Categories: РазноеAuthor alexxlabPosted on No comment on Объем бака расширительного: Расчет объема расширительного бака для закрытой системы отопления

Объем бака расширительного: Расчет объема расширительного бака для закрытой системы отопления

Содержание

Расширительные баки для отопления — рассчёт объёма воды при нагревании

  • Техподдержка
  • Статьи
  • Архив
  • Расчет расширительного бака для отопления

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

 

Коэффициент температурного расширения воды

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.

Таблица 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.

Таблица 2

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):

Δp = βt • Δt / βv, 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.

Таблица 3

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

 

Конструкция расширительных баков

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).

В табл. 4 приведены характеристики мембранных расширительных баков VALTEC VRV.

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.

 

Уважаемые читатели! С момента публикации этой статьи в ассортименте нашей компании, практике применения оборудования, нормативных документах могли произойти изменения. Предлагаемая вам информация полезна, однако носит исключительно ознакомительный характер.

Распечатать статью:
Расчет расширительного бака для отопления

© Правообладатель ООО «Веста Регионы», 2010
Все авторские права защищены. При копировании статьи ссылка на правообладателя и/или на сайт www.valtec.ru обязательна.

Расширительный бак подобрать для частного дома

Расширительный бак. Расчёт объёма. Как быстро и правильно рассчитать объём расширительного бака

При обустройстве системы отопления важно правильно подобрать расширительный бак. Часто возникают сомнения: не слишком ли маленький? или, наоборот — зачем такой большой? Ведь, действительно, бывают баки на 5-8 литров, а бывают и на 300, 500, 1000 и больше! Кстати, вся размерная сетка представлена на нашем сайте в разделе Расширительные баки для отопления.

Давайте вместе разберемся, имеет ли размер значение?

Вспомним, для чего нужен в отопительной системе расширительный бачок. Расширительная ёмкость служит для компенсации изменения объёма воды или другого теплоносителя в замкнутых системах отопления и обеспечения постоянного давления. Другими словами, в расширительный бак поступает излишний объем горячей воды, образовавшийся вследствие нагрева. Бачок принимает на себя избыток воды, тем самым обеспечивая безопасность элементам системы и снижая потребление энергии.

Как устроен расширительный бак? 

Бак представляет собой завальцованный или сварной металлический корпус  с каучуковой мембраной-диафрагмой внутри. Конструктивно это может быть бачок на ножках или без них, горизонтального или вертикального исполнения.

На заводе-изготовителе в бак закачивается определенное количество воздуха или другого нейтрального газа. Это называется предустановленным заводским давлением, его значение указано на табличке с характеристиками бака. Предустановленное давление давит на диафрагму изнутри. При нагревании вода расширяется, но в замкнутом контуре ей некуда деться и она давит на мембрану. В результате вода поступает внутрь бака, а в системе отопления освобождается дополнительное пространство. При снижении температуры  давление сжатого воздуха выталкивает остывшую воду обратно в трубопровод. Таким образом расширительный бак поддерживает в системе отопления постоянное давление.

Теперь, вспомнив теорию, можно перейти к практике. Возможно, формула расчета кому-то покажется сложной. Поэтому мы в этой статье предлагаем Вашему вниманию также таблицу приближенных объёмов расширительного бака для отопления

Формула расчета 

V=e*C/(1-((Pпред+1)/(Pмакс+1)))

где 

V — объём расширительного бака (в литрах)

e — коэффициент расширения воды 

C — объём воды в системе (в литрах)

Р пред — предустановленное давление воздуха в баке (бар)

Р макс — максимальное давление в системе (бар)

Опытные монтажники советуют выбирать расширительный бак объёмом 8-10% от системы отопления

Для Вашего удобства приводим таблицу, которая поможет Вам приближенно определить  объём расширительного бака для Вашей системы отопления

(Р пред) Предустановленное давление воздуха в баке (бар) (Р макс) Давление в системе (бар) (С) Объём воды в системе (л) Ориентировочный объём ёмкости (в литрах) в зависимости от max рабочей температуры
0,5 1,0 100 3 4,7 6,7 9 11,5 14,3 17,3
0,5 1,5 100 1,9 3,0 4,2 5,6 7,2 8,9 10,8
0,5 2,0 100 1,5 2,4 3,4 4,5 5,7 7,1 8,6
0,5 2,5 100 1,3 2,1 2,9 3,9 5,0 6,2 7,6
1,0 1,5 300 11,4 17,7 25,2 33,7 43,1

53,5

 64,8
1,0 2,0 300 6,8 10,6 15,1 20,2 25,9 32,1 38,9
1,0 2,5 300 5,3 8,3 11,8 15,7 20,1 25,0 30,2
1,0 3,0 300 4,5 7,1 10,1 13,5 17,2 21,4 25,9
1,5 2,5 500 13,2 20,7 29,4 39,3 50,3 62,4 75,6
1,5 3,0 500 10,1 15,8 22,4 29,9 38,3 47,5 57,6
1,5 3,5 500 8,5 13,3 18,9 25,2 32,3 40,1 48,6
1,5 4,0 500 7,6 11,8 16,8 22,4 28,7 35,7 43,2
2,0 3,0 1000 30,3 47,3 67,2 89,8 115 142,6 172,7
2,0 4,0 1000 18,9 29,5 42,0 56,1 71,9 89,1 108
2,0 5,0 1000 15,1 23,6 33,6 44,9 57,5 71,3 86,4
2,0 6,0 1000 13,2 20,7 29,4 39,3 50,3 62,4 75,6
Максимальная рабочая температура (°С) 40 50 60 70 80 90 99
(е) Коэффициент расширения воды при изменении температуры на 10 °С 0,008 0,012 0,017 0,022 0,029 0,036 0,043

Просим обратить внимание, что этот расчет действителен при соблюдении некоторых условий.

