Расширительный бак системы отопления

Расширительный бак – обязательный элемент системы водяного отопления любого типа. Экспанзоматы предназначены для компенсации теплового расширения теплоносителя. В случае отсутствия этого устройства возможно повреждение элементов комплекса отопления или завоздушивание системы. Материал публикации дает обзор устройства расширительных баков, приводит методику расчета и выбора объема бачка, поясняет подбор величины давления в воздушной камере РБ.

Назначение расширительного бачка

Расширительные бачки принимают в себя излишек теплоносителя при тепловом расширении, вызванном нагревом. При нагреве на каждые 10 0 С вода расширяется примерно на 0,3% от первоначального объема. При увеличении объема соответственно увеличивается давление на конструктивные элементы системы.

Задачей РБ является компенсация увеличения давления за счет принятия в свой внутренний объем излишка воды. В случае отсутствия бака в лучшем случае возможно срабатывание сбросного предохранительного клапана, в худшем – нарушение герметичности резьбовых соединений, повреждение трубопроводов, радиаторов, теплообменника котла.

Еще одной функцией расширительного бака является сглаживание резких скачков давления при включении циркуляционного насоса.

Виды расширительных баков

По своему устройству водяные системы отопления делятся на 2 вида:

Открытая система реализует в работе принцип естественного циркулирования теплоносителя за счет уменьшения плотности воды при нагреве. Конструктивно такие системы состоят из трубопроводов диаметром не менее 32 – 40 мм.

Расширительные баки открытых систем просты в устройстве. Как правило это сосуд цилиндрической или прямоугольной формы, установленный в верхней точке системы. Емкость должна быть открытого типа для визуального контроля за уровнем воды. Иногда их оборудуют линией перелива, соединенной с канализацией. При установке на чердаке бак следует качественно утеплить для снижения тепловых потерь.

Баки открытых систем выполняют несколько функций:

1. Прием излишков воды при расширении;
2. Воздухоотведение;
3. Устройство для подпитки системы теплоносителем.

Главный недостаток РБ этого типа – прямой доступ воздуха к теплоносителю. Кислород проникает в воду и активизирует процесс коррозии трубопроводов (стальных) и радиаторов. Расширительные баки открытого типа изготавливают чаще всего самостоятельно.

Закрытая система функционирует по другому принципу, отличному от алгоритма работы открытой схемы. Циркуляция теплоносителя осуществляется принудительно с помощью циркуляционного насоса.

Это позволяет значительно уменьшить объем воды в системе и соответственно – диаметры трубопроводов. Закрытая схема работает с избыточным давлением теплоносителя. Оно складывается из напора насоса и исходного давления в сети, создаваемого при заполнении коммуникаций. Дополнительную составляющую вносит давление расширения воды при нагреве. Необходимость давления диктуется техническими свойствами системы и требованием большинства модификаций котлов и насосов к наличию минимального давления.

Экспанзоматы для закрытой системы представляют из себя сосуд из двух камер, разделенных эластичной непроницаемой мембраной. При расширении вода заполняет пространство водной камеры, мембрана изгибается в сторону воздушной камеры. Воздух, находящийся в воздушной камере, при этом сжимается.

При остывании давление теплоносителя снижается и мембрана выталкивает излишки воды из водяной камеры под силой воздействия давления воздуха.

Бачки отопления имеют штуцер для подключения к трубопроводам, на воздушной камере установлен ниппель.

Ниппель нужен для контроля величины давления в воздушной камере. Проверить давление можно подключив к золотнику ниппеля автомобильный насос с манометром. Через ниппель стравливают давление или повышают его, закачивая воздух насосом.

Большинство РБ имеют внутреннее антикоррозионное покрытие. Устанавливаются мембранные устройства на стену с помощью специального крепления или на пол.

По форме различают два типа мембран:

Диафрагменная делит сосуд на две части, бутылочная является сосудом, который заполняет теплоноситель. Сосуд при этом расширяется (при остывании – сжимается). Некоторые модели бачков выпускаются в разборном исполнении. Бак можно разобрать и поменять поврежденную или старую, потерявшую пластичность, мембрану.

