Как правильно сделать выбор расширительного бака системы отопления, расчеты и особенности установки

Планирование системы отопления – это не только радиаторы и котел, но и другие элементы, входящие в общую схему отопления и обеспечивающие безотказную работу и полноценную функциональность. Выбор расширительного бака системы отопления является немаловажной частью такого планирования. Именно расширительный бак обеспечивает компенсацию температурных расширений и обеспечивает нормальную работоспособность всего оборудования.

При выборе расширительного бака необходимо сразу определиться с типом системы, принципом циркуляции теплоносителя, общим объемом воды. В некоторых случаях потребуется монтаж дополнительного оснащения, например, циркуляционного насоса.

Расширительный бак для отопления для чего он нужен и как работает

Что такое бачок отопительный, как выбрать расширительный бак для системы отопления? Такое оборудование выполняет компенсацию температурных расширений жидкости при ее нагреве или остывании. Ведь увеличение объема теплоносителя в системе отопления происходит при каждом ее запуске, то есть нормальное функционирование отопления полностью зависит от правильно выбранного расширительного бака.

При запуске системы нагретая вода увеличивается в объеме, ее излишек поступает в полость бака, предохраняя трубы от разрыва. При остывании «лишняя» вода возвращается в систему и поступает далее к котлу для нагрева, после этого цикл повторяется. В каких еще случаях расширительный бак необходим? Именно такое оборудование обеспечивает защиту системы от воздушных пузырей, которые могут остановить циркуляцию теплоносителя.

Разновидности и особенности расширительного бака

Конструкция расширительных бачков предполагает разделение оборудования на три вида:

1. Открытые бачки. Такое оборудование применяется для систем с естественной циркуляцией, это открытые емкости, которые соединяются с общей системой при помощи соединителя в дне бака. Монтируются они в самой высокой точке отопительной системы, обычно на чердаке.
2. Закрытые баки. Это оборудование предназначены для отопительных систем с принудительной циркуляцией без подпитки. Устройство расширительных бачков осуществляется в специально оборудованной котельной, дополнительной защиты от промерзания или обслуживания не требуется.
3. Мембранные расширительные бачки. Современный тип оборудования, работающий в автоматическом режиме. Принцип функционирования схож с закрытыми системами, но подобное оборудование имеет эластичную мембрану, что делает бак более надежным и удобным в использовании.

Открытая и закрытая системы отопления

Открытые баки используются для отопительных систем, где теплоноситель циркулирует самотеком. Емкость обычно имеет цилиндрическую или прямоугольную форму с открытым верхом, соединение с системой отопления осуществляется через выход на дне.

Подобные баки имеют следующие преимущества:

• система полностью энергонезависимая;
• конструкция бака предельно простая.

Недостатков использования открытых баков намного больше:

• необходимо регулярное обслуживание;
• теплопотери в системе довольно высокие;
• внутренние стенки бака подвержены коррозии;
• при монтаже требуется дополнительная прокладка труб;
• монтаж осуществляется на чердаке, что требует дополнительного усиления перекрытий из-за большого веса бака.

Пример расширительного бака открытого типа из нержавейки

Закрытые баки могут использоваться для любой отопительной системы, но обычно они востребованы для принудительного отопления. Бак закрытый, то есть контакт теплоносителя и окружающего воздуха исключен. Кроме того, герметичные бачки могут быть оснащены автоматическими или ручными клапанами, манометрами для замера давления в системе.

Преимуществ подобного оборудования множество:

• бак можно монтировать в котельной, он не требует защиты от промерзания;
• уровень давления в системе может быть довольно высокий;
• бак более защищен от коррозии, его эксплуатационные сроки большие;
• теплоноситель не испаряется;
• отсутствуют теплопотери;
• уход за системой более простой, нет необходимости следить за давлением, уровнем воды.

Закрытый мембранный бак

Для мембранной системы используется герметичный бак, функционирование которого схоже с обычным закрытым. Принцип работы очень простой – при нагреве теплоноситель расширяется, «лишняя» вода поступает в одно отделение бака, оказывая давление на эластичную мембрану. При остывании давление снижается, воздух из второй емкости выталкивает прохладную воду назад в систему, то есть происходит ее циркуляция.

Мембрана может быть съемной или несъемной, она не соприкасается с внутренними стенками устройства. Если мембрана повреждена, ее необходимо заменить, так как бак перестает функционировать.

