживчі властивості відкритого і закритого типів, то перевага останнього доводять наступні факти:
- закритий бак коли виноситься наверх, отже, можна заощадити на трубах;
- мембранні баки мають менші габаритні розміри;
- теплоносій із закритого бака точно не випарується;
- мінімальні тепловтрати, на відміну від вимагає додаткової ізоляції відкритого бака;
- захист труб і вузлів систем від корозії, яка забезпечується за рахунок відсутності повітря;
- закрита система опалення може працювати при високому тиску, тоді як відкрита тільки при низькому;
- експлуатаційні витрати мембранніка нижче, що біля відкритого бака.
Ну а взагалі, звичайно – вибирати вам.
Місце бака в системі опалення
Розширювальний бак системи опалення служить для того, щоб компенсувати збільшення обсягу теплоносія в результаті його температурного розширення.
Якщо циркуляція примусова, то тиск у точці підключення агрегату одно статичному тиску в цій точці при даній температурі (правило діють тільки при наявності одного мембранніка). Якщо припустити, що воно зміниться, то вийде, що в закритій системі з’явилося нізвідки деяка кількість рідини. Це суперечить здоровому глузду.
Відкрита система опалення – це посудина, яка має складну форму, зі специфічними конвекційними потоками. Всі вузли повинні забезпечувати швидкий підйом гарячого теплоносія в верхню точку і наступний самопливний слив його через радіатори в котел. Крім цього конструкція системи не повинна перешкоджати переміщенню бульбашок повітря вгору.
Розташовують розширювальний бак в цьому випадку завжди в найвищій точці однотрубної системи, як правило, вгорі розгінного колектора.
Розрахунок обсягу розширювального бака опалення
Визначити обсяг розширювального бака можна кількома способами. По-перше, свої послуги пропонують численні проектувальні бюро та окремі фахівці. Вони для розрахунків використовують спеціальне програмне забезпечення, яке дозволяє врахувати всі чинники, що впливають на стабільну роботу системи опалення. Це все, звичайно, чудово, але дорого.
По-друге, можна самостійно виконати розрахунок розширювального бака за формулами. Тут потрібно бути особливо уважним, оскільки найменша помилка може істотно спотворити підсумкові значення. Враховується все: обсяг системи опалення, вид теплоносія і його фізичні характеристики, тиск.
По-третє, можна скористатися он-лайн калькуляторами для виконання розрахунків. Правда, в цьому випадку, краще перевірити результати на кількох ресурсах, щоб виключити ймовірність некоректної роботи сторінки.
По-четверте, можна прикинути на око – питому ємність системи опалення прирівняти до 15 л / кВт. Це орієнтовні цифри. Такий спосіб годиться тільки на стадії техніко-економічного обґрунтування. Вже безпосередньо перед покупкою обов’язково проводять більш точні розрахунки.
Спосіб # 1 – розрахунок за формулами
Основна формула для розрахунку виглядає наступним чином:
де С – загальний обсяг теплоносія в опалювальній системі, л; Pa min – настроювальної (первинна) абсолютний тиск в розширювальному баці, бар; Pa max – максимальне (граничне) абсолютний тиск, яке можливе в розширювальному баку, бар.
При розрахунку загального обсягу опалювальної системи враховуються всі труби й радіатори, теплі підлоги і котел, а також інші елементи. Зразкові значення вказані в таблиці:
Примітка: * без урахування об’єму акумулюючих рідин; ** Усереднена величина.
У таблиці наведені значення коефіцієнта βt – показника температурного розширення теплоносія, які відповідають максимальної різниці температур в працюючій і непрацюючої системи.
Тепер розраховуємо Pa min і Pa max за формулами:
За першою формулою розраховується абсолютне настроювальної тиск (h2 підставляється зі знаком «мінус» при розташуванні бака нижче точки врізки). За другою формулою визначається абсолютне максимально можливий тиск в розширювальному баку.
Спосіб # 2 – онлайн калькулятор для розрахунку
Для розрахунку обсягу розширювального бака можна скористатися он-лайн калькулятором. Їх існує багато (http://www.ktto.com.ua/calculation/brh, http://teplo-info.com/otoplenie/raschet_rasshiritelnogo_baka_online та інші). Розберемо механізм роботи на прикладі калькулятора, запропонованого на сайті http://teplo-as.ru/text/podbor/bak.
* – Краще брати максимально точну цифру. Якщо даних немає, тоді 1 кВт потужності дорівнює 15 л; ** – Має дорівнювати статичному тиску системи опалення (0,5 бар = 5 м); *** – Це тиск, при якому спрацьовує клапан безпеки.
Ця методика значно спрощена і годиться тільки для розрахунку індивідуальних систем опалення. Поетапно розберемо схему на конкретному прикладі:
- визначаємо тип теплоносія: в даному випадку це вода. Коефіцієнт її температурного розширення становить 0,034 при температурі 85С;
- розраховуємо обсяг теплоносія в системі. Наприклад, для котла потужністю 40 кВт об’єм води складе 600 літрів (15 літрів на 1 Квт потужності). Можна, і це буде більш точна цифра, підсумовувати обсяг теплоносія в котлі, трубах і радіаторах (якщо такі дані є);
- максимально допустимий тиск в системі задається граничним значенням, при якому спрацьовує клапан безпеки;
- тиск зарядки (початкове) розширювального бака може бути більше або дорівнює (але ні в якому разі не менше) гідростатичного тиску опалювальної системи в точці врізки мембранніка;
- обсяг розширення (V) розраховується за формулою V = (C * βt) / (1- (Pmin / Pmax));
- розрахунковий обсяг округляємо в більшу сторону (це ніяк не позначиться на роботі системи);
- розширювальний бак підбирається так, щоб компенсувати цей обсяг (див. таблицю).
Коефіцієнт заповнення теплоносієм розширювального бака визначається за таблицею виходячи з комбінації значень максимального і початкового тиску. Далі розрахунковий обсяг множиться на коефіцієнт і отримана цифра є рекомендованим об’ємом мембранніка
Кілька порад наостанок
Важливим критерієм вибору розширювального бака є налагодження клапана безпеки (запобіжного), який є елементом обов’язковим для Експанзомати (СП 41-101-95 «Проектування теплових пунктів»). Порогове значення, після якого спрацьовує захист, більше допустимого для самого «слабкої ланки» системи на 10% (такі налаштування враховують різницю висот мембрани і клапана).
Щоб мати можливість регулювати гранично допустимий тиск в системі, віддавайте перевагу клапанам з можливістю регулювання. Обов’язковою вимогою до всіх таким захисним пристроям є наявність пристрою «підриву» (примусового відкривання). Воно дозволяє періодично перевіряти працездатність клапана і не допустити залипання золотника
Підбір розширювального бака здійснюється з урахуванням якості, стійкості до дифузії та експлуатаційних характеристик мембрани (діафрагми), діапазону робочих температур, терміну експлуатації. Обов’язково переконайтеся, що порогові значення тиску в котлі і баку збігаються, а також перевірте відповідність мембранніка вимогам безпеки і якості, що пред’являються до таких агрегатів.