Во-первых, расширительный бак и предохранительный клапан должны находиться на одном уровне.

Во-вторых, рабочая жидкость для данного расчета — вода. Для смеси воды и гликоля расчет будет отличаться с учетом коэффициента вязкости рабочей жидкости

В третьих, максимальное рабочее давление должно быть, по крайней мере, равным максимальному давлению в системе (давление может быть отрегулировано предохранительным клапаном)

Надеемся, что эта таблица поможет Вам корректно подобрать объём бака для отопления, который подойдет именно Вашей системе  отопления. Помните, что лучше немного больше, чем меньше.

Хотелось бы немного остановиться на месте расположения расширительного бака в замкнутой системе отопления

Схема автономного отопления: основные элементы системы

Для того, чтобы сделать систему отопления частного дома, в первую очередь необходимо создать схему с указанием всех основных элементов системы и материалов, которые будут использоваться. Тут приводим базовую схему расположения компонентов контура отопления

Элементы, которые будут использоваться в системе отопления, могут отличаться в зависимости от проекта, но основная их часть понадобится в любом случае

КОТЕЛ — может быть газовый, твердотопливный или электрический

ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ НАСОС — толкает воду от котла к потребителю (радиаторам, контурам теплого пола и т. п.)

РАСШИРИТЕЛЬНЫЙ БАК — нужен для компенсации расширения теплоносителя вследствие его нагрева в закрытых системах отопления

ОБРАТНЫЙ КЛАПАН — служит для предотвращения движения воды в обратном направлении

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН — позволяет «сбросить пар» от перегретого теплоносителя

ВОЗДУХООТВОДЧИК — предотвращает завоздушивание системы отопления, продлевает срок службы насоса и других элементов системы отопления

МАНОМЕТР — позволяет контролировать текущее давление в системе

СМЕСИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН или попросту ТРОЙНИК — соединяет контур системы

ЗАДВИЖКА или КРАН — нужна для перекрытия системы отопления в необходимых местах. Для удобного демонтажа элементов системы для ремонта или диагностики советуем использовать краны с быстросъёмными накидными гайками (кран-американка)

Также может пригодится РЕДУКТОР ДАВЛЕНИЯ, СМЕСИТЕЛЬ-ТЕРМОСТАТ, АНТИКОНДЕНСАЦИОННЫЙ КЛАПАН и другие элементы

На приведенной схеме арматурные и контрольные элементы расположены по отдельности. Но для удобства пользователя промышленность выпускает так называемую арматуру в сборе. Для примера приведем:

группа безопасности котла — сборный сепаратор воздуха, укомплектованный воздухоотводчиком. предохранительным клапаном и манометром

сборный коллектор равномерного распределения теплоносителя и контроля уровня тепла в системе теплого пола

На нашем сайте представлен широкий выбор циркуляционных насосов для бытового и промышленного использования разных производителей. Особое внимание хочется уделить циркуляционным насосам от датского «короля насосов» Grundfos». У нас есть как стандартные трехсткоростные, так и энергосберегающие насосы со встроенным частотным преобразователем. Энергосберегающими насосы Grundfos названы не зря — они действительно существенно экономят потребление электроэнергии, которая дорожает с каждым днем. Например насос Грундфос ALPHA1 L 25-60 потребляет всего от 4 до 45 Вт в зависимости от выбранного режима работы.

Также можно выбрать расширительный бак итальянских производителей Zilmet, Aquasystem Elbi или Imera нужного Вам объема. Как это делать, Вы уже знаете из формулы расчета в начале этой статьи.

Если Вам нужна дополнительная консультация по подбору объёма расширительного бака для отопления, обращайтесь в наш отдел продаж. Мы с удовольствием ответим на все Ваши вопросы и окажем помощь в выборе бака и других комплектующих системы отопления.

  • Twitter
  • Facebook
  • Pinterest

Рекомендуем обратить внимание

  • Распродажа

                Резервуары, не соответствующие стандарту ASME

                		 ОВКВ

                Котел
                Чиллер
                Замкнутый контур

                		 ТЕРМИЧЕСКИЙ

                Водонагреватели
                Горячая питьевая вода
                Открытая система

                		 ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ

                Усилитель давления
                Холодная питьевая вода
                Открытая система

                Сжатие Индивидуальный заказ Индивидуальный заказ Индивидуальный заказ
                Мембрана Н Т Индивидуальный заказ
                Съемный баллон НЛ ТХ ФХ

                Резервуары ASME

                		 ОВКВ

                Котел
                Чиллер
                Замкнутый контур

                		 ТЕРМИЧЕСКИЙ

                Водонагреватели
                Горячая питьевая вода
                Открытая система

                		 ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ

                Усилитель давления
                Холодная питьевая вода
                Открытая система

                Сжатие нет данных Индивидуальный заказ НАГ
                Мембрана НТА ТТА FXT
                Съемный баллон НЛАП
                НЛА                		 ТХА ФСА