Автономной системой подачи воды сегодня уже никого не удивить. Такие конструкции очень удобны и практичны, однако для их функционирования, зачастую, требуются устройства, о которых человек, пользующийся только централизованным водопроводом, может просто не знать. К примеру, автономная система подачи воды будет длительное время бесперебойно работать только в случае, если в нее включен расширительный бак для водоснабжения. Современная промышленность выпускает множество самых разных моделей таких устройств. Чтобы подобрать для себя оптимальный вариант, необходимо ориентироваться в типах оборудования и хорошо представлять себе принцип его работы.
- 2 Типы мембранных баков
2.1 Прибор со сменной мембраной
- 2.2 Устройство со стационарной диафрагмой
Виды отопительных систем
Существует дав типа систем отопления – закрытая и открытая. В закрытой системе теплоноситель циркулирует по замкнутому кругу (см. рис. ниже). В открытой он приходит в систему отопления, отдает тепло и уходит из нее.
Централизованное отопление в многоэтажных домах – пример системы открытого типа. В здание попадает горячая вода, которая проходя по радиаторам и отдает свое тепло. После этого она возвращается в котельную, тепловую станцию и т.д.
Отопление закрытого типа работает по такой схеме:
- Источник тепла (котел, тепловой насос, солнечный коллектор и т.д.) нагревает теплоноситель;
- Теплоноситель поступает в систему отопления;
- Проходя по отопительным приборам (теплый пол, радиаторы, фанкойлы) теплоноситель отдает тепло и охлаждается;
- После прохождения системы отопления теплоноситель возвращается к источнику тепла.
Также существуют системы с естественной и принудительной циркуляцией. В первом случае теплоноситель перемещается по трубам за счет естественной конвекции. Во втором – его прокачивает по системе циркуляционный насос.
Система отопления закрытого типа. Теплоноситель циркулирует по замкнутому контуру от котла к отопительным приборам.
Зачем нужен расширительный бак
В закрытых системах отопления объем теплоносителя изменяется в зависимости от его температуры (см. таблицу). Например, если воду нагреть с +40°С до +85 градусов, ее объем увеличится на 2,5%. Вам это покажется небольшим значением, но для системы отопления — это опасно!
| ºС | Коэффициент расширения, % | ºС | Коэффициент расширения, % |
| 0 | 0.013 | 65 | 1.98 |
| 10 | 0.027 | 70 | 2.27 |
| 20 | 0.177 | 75 | 2.58 |
| 30 | 0.435 | 80 | 2.9 |
| 40 | 0.782 | 85 | 3.24 |
| 50 | 1.21 | 90 | 3.59 |
| 55 | 1.45 | 95 | 3.96 |
| 60 | 1.71 | 100 | 4.34 |
Дело в том, что вода или теплоноситель не сжимаются – они оказывают давление на трубы, фитинги, отопительные приборы. Даже небольшое расширение может привести к протечкам. Чтобы его компенсировать используют расширительный бак.
Вода в центральных системах отопления не отличается качеством, в ней может содержаться воздух. Со временем он скапливается в верхних точках радиаторов, из-за чего они хуже отапливают помещение.
В замкнутых системах теплоноситель может вступать в реакцию с материалом системы отопления. из-за чего выделяется газ. Со временем некоторые компоненты теплоносителей также могут разлагаться с выделением воздуха или других газов.
Если по вашей замкнутой системе циркулирует обычная вода, она тоже может стать причиной появления воздушных пробок. В ней могут содержаться примеси, вступающие в реакцию с материалом труб, фитингов и отопительных приборов.
Расширительный бак служит своеобразным улавливателем и резервуаром для воздуха и газов. Попадая в него, они больше не возвращаются в общую систему. Установка бака помогает защититься от завоздушивания системы и вам не нужно будет спускать воздух из батарей отопления.
Как работает открытый расширительный бак
Открытый расширительный бак — это просто емкость, частично заполненная теплоносителем. Иногда в нем даже нет клапана для выхода воздуха, а просто отверстие.
