Баки мембранные для систем отопления
VT.RV.R
Объем жидкости зависит от ее температуры: при нагреве он увеличивается, а при охлаждении – уменьшается. Для компенсации этих изменений в системах водяного отопления, охлаждения, горячего водоснабжения служит расширительный бак. В него поступает «на хранение» избыточный объем горячего теплоносителя. При уменьшении нагрева жидкость возвращается в контур. За счет этого система постоянно наполнена, а давление в ней стабильно. В современных системах отопления и ГВС используют расширительные баки мембранного типа. Их конструкция исключает контакт теплоносителя с атмосферой и проникновение в рабочую жидкость кислорода, который является причиной коррозии оборудования и образования воздушных пробок. Кроме того, в отличие от обычного расширительного бака, мембранный бак можно разместить в любом месте дома (открытый – только в верхней точке системы). Вне зависимости от функционального назначения инженерной системы мембранный бак сглаживает колебания давления в ней и компенсирует гидравлические удары.
Торговая марка VALTEC предлагает мембранные расширительные баки емкостью от 8 до 150 л. Они оснащены сменной мембраной, выполненной из EPDM (этилен-пропилен-диен-мономер). Это синтетический каучук, который характеризуется эластичностью, температурной и химической устойчивостью, а главное – долговечностью: мембраны из него выдерживают до 100 тыс. циклов динамического нагружения. Материал корпуса – углеродистая сталь. Снаружи мембранные баки для отопления окрашены эпоксидным полиэстером красного цвета.
Мембранный бак для водоснабжения
Скачать чертежи
(VT.AV.B) Мембранные баки VALTEC VT.AV.B предназначены для систем холодного водоснабжения, в том числе – питьевого, с рабочим давлением до 10 бар. Допускается также их использование в системах горячего водоснабжения и отопления с температурой теплоносителя не более 100 °С. Заводское давление в газовой камере (преднастройка) – 1,5 бара.
| Артикул | Размер/количество | Цена за единицу |
|---|---|---|
| Арт. | Разм./кол. | Цена |
| VT.AV.B.060008 | 8 л | 1748 p |
| VT.AV.B.060012 | 12 л | 1883 p |
| VT.AV.B.060024 | 24 л | 2438 p |
| VT.AV.B.060050 | 50 л | 6735 p |
| VT.AV.B.060080 | 80 л | 8916 p |
| VT.AV.B.060100 | 100 л | 11829 p |
| VT.AV.B.070150 | 150 л | 14735 p |
| VT.AV.B.080200 | 200 л | 23836 p |
| VT.AV.B.080300 | 300 л | 30944 p |
| VT.AV.B.080500 | 500 л | 47428 p |
| * Указаны рекомендованные производителем розничные цены (руб). | ||
Паспорт: Баки мембранные (гидроаккумуляторы) для систем водоснабжения (PDF, 552 КБ)
Сертификат соответствия: Баки мембранные для отопления и водоснабжения (PDF, 509 КБ)
Расширительные баки
Как известно, подавляющее большинство веществ в природе обладает свойством расширяться с повышением температуры. Соответствующей характеристикой служит коэффициент теплового расширения, отображающий изменение объема среды либо линейных размеров тела при нагреве на 1 °С в условиях постоянного давления (в первом случае говорят о коэффициенте теплового объемного, во втором – линейного расширения).
Рис. 1. Зависимость объема воды от температуры
С увеличением температуры коэффициент объемного теплового расширения воды изменяется неравномерно (рис. 1): в диапазоне от 0 до 4 °С объем воды и вовсе уменьшается (эта особенность играет важную роль в природных водоемах), при дальнейшем нагреве значение коэффициента меняется так, как показано в табл. 1.
| Температура воды, °C | Коэффициент объемного теплового расширения, К -1 |
| 5–10 | 0,53·10- 4 |
| 10–20 | 1,50·10 -4 |
| 20–40 | 3,02·10 -4 |
| 40–60 | 4,58·10 -4 |
| 60–80 | 5,87·10- 4 |
Вот, что это означает на практике. Примерный объем воды в системе отопления индивидуального дома тепловой мощностью 30 кВт составляет 450 л (в ориентировочных расчетах допускается принять 15 л/кВт). В табл. 2 приведены расчеты, показывающие, что при нагреве с 5 до 80 °C увеличение этого объема составит порядка 13 л.
