Как рассчитать расширительный бак для отопления

Расчет расширительного бака для отопления обычно выполняется на конечном этапе монтажа системы автономного отопления, поскольку требуется знать суммарный объём циркулирующего в контуре теплоносителя. Открытые системы с самотечной циркуляцией теплоносителя не так требовательны к вместимости резервуара, а для закрытой важно подобрать расширительную емкость, которая способна обеспечить нормальное функционирование системы.

Варианты объёма расширительных баков

Последствия неправильных расчетов

Если вместительность расширительного бака для системы отопления соответствует параметрам системы (независимо от ее типа), давление в контуре на протяжении всего периода эксплуатации будет стабильным. Это обеспечивается за счет того, что излишек жидкости, образовавшийся в результате теплового расширения, полностью выводится в специальный резервуар и возвращается обратно по мере остывания теплоносителя.

В случае, когда объём расширительного бачка для системы был определен неправильно, не избежать перепадов давления в контуре. Это связано с тем, что теплоноситель, которому не нашлось места в расширительном баке, уходит наружу:

• через перелив в резервуаре открытого типа;
• через клапан сброса в мембранном баке.

Если «излишки» теплоносителя не сбросить из системы закрытого типа при повышении давления до критических отметок, произойдет авария – лопнут трубы или разгерметизируются соединения.

Что происходит при перепаде давления в расширительном бачке

При остывании объём теплоносителя уменьшается, и его становится недостаточно, поскольку «излишки» ушли из контура безвозвратно. Соответственно, давление в системе резко падает. Это может спровоцировать:

• остановку работы котельного агрегата, если он снабжен автоматикой, отслеживающей уровень давления;
• размораживание системы, если автоматический котел остановился в зимнее время, а дом находится без присмотра хозяев.

В случае, когда объём расширительного резервуара недостаточен, контур необходимо регулярно подпитывать водой.

Чаще всего такая ситуация возникает, если котел снабжен встроенным резервуаром, и владельцы дома понадеялись на него, не выполнив соответствующий расчёт.

Обратите внимание! Обязательно проверяйте соответствие параметров расширительного бака, встроенного в котельный агрегат, объёму теплоносителя в системе. При необходимости монтируется дополнительная мембранная емкость.

Если рассчитанный объём бака полностью, без запаса, соответствует количеству «излишков» нагретого теплоносителя, это сказывается на эксплуатации отопительной системы.

Когда бак полностью заполняется, давление возрастает до критического, но границу не переходит, манометр показывает максимальные рабочие значения. В этом случае авария не происходит, обогрев дома идет в дежурном режиме, но функционирование на пределе возможностей весь отопительный сезон губительно действует на отопительное оборудование, снижает его срок службы.

Поэтому рекомендуется приобретать расширительную емкость с небольшим запасом по объёму.

Подбор объёма бака

Рассмотрим, как рассчитать расширительный бак на отопление для системы с естественной циркуляцией теплоносителя. Чтобы сделать соответствующие вычисления для отопления закрытого типа, необходимо знать объём теплоносителя в системе – то есть, суммарный объём всех элементов (котла, приборов отопления, трубопровода, контура теплого пола при его наличии).

Узнать количество теплоносителя можно разными способами:

• Способ 1. Самый точный вариант – заполнение системы водой через водосчетчик. При его отсутствии можно поступить наоборот – сливать воду из заполненной системы в ведра и вести подсчет ведер.
• Способ 2. Суммировать объём всех элементов, при этом:
  • вместительность котла указана в паспорте;
  • количество теплоносителя в радиаторах или конвекторах вычисляется, исходя из количества секций (в технической документации есть информация об объёме одной секции) или размеров цельного прибора (данные есть в паспорте изделия);
  • объём жидкости в трубопроводе вычисляется после измерения длины всех проложенных труб по формуле
    V_общ = π × D 2 × L/4
    (где π=3,14, D — внутренний диаметр трубы в сантиметрах, L – суммарная длина труб в сантиметрах), полученное значение делят на 1000, чтобы перевести в литры.
• Способ 3. Приблизительный расчет, основанный на данных, полученных на практике. Количество теплоносителя зависит от устройств, которые использованы, чтобы отапливать дом:
  • для теплого пола требуется 17 л жидкости на 1 кВт;
  • для радиаторного отопления – 10,6 л на 1 кВт;
  • для конвекторов – 7 л на 1 кВт.
• Способ 4. Самый простой вариант, но не слишком точный. Объём теплоносителя в системе вычисляется из расчета 15 л на 1 кВт мощности.

