Использование мембранного расширительного бака

Мембранный расширительный бак – это обязательный компонент системы отопления, без которого невозможен полноценный обогрев помещения в холодное время года. С помощью этого устройства компенсируются критические перепады объемов воды, которые являются результатом ее нагрева.

Устройство резервуара

Если система отопления не включает в себя дополнительное устройство, в которое может перейти лишний объем жидкости, то она может выйти из строя. Роль запасной емкости как раз и выполняет мембранный бак, который необходим для бесперебойной работы индивидуального отопления.

Мембрана

В корпусе резервуара имеется эластичная мембрана, которая разделяет его внутреннюю камеру на две части. Одна часть содержит теплоноситель, а вторая заполнена воздухом. Вместо него может использоваться азот.

В зависимости от модели, в комплектацию устройства может входить сменная или несменная мембрана. В первом случае теплоноситель размещается в эластичной полости и не контактирует с металлическими внутренними поверхностями.

Монтаж (или снятие) мембраны выполняется через фланец, для крепления которого использованы болты. Такие манипуляции выполняют, когда производят текущий ремонт оборудования.

Если прибор имеет несменную мембрану, то он снабжен внутренней полостью из двух секций. Демонтаж в таком случае не предусмотрен.

Для защиты системы от превышения давления мембранные баки оснащаются предохранительными клапанами.

Принцип действия

Принцип работы прибора основан на изменении объема жидкости при нагревании и остывании.
В замкнутом контуре вода, нагреваясь, расширяется, при этом увеличивается давление во всей сети. Излишний объем жидкости попадает в расширительный бак, где уменьшает количество воздуха, растягивая мембрану между камерами.

При снижении температуры давление в системе падает, и воздух вытесняет воду из емкости. Вода из бака будет поступать до тех пор, пока давление не уравновесится.

Область применения

Мембранные баки достаточно широко применяются. Они встраиваются в такие системы, как:

• теплоснабжение с автономным источником тепла;
• система отопления, подключенная к линии центральной теплотрассы по независимой схеме;
• отопление, работающее посредством солнечных коллекторов и тепловых каналов;
• любые системы с замкнутым контуром и непостоянной температурой рабочей среды.

Преимущества

Изобретение закрытого расширительного бака с мембраной позволили увеличить рабочий ресурс всей системы отопления. Прибор обладает следующими достоинствами:

• позволяет использовать воду любого состава в т.ч. гиперкальцинированную;
• мембрана, изготовленная из бутила и натуральной резины, позволяет применять оборудование для питьевой воды;
• принцип работы и мембранная конструкция прибора могут обеспечить прием значительного количества вытесненной жидкости;
• легкий монтаж;
• минимальные потери от испарения;
• низкие расходы при эксплуатации.

Схема использования в отопительной системе.

Компактные размеры, которыми отличается плоский мембранный бак, позволяют экономно расходовать пространство помещения, поэтому он лучше всего подходит для негабаритных комнат.

Расширительный бак не допускает возникновения повышенных нагрузок в системе отопления и является эффективным средством предотвращения аварийных ситуаций.

Выбор оборудования

В первую очередь учитывается объем теплоносителя для системы отопления. Если подбор выполнен некорректно и объема не хватит, то появятся трещины и протечки воды в местах соединений.

Кроме этого, может произойти падение давления ниже безопасного минимума. Это приведет к завоздушиванию внутренней полости резервуара, тогда потребуется срочный ремонт. Поэтому совершать подбор модели лучше на основании характеристик, которые содержит сопроводительная инструкция.

Величина начального давления в расширительном баке, подключенном к холодной теплосети, должна совпадать со статическим давлением системы. Допустимое расхождение показателей может составлять + 30–50 кПа.

Данная таблица поможет вам вычислить нужный объем бака.

Бак должен иметь объем не менее 10-12% от суммарного объема сети теплоснабжения, в которой он используется. Это исключит возможный выход из строя как самого резервуара, так и всей теплосети в целом во время скачка давления.

При выборе подходящей модели следует также учитывать максимально допустимое давление, при котором устройство может функционировать.

Мембранные баки защищают систему теплоснабжения от чрезмерного повышения температуры и регулируют уровень давления в ней. Поэтому такие устройства оснащаются независимыми датчиками температуры и давления.

Монтаж устройства

Установку выполняют таким образом, чтобы впоследствии можно было беспрепятственно проводить его техобслуживание.
Новый бак, как правило, имеет избыточное начальное давление газа, которое распространяется по всему объему. Прежде чем выполнить установку расширительного бака, необходимо накачать его на предварительно рассчитанное давление.

