Расширительные баки, гидроаккумуляторы, для систем отопления и водоснабжения

Расширительные баки закрытого типа и гидроаккумуляторы имеют примерно одинаковую конструкцию: прочная металлическая оболочка, разделенная внутри резиновой мембраной на две секции.

В одной секции находится вода, в другой воздух. При увеличении давления воды воздух сжимается, размер секции с воздухом уменьшается, а мембрана прогибается, вода вытесняет воздух. У прибора с одной стороны имеется подключение к системе водоснабжения, с другой – золотник для подкачки воздуха.

Но названия приборам присваивается не из-за конструктивных особенностей, а по предназначенияю.

Предназначение

• Расширительные баки предназначены для компенсации расширения воды вследствие нагревания в схемах отопления, а также горячего водоснабжения (ГВС).
• Гидроаккумуляторы предназначены для аккумулирования объемов воды под давлением в системах водоснабжения, в которых имеется напорный насос, для уменьшения частоты включения этого насоса и для сглаживания гидроударов. Дополнительная функция – запас воды пищевого качества до 1/3 от общего объема бака.

Нюанс в том, что и для горячего и для холодного водоснабжения применяется один и тот же прибор, но называться он может по разному, в зависимости от того что делает в конкретной схеме — либо накапливает (аккумулирует) запас воды, либо берет ее излишек при тепловом расширении.

• Особенность конструкции гидроаккумулятора чаще в том, что внутри находится не мембрана, а груша из пищевой резины, которая и закачивается водой. Вода с корпусом бака не контактирует.
• Расширительный бак для системы отопления выполнен с мембраной из технической резины, которая делит корпус на два отсека, а теплоноситель (не всегда вода) контактирует и непосредственно с корпусом.

Как различать

На вид все мембранные баки схожи между собой. Бытует мнение, что для системы отопления – красные, а водоснабжения – синие. Но оно не до конца верно, так как отдельные производители применяют другие цвета.

На самом деле приборы можно различить между собой только по техническим характеристикам, которые указаны на шильдиках на самих приборах:

• Все приборы для водоснабжения, в том числе и для ГВС – невысокая температура – до 80 град С, но повышенное давление – до 12Атм;
• расширительные баки для отопления – повышенная температура – до 120 град С, но низкое давление до 4 Атм.

Как работают схемы аккумуляции воды

Гидроаккумулятор в схеме водоснабжения сглаживает скачки давления, которые возникают при заборе воды из системы, т.е. при открытии крана, и уменьшают количество включений насоса, которое не должно быть более 50 раз в 1 час.

При заборе воды в объеме чашки, гидроаккумулятор отдаст этот объем, давление в системе понизится, но не на столько, чтобы реле давления включило насос. При заборе большего объема (например в объеме ведра), давление упадет на столько, что включится насос и наполнит прибор.

Расширительный бак в системах горячего водоснабжения и отопления принимает лишний объем воды возникающий при ее нагревании.

Если бы не было подобного устройства, то в нагревающейся замкнутой схеме очень быстро бы поднялось давление выше критического, так как жидкость практически не сжимается. Это приводило бы к сбросу воды с аварийного клапана давления, который обычно настраивается на давление в 3 атм.

На практике, если такой клапан постоянно пропускает воду, то это свидетельствует о неисправности аккумулирующего устройства. Если аварийный клапан отсутствует, то при нагревании произойдет разрушение самого слабого места системы.

Когда в системе горячего водоснабжения нужен расширительный бак

Это закономерный вопрос, ведь горячее водоснабжение может выполнятся по разному. Если имеется проточный нагреватель, например газовый двуконтурный котел, который нагревает струю воды непосредственно при ее заборе, то естественно расширительный бак не нужен.

Если в системе вода нагревается в замкнутом бойлере большой емкости (более 100 литров) то тогда требуется установка расширительного бака в дополнение к предохранительному клапану. На который надеяться не правильно, так как он вовсе не рассчитан на частое срабатывание и при частых включениях просто начинает течь.

Как подобрать объем прибора для отопления

Основной вопрос, который возникает у пользователя — какой объем такого водо-аккумулирующего устройства нужен? При этом пользователь хочет приобрести меньший объем, так как он дешевле. Но приобретать нужно тот, который подходит по расчету.

Объем расширительного бака для отопления будет зависеть от объема теплоносителя в системе, давлений – предельного и установленного.
Формула для расчетов объема приведена на фото:

Объем теплоносителя указан в проектных данных, или его можно высчитать сложив все внутренние объемы элементов системы, наконец, в готовой системе его можно посчитать при заливке ведрами.

Для домашней системы — расчет объема «без лишних мучений» — 1/10 от залитого теплоносителя.