Итоговый расчет

Определив суммарное количество теплоносителя в котельном агрегате и контуре, можно выполнить расчет объёма расширительного бака.

Для этого можно воспользоваться формулой V_бака=V_сист × k/D , с учетом, что:

D – параметр эффективности мембранного бака;
k – коэффициент теплового расширения жидкости, которую планируется использовать в качестве теплоносителя:

• для воды – 4%;
• для этиленгликоля 10% – 4,4%;
• для этиленгликоля 20% – 4,8%.

V_сист – объём жидкости в системе.

Если параметр D не указан в паспорте бака, его рассчитывают, используя формулу D = (P_макс — P_нач) ⁄ (P_макс + 1) , при этом:
Р_макс – показатель максимально допустимого давления в системе (в соответствии с этим параметром выполняется заводская настройка предохранительного клапана);
Р_нач – давление в воздушной камере бака при первоначальной накачке.

Выбирая бачок, следует обратить внимание на максимально допустимые рабочие параметры:

• температура теплоносителя – до 120°С;
• давление в системе – до 6-10 Бар.

Устанавливать допускается только мембранный бак, рабочие показатели которого несколько превышают расчетные значения.

Обратите внимание! Если вы предполагаете возможность впоследствии заменить в системе воду на антифриз, выбрав подходящую разновидность незамерзайки, следует сразу приобрести бак с соответствующим запасом по объёму, либо впоследствии смонтировать еще один резервуар.

Выводы

Чтобы отопительная система работала правильно, необходимо знать, как рассчитать расширительный бак для отопления. Кроме того, устройство следует настроить согласно инструкции от производителя или самостоятельно.

Во втором случае воздушную камеру при помощи ручного насоса закачивается воздух с таким расчетом, чтобы давление в этой камере было на 0,2 атмосферы ниже рабочего давления котельного агрегата.

Правильный расчет и настройка мембранного бака помогут обеспечить стабильное давление в отопительном контуре во время его эксплуатации.

Объем расширительного бака для закрытой системы отопления

Как рассчитать объем расширительного бака для отопления закрытого типа

Система отопления частного дома должна быть оборудована всеми необходимыми для правильной работы элементами.

Попытки обойтись без каких-нибудь «неважных» устройств приводят к аварийным ситуациям, требующим серьёзного ремонта и восстановления.

Мало того, даже полное наличие нужных частей схемы не обеспечит штатного режима функционирования, если они подобраны неправильно и не подходят по характеристикам.

Все узлы должны быть тщательно рассчитаны и подобраны согласно полученным данным.

Расширительный бак — элемент защиты системы от разрыва в случае превышения допустимого давления.

Остаться в зимнее время без отопления — серьёзная проблема (про ремонт и диагностику сантехнических нарушений в ванной прочитайте здесь ).

Поэтому надёжная и правильная работа расширительного бака — жизненно важная задача.

Принцип работы

Из курса физики известно, что жидкость несжимаема .

В отопительной схеме как теплоноситель используют воду.

В диапазоне температур от 20 до 90 градусов, она изменяет объём, расширяясь по мере нагревания.

Если представить отопительную сеть сосудом сложной конфигурации, то нагревание содержимого вызовет разрыв стенок из-за расширения жидкости.

Для компенсации этого явления используется расширительный бак, служащий дополнительным объёмом для помещения излишков теплоносителя.

Расширившись, вода поступает в бак, а при охлаждении (примерные цены наобогревающий кабель для водопровода ) уходит обратно в систему.

Попросту удалить излишек воды нельзя, так как при остывании пустоту займёт воздух, и схема перестанет функционировать.

А знаете ли вы, что делать, если течет вода из бачка в унитаз. Прочитайте в полезной статье советы и рекомендации мастеров-сантехников по устранению неисправности.

Про область применения асбестоцементных труб размером 150 мм написано на этой странице.

Таким образом, расширительный бак защищает отопительную систему как от излишков, так и от нехватки теплоносителя, компенсируя все движения его объёма.

Модификации расширительных баков

Используется два типа расширительных баков.

Баки открытого типа известны уже давно и применяются до сих пор.

Их устройство настолько просто, что заставляет мириться с недостатками.

К ним относятся:

• низкое рабочее давление сети, так как возможна только естественная циркуляция жидкости;
• необходимость контроля количества теплоносителя.
  Выкипание и испарение воды однажды разомкнут сеть и остановят работу системы, поэтому надо постоянно проверять уровень воды в баке;
• единственное место размещения — в верхней точке, что создаёт неудобство при возмещении недостатка теплоносителя.