Мембранный бак следует монтировать перед разветвлением водопровода. Необходимо обеспечить слив воды и подпитку системы. В комнате должна поддерживаться плюсовая температура.

Недопустимы дополнительные нагрузки на бак! Если емкость имеет объем от 8 до 30 л, то разрешен настенный крепеж. При больших объемах оборудование ставят на ножки.

Для предотвращения электролитической коррозии следует провести заземление.

Настройка прибора

Чтобы не задаваться вопросом, как проверить давление, целесообразно на выходе установить манометр. Для удаления излишков воздуха рационально дополнить оборудование автоматическим клапаном.

Набор необходимого давления осуществляют в строгой последовательности. Сначала сбрасывают давление через ниппель или с помощью компрессора. Затем подключают прибор к системе отопления и заполняют ее водой. Процесс не прекращают, пока давление в системе и баке не станет одинаковым.

Некоторые специалисты рекомендуют устанавливать после разъемного соединения тройник. В его ответвление вставляют кран, через который можно будет осуществить быстрый слив системы в случае аварийной ситуации.

Расширительный мембранный бак для отопления: конструктивные особенности и принцип работы

Wester WRV-8 – мембранный бак для систем отопления.

Расширительный мембранный бак — элемент закрытой системы отопления, предназначенный для компенсации теплового расширения теплоносителя и поддержания необходимого давления.

Конструкция мембранного бака

Расширительный мембранный бак для отопления представляет собой герметичный стальной корпус цилиндрической формы, покрытый красным эпоксидным лаком (также существуют баки, покрытые синим лаком, но они предназначены для холодной воды). В корпусе расположены 2 камеры: газовая и водяная, которые отделены друг от друга подвижной газонепроницаемой мембраной (диафрагмой), изготовленной из бутилкаучука. Благодаря такому материалу мембрана способна стабильно функционировать при различных температурах (от -10 до +100°C) и совершать до 100 000 циклов.

Устройство мембранного расширительного бака.

Мембрана практически полностью исключает взаимодействие теплоносителя и газа. Отсутствие такого взаимодействия позволяет дольше сохранять предварительное давление в газовой камере, что положительно влияет на срок службы бака.

Бачок Reflex в разрезе.

Обе камеры имеют одинаковое давление, что позволяет сохранить герметичность этого участка отопительной системы. Воздушная камера заполняется азотосодержащей смесью. При расширении теплоносителя азот «спрессовывается», позволяя теплоносителю «войти» в водяную камеру.

Большинство современных мембранных баков для отопления имеют встроенный в корпус ниппель (схожий с обычным автомобильным), при помощи которого можно «подкачать» воздушную камеру, повысив в ней давление. Это можно сделать самостоятельно в домашних условиях при помощи насоса или компрессора. Однако следует помнить, что закачивать рекомендуется именно азот, а не воздух. Дело в том, что содержащийся в воздухе кислород будет вызывать ускоренную коррозию стенок корпуса бака, что неизбежно сократит срок службы устройства. Азот же является нейтральным и не способствует коррозии.

Балка для бака и группы безопасности. Производитель: ООО «РОСТерм Северо-Запад», Санкт-Петербург.

Расширительный бак мембранного типа Imera.

Корпус бака обладает отводом с внешним резьбовым соединением, который упрощает процесс установки. В зависимости от модели резьба может быть:

• У баков низкого давления (от 0,5 до 1,5 бар) – 3/4″ или 1″;
• У баков среднего давления (1,5 бар) – 1″;
• У баков высокого давления (от 3 бар и выше) – от 1″ до фланцевого соединения Ду 100;

Принцип работы мембранного бака

При запуске системы отопления, теплоноситель нагревается и увеличивается в объеме. Этот избыточный объем перемещается в водяную камеру расширительного бака. После остывания теплоносителя, давление в воздушной камере, выдавливает мембрану, тем самым вытесняя теплоноситель из водяной камеры обратно в отопительный контур.

Помимо этого, как уже было отмечено выше, мембранный бак поддерживает требуемое давление во всей системе отопления. Так например, если где-то произошла несущественная утечка теплоносителя, то во всей системе должно упасть давление, однако этого не происходит, т.к. давление в воздушной камере будет выталкивать мембрану, а с ней и теплоноситель обратно в систему, тем самым создавая ограниченную подпитку.

Мембранный бак с группой безопасности.

Мембрана может быть повреждена в результате неправильной эксплуатации:

• Есть вероятность разрыва мембраны в случае, если при заполнении теплоносителем водяной камеры, не было создано необходимое давление в воздушной камере;
• Перед спусканием газа из воздушной камеры, необходимо перекрыть и слить теплоноситель из водяной камеры.