У открытых расширительных баков есть два больших минуса. Первый – они подвержены коррозии, так как контактируют с открытым воздухом. Второй – их можно устанавливать только в системах с естественной циркуляцией.
Если у вас установлен циркуляционный насос, прогоняющий теплоноситель по системе, то дальше открытого расширительного бака он не пойдет. Теплоноситель просто заполнит бак и перельется.
Принцип работы закрытого (мембранного) расширительного бака
Конструкция закрытого расширительного бака отличается от закрытого наличием мембраны. Она непроницаема для воздуха и теплоносителя и делит емкость на две части.
Принцип работы мембранного расширительного бака прост. Когда теплоноситель нагревается, он увеличивается в объеме. Под давлением мембрана поднимается. Тем самым увеличивается общий объем системы отопления и на нее не оказывается дополнительного давления.
При охлаждении ниже заданной температуры теплоноситель сжимается. Мембрана опускается и объем системы отопления уменьшается. Так компенсируется вакуум, создаваемый сжатием теплоносителя.
Ограничения
На использование мембранных расширительных баков производители накладывают определённые ограничения, которые зависят от конструкции и материалов, применяемых при изготовлении устройства. Производителями предъявляются чёткие требования к свойствам и составу жидкости в отопительной системе. Содержание, к примеру, этиленгликоля в растворе антифриза ограничивают. Использование мембранного расширительного бака при превышающих допустимые нормы давлениях запрещено. Обязательна установка группы безопасности, контролирующей и ограничивающей давление в баке. В отопительных системах квартир автономного отопления и частных домов используется оборудование, рабочее давление которого составляет не менее 3 бар.
Конструкция мембранного бака
Устройство расширительного бака закрытого типа весьма простое. В верхней части расположен ниппель, через который в камеру закачивается воздух. Он необходим чтобы уравновесить давление внутри емкости.
Прямо посередине бака расположена мембрана из резины или полиуретана. Она герметична, не пропускает воздух и теплоноситель. Мембрана делит бачок на две части. Нижняя камера предназначена для теплоносителя, который попадает туда из-за нагрева и расширения давления. Верхняя – для воздуха под давлением, который не дает теплоносителю сразу заполнить всю полость.
Внутреннее устройство расширительного бака мембранного (закрытого) типа.
Возможные поломки
При длительном использовании мембрана может лопнуть
Во время эксплуатации оборудования владельцам рекомендуется каждые полгода осматривать корпус на протечки и повреждения. Также необходимо измерять давление в газовой камере. Проверка состояния мембраны осуществляется 1 раз в 2 года. При длительном отсутствии эксплуатации из бачка сливают воду.
Распространенные неисправности:
- Падение давления в газовом отсеке – необходимо подкачать через ниппель воздух с помощью насоса.
- Повреждение корпуса – механическое воздействие или коррозия могут вызвать появление трещины. Восстановить герметичность емкости можно в сервисном центре.
- Течь из воздушного клапана – из-за высоких нагрузок и горячей воды резина может потрескаться. Лучше вовремя выполнить замену испорченной детали.
Выполнить ремонт оборудования можно своими силами. Для замены мембраны потребуется слить воду, демонтировать емкость и сбросить давление. Затем откручивают болты фланца, удерживающие резиновую деталь. Старую мембрану вынимают, заменяют новой. Все процедуры проводят в обратной последовательности.
Давление воздуха в бачке
Вода или теплоноситель в системе отопления всегда находится под давлением. В частных домах оно составляет 1.6-2 атм., в многоэтажных – в разы больше. Чтобы теплоноситель в нормальном режиме работы не терял давление, верхняя часть расширительного мембранного бачка должна быть заполнена воздухом.
Давление воздуха в верхней камере должно быть на 0,2 атм. ниже, чем давление теплоносителя в системе. Для закачки воздуха подойдет обычный велосипедный или автомобильный насос. Единственное что может понадобиться – переходник.