Баки закрытого типа разработаны относительно, недавно и избавлены от всех недостатков устройств предыдущего вида.

Они допускают расположение в тех местах, где это нужно пользователю.

Приспособлены для работы при повышенном давлении и принудительной циркуляции, количество теплоносителя нисколько не изменяется.

Открытого типа

Представляют собой открытую ёмкость, уровень жидкости в которой повышается или понижается по мере теплового расширения.

При недостатке, вода, попросту доливается из ведра.

Открытый бак — простейшая конструкция. не требующая никакой запорной арматуры.

Главным её недостатком является неудобное расположение — обязательная установка в самой верхней точке сети.

Необходимость контроля за уровнем жидкости заставляет, постоянно подниматься наверх, доставлять туда воду.

Кроме того, давление в системе с открытым баком низкое, не допускающее использование насоса для циркуляции жидкости .

Но есть одно преимущество — открытая схема отопления не нуждается в электричестве.

Если случаются перебои с питанием, или его нет вовсе, такой вариант становится, единственно, возможным.

А знаете ли вы про показания циркулярного душа к применению? В полезной статье описаны польза и вред, и какое оборудование можно купить для обустройства.

Про способы регулировки редуктора давления воды в системе водоснабжения написано здесь.

Конструкция закрытого расширительного бака решает все проблемы.

Регулировка давления и объёма в нём производится с помощью резиновой мембраны, поэтому такие баки попросту называют «мембранниками» .

Рабочий объём такого бака заполнен воздухом (или инертным газом), при расширении вода вытесняет мембрану и давление воздуха возрастает.

При остывании давление воды снижается и мембрана вытесняет её обратно в систему.

Работа устройства идёт в автоматическом режиме, не требующем постоянного наблюдения, допустимое давление намного выше, чем это возможно при использовании бака открытого типа.

Мембрана в баке может быть сменной (фланцевый тип), или несменной, одноразовой. Корпус такого бака окрашивается в красный цвет.

Баки с синим корпусом предназначены для горячей воды и оборудуются мембраной из пищевой резины с меньшим сроком службы.

Какой выбрать

На первый взгляд, выбор прост — «мембранник» работает автоматически, допускает применение циркуляционного насоса, установка бака возможна везде, где может понадобится.

Тем не менее, жители частных домов, нередко довольствуются использованием бака открытого типа, мотивируя такой выбор:

• простотой использования,
• ремонта,
• отсутствием нужды в электроэнергии.

Необходимость долива воды, из-за испарения или других потерь, одни считают лёгким неудобством, другие этот процесс механизируют (какой выбрать глубинный насос для скважины ) или автоматизируют (про глубинный насос для колодца с автоматикой прочитайте здесь ).

Если отапливаемая площадь невелика, и увеличения давления в сети не требуется, то можно обойтись применением только открытого бака.

Окончательное решение диктуется конкретными условиями и оборудованием.

Покупка расширительного бака. как устройства большой важности и ответственности, не должна производиться «на глазок», особенно, если нужен «мембранник».

Необходим расчёт объёма бака. учитывающий все индивидуальные параметры системы отопления вашего дома.

Какой вместимости

Можно решить вопрос несколькими способами, выбор которых зависит от личных способностей и желания домовладельца.

Заказать расчёт специалистам .
Вариант надёжный, но потребует времени, денег и личного визита в организацию, где такой расчёт сделают.

Которую, кстати, надо сначала найти.

Подсчитать объём самому. используя необходимые формулы.
Такой вариант хорош тогда, когда известны все нужные данные, иначе, никакой подсчёт сделать не удастся.

Доступный и несложный вариант, но желательно продублировать расчёт на нескольких ресурсах для получения наиболее точного результата.

Варианты с определением объёма бака «на глазок», или при ориентировочном подсчёте, принимая 1 кВт мощности соответствующим 15 л воды в системе, как ненадёжные и опасные, отвергаются сразу.

Лучше потратить немного времени на подсчёты, чем оказаться в нетопленном доме в мороз (как подключить греющий кабель для водопровода ).

Методика расчёта объёма

С – объём жидкости в системе, л.

Βt – коэффициент температурного расширения теплоносителя.

P-min и P-max – минимальное (начальное) и максимальное давление в расширительном баке.

Объём жидкости учитывается полный, включая:

• трубопроводы (про диаметры медных труб для водопровода написано здесь ),
• радиаторы,
• котёл,
• прочие элементы, где есть вода (про полотенцесушитель водяной из нержавеющей стали лесенка прочитайте на этой странице).