Какое предварительно давление нужно задать

На заводе-изготовителе обычно воздушную камеру заполняют азотом до давления 1,5 бар. Мембрана при этом прогибается и ее видно через штуцер подключения. Сохранность заводского давления свидетельствует о том, что мембрана целая и прибор пригоден к работе.

Но в дальнейшем мембранный бак необходимо подготовить для работы в конкретной системе. Существуют следующие правила определения давления :

• В системе холодного водоснабжения гидроаккумулятор накачивается воздухом на 0,2 атм. меньше, чем нижняя настройка реле давления насоса. Чаще нижнее значение реле давления – 1,4 атм. (давление включение насоса) а верхнее – 2,8 атм. Соответственно первоначальное давление в приборе – 1,2 атм. Такая настройка позволит избежать гидроударов при разборе воды и быстрого износа мембраны.
• В системе горячего водоснабжения расширительный бак накачивается воздухом до давления больше, чем давление, при котором насос выключается (верхний предел срабатывания реле давления). В этом случае бак не будет отдавать остывшую воду в систему водоснабжения. Но застоя воды бояться не стоит, прибор сделан так, что груша постоянно омывается потоком свежей воды.
• В системе отопления – воздушная камера расширительного бака закачивается до давления на 0,2 атм. меньше, чем давление в холодной системе отопления. Обычно «холостое» давление в системе 1,5 атм, соответственно предварительно накачивается до давления 1,3 атм при холодной системе.

Как устанавливается

Обычное правило, что подключение к системе любого мембранного бака должно быть снизу, а воздушная камера сверху.

Но следует взять во внимание, что гидроаккумулятор можно разворачивать как угодно, подсоединение к водопроводу может быть, и сверху, и сбоку, ничего особенного в этом нет, если не имеется возражений производителя.

А подключение к отоплению должно быть только снизу прибора. Если это не соблюсти, и расположить воздушную камеру снизу, то при выходе из строя мембраны, при появлении в ней трещин, воздух тут же уйдет в систему отопления и завоздушит ее. Если же воздушная камера будет сверху, то и при растрескивании мембраны ничего страшного не произойдет, прибор сможет еще работать очень долгое время в обычном режиме.

На фото приведен пример схемы отопления с подключением в ней расширительного бака закрытого типа.

Принцип работы гидроаккумулятора

Принцип работы гидроаккумулятора

Специальная емкость, которой является гидроаккумулятор для систем водоснабжения, предназначается для бытового и промышленного использования. Назначение этого изделия заключается в принятии на себя некоторого объема жидкости и избыточного давления, имеющегося в системе.

Современный автономно функционирующий водопровод обязательно укомплектовывают резервуаром, в котором хранится определенный объем воды. Самым простым вариантом данного устройства является металлический или пластиковый бак, располагаемый на чердаке.

Правда, сейчас гидроаккумуляторы уверенно вытесняют стандартные накопители. Дело в том, что они намного удобнее и оказывают лучшее влияние на состояние всей системы водоснабжения объекта недвижимости.

Принцип работы гидроаккумуляторов

Эти устройства также называют аккумуляторными или напорными баками и гидробаками для систем водоснабжения. Внешне гидроаккумулятор выглядит как металлическая емкость, разделенная внутри на две части при помощи специальной резиновой прокладки – мембраны. Этот элемент прочно закрепляют у горловины бака, где имеется отверстие для поступления жидкости.

На противоположной стороне аккумулятора располагается еще одно отверстие, предназначенное для воздуха. В этом месте устанавливают обычный ниппель, что сделано с определенной целью. Устройство гидробака имеет следующие особенности: поскольку мембрана делит его на два отделения, в одном из них находится вода, а в другом – воздух с определенной величиной давления.

Чтобы узнать этот параметр в резервуаре, пользуются манометром. Некоторые из моделей дополнительно снабжают фильтром с целью недопущения попадания загрязнений внутрь. Мембрану изготавливают из особой резины, отличающейся эластичностью и безопасностью для здоровья человека.

Принцип работы гидроаккумулятора после его подсоединения к водопроводной системе заключается в следующем: жидкость поступает из него под постоянным напором, а это позволяет повысить качество воды из водопровода и обеспечить требуемые условия для функционирования бытовых устройств.

Например, чтобы бесперебойно работала стиральная машина, ванна с гидромассажем и другая аналогичная техника, необходимо поддерживать определенную величину давления в системе водоснабжения. Почти всегда напорные баки укомплектовывают регулирующим устройством, которым является реле давления.

Можно таким образом настроить работу гидроаккумулятора в системе водоснабжения, что он будет включать /отключать подачу воды в прибор в зависимости от величины давления воздуха.