Мембранные баки обычно окрашиваются в красный цвет. Предельная температура воды для изделия составляет 120 0 С, давление – 3 кгс/см 2 .

Расчет расширительного бака

Во многих статьях приводятся сложные схемы расчетов объема экспанзомата с использованием массы коэффициентов, поправок и прочего. Эти методы в большинстве случаев верны, но излишне громоздки и сложны для обывателя.

Некоторые авторы предлагают считать объем системы из расчета 15 литров на 1 кВт тепловой мощности котла автономной системы. Такой метод ошибочен. Система может не соответствовать тепловой мощности теплогенератора и расширительный бак будет подобран неверно.

Для расчета объема воды в комплексе отопления нужно просуммировать объем следующих элементов системы отопления:

Вместимость теплообменника указана в паспорте изделия, как и внутренний объем отдельной секции радиатора. Секции суммируются и умножаются на единичный объем.

Количество воды в трубах считается по формуле объема цилиндра:

V = (π х D_внут. х Н) / 4,

D_внут — внутренний диаметр трубопровода, м;

Н – длина трубы соответствующего диаметра, м.

С помощью рулетки измеряют длину труб различных диаметров, вычисляют их внутренний объем и суммируют. Затем складывают объемы котла, радиаторов и труб. Эту величину умножают на 0,1 (если теплоноситель – вода) или на 0,15 (антифриз). Полученное значение округляют до большего размера изделия.

В случае наличия встроенного расширительного бака в котле все равно следует провести поверочный расчет. Размер бака не всегда соответствует объему смонтированной системы и может понадобиться установка дополнительного устройства.

Давление воздуха в расширительном баке

Довольно часто задается вопрос – какое давление поддерживать в воздушной камере? Советов существует масса и очень трудно найти правильный ответ. Приводятся всевозможные расчеты с величинами гидростатического давления в сети, говорится что давление должно быть на 0,2 атм то ли больше, то ли меньше давления системы с холодным или уже нагретым теплоносителем.

На самом деле на этот вопрос ответить несложно. Основная функция расширительного бака – компенсация давления. Вывод напрашивается сам собой – давление в воздушной камере должно быть равно или немного отличаться (не более 0,2 – 0,3 кгс/см 2 ) от рабочего давления теплоносителя. Значительные отклонения в большую или меньшую сторону вызовут снижение качества работы экспанзомата со всеми вытекающими последствиями.

Рабочее давление в автономных системах отопления поддерживается в диапазоне от 1 до 2 кгс/см 2 , давление срабатывания ПК на группе безопасности котла – 3 кгс/см 2 . Поэтому лучшим решением будет поддержание давление в воздушной камере бака около 1,5 кгс/см 2 . Такое давление накачивается в отключенный и освобожденный от воды расширительный бак.

Выбор и расчет расширительного бака – важная ступень в разработке схемы отопления. Этот элемент системы является обязательным. Обычно расчет размера устройства производится по факту после монтажа системы. Это вызвано тем, что количество материала в проекте не всегда соответствует реально установленному, имеется погрешность вычисления.

Нужен ли расширительный бак для водяного теплого пола

Эта статья также из раздела о радиаторных системах отопления. Однако это ничего не меняет, т. к. расширительный бак для тёплого пола ничем не отличается.

Следующее оборудование из серии вспомогательного – это расширительный бачок. На фото ниже видно, что расширительных баков различных размеров много.

Рис. 1. Расширительные бачки для системы отопления.

Расширительный бак работает для компенсации теплового расширения систем отопления. Что это значит? При нагреве плотность воды уменьшается, она увеличивается в объёме. Для того чтобы не повредить систему отопления, чтобы не разорвало трубы и не повредить котёл (котлы тоже рассчитаны на определенное давление), и существуют расширительные баки.

В старых системах отопления с металлическими трубами он обычно располагался в самой верхней точке, куда выдавливались все излишки теплоносителя. Но в закрытых системах им (излишкам) деваться некуда. Поэтому были придуманы вот такие баки.

Рассмотрим, какие бывают расширительные баки, и каков принцип их работы.