Если объём системы неизвестен, применяют способ определения по мощности радиаторов — из расчёта 1 кВт — 15 л.

Коэффициент расширения для воды при 85 градусах Цельсия равен 0,034.

Такое значение применяется при отсутствии более точных данных о вашей сети.

Начальное и максимальное давление в баке P-min и P-max — это рабочее давление и значение, при котором срабатывает защитный клапан.

Как видим, расчёт не такой уж и сложный.

Зато польза от него, неоспорима.

Выбор подходящего по характеристикам расширительного бака сможет защитить сеть отопления от аварии в самый неподходящий момент.

Какой выбрать — решать вам.

Использование онлайн-калькулятора

Количество онлайн-калькуляторов в сети велико, годится любой, но правильнее поочерёдно использовать несколько ресурсов и вывести некое среднее значение.

Так появится возможность подкорректировать ошибки или неправильные данные на разных сайтах. Методика подсчёта на каждом калькуляторе своя, количество применяемых данных — разное.

Поэтому лучше подстраховаться, продублировав расчёт.

Некоторые ресурсы, одновременно, с выдачей полученного значения, предлагают варианты моделей расширительных баков, удовлетворяющих предоставленным данным.

Основные значения и коэффициенты, обычно, прилагаются в виде таблиц или средних значений, но объём теплоносителя вашей схемы должен быть известен.

В крайнем случае, используют ещё один способ, не дающий точного значения, но за неимением других вариантов годный.

Объём расширительного бака принимается равным 15% суммарного объёма сети, включая трубопроводы, котлы и радиаторы.

Представляется, что приверженцам точных расчётов такой вариант покажется слишком примитивным, но в безальтернативных случаях он используется как паллиатив.

Как сделать простой расчет вместимости расширительного бака для системы отопления посмотрите в видео.

Расширительный для отопления – типы и установка

Любая система отопления должна быть оснащена элементами, способными защитить её от гидроудара, поддерживать допустимое давление теплоносителя и компенсировать изменение его объёма. Этим задачам служит расширительный бак

Зачем нужен расширительный бак для отопления?

Для нормального функционирования отопительной системы и устойчивой циркуляции теплоносителя через все её элементы необходимо стабильное давление. Его резкие скачки приводят к нарушению гидравлического режима и неправильной работе отдельных узлов. Чтобы этого избежать, в системе предусматривают расширительный бак. Его задача – компенсировать изменение объёма теплоносителя (воды или антифриза), вызванное изменением его температуры, снизить возможность гидроудара. На изменение объёма теплоносителя влияет также его состав и соответственно температурный коэффициент. При использовании воды значение этого коэффициента в среднем составляет 4%, в случае антифриза, например этиленгликоля, – от 4,4 до 4,8% (в зависимости от концентрации гликоля в антифризе). Именно расширительный бак и является той самой ёмкостью, куда сбрасываются излишки теплоносителя, чтобы поддержать необходимое давление в сети.

В зависимости от типа системы отопления (открытая или закрытая), применяют разные расширительные баки. Сразу отметим, что открытую систему (её ещё называют системой с естественной циркуляцией – самоточной) в новых домах используют нечасто, её можно встретить в основном в старых постройках.

Бак в системе отопления открытого типа

В такой системе теплоноситель – простая вода – движется по законам физики естественным путём за счёт разной плотности холодной и горячей воды. Этому также способствует уклон труб. Теплоноситель, нагретый до высокой температуры, на выходе из котла стремится вверх, выталкиваемый холодной водой, поступающей из обратного трубопровода снизу. Так происходит естественная циркуляция, в результате которой и нагреваются радиаторы. В самоточной системе использовать антифириз проблематично из-за того, что в расширительном баке теплоноситель находится в открытом состоянии и быстро испаряется, имен но потому в этом качестве выступает только вода. При нагревании она увеличивается в объёме, и её излишки поступают в бак, а при остывании возвращаются в систему. Бак располагают в самой верхней точке контура, как правило на чердаке. Чтобы вода в нём не замерзала, его утепляют изоляционными материалами и соединяют с обратным трубопроводом во избежания закипания. На случай переполнения бака предусмотрен сброс воды в канализацию.

Расширительный бак не закрыт крышкой, отсюда и название системы отопления – открытая. Уровень воды в ёмкости необходимо контролировать, чтобы в трубопроводе не возникало воздушных пробок, приводящих к неэффективной работе радиаторов. Бак подключают к сети через расширительный патрубок, а для обеспечения движения воды предусмотрен циркуляционный патрубок. По мере заполнения системы вода достигает сигнального патрубка, на котором устанавливают

кран. Для контроля расширения воды служит переливной патрубок. Он отвечает за свободное перемещение воздуха внутри ёмкости. Для расчёта объёма бака открытого типа нужно знать объём воды в системе.