Среди преимуществ использования такого оборудования необходимо отметить:

• компактные размеры бака;
• теплоноситель не испаряется;
• теплопотери системы минимальные;
• система защищена от коррозии;
• есть возможность работы с высоким давлением без опасения повреждения системы.

Мембранный расширительный бак

Особенности выбора расширительного бака для системы отопления, несколько нюансов

Выбирая расширительный бачок, необходимо обратить внимание на такие критерии:

• место установки;
• тип отопительной системы (с естественной и принудительной циркуляцией);
• рабочие параметры системы, включая давление (необходимо выполнить расчеты давления для бака, теплоносителя, теплообменника);
• объем расширительного бачка (не может быть меньше, чем 10% от общего объема воды в системе);
• необходимость автоматизированного управления;
• особенности работы бака (автономное энергонезависимое, с принудительной циркуляцией и подключением к электрической сети)

Одним из критериев выбора оборудования является расчет воды и ее давления. При таких расчетах системы отопления учитываются:

• объем воды в котельном агрегате (он указан в паспорте к котлу);
• объем воды для радиаторов (необходимо рассчитать отдельно для каждого радиатора и суммировать полученные значения);
• объем теплоносителя в трубах системы (рассчитывается для всех контурах при помощи формулы Vобщ = π × D2 × L/4, где D является диаметром трубы, L – это длина трубы).

Таким расчетом вычисляется, какой объем должен быть у бака. Обычно при проектировании закладывается, что объем расширительного бачка не может быть меньше 10-15%. Такого значения будет достаточно для вывода воздуха из отопительного контура и защиты оборудования от разрывов или протечек при температурном расширении.

Установка мембранного расширительного бака: тонкости работ

Для монтажа расширительных емкостей необходимо использовать следующий алгоритм действий:

• выбирается сам бак и его объем (для принудительных систем необходима модель мембранного типа);
• далее выполняется крепление устройства (место установки бачка должно быть ровным, требуется надежная фиксация, для открытых емкостей дополнительно прокладываются соединительные трубы);
• далее выполняется врезка в обратный трубопровод, для чего можно использовать пластиковые или стальные трубы соответствующего диаметра (он должен соответствовать диаметру камеры расширительного бака);
• после подключения труб и установки крана-американки, необходимо проверить давление и условия работы расширительного бака отопления (емкость заполняется водой, лишний воздух сам выходит из газовой камеры через специальный клапан);
• при необходимости можно установить аварийный слив, который будет находиться после крана-американки (для этого ставится тройник с ответвлением для установки полудюймового крана для слива излишки воды).

На этом установка расширительного бака для отопления завершена, можно приступать к настройке системы и ее запуску. Чтобы правильно определить рабочее давление, необходимо не только предварительно рассчитать объем бака, но и определить такие параметры, как показатели давления в общей системе, воздушной камере бака, для подпитки оборудования (при необходимости) и уровень максимально возможного давления.

Несколько важных замечаний

Для того, чтобы система и расширительный бачок нормально функционировали, необходимо учитывать такие моменты, как настройка, обслуживание и расчеты давления, объема теплоносителя.

Настройка бака для работы в системе отопления, учет перепадов и уровня давления

Как после монтажа запустить бачок? Необходимо правильно рассчитать уровень давления в сети, учитывая следующие показатели:

• Pст – это статическое давление, которое будет равно высоте столба воды, обусловленное высотой общей системы отопления от точки установки бака до верхнего элемента;
• P0 – это давление воздуха в газовой (воздушной) камере бака;
• Pнач – это начальное давление для подпитки оборудования;
• Pрасш – настройки для давления, создаваемого в системе;
• Pкон – уровень давления, которое создается в результате дополнительной подпитки;
• Pкл – уровень давления для предохранительного клапана (для частных домов такое давление может составлять 3 бара);
• Pмакс – уровень максимального рабочего давления, на которое рассчитан теплообменник котла (именно он самый чувствительный к этому параметру элемент всей отопительной сети).