Все расширительные баки для систем отопления окрашены в красный цвет. Объём расширительного бака выбирается из расчета 10 % от объёма теплоносителя в системе. Как рассчитать этот объём (грубо)?

Берём количество всех радиаторов – ориентировочно мы знаем объём одного радиатора (например, объём одной секции алюминиевого радиатора примерно 300 мл, то есть 0,3 литра. Если в системе всего 100 секций, то это 30 литров воды). Плюс объём теплоносителя, находящегося в трубах, и плюс количество воды в котле. Общий объём можно определить при заливке воды в систему (если заливаем вручную, ведрами, либо другой какой-то посудой с известным объёмом). Допустим, что общий объём системы оказался равным 60 литров, тогда бак нужно выбирать, минимум, на 6 литров. В реальности же следует иметь небольшой запас, то есть, приобретать бак на размер больше.

В продаже есть баки синего цвета – эти баки предназначены для системы водоснабжения.

Рис. 2. Расширительные бачки для системы водоснабжения.

Они почти ничем не отличаются от баков для систем отопления. Единственное их отличие – в них находится диафрагма из пищевой резины. В баках же для систем отопления диафрагма из обычной резины, технической.

Есть баки плоские (см. фото ниже).

Рис. 3. расширительный бачок, устанавливаемый в настенных газовых котлах.

Эти баки используются в котлах навесного типа. Он либо сбоку котла, либо на задней стенке внутри котла. Как и у всех прочих баков, у таких баков есть присоединительный размер для соединения с системой отопления и ниппель (обычный автомобильный) для накачивания давления в баке (иногда газ по разным причинам из бака улетучивается).

Не зависимо от того, напольный или настенный это расширительный бак, принцип работы и устройство у них всех одинаков.

Рис. 4. Устройство мембранного расширительного бачка.

Бак состоит из металлического корпуса, состоящего из двух половин, завальцованных друг с другом. С одной стороны находится горловина для присоединения к системе отопления. С обратной стороны имеется ниппель, через который закачивается воздух. Внутри корпуса находится диафрагма.

Когда бак пустой, диафрагма занимает большую часть объёма. Остальной объём занимает воздух или азот, который закачивают на заводе-изготовителе.

При расширении теплоноситель начинает поступать в полость между корпусом и диафрагмой. При остывании теплоносителя и, естественно, при уменьшении его объёма сжатый воздух начинает выдавливать теплоноситель обратно в систему. Как видите, всё здесь довольно просто.

Какие могут быть ошибки при установке расширительного бака?

Первая ошибка – выпускание воздуха из бака. Этого делать нельзя ни в коем случае!

Бывает, по какой-то причине, воздух ушёл из бака сам. Тогда на манометре в системе отопления будет скакать манометр. Ничего страшного здесь нет — нужно просто через ниппель накачать воздух в бак. Делается это обычным автомобильным насосом. На заводе давление обычно накачивают 1,5 атм.

Иногда приходится регулировать давление в расширительном баке самостоятельно. Это может быть из-за того, что системы, например, бывают различной протяжённости… Давление в баке должно быть на 0,2 атм. меньше, чем в системе. Старайтесь этого правила придерживаться. Если давление в расширительном баке будет больше, чем в системе, теплоноситель не сможет зайти в бак, пересилить диафрагму.

На фото ниже видно, как монтируется расширительный бак напольного исполнения.

Рис. 5. Подключение расширительного бачка в системе отопления.

Видно, что с системой отопления бак соединяется через присоединительный размер. Имеется фланец на болтах. Чем такая конструкция хороша? Если диафрагма по какой-либо причине повредится, можно раскрутить фланец и заменить диафрагму.

Где конкретно лучше ставить расширительный бак в систему, в каком месте?

По большому счёту расширительный бак можно устанавливать в любом месте системы отопления. Где вам удобно, где он не будет мешать, но будет доступен. И всё же — предпочтительней — между котлом и циркуляционным насосом. То есть, на обратке.

К системе отопления расширительный бак присоединяется, естественно, через трубу, на которой стоит шаровый кран на случай, если необходимо бак снять для замены либо ремонта.