Бак в системе закрытого типа

Автономная система отопления, в которой теплоноситель приводится в движение циркуляционным насосом, называется системой закрытого типа. Её особенностью является абсолютная герметичность и отсутствие контакта теплоносителя с окружающей средой. Расширительный бак в ней также закрытый, исключающий контакт теплоносителя с воздухом.

Конструкция расширительного бака

Расширительный бак представляет собой корпус из углеродистой стали с порошковым красным, серым или белым покрытием, внутри которого расположена резиновая мембрана по типу диафрагмы или в виде баллона. Первую в основном используют в небольших ёмкостях, вторую – в крупных. Баки в заводской комплектации иногда снабжены предохранительным клапаном, защищающим систему от превышения допустимого давления. Если это происходит, клапан открывается, выпуская избыток воды. Лучше перестраховаться и убедиться, что в вашем изделии он есть. Если нет – докупить и смонтировать рядом с баком.

Расширительный бак с мембраной в виде диафрагмы. Такое устройство больше напоминает бочонок, разделённый надвое подвижной резиновой перегородкой. На производстве в верхнюю часть ёмкости закачивают воздух, который создаёт начальное давление. После подключения бака в его нижнюю камеру начинает поступать теплоноситель из сети. В тот момент, когда эластичная мембрана становится в нулевое-, спокойное положение и как бы ложится на поверхность теплоносителя, отопительная система считается полностью заполненной и готовой к запуску. Когда температура теплоносителя растёт, его объём увеличивается, и избыток сбрасывается в расширительный бак. За счёт сжатия воздуха мембрана отодвигается в воздушную камеру, благодаря чему внутреннее пространство бака становится больше, и туда поступает избыток теплоносителя. Как только теплоноситель остывает и возвращается к первоначальному объёму, воздействие на мембрану прекращается и воздух в верхней камере, не испытывая противодействия, приводит мембрану в исходное, спокойное положение, тем самым происходит автоматическая регулировка давления в системе.

Баки с мембраной баллонного типа.

В этом случае воздушная камера находится по периметру всего резервуара и окружает резиновую камеру для теплоносителя. При его поступлении последняя начинает расширяться подобно надуваемому шарику. Благодаря такому устройству бака удаётся более точно контролировать давление в системе.

Хочется отметить, что баллонные мембраны можно заменять по мере износа, а диафрагменные замене не подлежат. Очень важен материал, из которого сделана мембрана. Она должна обладать термоустойчивостью и при этом высокой эластичностью. При выборе бака следует ознакомиться с такими характеристиками мембраны, как долговечность, рабочая температура, водостойкость и соответствие санитарно-гигиеническим нормам.

Схема работы расширительного бака

Как рассчитать объём расширительного бака?

Конструкция расширительного бака не предполагает каких-либо сложных технических решений, но ошибка в расчёте его объёма способна привести к поломке оборудования и выходу из строя отопительной системы в целом: слишком большая ёмкость не сможет создать достаточного давления в сети, а слишком маленькая, наоборот, не примет весь избыток теплоносителя.

Чтобы провести правильный расчёт, следует определить общий объём отопительной сети. Для этого нужно сложить объём котла, суммарный объём всех труб в системе, а также объём дополнительных обогревательных приборов, если они имеются.

Формула для расчёта объёма расширительного бака:

КЕ – общий обьём всей системы отопления. Рассчитывают этот показатель исходя из того, что I кВт мощности отопительного оборудования равен 15 л объёма теплоносителя. Если мощность котла 40 кВт, то общий обьём системы составит КЕ = 15 х 40 = 600 л;

Z – значение температурного коэффициента теплоносителя. Как уже отмечалось, для воды это около 4%, а для антифриза разной концентрации, например 10-20%-ного этиленгликоля, – от 4,4 до 4,8%;

N – величина эффективности мембранного бака, которая зависит от начального и максимального давления в системе, первоначального воздушного давления в камере. Зачастую этот параметр указан производителем, но, если его нет, можно выполнить расчёт самостоятельно по формуле:

DV – наибольшее допустимое значение давления в сети. Как правило, оно равно допустимому давлению предохранительного клапана и для обычных бытовых систем отопления редко превышает 2,5-3 атм.;

DS – значение давления начальной зарядки мембранного бака исходя из постоянного значения в 0,5 атм. на 5 м протяжённости отопительной системы.