| Температура воды, °C | Коэффициент объемного теплового расширения, К -1 | Увеличение объема, л |
| 5–10 | 0,53·10 — 4 | 0,119 |
| 11–20 | 1,50·10 — 4 | 0,675 |
| 21–40 | 3,02·10 — 4 | 2,718 |
| 41–60 | 4,58·10 — 4 | 4,122 |
| 61–80 | 5,87·10 -4 | 5,283 |
| Итого: 12,917 (2,87 %) |
Чтобы принять дополнительный объем жидкости, образующийся при ее нагревании, систему отопления оснащают расширительным баком (экспанзоматом). Раньше в этом качестве широко использовались открытые (с доступом атмосферного воздуха) резервуары, размещаемые в верхней точке системы – как правило, на чердаке дома. Такое решение, хотя применяется и сегодня, не соответствует современным требованиям к элементам отопительных систем, и предпочтение отдано мембранному расширительному баку: его можно устанавливать в любом месте дома (в том числе – непосредственно в котельной), в нем не происходит попадания кислорода в теплоноситель (т.е. исключается основной фактор коррозии оборудования), а рабочая жидкость не теряется из-за испарения.
Если в открытой системе отопления тепловое расширение воды приводит к увеличению ее объема с перемещением образующегося «излишка» в расширительный бак, то в замкнутом трубопроводе результатом окажется повышение давления.
Значение Δp прямо пропорционально коэффициенту теплового расширения и обратно пропорциональна коэффициенту объемного сжатия воды (зависит от давления, в диапазоне 1–25 бар – 49,51∙10 -11 Па, в гидравлических расчетах принимают равным 4,9 ∙10 -10 Па):
Представленные в табл. 3 результаты расчетов показывают, каким значительным является увеличение давления при нагреве воды на 75 °C в замкнутом трубопроводе – в разы выше давления разрушения полнобиметаллического радиатора, не говоря уже о других элементах отопительной системы. Поправка на деформацию труб и оборудования уменьшит это значение, но не изменит ситуации кардинально.
| Температура воды, °C | Коэффициент объемного теплового расширения, К -1 | Увеличение давления, бар (1 бар = 0,1 МПа) |
| 5–10 | 0,53·10 -4 | 5,41 |
| 11–20 | 1,50·10 -4 | 30,61 |
| 21–40 | 3,02·10 -4 | 123,26 |
| 41–60 | 4,58·10 -4 | 186,93 |
| 61–80 | 5,87·10 -4 | 239,59 |
| Итого: 346,21 |
Помимо обязательности расширительного бака, полученные цифры показывают важность его правильного подбора (при недостаточном объеме неизбежно разрушение мембраны ), а также необходимость компенсации теплового расширения воды в замкнутом трубопроводе даже при относительно небольшом перепаде температур. Например, аварийная ситуация может возникнуть в системе холодного водоснабжения квартиры при самопроизвольном нагреве поступившей воды до комнатной температуры и закрытом кране на вводе.
Существуют две основные конструкции мембранных расширительных баков. Наиболее простая – с диафрагменной (лепестковой) мембраной, наглухо зафиксированной в месте соединения полукорпусов. Такие модели имеют меньшую стоимость и применяются достаточно широко, однако обладают недостатками, основные из которых – контакт теплоносителя с материалом корпуса и невозможность ремонта при повреждении мембраны. Баки второго типа оборудуется сменной мембраной – баллонной либо сферической, помещаемой в корпус через горловину с фланцем ( рис. 2 ). Они ремонтопригодны, исключают коррозию металлических стенок от соприкосновения с рабочей средой, характеризуются более полным заполнением внутреннего пространства корпуса (полезный объем), чем экспанзоматы с диафрагменной мембраной.
Pис. 2. Конструкция расширительных баков со сменной мембранойVRV
Принцип работы у мембранных баков обоих типов одинаковый: внутренний объем резервуара разделен эластичной перегородкой на две полости – воздушную и водяную. При нагреве жидкости в системе и увеличении ее объема происходит заполнение водяной полости с растяжением мембраны и сжатием газа (воздуха или азота) в пространстве между ней и корпусом. При остывании теплоносителя имеют место обратные процессы – сжатие жидкости и мембраны, расширение газа.
Давление воздушной подушки настраивается таким образом, чтобы при неработающей системе отопления статическое давление теплоносителя в ней было компенсировано, и мембрана находилась в равновесном состоянии (подробнее читайте в статье о расчете и размещении мембранного бака). Обычно в продажу мембранные расширительные баки поступают с предварительно настроенным давлением в 1,5 бара. Для возможности регулирования и поддержания предварительного давления мембранный бак оснащают ниппелем.