Пример расчета

Особенности расчета системы включают в себя такие шаги:

1. Сначала надо определить давление: Pст = 4 / 10 = 0,4 бар.
2. Далее в камеру накачивается воздух, давление которого определяется по формуле P0 = Pст+ 0,2 бар, или P0 = 0,4 + 0,2 = 0,6 бар.
3. Для одноэтажного дома значение Р0 можно принимать равным «1», так как расчетное значение 0,6 бар.
4. Затем бак подключается к системе, в его полости создается начальное давление Р нач., рассчитываемое при помощи формулы: Pнач> или = P0 + 0,3 бара или Pнач = 1 + 0,3 = 1,3 бар.
5. Далее включается отопительный котел до температуры в 80 градусов, из системы полностью удаляется весь воздух, теплоноситель, поступая в бак, создает определенное давление. Для расчета необходимого конечного давления в системе надо воспользоваться формулой Pкон

Расширительные бачки для системы отопления закрытого типа — виды, выбор, монтаж

В подавляющем числе индивидуальных домов собственникам приходится самостоятельно решать проблемы выбора вида и монтажа автономной отопительной системы. Большинство хозяев отдают предпочтение варианту с принудительной циркуляцией теплоносящей жидкости, в котором нашли применение специальные расширительные бачки для системы отопления закрытого типа.

Перед выбором расширительного (накопительного, мембранного) гидробака полезно изучить его принцип действия, правила подбора объема и настройки. Также важно исполнять рекомендации специалистов по монтажу расширительного резервуара, установить его правильно и в нужном месте отопительного контура.

Рис. 1 Примеры применения расширительных бачков

Разновидности бытовых отопительных систем с жидким теплоносителем

Существует множество различных вариантов отопления индивидуальных домов. Помещения можно обогревать электрическими конвекторами, тепловыми насосами, нагревательными электрокабелями, плитами, пленками, получать тепловую энергию при помощи солнечных батарей.

Однако в повседневной реальности в силу ряда причин большинство потребителей используют водонагревательные котлы, теплоноситель от которых направляют в контуры теплых полов или на радиаторные теплообменники. При этом различают следующие два основных вида гидравлических отопительных систем.

Рис. 2 Схема гравитационной системы

Самотечная

В самотечных (гравитационных) системах, как следует из названия, циркуляция отопительной жидкости по контуру происходит естественным путем.

Связано это с простым физическим законом, согласно которому нагретая вода имеет более низкую плотность, чем холодная. В итоге, после подогрева в котле, она выталкивается холодными водными массами и поднимается вверх.

Нагретый тепловой носитель заполняет расширительный бачок и растекается вниз по контуру с теплообменными радиаторами. Самотечная система имеет следующие особенности:

• Накопительный бак для поддержки напора делают с открытой крышкой. В итоге наблюдается постоянное испарение жидкости и ее приходится регулярно пополнять, что создает значительные эксплуатационные неудобства.
• В открытой системе отопления нельзя использовать недорогую ядовитую незамерзающую жидкость этиленгликоль. В качестве незамерзайки придется применять пропиленгликоль, стоимость которого в два раза выше, или обходиться обычной дистиллированной водой.
• Рабочий напор в самотечных системах редко превышает показатель в 1 бар и требует для его получения поднятого на высоту в 10 м от котла гидробака. Этого явно недостаточно для длинных отопительных контуров с радиаторными теплообменниками и тем более теплых полов. В итоге в самотечную систему отопления часто устанавливают дополнительный циркуляционный электронасос.
• Скорость движения теплоносителя в гравитационных контурах невелика, поэтому для обеспечения хорошей теплопередачи требуется использование трубопроводов больших диаметров в 32 или 40 мм.

Рис. 3 Бачки гравитационных систем

Отопление в частном доме из полипропиленовых труб – нюансы, расчет. Возможно будет интересно подробнее почитать про организацию системы отопления из полипропиленовых труб в частном доме.

• Трубопровод в гравитационных системах отходит к теплообменным приборам сверху вдоль стен, что не способствует повышению эстетичного внешнего вида помещений.
• Если расширительный бак в системе отопления открытого типа находится на чердаке, и он не отапливается, его придется хорошо утеплять для снижения тепловых потерь.
• Также процесс нагрева воды сопровождается некоторым шумом, что ухудшает комфортность проживания в жилых комнатах.
• Так как тепловой носитель контактирует с воздухом, он насыщается кислородом. Это приводит к ускоренной коррозии металлических элементов котла, запускает процессы разложения незамерзающих жидкостей.
• Весомым преимуществом гравитационной системы можно считать возможность ее работы при отсутствии электроэнергии, однако и это утверждение является не совсем корректным, так как большинство нагревательных котлов не могут нормально функционировать при отсутствии электричества.
• Более важное достоинство заключается в верхнем расположении расширительного бака в открытой системе. Благодаря этому эффективно решается проблема отвода воздуха и можно обойтись без ряда воздухоотводчиков. Это позволяет сэкономить некоторые финансовые средства.