В верхней части расширительного бака находится ниппель с золотником. По принципу работы они такие же, как в автомобильных или велосипедных колесах. Чтобы спустить воздух достаточно нажать на небольшой язычок внутри него.
Некоторые производители заполняют бачок не воздухом, а азотом. На самом деле от этого эффективность его работы нисколько не изменится. Это рекламный ход – так вас пытаются принудить покупать более дорогое оборудование.
Схемы подключения гидробаков
Для системы горячего водоснабжения установку расширительного бака проводят на участке циркуляционной магистрали, всасывающей линии насоса, ближе к водонагревателю.
Бак оборудуется:
- манометром, предохранительным клапаном, воздухоотводчиком — группа безопастности;
- запорным клапаном с устройством, которое предотвращает случайное перекрытие.
В водопроводной системе, где присутствует водонагревательное оборудование, устройство берет на себя выполнение функций расширительного бака.
Схема установки в системе ГВ: 1 – гидробак; 2 – предохранительный клапан; 3 – насосное оборудование; 4 – элемент фильтрации; 5 – обратный клапан; 6 – кран запорный
В системе ХВ главное правило при установке гидроаккумулятора — монтаж в начале обвязки, ближе к насосу.
В схеме подключения обязательно присутствуют:
- обратный и запорный клапан;
- группа безопасности.
Схемы подключения могут быть очень разными. Подключенный гидробак нормализует работу оборудования, уменьшая количество включений насоса за единицу времени и этим продлевая срок его службы.
Схема монтажа в системе ХВ со скважиной: 1 – бак; 2 – обратный клапан; 3 – кран запорный; 4 – реле для регулировки давления; 5 – прибор управления насосным оборудованием; 6 – группа безопасности
В схеме с повысительной насосной станцией один из насосов работает постоянно. Такая система устанавливается для домов или зданий с высоким водопотреблением. Гидробак здесь служит в для нейтрализации скачков давления, а для аккумулирования воды устанавливают емкость как можно большего объема.
Расчет расширительного бака по формуле
Если вы не хотите вдаваться в тонкости, можно установить бачок емкостью 10% от всего объема теплоносителя. Но иногда лучше рассчитать все точно. При оборудовании большой системы отопления можно будет существенно сэкономить.
Чтобы рассчитать необходимый объем расширительного бака, нужно знать следующее:
- Минимальную температуру теплоносителя;
- Максимальную температуру теплоносителя;
- Объем системы отопления;
- Процент этиленгликоля или пропиленгликоля в теплоносителе.
Важно!
Если вы собираетесь отапливать дом или дачу, в которых живете не постоянно, будьте внимательны с подбором типа теплоносителя. У них разная температура замерзания и коэффициент расширения.
Для расчета объема расширительного бака вам нужно воспользоваться формулой:
V = V1 x (Q – Q1)
В этой формуле:
- Q1 – коэффициент расширения при минимальной температуре (см. таблицы ниже);
- Q – коэффициент расширения при минимальной температуре (см. таблицы ниже);
- V1 – объем теплоносителя в системе отопления в литрах;
- V – объем расширительного бака в литрах.
Если в источнике тепла уже установлен расширительный бачок, то его нужно учесть. Для этого отнимите от полученного значения «V» емкость встроенного. Полученное число и есть необходимый объем вашего расширительного бака.
Важно!
Если у вас система отопления с принудительной циркуляцией, минимальная общая емкость расширительного бака – 15 литров.