Функционирует он так:

1. По мере забора жидкости из бака в его воздушной камере понижается давление.
2. Реле после достижения минимальной отметки давления автоматически подключает насос, чтобы восполнялся объем воды.
3. В итоге давление в емкости вновь повышается.
4. Когда максимально возможное значение давления достигнуто, реле отключает водоподачу в бак.

В результате вышеописанный процесс, как работает гидроаккумулятор, позволяет значительно сократить число включений/отключений насоса, что способствует продлению ресурса функционирования техники. Если подключить насосное оборудование напрямую к автономному водопроводу, количество циклов существенно увеличивается.

Наличие напорного бака в водоснабжающей сети обеспечивает ее стабильную работу, а кроме этого, является защитой от возможности возникновения гидроударов. Помимо этого, внутри резервуара все время находится определенный запас воды, который не будет лишним в случае, например, поломки насоса.

Виды гидробаков для систем водоснабжения

Гидроаккумуляторы в зависимости от типа установки делятся на вертикальные и горизонтальные изделия. В первом случае устройства отличаются тем, что для их монтажа легче отыскать подходящее месторасположение. И вертикальные, и горизонтальные баки снабжают ниппелями.

Одновременно с водой в устройство поступает и незначительное количество воздуха. Он со временем накапливается внутри и частично занимает объем емкости. Чтобы бак функционировал исправно, необходимо периодически стравливать собравшийся воздух посредством ниппеля.

То, как устроен гидроаккумулятор вертикального типа, позволяет применять ниппель именно для этой цели. В свою очередь с горизонтальными емкостями все сложнее. Кроме ниппеля, предназначенного для стравливания воздуха, на напорный бак нужно устанавливать запорный кран и отвод в канализационную систему. Все вышесказанное имеет отношение к моделям, которые могут накапливать жидкость объемом свыше 50 литров.

Если бак меньше, тогда устройство вне зависимости от типа не имеет никаких особых приспособлений для удаления воздуха из мембраны. Но его все равно необходимо из гидробака удалять, поэтому из него периодически сливают воду, после чего вновь заполняют жидкостью.

Данную процедуру выполняют в следующей последовательности:

1. В первую очередь отключают питание насосного оборудования и реле давления.
2. Затем открывают ближайший смеситель.
3. Воду сливают, пока бак не опустеет.
4. Дальше кран закрывают, подают питание на реле и насос, после чего вода заполняет бак в автоматическом режиме.

Для автономно обустраиваемых инженерных систем используют два вида гидроаккумуляторов для водоснабжения – они бывают синего и красного цвета. Такая их особенность позволяет отличать резервуары по назначению. Синий бак применяют при обустройстве систем холодного водоснабжения, а красный аккумулятор – для функционирования отопительного контура.

Кроме цвета типы гидроаккумуляторов для водоснабжения отличаются в зависимости от характеристик материалов, применяемых для производства мембран. В любом случае используется высококачественная резина, которая предназначается для контакта с продуктами. Но в красных баках устанавливают мембраны, рассчитанные на соприкосновение с горячей водой, а в синих – с холодной.

Устройство гидробака

Конструктивно гидробак представляет собой герметичный полый цилиндр из металла.

Внутри находятся мембрана, которую еще называют «груша», из специальной резины – бутила или синтетического этилен-пропиленового каучука.

Эти материалы прочны, соответствуют всем санитарно-гигиеническим требованиям и устойчивы к бактериям. Мембрана разделяет полость на две части, в одной из которых накапливается вода. Вторая занята сжатым воздухом, который и выталкивает воду из гидробака в систему при открытии крана.

Работа гидроаккумулятора происходит циклично:

1. При уменьшении давления воды в системе (когда вода из гидробака уже выбрана) срабатывает датчик давления, и происходит запуск насоса для подачи воды.
2. «Груша» заполняется водой, ее объем увеличивается. Воздух сжимается, давление в баке растет.
3. Реле давления подает сигнал, и насос прекращает свою работу.
4. При потреблении воды вновь срабатывает реле давления и цикл повторяется.

Существует ряд причин, для чего нужен гидроаккумулятор в системе водоснабжения:

1. Главная задача – благодаря гидроаккумулятору запуск и выключение насоса происходят реже. Двигатель не перегревается и дольше не выходит из строя.
2. Кроме создания запаса воды накопитель смягчает гидравлические удары в системе водопровода. Воздух, содержащийся внутри баллона, уменьшает перепады давления в трубопроводе благодаря способности к сжатию. Как итог, меньше изнашиваются все элементы системы.
3. Во время отключения электричества в гидробаке остается резервный запас воды, что важно при частых перебоях случае в электроснабжении.

Типы конструкций и их устройство

В зависимости от используемого насоса и расположения насосной станции, в быту применяются гидроаккумуляторы горизонтальной и вертикальной установки.