Рис. 4 Закрытая схема

Закрытого типа

При рассмотрении открытой системы отопления были приведено довольно много недостатков, которые имеет такая схема подключения. Это привело к широкому использованию другой схемы с закрытым гидробаком и принудительной подачей рабочего тела.

В закрытой системе отопления тепловой носитель не имеет контакта с окружающей средой, что позволило получить следующие ее особенности:

• Теплоносителем может являться вода или любой вид ядовитых незамерзаек — они не могут покинуть пределы контура.
• Применение для перемещения теплового носителя циркуляционного насоса позволило регулировать скорость потока и соответственно варьировать время обогрева помещений. Связано это с тем, что практически каждый циркуляционник имеет 3 положения переключения скоростей.
• Получение любого давления в системе не вызывает каких-либо сложностей. В контур просто нагнетают жидкость с рабочим напором, который контролируют манометром.
• Закрытый гидробак имеет гибкую и эластичную мембрану, что существенно снижает последствия гидравлических ударов.
• Нагрев теплоносящей жидкости в контуре не сопровождается повышенными шумами.
• Так как трубопровод отходит от котла снизу и не поднимается вверх, его можно прокладывать под полом или снизу вдоль стен. Это не портит внешний эстетичный вид помещений в отличие от гравитационных систем.
• Считается, что система с принудительной циркуляцией не может работать при отсутствии электроэнергии. Однако выходом из положения может быть использование бензиновых генераторов, которые способны длительное время вырабатывать электроток при его отсутствии, потребляемый в основном работающими электронасосами.

Рис. 5 Конструкция и материалы изготовления отопительных гидробаков

Зачем нужен расширительный бак

Не стоит путать бак для системы отопления с гидравлическим аккумулятором, который нашел применение в системах индивидуального водоснабжения, невзирая на то, что они выполняют примерно одинаковые функции. Разница между этими приборами заключается и в их названии: первый вид собирает расширившуюся в объеме рабочую среду, а второй ее аккумулирует (накапливает) в своем резервуаре.

Расширительный бак для систем отопления играет следующую роль:

• Общеизвестно, что при нагревании вода становится менее плотной, что при сохранении той же массы приводит к ее увеличению в объеме. Если нагреть 100 литров воды с температурой в 20 °С до 90 °C, то ее объем вырастет на 3,5 литра. Именно сбор увеличившейся в объеме жидкости — главное назначение расширительного бака.
• Как и гидравлический аккумулятор в водопроводной магистрали, расширительный бак препятствует повреждению оборудования, трубопроводов, арматуры от гидроударов.
• Закрытый расширительный гидробак стабилизирует давление во всем контуре при различных температурных параметрах рабочего тела, препятствует его резким перепадам.

Рис. 6 Устройство и функционирование мембранного бачка

Устройство расширительного бака и принцип его работы

Чтобы не вводить покупателя в заблуждение, расширительные баки выпускают красного цвета. Приборы от некоторых производителей и зарубежных поставщиков иногда имеют другие цвета — белый, серый, черный.

Типовой расширительный бак конструктивно выполнен в виде двух запрессованных друг с другом половинок, основной материал изготовления которых — углеродистая сталь, покрытая эпоксиполиэфиром или иными лакокрасочными материалами.

Между ними расположено эластичное полотно (мембрана), выдерживающая температурные нагрузки до 100 °С. Материалом изготовления большинства мембран выступает EPDM (этилен-пропилен-диеновый термополимерный каучук).

Конструкция бака может быть разборной или не разборной в зависимости от производителя. Поэтому у не разборных моделей при повреждении мембраны резервуар придется менять.

В зависимости от емкости, гидробаки имеют конструктивное исполнение для подвешивания на стену или установки в напольное положение на ножки. Их объем может колебаться в довольно широких пределах от нескольких единиц до многих сотен литров.

Спереди типового резервуара находится резьбовой штуцер (обычно размером 3/4 дюйма), посредством которого производят подключение расширительного бака к системе отопления. Сзади емкости расположен ниппель, из которого производится закачка или спуск воздуха.

Также на рынке можно встретить конструкции в виде двух приплюснутых половинок, их подсоединительный штуцер и ниппель размещаются сбоку на одной стороне.