Коэффициент теплового расширения раствора этиленгликоля
| t, °С | 10% | 20% | 30% | 40% | 50% | 60% | 70% | 80% | 90% | 100% |
| 0 | 0.00013 | 0.0032 | 0.0064 | 0.0096 | 0.0128 | 0.016 | 0.0192 | 0.0224 | 0.0256 | 0.0288 |
| 10 | 0.00027 | 0.0034 | 0.0066 | 0.0098 | 0.013 | 0.0162 | 0.0194 | 0.0226 | 0.0258 | 0.029 |
| 20 | 0.00177 | 0.0048 | 0.008 | 0.0112 | 0.0144 | 0.0176 | 0.0208 | 0.024 | 0.0272 | 0.0304 |
| 30 | 0.00435 | 0.0074 | 0.0106 | 0.0138 | 0.017 | 0.0202 | 0.0234 | 0.0266 | 0.0298 | 0.033 |
| 40 | 0.0078 | 0.0109 | 0.0141 | 0.0173 | 0.0205 | 0.0237 | 0.0269 | 0.0301 | 0.0333 | 0.0365 |
| 50 | 0.0121 | 0.0151 | 0.0183 | 0.0215 | 0.0247 | 0.0279 | 0.0311 | 0.0343 | 0.0375 | 0.0407 |
| 60 | 0.0171 | 0.0201 | 0.0232 | 0.0263 | 0.0294 | 0.0325 | 0.0356 | 0.0387 | 0.0418 | 0.0449 |
| 70 | 0.0227 | 0.0258 | 0.0288 | 0.0318 | 0.0348 | 0.0378 | 0.0408 | 0.0438 | 0.0468 | 0.0498 |
| 80 | 0.029 | 0.032 | 0.0349 | 0.0378 | 0.0407 | 0.0436 | 0.0465 | 0.0494 | 0.0533 | 0.0552 |
| 90 | 0.0359 | 0.0389 | 0.0417 | 0.0445 | 0.0473 | 0.0501 | 0.053 | 0.0557 | 0.0584 | 0.0613 |
| 100 | 0.0434 | 0.0465 | 0.0491 | 0.0517 | 0.0543 | 0.0569 | 0.0595 | 0.0621 | 0.0647 | 0.0673 |
Коэффициент объемного расширения пропиленгликоля
| t, °С | 0% | 10% | 20% | 30% | 40% | 50% | 60% | 70% | 80% | 90% | 100% |
| 0 | 0.00013 | 0.00014 | 0.00015 | 0.00015 | 0.00017 | 0.000175 | 0.000185 | 0.00019 | 0.0002 | 0.00021 | 0.00023 |
| 10 | 0.00027 | 0.00029 | 0.00031 | 0.00032 | 0.00035 | 0.00036 | 0.00038 | 0.0004 | 0.00042 | 0.00044 | 0.00047 |
| 20 | 0.00177 | 0.0019 | 0.00203 | 0.00208 | 0.0023 | 0.00239 | 0.00252 | 0.00262 | 0.00275 | 0.00288 | 0.0031 |
| 30 | 0.00435 | 0.00467 | 0.005 | 0.00511 | 0.00565 | 0.00587 | 0.0062 | 0.00644 | 0.00676 | 0.00707 | 0.00761 |
| 40 | 0.00782 | 0.0084 | 0.00899 | 0.00919 | 0.01017 | 0.01056 | 0.01114 | 0.01157 | 0.01216 | 0.0127 | 0.01368 |
| 50 | 0.0121 | 0.013 | 0.01391 | 0.01421 | 0.01573 | 0.01633 | 0.01724 | 0.0179 | 0.01881 | 0.01966 | 0.02117 |
| 60 | 0.0171 | 0.01838 | 0.01966 | 0.02009 | 0.02223 | 0.02308 | 0.02437 | 0.0253 | 0.02659 | 0.02779 | 0.02992 |
| 70 | 0.0227 | 0.0244 | 0.0261 | 0.02667 | 0.02951 | 0.03064 | 0.03235 | 0.0336 | 0.0353 | 0.03689 | 0.03972 |
| 80 | 0.029 | 0.03117 | 0.03335 | 0.03407 | 0.0377 | 0.03915 | 0.04132 | 0.04292 | 0.04509 | 0.04712 | 0.05075 |
| 90 | 0.0359 | 0.03859 | 0.04128 | 0.04218 | 0.04667 | 0.04846 | 0.05116 | 0.05313 | 0.05582 | 0.05834 | 0.06282 |
| 100 | 0.0434 | 0.04665 | 0.04991 | 0.05099 | 0.05642 | 0.05859 | 0.06184 | 0.06423 | 0.06749 | 0.07052 | 0.07595 |
Для того чтобы определить количества теплоносителя в системе отопления, вам нужно учесть объем:
- Подключенных приборов (радиаторы. магистраль теплого пола и т.д.);
- Труб;
- Коллектора (гребенки);
- Источника тепла (например, сколько теплоносителя находится в змеевике бойлера или котла).
