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

Расширительные баки для отопления мембранные в СПб

Описание

Основная функция теплоносителя в закрытой системе отопления – обеспечение теплом помещений. Для этого рабочая жидкость подвергается нагреву, затем циркулирует по трубам, обогревая метры площади. Однако, перепады температуры вызывают изменение объема теплоносителя, а также колебание давления в системе. Расширительные баки для котлов поддерживают постоянный уровень воды, выравнивая гидростатическое давление. Они надежно защищают от аварийных ситуаций и гидроударов.

Какие бывают баки для системы отопления?

Выделяются 2 типа:

1

Такое устройство компенсирует объем теплоносителя в отопительной системе при естественной циркуляции и устанавливается на возвышении. Уровень жидкости восполняется обычным доливом, что требует постоянного контроля со стороны пользователя. Небольшое давление и высокая степень коррозии делают эти емкости малоэффективными, особенно в сравнении с закрытыми аналогами.

2

Системы с принудительной циркуляцией предпочтительно оснащаются герметичными «мембранниками» красного (для отопления) или синего (для водоснабжения) цветов. Мембранный бак для отопления сохраняет целостность трубопроводов и поддерживает стабильность отопительного процесса. Благодаря ему обеспечивается:

• устранение излишков жидкости, а также восполнение недостатка;
• сбор воздуха, пара, возникающего во время эксплуатации агрегата;
• оптимальное давление в трубах;
• надежность и стабильность подачи тепла.

Бак мембранный для отопления: устройство и принцип работы

Конструктивно такие устройства представляют собой герметичную бочку, в которой 2 отсека: водяной и воздушный. Первый объединен с отопительной системой или ГВС и в него поступает теплоноситель, во втором под постоянным давлением находится воздух. Между отделениями находится мембрана (отсюда и название «мембранный бак для отопления»).

Принцип работы заключается в следующем: с повышением температуры лишний объем воды или разбавленного антифриза отправляется в водяную камеру, при этом объем воздушной пропорционально уменьшается, давление повышается. При уменьшении объема бачок начинает выталкивать теплоноситель обратно в систему, компенсируя разницу давления.

В ходе работы котла мембрана изменяет объемы камер. Воздушный отсек оснащен регулируемой запорной арматурой (вентилем с ниппелем). С помощью него можно менять воздушное давление и управлять работой бака для системы отопления, поскольку именно этот показатель определяет тот объем теплоносителя, который сможет попасть в водяное отделение.

Достоинства расширительного бака закрытого типа

При сравнении эксплуатационных характеристик открытого и закрытого бачка более предпочтителен второй тип. Основные преимущества в следующем:

1

Мембранный бак для отопления не требует создания металлического каркаса для установки на возвышенность, что сокращает время и затраты на монтаж.

2

Расширительный бак для отопления закрытого типа имеет меньшие габариты.

3

Закрытая емкость препятствует испарению теплоносителя, чего не скажешь про открытые конструкции.

4

В отличие от баков открытого типа «мембранники» не требуют дополнительной изоляции.

5

Расходы на обслуживание закрытого бака существенно ниже.

6

Резкое включение циркуляционного насоса либо перекрытие трубопровода вызовет скачок давления, что чревато аварией. В этом случае закрытый бак для системы отопления сработает как своеобразный амортизатор: мембрана растянется, водяной отсек уменьшится и давление понизится.

Баки для систем отопления расширительные с мембраной также служит хорошим гидроаккумулятором. В процессе работы под давлением накапливается определенный объем воды, который затем расходуется на водоснабжение. Подача воды осуществляется без включения насоса, что экономит его ресурс и продлевает срок эксплуатации.

Если в отоплении отсутствует гидроаккумулятор, то циркулярный насос включается при каждом случае потребления воды. Это снижает срок его службы. Некоторые производители даже указывают максимальное количество включений насоса в течении часа (чем больше производительность устройства, тем реже его можно включать или выключать).

Выбрать бак для системы отопления в СПб

Компания «Ханке» предлагает широкий ассортимент продукции для организации надежной системы отопления домов. На нашем сайте можно выбрать и заказать расширительный бак для отопления закрытого типа от известных производителей по умеренной цене: Wester, Kitline, Varem и др. Если вам нужна консультация по подбору модели или расчету ее объема – звоните нашим техническим специалистам. Баки для систем отопления доставляются адресно за 24 часа!

Ассортимент

Расширительный бак 8 л.

Производитель	Wester
Артикул	0-14-0020
Назначение	для отопления
Объем	8 л
Высота (мм)	333
Ширина (мм)	200
Глубина (мм)	200
Давление	5 бар

Расширительный бак 12 л.

Производитель	Wester
Артикул	0-14-0040
Назначение	для отопления
Объем	12 л
Высота (мм)	323
Ширина (мм)	280
Глубина (мм)	280
Давление	5 бар

Расширительный бак 18 л.

Производитель	Wester
Артикул	0-14-0055
Назначение	для отопления
Объем	18 л
Высота (мм)	423
Ширина (мм)	280
Глубина (мм)	280
Давление	5 бар

Расширительный бак 24 л.