Такие типы формовки позволяют вписать их в пространство любого технического помещения. Устанавливать агрегат нужно с расчетом на его удобное обслуживание. Нужно предусмотреть доступ для ремонта и, при необходимости, слива воды.

Наиболее рационально подключение горизонтальных гидробаков к наружным насосам, а вертикальных – к погружным, но в любом случае окончательное решение надо принимать на месте в зависимости от параметров всей системы.

В работе агрегатов принципиальных отличий нет. Разница в способе стравливания лишнего воздуха, который скапливается во время эксплуатации в водопроводной системе. При больших объемах воды, проходящей через накопитель, из нее выделяется растворенный воздух. Он может создавать воздушные пробки и затруднять работу системы.

В конструкциях с вертикальным расположенным цилиндром отверстие с клапаном находится в верхней части агрегата, т.к. воздух собирается в верхней части цилиндра. В горизонтальных гидробаках обычно такого устройства нет. Требуется дополнительный монтаж трубопровода из шарового крана, сливной трубки и ниппеля.

В накопителях объемом до 100 л устройств для выпуска воздуха нет. Лишний газ удаляется после полного слива воды.

Для чего необходим такой накопитель?

При наличии гидробака цикл включения-отключения насоса происходит только при необходимости наполнить бак достаточным запасом воды.

Если бы гидроаккумулятора не было, насос включался бы каждый раз, когда кто-то из домочадцев открывает кран.

Наличие накопительного бака в системе позволяет:

• значительно увеличить срок эксплуатации скважинного насоса;
• предупредить вред от возможных гидроударов в системе;
• поддерживать в системе определенное давление;
• предотвратить поломки элементов системы водоснабжения и сантехнического оборудования.

Принцип работы гидроаккумулятора

Основной задачей гидроаккумулятора является накопление энергии жидкости, значит он должен вмещать некоторый объем жидкости и содержать какой-либо механизм накопления энергии. Рассмотрим несколько возможных вариантов накопления энергии: груз поднятый на высоту обладает потенциальной энергией, так же как сжатая пружина или сжатый газ. Эти механизмы используются для накопления энергии.

Жидкость, поступая в полость аккумулятора, передает энергию устройству накопления — поднимает груз, сжимает пружину или газ. При необходимости накопленная энергия используется для подачи жидкости под давлением из аккумулятора в систему.

Виды гидроаккумуляторов

• грузовые
• пружинные
• гидропневматические

Устройство грузового гидроаккуммулятора

В грузовых гидроаккумуляторах, на жидкость действует нагрузка вызванная силой тяжести. При зарядке такого аккумулятора жидкость поступает под поршень 1 на котором установлен груз 2, при поступлении жидкости поршень вместе с грузом поднимается. При разрядке груз давит на поршень, которые передает энергию жидкости 3 под давлением, истекающей из гидроаккумулятора.

Расчет давления в грузовом гидроаккуммуляторе

В грузовом гидроаккумуляторе давление жидкости прямо пропорционально массе давящего груза и обратно пропорционально площади поршня.

Давление будет постоянным независимо от объема оставшейся жидкости, так как оно определяется только массой груза и площадью поршня.

Устройство пружинного гидроаккуммулятора

При зарядке пружинного гидроаккумялятора вместо поднятия груза поршень 1 сжимает пружину 2. При разрядке пружина, разжимаясь, передает накопленную энергию воздействуя на поршень, который в свою очередь давит на жидкость 3.

Расчет давления в пружинном гидроаккуммуляторе

В пружинном гидроаккумуляторе давление жидкости зависит от жесткости и величины перемещения пружины.

Давление в аккумуляторе будет уменьшаться по мере уменьшения объема жидкости в аккумуляторе, так как усилие пружины зависит от величины сжатия.

Гидропневматические аккумуляторы

Наибольшее распространение в технике получили гидропневматические аккумуляторы, которых механическая пружина заменена запертым объемом с газа.

Различают гидропневматические аккумуляторы с разделителем и без него.

Гидропневиоаккумуляторы без разделителя используются редко, т.к. при больших величинах давления аккумулирующим газом будет насыщаться рабочая жидкость, что в гидравлике нежелательно. В качестве разделительных элементов используются, поршни, баллоны и мембраны. Ознакомимся с конструкцией самых распространенных пневмогидравлических аккумуляторов.

Баллонный пневмогидроаккумулятор

В аккумуляторах этого типа, газ, находится в баллоне 1, который расположен в корпусе 2. Для заправки гидропневмоаккумулятора газом предназначен зарядный вентиль 3. Клапан 4 ограничивает расширение баллона при отсутствии в полости жидкости под давлением. Подвод рабочей жидкости осуществляется через канал 5.

Баллоные аккумуляторы рекомендуется устанавливать вертикально, хотя в некоторых случая допустимо и горизонтальное расположение.