Вычислить объем труб можно по формуле:
V = L x 0,0785 x D x D
В этой формуле:
- L – длина трубы отопления;
- D – диаметр в см;
- V – объем теплоносителя в трубе в литрах.
Объем теплоносителя в батареях вы можете посмотреть в спецификации или инструкции к ним. Если таковых нет, количество теплоносителя вы можете узнать в публикации статью «Объем воды в радиаторе отопления – алюминиевом, чугунном, биметаллическом».
Особенности выбора
Вам может показаться, что расширительный бачок имеет простую конструкцию и выбрать его можно только исходя из объема. Но есть еще несколько моментов, которые стоит учесть:
- Материал мембраны должен быть стойким к реактивам и присадкам, которые используются в теплоносителях;
- Внутренняя часть бака должна быть покрыта качественной краской или другим покрытием.
- Защитное покрытие внутренней части емкости не должно вступать в реакцию с теплоносителем;
- Мембрана должна быть устойчивой к высоким температурам;
- Максимально допустимое давление в емкости должно соответствовать характеристикам вашей системы отопления;
- Все соединения и швы должны быть стойкими к высокому давлению и гидроудару.
Отличия от гидроаккумулятора
Конструкция герметичных расширительных баков схожа с конструкцией гидроаккумуляторов, однако, предназначение у этих приборов разное. Расширительный бак компенсирует расширение воды, происходящее из-за нагревания в системе отопления. Гидроаккумулятор аккумулирует объём воды под давлением в системе водоснабжения, имеющей напорный насос, чтобы уменьшить частоту включения данного насоса и сгладить гидроудары. Кроме того, чаще внутри гидроаккумулятора находится груша, сделанная из пищевой резины. Именно она накачивается водой, в результате вода не контактирует с корпусом бака. Расширительный бак для систем отопления изготовлен с мембраной, выполненной из технической резины. Она делит корпус на два отсека, а теплоноситель имеет контакт с корпусом.
Разновидности гидроаккумуляторов
Для систем отопления производители выпускают баки, отличающиеся исполнением мембраны.
Мембраны для расширительных баков разделяются на:
- баллонные;
- диафрагменные.
Диафрагменная мембрана представляет собой несъемную перегородку, выполненную, чаще всего, из тонкого металла или эластичного полимера.
Основное отличие такого варианта – малая собственная емкость и способность компенсировать незначительные перепады давления в системе.
При нарушении работоспособности такого бака требуется его полная замена.
К достоинствам таких устройств относятся простота конструкции, надежность при эксплуатации и низкая цена.
Мембрана баллонного типа представляет собой установленную внутри бака емкость из высококачественной резины, стойкой к значительным перепадам температур.
Используется фланцевое крепление мембраны, что позволяет произвести ее простую и быструю замену (как сделать монтаж запорной арматуры трубопроводов своими руками, написано здесь).
К преимуществам баллонных мембран относятся:
- широкий диапазон рабочих давлений, при которых допускается применение герметичного расширительного бака;
- возможность замены мембраны, благодаря которой, ремонт устройства (про ручной труборез для пластиковых труб написано здесь) становится быстрее и обходится дешевле;
- простота задания минимального (настроечного) давления для любой системы.
Выпускаемые производителями модельные ряды баков со сменными мембранами охватывают широкий диапазон не только давлений, но и объемов.
При этом, доступны устройства различного исполнения, для горизонтальной и вертикальной установки, с креплением на строительные конструкции или установки на ножках, что существенно увеличивает гибкость проектирования систем отопления.