Материалами для изготовления мембран в настоящее время служат различные эластомеры – натуральная каучуковая (используется при изготовлении баков для холодного водоснабжения) и синтетическая резина – бутиловая, стирол-бутадиеновая (SBR), нитрил-бутадиеновая (NBR), а также этилен-пропилен-диен-мономер (EPDM), хорошо зарекомендовавший себя в инженерных системах различного назначения. Мембраны из EPDM эластичны, термостойки, гигиеничны и долговечны (ресурс оценивается в 100 тыс. циклов динамического нагружения), поэтому широко применяются в баках для отопления и водоснабжения, включая питьевое. В нормально работающих системах отопления мембраны экспанзоматов не подвержены резким динамическим воздействиям (изменение объема теплоносителя происходит достаточно плавно), поэтому основными требования к ним являются термическая стойкость и долговечность. EPDM как нельзя лучше отвечает этим критериям.
Производство мембран расширительных баков нормируются европейским стандартом DIN 4807-3 «Расширительные емкости, мембраны из эластомеров для расширительных баков. Технические требования и испытания» (Expansion vessels; elastomer membranes; requirements and testing).
На рис. 3 показаны сменные мембраны из EPDM. Их крепление к фланцу бака осуществляется с помощью контрфланца с приваренным присоединительным штуцером и дырчатым рассекателем струи по центру. В случае порыва мембраны (если такое все же произошло) ее несложно извлечь, чтобы заменить на новую или отремонтировать (повреждение можно заклеить самостоятельно или обратиться в ближайший шиномонтаж для вулканизации).
Рис. 3. Сменные EPDM-мембраны для расширительных баков
Корпус мембранного расширительного бака, как правило, изготавливают из пластичной углеродистой стали методом холодной глубокой штамповки с последующей покраской эпоксидной эмалью. Внутреннюю поверхность экспанзоматов со сменной мембраной обычно не окрашивают, и чтобы исключить риск ее коррозии при выпадении конденсата, в воздушную полость на заводе закачивают химически нейтральный азот.
Как правило, вертикальные баки емкостью от 50 л оборудуют опорами-ножками для напольной установки. Модели меньшего объема (обычно – до 35 л включительно) подвешивают непосредственно на трубопровод или крепят к стене с помощью специальных кронштейнов (консолей).
Таблица 4. Технические характеристики расширительных баков VALTEC
| Характеристика | Значение |
| Рабочая температура, °С | От –10 до +100 |
| Максимальное рабочее давление, бар | 5 |
| Заводское давление газовой камеры (преднастройка), бар | 1,5 |
| Материал корпуса | Сталь углеродистая с окраской эпоксидным полиэстером красного цвета |
| Материал мембраны | EPDM |
| Тип мембраны | Сменная |
| Срок службы при соблюдении паспортных условий эксплуатации, лет | 25 |
Удобный монтаж экспанзоматов в системах мощностью до 44 кВт обеспечивает группа безопасности расширительного бака VT.495 (рис. 4), представляющая собой полую стальную оцинкованную консоль с фланцем для крепления к стене и предустановленным комплектом сантехнических устройств из предохранительного клапана, автоматического воздухоотводчика и манометра. Имеются также два резьбовых патрубка – для подключения группы к системе и подсоединения расширительного бака. Габариты консольной группы безопасности позволяют подвешивать непосредственно к ней расширительные баки размером до 50 л включительно.
Рис. 4. Группа безопасности расширительного бака VT.495
Важным и полезным аксессуаром для расширительных баков систем отопления и ГВС является также разъемный сгон-отсекатель VT.538, позволяющий отсоединять мембранные баки от трубопровода без его опорожнения.
Расширительные баки
Как известно, подавляющее большинство веществ в природе обладает свойством расширяться с повышением температуры. Соответствующей характеристикой служит коэффициент теплового расширения, отображающий изменение объема среды либо линейных размеров тела при нагреве на 1 °С в условиях постоянного давления (в первом случае говорят о коэффициенте теплового объемного, во втором – линейного расширения).