При планировании создания системы водяного отопления в собственном доме, перед владельцем встаёт выбор из нескольких вариантов. В перечне самых главных вопросов – тип системы (будет она открытого или закрытого типа), и какому принципу станет осуществляться передача теплоносителя по трубам (естественная циркуляция за счет действия гравитационных сил, или принудительная, требующая установки специального насоса).

Расширительный бак для отопления закрытого типа установка

Каждая из схем имеет свои достоинства и недостатки. Но все же в настоящее время все чаще предпочтение отдается закрытой системе с принудительной циркуляцией. Такая схема более компактна, легче и быстрее монтируется, имеет ряд других эксплуатационных преимуществ. Одна из основных отличительных особенностей – это полностью герметичный расширительный бак для отопления закрытого типа установка которого будет рассмотрена в настоящей публикации.

Но прежде чем приобретать расширительный бак и приступать к его монтажу, необходимо хотя бы немного ознакомиться с его устройством, принципом работы, а также с тем, какая именно модель станет оптимальной для конкретной системы отопления.

Несмотря на то что в последнее время появилось множество современных приборов и систем обогрева помещений, принцип передачи тепла через циркулирующую по трубам жидкость с высокой теплоемкостью – без сомнения, остается самым распространенным . В качестве переносчика тепловой энергии чаще всего применяется вода, хотя при некоторых обстоятельствах приходится применять и иные жидкости с низкой температурой замерзания (антифризы).

Водяное отопление является лидером по распространенности

Теплоноситель получает нагрев от котла (печи с водяным контуром) и передает тепло отопительным приборам (радиаторам, конвекторам, контурам « теплого пола»), установленным в помещениях в необходимом количестве.

Как определиться с типом и количеством радиаторов отопления?

Даже самый мощный котел не будет способен создать в помещениях комфортную атмосферу, если параметры точек теплообмена не соответствуют условиям конкретной комнаты. Как правильно рассчитать требуемое количество радиаторов отопления – в специальной публикации нашего портала.

Но любая жидкость имеет общие физические свойства. Во-первых, при нагреве она значительно увеличивается в объеме . А во-вторых, в отличие от газов — это несжимаемая субстанция, ее температурное расширение необходимо каким-либо образом компенсировать, предоставив для этого свободный объем . И при этом необходимо предусмотреть, чтобы по мере остывания и уменьшения в объёме, в контуры труб изв не не попал воздух, который создаст «пробку», препятствующую нормальной циркуляции теплоносителя.

Именно такие функции и выполняет расширительный бачок.

Еще не столь в частном строительстве особой альтернативы и не существовало – в самой высокой точке системы устанавливался открытый расширительный бак, который вполне справлялся с поставленными задачами.

Принципиальная схема системы открытого типа

3 – открытый расширительный бачок;

5 – опционально – циркуляционный насос. В данном случае показан насосный узел с обводной петлей и системой задвижек. При желании или при возникновении необходимости можно переключить принудительную циркуляцию на естественную, и наоборот.

Возможно, вас заинтересует информация о том, как правильно осуществляется установка радиаторов отопления

Закрытая же система – полностью изолирована от атмосферы. В ней поддерживается определенное давление, а температурное расширение жидкости компенсируется установкой герметичного бачка особой конструкции.

Отличия системы отопления закрытого типа

Бачок на схеме показан поз. 6, врезанным в трубу обратки (поз.7).

Казалось бы – чего « огород городить »? Обычный открытый расширительный бачок, если он в полной мере справляется со своими функциями, видится более простым и недорогим решением. Он, наверняка , стоит немного, а кроме того , при определенных навыках, его несложно изготовить и самостоятельно – сварить из стальных листов, использовать ненужную металлическую емкость , например, старый бидон и т.п . Мало того, можно встретить примеры применения старых пластиковых канистр.