Расчет бака

Нагрев на каждые 10°C дает увеличение объема теплоносителя в среднем на 0,3-0,4%. Исходя из этих данных рассчитывается необходимый объем бака.

Процент расширения теплоносителя (воды) в зависимости от температуры нагрева:

Температура теплоносителя (°С)	Расширение (%)
40	0,75
50	1,18
60	1,68
70	2,25
80	2,89
90	3,58
100	4,34
110	5,16

Расширительный бак открытого типа

В настоящий момент данная разновидность расширительных баков практически не используется, т.к. имеет следующие недостатки:

Открытый расширительный бак.

1. Теплоноситель находиться в постоянном контакте с воздухом, что приводит к завоздушиванию системы и появлению воздушных пробок. Поэтому необходимо регулярно удалять воздух или требуется установка сепаратора воздуха. В противном случае, воздух может привести к коррозии отдельных элементов системы отопления, а также к снижению теплоотдачи отопительных приборов;
2. Из-за постоянного нахождения теплоносителя в контакте с воздухом, происходит его испарение. Приходиться регулярно добавлять теплоноситель в систему;
3. Циркулирующие по отопительной системе воздушные микропузырьки создают неприятные шумы в трубах и радиаторах, а также приводят к преждевременному износу деталей циркуляционного насоса (лопастей и подшипников). К тому же, микропузырьки «снижают характеристики» циркуляционного насоса;
4. В отличии от мембранного бака, который может быть установлен в любой точке системы (рядом с котлом, в подвале,…), расширительный бак открытого типа устанавливается только в наивысшей точке. Это приводит к удорожанию системы, т.к. необходимо использовать дополнительные трубы и фитинги для монтажа бака в верхней точке.

Видео

Мембранный расширительный бак для отопления

Еще статьи на эту тему:

Мембранный расширительный бак для системы отопления закрытого типа

Мембранный расширительный бак предназначен для компенсации температурного расширения теплоносителя и поддержания необходимого давления в закрытых системах отопления.

Жидкости, которые используются в системах отопления, при нагревании, за счет теплового расширения, увеличивают свой объем. Например, объем воды при нагревании до 90 о С увеличивается на 3,55%. Если в качестве теплоносителя в системе отопления применяют антифриз на основе этиленгликоля, то объем жидкости увеличивается еще более.

Мембранный расширительный бак для отопления. Устройство и схема работы. Через воздушный клапан (ниппель) воздушную камеру автомобильным насосом наполняют сжатым воздухом.

В закрытой системе отопления без расширительного бака даже незначительное повышение температуры приведет к резкому росту давления и срабатыванию предохранительного клапана. Избыточная часть теплоносителя через клапан выльется наружу.

Мембранный расширительный бак для отопления представляет собой сосуд, разделенный на две части подвижной мембраной. Одна часть сосуда соединена с системой отопления и заполнена теплоносителем. В другую часть сосуда закачивается воздух под определенным давлением.

При изменении объема жидкости в системе отопления, мембрана в баке перемещается в ту или другую сторону. В результате объем, занимаемый жидкостью в баке, тоже меняется. Сжатый воздух по другую сторону мембраны действует как пружина, поддерживая рабочее давление теплоносителя и не допуская срабатывания предохранительного клапана.

Эксплуатационные ограничения и требования безопасности

В зависимости от конструкции расширительного бака и применяемых материалов производители накладывают определенные ограничения на их использование в системах отопления.

Как правило, производители предъявляют определенные требования к составу и коррозионным свойствам жидкости — теплоносителю в системе отопления. Например, ограничивают содержание этиленгликоля в растворе антифриза.

Запрещается использование расширительного бака при давлениях, превышающих допустимые величины, указанные в технической документации производителя. В месте присоединения расширительного бака к системе отопления, обязательно требуется установка группы безопасности, которая контролирует и ограничивает давление в баке.

В системах отопления частных домов и автономного отопления квартир используют баки и другое отопительное оборудование с рабочим давлением не менее 3 бар.

Не допускается расширительный бак для отопления использовать в системах питьевого водоснабжения.

Установка, монтаж и подключение расширительного бака

Расширительный бак устанавливают в отапливаемом помещении. Бак размещают в месте, легко доступном для обслуживания. Монтаж производят так, чтобы имелся доступ к воздушному ниппелю, фланцу и присоединительной арматуре.

Рекомендуется расширительный бак устанавливать вертикально, присоединительным патрубком вниз, а воздушным ниппелем вверх.

Расширительные баки небольшого размера обычно крепятся к стене с помощью кронштейна. Детали крепления, как правило, в комплект изделия не входят и заказываются отдельно. Баки большого размера устанавливают на пол, на ножках.