Рис. 1. Зависимость объема воды от температуры
С увеличением температуры коэффициент объемного теплового расширения воды изменяется неравномерно (рис. 1): в диапазоне от 0 до 4 °С объем воды и вовсе уменьшается (эта особенность играет важную роль в природных водоемах), при дальнейшем нагреве значение коэффициента меняется так, как показано в табл. 1.
| Температура воды, °C | Коэффициент объемного теплового расширения, К -1 |
| 5–10 | 0,53·10- 4 |
| 10–20 | 1,50·10 -4 |
| 20–40 | 3,02·10 -4 |
| 40–60 | 4,58·10 -4 |
| 60–80 | 5,87·10- 4 |
Вот, что это означает на практике. Примерный объем воды в системе отопления индивидуального дома тепловой мощностью 30 кВт составляет 450 л (в ориентировочных расчетах допускается принять 15 л/кВт). В табл. 2 приведены расчеты, показывающие, что при нагреве с 5 до 80 °C увеличение этого объема составит порядка 13 л.
| Температура воды, °C | Коэффициент объемного теплового расширения, К -1 | Увеличение объема, л |
| 5–10 | 0,53·10 — 4 | 0,119 |
| 11–20 | 1,50·10 — 4 | 0,675 |
| 21–40 | 3,02·10 — 4 | 2,718 |
| 41–60 | 4,58·10 — 4 | 4,122 |
| 61–80 | 5,87·10 -4 | 5,283 |
| Итого: 12,917 (2,87 %) |
Чтобы принять дополнительный объем жидкости, образующийся при ее нагревании, систему отопления оснащают расширительным баком (экспанзоматом). Раньше в этом качестве широко использовались открытые (с доступом атмосферного воздуха) резервуары, размещаемые в верхней точке системы – как правило, на чердаке дома. Такое решение, хотя применяется и сегодня, не соответствует современным требованиям к элементам отопительных систем, и предпочтение отдано мембранному расширительному баку: его можно устанавливать в любом месте дома (в том числе – непосредственно в котельной), в нем не происходит попадания кислорода в теплоноситель (т.е. исключается основной фактор коррозии оборудования), а рабочая жидкость не теряется из-за испарения.
Если в открытой системе отопления тепловое расширение воды приводит к увеличению ее объема с перемещением образующегося «излишка» в расширительный бак, то в замкнутом трубопроводе результатом окажется повышение давления.
Значение Δp прямо пропорционально коэффициенту теплового расширения и обратно пропорциональна коэффициенту объемного сжатия воды (зависит от давления, в диапазоне 1–25 бар – 49,51∙10 -11 Па, в гидравлических расчетах принимают равным 4,9 ∙10 -10 Па):
Представленные в табл. 3 результаты расчетов показывают, каким значительным является увеличение давления при нагреве воды на 75 °C в замкнутом трубопроводе – в разы выше давления разрушения полнобиметаллического радиатора, не говоря уже о других элементах отопительной системы. Поправка на деформацию труб и оборудования уменьшит это значение, но не изменит ситуации кардинально.
| Температура воды, °C | Коэффициент объемного теплового расширения, К -1 | Увеличение давления, бар (1 бар = 0,1 МПа) |
| 5–10 | 0,53·10 -4 | 5,41 |
| 11–20 | 1,50·10 -4 | 30,61 |
| 21–40 | 3,02·10 -4 | 123,26 |
| 41–60 | 4,58·10 -4 | 186,93 |
| 61–80 | 5,87·10 -4 | 239,59 |
| Итого: 346,21 |
Помимо обязательности расширительного бака, полученные цифры показывают важность его правильного подбора (при недостаточном объеме неизбежно разрушение мембраны ), а также необходимость компенсации теплового расширения воды в замкнутом трубопроводе даже при относительно небольшом перепаде температур. Например, аварийная ситуация может возникнуть в системе холодного водоснабжения квартиры при самопроизвольном нагреве поступившей воды до комнатной температуры и закрытом кране на вводе.
Существуют две основные конструкции мембранных расширительных баков. Наиболее простая – с диафрагменной (лепестковой) мембраной, наглухо зафиксированной в месте соединения полукорпусов. Такие модели имеют меньшую стоимость и применяются достаточно широко, однако обладают недостатками, основные из которых – контакт теплоносителя с материалом корпуса и невозможность ремонта при повреждении мембраны. Баки второго типа оборудуется сменной мембраной – баллонной либо сферической, помещаемой в корпус через горловину с фланцем ( рис. 2 ). Они ремонтопригодны, исключают коррозию металлических стенок от соприкосновения с рабочей средой, характеризуются более полным заполнением внутреннего пространства корпуса (полезный объем), чем экспанзоматы с диафрагменной мембраной.