Открытый расширительный бак

Есть ли смы сл тр атить деньги на приобретение герметичного расширительного бачка? Оказывается, есть, так как закрытая система отопления имеет немало преимуществ:

• Полная герметичность абсолютно исключает процесс испарения теплоносителя. Это открывает возможности применения, помимо воды, специальных антифризов. Мера – более, чем необходимая, если загородным домом в зимнее время пользуются не постоянно, а «наездами», время от времени .
• В открытой системе отопления расширительный бак, как уже упоминалось, должен быть смонтирован в самой высшей точке. Очень часто подобным местом становится неотапливаемый чердак. А это влечет дополнительные хлопоты по термоизоляции емкости , чтобы даже в самые сильные морозы теплоноситель в ней не замерз .

Расширительный бачок вполне можно разместить в неприметном углу

А в закрытой системе расширительный бачок может быть установлен практически на любом ее участке. Наиболее целесообразным местом монтажа является труба обратки непосредственно пред входом в котел – здесь детали бачка в меньшей степени будут подвергаться температурному воздействию от разогретого теплоносителя. Но это – отнюдь не догма, и смонтировать его можно с таким расчетом , чтобы он не создавал помех и не дисгармонировал своим видом с интерьером помещения, в том случае если, скажем, в системе используется настенный котел , установленный в коридоре или на кухне.

• В открытом расширительном бачке теплоноситель всегда находится в контакте с атмосферой. Это приводит к постоянному насыщению жидкости растворенным воздухом, что является причиной активизации коррозии в трубах контура и в радиаторах, к повышенному газообразованию в процессе нагрева. Особенно нетерпимы к этому алюминиевые радиаторы.
• Закрытая система отопления с принудительной циркуляцией – менее инертна – она гораздо быстрее прогревается при запуске, намного чувствительнее к регулировкам. Исключаются совершенно неоправданные потери в области расширительного бака открытого типа.
• Разница температур в трубе подачи и в обратке в токах соединения с котлом – меньше, чем в открытой системе. Это важно для сохранности и длительности эксплуатации отопительного оборудования.
• Закрытая схема с принудительных циркуляций для создания контуров потребуе т т рубы меньшего диаметра – налицо выигрыш и в расходах на материалы, и в упрощении монтажных работ.
• За расширительным баком открытого типа необходим контроль – для недопущения перелива при заполнении, и для исключения падения уровня жидкости в нем в ходе эксплуатации ниже критической отметки. Конечно, это все можно решить установкой дополнительных устройств, например, поплавковых клапанов, патрубков перелива и т.п ., но это лишние сложности. В закрытой системе отопления подобных проблем не возникает.
• И, наконец, такая система – наиболее универсальна, так как подходит к любым типам батарей, позволяет подключать контуры теплого пола, конвекторы, тепловые завесы. Кроме того, при желании можно организовать и горячее теплоснабжение, смонтировав в систему бойлер косвенного нагрева.

Из серьезных недостатков можно упомянуть только один. Это — обязательность «группы безопасности», включающей контрольно-измерительные приборы (манометр, термометр), предохранительный клапан и автоматический воздухоотводчик . Впрочем, это, скорее, не не достаток , а технологическая издержка, обеспечивающая безопасную эксплуатацию системы отопления.

Одним словом, преимущества закрытой системы явно перевешивают, и траты на специальный герметичный расширительный бак выглядят вполне оправданными.

Устройство расширительного бачка для системы закрытого типа не отличается большой сложностью:

Схема устройства и действия герметичного расширительного бачка

Обычно вся конструкция размещена в стальном штампованном корпусе (поз.1) цилиндрической формы (встречаются бачки в форме «таблетки»). Для изготовления используется качественный металл, имеющий антикоррозийное покрытие. Снаружи бачок покрыт эмалью. Для отопления применяются изделия с красным корпусом. (Существуют бачки синего цвета – но это водные аккумуляторы для системы водоснабжения. Они не рассчитаны на повышенные температуры, а ко всем их деталям предъявляются повышенные санитарно-гигиенические требования).

С одной из сторон бачка размещен резьбовой патрубок (поз. 2) для врезки в систему отопления. Иногда в комплект поставки входят фитинги для облегчения проведения монтажных работ.

С противоположной стороны имеется ниппельный клапан (поз. 3), служащий для предварительного создания необходимого давления в воздушной камере.