Принцип работы расширительного бака довольно прост. Увеличившаяся в объеме, как результат нагревания, жидкость затекает в бак и давит на мембрану. Она прогибается внутрь и обеспечивает таким образом постоянный напор в системе. Охлаждаясь, теплоноситель уменьшается в объеме и выдавливается мембраной обратно в контур.

Рис. 7 Расширительные бачки для системы отопления закрытого типа бренда Valtec их характеристики и размеры

Каким должно быть давление в системе отопления, как поднять или снизить. Чтобы было тепло в доме теплоноситель должен постоянно циркулировать по системе отопления, а если в системе низкое давление, то батареи будут холодными. Почитайте в отдельной статье про давление в системе отопления, и способы его увеличить!

Расширительные бачки для системы отопления закрытого типа — правила выбора

При покупке мембранного расширительного бака руководствуются следующими соображениями.

Главным критерием его выбора служит объем резервуара. Так как нагретая вода расширяется примерно на 3,5%, при заполнении измеряют количество залитой в контур жидкости и из этих данных находят требуемую емкость гидробака.

Следует учитывать и то, что расширительный бачок для увеличения срока службы мембраны не должен заполняться в полном объеме. Также при использовании незамерзаек их тепловое расширение немного выше, чем у обычной дистиллированной воды.

Поэтому общепринято подбирать объем гидробака в 10% от количества теплового носителя.

Не стоит забывать и о том, что некоторые котлы оснащены внутренним небольшим расширительным бачком. В этом случае внешний мембранный бак выбирают чуть меньшей емкости с учетом внутреннего котлового.

Рис. 8 Схема правильного монтажа мембранного гидробака

Как установить расширительный бак в системе отопления

Перед тем, как подключить расширительный бак, необходимо выставить правильное давление воздуха внутри его емкости относительно напора в отопительном контуре.

Для этих целей руководствуются следующим алгоритмом действий:

• По паспортным данным находят максимум давления отопительной жидкости в котле. К примеру, если оно равно 3 бара, то в системе отопления закрытого типа должен поддерживаться напор приблизительно в 2 раза ниже, то есть 1,5 бара. Соответственно в гидробаке внутреннее давление воздуха на мембрану должно быть на 10 — 15% ниже, то есть необходима его настройка примерно на 1,3 бара.
• Давление воздуха внутри бака проверяют измерительным прибором, для чего откручивают защитную крышку с заднего ниппеля и приставляют к нему манометр. Если нужно, воздух спускают или подкачивают его ручными автомобильным, велосипедным насосом.

Установка расширительного бака в системе отопления должна осуществляться по следующим правилам:

• Резервуар располагают в месте, удобном для его демонтажа, техобслуживания и проведения ремонтных работ.
• Основной вариант, куда крепить бачок — близлежащая стена, вдоль которой проложен трубопровод.
• Напольные приборы не должны располагаться вплотную к стене.

Правильное месторасположение мембранного бака — непосредственно перед циркуляционным электронасосом и как можно ближе к нему.

• Сам циркуляционник следует подключать в линию обратки. Таким образом, насос непосредственно всасывает жидкость из накопительного резервуара и проталкивает ее далее по контуру.
  Преимущества такого расположения — одинаковое давление на любых участках отопительного контура, а также более высокий эксплуатационный срок оборудования из-за пониженной температуры рабочей среды. Стоит отметить, что если монтаж расширительного бака системы отопления произведен после циркуляционного электронасоса, напор теплового носителя на разных участках отопительной магистрали может отличаться.
• Расположение расширительного бачка строго по вертикали резьбовым подсоединительным патрубком вниз наиболее предпочтительно. Это предотвратит собирание в нем жидкости и увеличит эксплуатационный срок, снизит вероятность засорения проходного канала грязью.

• Для ремонта и обслуживания мембранного бака с возможностью его снятия, прибор в систему отопления подключают через отсечной шаровой вентиль.

Рис. 9 Стоимость и разновидности баков

Расширительные бачки для системы отопления закрытого типа играют важную роль в любой закрытой отопительной системе. На рынке реализуют широкий ряд подобных приборов различных объемов, нужные параметры которых довольно просто рассчитать самостоятельно. При монтаже следует установить давление воздуха внутри расширительного резервуара чуть ниже напора в контуре отопления и соблюдать пару простых правил при расположении прибора на трубопроводе и в пространстве.