Расширительный бак подключают к обратному трубопроводу отопительной системы со стороны всасывания циркуляционного насоса.

Присоединительная арматура для расширительного бака позволяет отключать бак от системы, сливать воду из бака, пломбировать запорный кран.

В месте подключения, на линии к баку необходимо устанавливать запорную арматуру, защищенную от случайного закрывания. Кроме того, следует установить сливной (дренажный) кран для опорожнения бака. Производители баков обычно предлагают специальную присоединительную запорно — дренажную арматуру для своих изделий. Такие комплекты необходимо заказывать отдельно.

Для присоединения бака к обратному трубопроводу следует использовать трубы с внутренним диаметром, равным диаметру присоединительного патрубка бака.

Расширительный бак соединяют с системой отопления после промывки системы.

Встроенный мембранный расширительный бак расположен на задней стенке двухконтурного газового котла

Мембранные расширительные баки иногда встраивают в котлы. Например, двухконтурные газовые котлы, как правило, уже имеют встроенный расширительный бак определенной емкости. Если объем встроенного расширительного бака оказался мал для отопительной системы, то необходимо установить новый бак снаружи перед котлом на обратном трубопроводе. Объем нового бака выбирают как обычно, без учета емкости встроенного бака.

Настройка давления в расширительном баке

Перед вводом в эксплуатацию системы отопления, до заполнения бака теплоносителем, в расширительный бак через воздушный клапан — ниппель автомобильным насосом закачивают воздух. Величину давления воздуха контролируют автомобильным же манометром, встроенным в насос или отдельным прибором. Многие производители продают расширительные баки уже заполненные воздухом или азотом до определенного давления, указанного в техдокументации. В любом случае необходимо проверить достаточность начального давления воздуха в баке.

Начальное давление в воздушной камере расширительного бака — Р_о :

где Р_ст — статическое давление системы отопления в месте установки бака — равно высоте столба воды от точки подсоединения расширительного бака до верхней точки системы отопления (высота столба 10 м = 1 бар)

Начальное давление в воздушной камере обязательно проверяют и регулируют при отсутствии в баке жидкости — открыть присоединительный штуцер и вылить остатки теплоносителя из бака. Встроенные в котел расширительные баки тоже освобождают от жидкости.

В системе отопления частного дома удобно устанавливать расширительный бак с заводским наполнением воздушной камеры воздухом или азотом давлением Р_о = 0,75 — 1,5 бар. Такую величину выставленного на заводе давления можно оставить без изменения, даже если она будет значительно больше рассчитанной по формуле Р_о. В большинстве случаев такого давления для систем отопления частного дома или квартиры вполне достаточно.

Встроенные в котел расширительные баки обычно уже заполнены воздухом или азотом до давления, указанного в инструкции к котлу. Перед установкой котла необходимо проверить давление воздуха в расширительном баке и, при необходимости, отрегулировать — закачать или спустить воздух.

Товары для строительства и ремонта

Превышение начального давления над статическим минимум на 0,2 бар. необходимо для создания в системе давления, при котором снижается риск образования вакуума, парообразования и кавитации.

На следующем этапе бак присоединяется к системе отопления. Затем открывается вентиль подпитки и система отопления и бак заполняются теплоносителем с начальным давлением подпитки — Р_нач.:

Р_о — начальное давление в воздушной камере расширительного бака.

Часто производители котлов, например газовых, указывают в технической документации рекомендуемое начальное давление подпитки теплоносителя в системе. В инструкции также указывают минимальное давление теплоносителя, ниже которого котел просто не будет включаться в работу. В этом случае заполняют систему с начальным давлением, указанным в инструкции к котлу.

Далее, включаем котел и разогреваем систему отопления до максимальной рабочей температуры (например, 75 о С). При нагревании из воды выделяется растворенный в ней воздух. Удаляем воздух из системы отопления. Следим за показаниями манометра и фиксируем величину давления в системе с расширившейся водой — Р_расш.

В заключении отключаем циркуляционный насос и снова включаем подпитку и доводим давление в системе при максимальной температуре теплоносителя до конечного — Р_кон:

Описанная выше методика настройки давления расширительного бака позволяет поднять до максимума эффективный полезный объем расширительного бака. Бак будет способен принять в себя наибольшее количество воды, и затем вновь отдать её системе. Это бывает полезно в случае, например, небольших протечек в системе. Бак сможет отдавать воду в систему длительное время — давление в системе будет снижаться с меньшей скоростью. Работоспособность системы отопления будет сохраняться более продолжительное время. Или, в результате охлаждения теплоносителя, давление в системе может снизиться ниже минимального, необходимого для включения котла. В этом случае автоматика не сможет запустить отопление в работу. При настройке давления по указанной выше методике риск такого развития событий снижается до минимума.