Pис. 2. Конструкция расширительных баков со сменной мембранойVRV
Принцип работы у мембранных баков обоих типов одинаковый: внутренний объем резервуара разделен эластичной перегородкой на две полости – воздушную и водяную. При нагреве жидкости в системе и увеличении ее объема происходит заполнение водяной полости с растяжением мембраны и сжатием газа (воздуха или азота) в пространстве между ней и корпусом. При остывании теплоносителя имеют место обратные процессы – сжатие жидкости и мембраны, расширение газа.
Давление воздушной подушки настраивается таким образом, чтобы при неработающей системе отопления статическое давление теплоносителя в ней было компенсировано, и мембрана находилась в равновесном состоянии (подробнее читайте в статье о расчете и размещении мембранного бака). Обычно в продажу мембранные расширительные баки поступают с предварительно настроенным давлением в 1,5 бара. Для возможности регулирования и поддержания предварительного давления мембранный бак оснащают ниппелем.
Материалами для изготовления мембран в настоящее время служат различные эластомеры – натуральная каучуковая (используется при изготовлении баков для холодного водоснабжения) и синтетическая резина – бутиловая, стирол-бутадиеновая (SBR), нитрил-бутадиеновая (NBR), а также этилен-пропилен-диен-мономер (EPDM), хорошо зарекомендовавший себя в инженерных системах различного назначения. Мембраны из EPDM эластичны, термостойки, гигиеничны и долговечны (ресурс оценивается в 100 тыс. циклов динамического нагружения), поэтому широко применяются в баках для отопления и водоснабжения, включая питьевое. В нормально работающих системах отопления мембраны экспанзоматов не подвержены резким динамическим воздействиям (изменение объема теплоносителя происходит достаточно плавно), поэтому основными требования к ним являются термическая стойкость и долговечность. EPDM как нельзя лучше отвечает этим критериям.
Производство мембран расширительных баков нормируются европейским стандартом DIN 4807-3 «Расширительные емкости, мембраны из эластомеров для расширительных баков. Технические требования и испытания» (Expansion vessels; elastomer membranes; requirements and testing).
На рис. 3 показаны сменные мембраны из EPDM. Их крепление к фланцу бака осуществляется с помощью контрфланца с приваренным присоединительным штуцером и дырчатым рассекателем струи по центру. В случае порыва мембраны (если такое все же произошло) ее несложно извлечь, чтобы заменить на новую или отремонтировать (повреждение можно заклеить самостоятельно или обратиться в ближайший шиномонтаж для вулканизации).
Рис. 3. Сменные EPDM-мембраны для расширительных баков
Корпус мембранного расширительного бака, как правило, изготавливают из пластичной углеродистой стали методом холодной глубокой штамповки с последующей покраской эпоксидной эмалью. Внутреннюю поверхность экспанзоматов со сменной мембраной обычно не окрашивают, и чтобы исключить риск ее коррозии при выпадении конденсата, в воздушную полость на заводе закачивают химически нейтральный азот.
Как правило, вертикальные баки емкостью от 50 л оборудуют опорами-ножками для напольной установки. Модели меньшего объема (обычно – до 35 л включительно) подвешивают непосредственно на трубопровод или крепят к стене с помощью специальных кронштейнов (консолей).
Таблица 4. Технические характеристики расширительных баков VALTEC
| Характеристика | Значение |
| Рабочая температура, °С | От –10 до +100 |
| Максимальное рабочее давление, бар | 5 |
| Заводское давление газовой камеры (преднастройка), бар | 1,5 |
| Материал корпуса | Сталь углеродистая с окраской эпоксидным полиэстером красного цвета |
| Материал мембраны | EPDM |
| Тип мембраны | Сменная |
| Срок службы при соблюдении паспортных условий эксплуатации, лет | 25 |
Удобный монтаж экспанзоматов в системах мощностью до 44 кВт обеспечивает группа безопасности расширительного бака VT.495 (рис. 4), представляющая собой полую стальную оцинкованную консоль с фланцем для крепления к стене и предустановленным комплектом сантехнических устройств из предохранительного клапана, автоматического воздухоотводчика и манометра. Имеются также два резьбовых патрубка – для подключения группы к системе и подсоединения расширительного бака. Габариты консольной группы безопасности позволяют подвешивать непосредственно к ней расширительные баки размером до 50 л включительно.
Рис. 4. Группа безопасности расширительного бака VT.495
Важным и полезным аксессуаром для расширительных баков систем отопления и ГВС является также разъемный сгон-отсекатель VT.538, позволяющий отсоединять мембранные баки от трубопровода без его опорожнения.