Внутри вся полость бачка разделена мембраной (поз. 6) на две камеры. Со стороны патрубка находится камера для теплоносителя (поз. 4), с противоположной – воздушная (поз. 5 )

Мембрана изготовлена из эластичного материала с низким показателем диффузии. Ей придана специальная форма, которая обеспечивает «упорядоченную» деформацию при изменении давления в камерах.

• В начальном положении, при подключении бачка к системе и заполнения ее теплоносителем, определенные объем жидкости через патрубок поступает в водную камеру. Давление в камерах выравнивается, и эта замкнутая система обретает статичное положение.
• При повышении температуры происходит расширение объёма теплоносителя в системе отопления, сопровождающееся и возрастанием давления. Избыток жидкости попадает в расширительный бачок (красная стрелка), и своим давлением изгибает мембрану ( желтая стрелка). При этом объем камеры для теплоносителя увеличивается, а воздушной, соответственно уменьшается, и давление воздуха в ней возрастает.
• При снижении температуры и уменьшении общего объема теплоносителя избыточное давление в воздушной камере способствует перемещению мембраны назад ( зеленая стрелка), и теплоноситель перемещается обратно в трубы системы отопления (синя стрелка).

Если давление в системе отопления достигает критического порога, то должен сработать клапан в «группе безопасности», который выпустит излишки жидкости. Некоторые модели расширительных бачков имеют собственный предохранительный клапан.

Расширительный бачок на специальном кронштейне

Разные модели баков могут иметь собственные особенности конструкции. Так, они бывают неразборными или с возможностью замены мембраны (для этого предусмотрен специальный фланец). В комплекте могут быть кронштейны или хомуты для крепления бачка на стене, или же предусмотрены подставки – ножки для размещения его на полу.

Кроме того, могут они различаться и конструкцией самой мембраны.

Отличия в конструкции расширительных бачков с мембранами диафрагменного (слева) и баллонного типа

Слева показан расширительный бачок с мембранной – диафрагмой (она уже была рассмотрена выше). Как правило, это неразборные модели. Нередко применяется мембрана баллонного типа (рисунок справа), изготовленная из эластичного материала. По сути, она сама по себе является водяной камерой. По мере нарастания давления такая мембрана растягивается, увеличиваясь в объеме . Именно такие бачки оснащены разборным фланцем, позволяющим самостоятельно проводить замену мембраны в случае ее выхода из строя. Но основной принцип работы от этого никак не меняется.

При выборе расширительного бачка для конкретной системы отопления основополагающим моментом должен стать его рабочий объем .

Можно встретить рекомендации устанавливать бак, объем которого составляет примерно 10% от общего объема теплоносителя, циркулирующего по контурам системы. Однако, можно провести и более точный расчет – для этого существует специальная формула:

V б = V с × k / D

Символами в формуле обозначены:

Vб – требуемый рабочий объем расширительного бачка;

Vс – общий объем теплоносителя в системе отопления;

k – коэффициент, учитывающий объемное расширение теплоносителя при нагреве;

D – коэффициент эффективности расширительного бака.

Откуда взять исходные величины? Разбираемся по по рядку:

1. Общий объем системы ( Vс ) можно определить несколькими способами:

• Можно засечь по водомеру, какой общий объём поместится при заполнении системы водой.
• Самый точный способ, который применяется при расчетах системы отопления – это суммирование общего объёма труб всех контуров, вместимости теплообменника имеющегося котла (она указана в паспортных данных), и объем всех приборов теплообмена в помещениях – радиаторов, конвекторов и т.п .
• Вполне допустимую погрешность дает самый простой способ. Он основывается на том, что для обеспечения 1 кВт мощности отопления требуется 15 литров теплоносителя. Таким образом, паспортную мощность котла просто умножают на 15.

2. Значение коэффициента температурного расширения (k) – это табличная величина. Она нелинейно изменяется в зависимости от температуры нагрева жидкости и от процентного содержания в ней антифризных этиленгликолевых добавок. Значения приведены в таблице, размещённой ниже. Строку величины нагрева берут из расчета планируемой эксплуатационной температуры системы отопления. Для воды принимают значение процентного содержания этиленгликоля – 0. Для антифризов – исходя из конкретной концентрации.