Эти преимущества, описанной здесь, методики настройки давления особенно актуальны для систем отопления загородных домов, куда хозяева заглядывают не каждый день.

Проверка целостности мембраны

Привести в действие на короткое время воздушный клапан (ниппель). Если из клапана истекает вода, бак нужно заменить, или, в баках со сменяемой мембраной, необходимо произвести замену мембраны.

Если необходимо удалить газ из воздушной камеры расширительного бака, перед этим обязательно следует опорожнить его водяную камеру, а не наоборот!

Перед тем, как снова наполнить бак водой, следует выставить требуемое предварительное давление в воздушной камере. При несоблюдении этих указаний существует опасность разрыва мембраны.

Расчет объема расширительного бака для отопления

Объем расширительного бака выбирается таким образом, чтобы при нагреве теплоносителя до максимальной рабочей температуры, рост давления в системе отопления не превышал допустимой величины (оставался ниже давления срабатывания предохранительного клапана).

Объем расширительного бака для системы отопления емкостью до 150 литров

Для систем отопления, содержащих небольшое количество теплоносителя, до 150 литров, объем расширительного бака выбирают по упрощенной формуле:

где: V_n — расчетный объем расширительного бака; V_s — полный объем системы отопления.

Выбирают бак с номинальным объемом больше расчетного.

Расчет емкости расширительного бака для системы отопления объемом свыше 150 литров

Расчет начинают с определения приращения объема теплоносителя — дополнительного объема, который образуется в результате нагрева жидкости до рабочей температуры — V_e.

V_e = V_s x n%,

где, V_s — полный объем системы отопления; n% — коэффициент расширения жидкости в системе отопления.

Значение коэффициента расширения n%, при максимальной рабочей температуре теплоносителя (воды) в системе отопления, определяется из таблицы:

T o C	40	50	60	70	80	90	100
nv%	0,75	1,17	1,67	2,24	2,86	3,55	4,34

Коэффициент расширения для антифриза на основе водного раствора этиленгликоля (Тосол и др.) определяется по формуле:

n_a% = n_v% x (1 + e_a% / 100),

где n_v% — коэффициент расширения воды из таблицы выше; e_a% — процентное содержание этиленгликоля в растворе антифриза.

На втором этапе расчета (вторым действием) определяют объем водяного затвора в баке, V_v — это объем теплоносителя, который изначально заполняет расширительный бак под действием статического давления в системе отопления. Емкость водяного затвора определяют по формуле:

V_v = V_s x 0,5% , но не менее 3-х литров.

На третьем этапе находим начальное давление в системе отопления — P_o. Оно равно статическому давлению в системе отопления и определяется из расчета 1 бар = 10 метров водяного столба. Высота водяного столба в системе отопления равна расстоянию по вертикали между крайней нижней и самой верхней точкой системы, в которых находится теплоноситель. По чертежам или в натуре определяют вертикальные отметки крайних точек системы отопления. Разница между верхней и нижней отметками и будет равна высоте водяного столба жидкости в системе.

На четвертом этапе расчета определяют величину максимального рабочего давления в системе отопления — P_e. Максимальное рабочее давление должно быть меньше давления срабатывания предохранительного клапана в системе отопления на величину, минимум 0,5 бар.

P_e = P_k — (P_k x 10%), но обязательно P_k — P_e => 0,5 бар.

где: P_k — давление срабатывания предохранительного клапана.

В заключении расчета определяют необходимый объем мембранного расширительного бака для отопления по формуле:

Выбирают бак с номинальным объемом больше расчетного.

Пример расчета расширительного бака

Выполним расчет расширительного бака для системы отопления с исходными данными:

Общий объем V_s = 270 л.

Высота водяного столба 6 м., отсюда начальное давление P_o = 6/10 = 0,6 бар.

Максимальная рабочая температура теплоносителя (воды) 90 о С. По таблице определяем коэффициент расширения n% = 3,55%.

Предохранительный клапан настроен на срабатывание при давлении P_k = 3 бар.

Производим расчет:

V_v = 270 л. x 0,5% = 1,35 л., так как 1,35 0,5 бар., то принимаем P_e = 2,5 бар.

Результат:

Принимаем к установке расширительный бак с номинальным объемом 24 литра.

Купить расширительный бак для отопления

Кроме объема, при выборе конкретного типа расширительного бака, необходимо учитывать максимальное рабочее давление, на которое рассчитан бак.