Производитель	Wester
Артикул	0-14-0060
Назначение	для отопления
Объем	24 л
Высота (мм)	523
Ширина (мм)	280
Глубина (мм)	280
Давление	5 бар

Расширительный бак 35 л.

Производитель	Wester
Артикул	0-14-0080
Назначение	для отопления
Объем	35 л
Высота (мм)	473
Ширина (мм)	365
Глубина (мм)	365
Давление	5 бар

Расширительный бак 50 л.

Производитель	Wester
Артикул	0-14-0100
Назначение	для отопления
Объем	50 л
Высота (мм)	605
Ширина (мм)	365
Глубина (мм)
Давление	5 бар

Расширительный бак 80 л.

Производитель	Wester
Артикул	0-14-0120
Назначение	для отопления
Объем	80 л
Высота (мм)	735
Ширина (мм)	410
Глубина (мм)	410
Давление	5 бар

Расширительный бак 100 л.

Производитель	Wester
Артикул	0-14-0140
Назначение	для отопления
Объем	100 л
Высота (мм)	809
Ширина (мм)	495
Глубина (мм)	495
Давление	5 бар

Расширительный бак 150 л.

Производитель	Wester
Артикул	0-14-0180
Назначение	для отопления
Объем	150 л
Высота (мм)	1079
Ширина (мм)	495
Глубина (мм)	495
Давление	5 бар

Расширительный бак 200 л.

Производитель	Wester
Артикул	0-14-0510
Назначение	для отопления
Объем	200 л
Высота (мм)	1037
Ширина (мм)	585
Глубина (мм)	585
Давление	10 бар

Расширительный бак 300 л.

Производитель	Wester
Артикул	0-14-0515
Назначение	для отопления
Объем	300 л
Высота (мм)	1179
Ширина (мм)	660
Глубина (мм)	660
Давление	10 бар

Расширительный бак 500 л.

Производитель	Wester
Артикул	0-14-0520
Назначение	для отопления
Объем	500 л
Высота (мм)	1399
Ширина (мм)	780
Глубина (мм)	780
Давление	10 бар

Справочная информация

Инструкция

PDF

 Посмотреть  Скачать

Листовка

PDF

 Посмотреть  Скачать

Мембранные расширительные баки для системы отопления

ДЛЯ ЧЕГО НУЖЕН МЕМБРАННЫЙ РАСШИРИТЕЛЬНЫЙ БАК В СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ

Опытные специалисты знают, что ни одна качественная система отопления не может обойтись без мембранного бака. Основная задача мембранного бака – это компенсация скачков давления жидкости в системе отопления. Далее мы более подробно рассмотрим в следствие каких факторов данные скачки появляются и какой бак для этого лучше использовать.

Начнем с того, что расширительные баки бывают двух конструкционных типов:

— открытые расширительные баки

— закрытые мембранные расширительные баки

В системах отопления не рекомендуется использование баков открытого типа, так как они сильно увеличивают теплопотерю системы и не могут работать на высоких давлениях. Поэтому в дальнейшем речь в данной статье пойдет именно о закрытых мембранных баках.

В КАКИХ СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ ПРИМЕНЯЮТСЯ РАСШИРИТЕЛЬНЫЕ БАКИ

Мембранные расширительные баки применяются в следующих типах систем отопления:

— Системы отопления с установленными автономными нагревателями

— Системы отопления в которых подключен к централизованному теплоснабжению по независимой схеме

— Системы с использованием солнечных коллекторов и тепловых насосов

— В любых других закрытых системах отопления с переменной температурой рабочей среды

ОТКУДА БЕРУТСЯ ПЕРЕПАДЫ ДАВЛЕНИЯ В ЗАКРЫТОЙ СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ

Для примера разберем физические свойства самого распространенного теплоносителя в система отопления – ВОДЕ. Как и другие жидкости вода имеет различную плотность при разных температурах.

Так плотность (ρ) воды при 0°С 0,99987 г/мл, а при 90°С уже 0,9653 г/мл. Не трудно посчитать что изменения в объеме при нагревании воды до данной температуры составляет 3,6%. В случае с теплоносителями на основе гликоля разница будет еще больше.

В закрытой системе отопления такое увеличение объема вызывает достаточно сильное повышение давления. Еще раз повторим, что такой перепад давления в следствии увеличения объема теплоносителя реализуется только в закрытой системе отопления.

УСТРОЙСТВО МЕМБРАННОГО РАСШИРИТЕЛЬНОГО БАКА

Конструкция мембранного бака представляет собой металлический корпус полость которого разделена резиновой мембраной. Мембрана внутри емкости делит ее на две камеры:

• пневмокамеру, внутри которой находится закаченный под давлением воздух

• гидрокамеру, в которую поступает теплоноситель системы

Работа бака устроена таким образом, что пневмокамера, в которой под давлением закачан воздух или газ компенсирует давление жидкости в системе отопления. При нагреве теплоносителя и его увеличении в объеме излишки объема поступают в гидрокамеру, а объем пневмокамеры уменьшается, что приводит к увеличению давления в ней газа. Для контроля давления пневмокамеры оборудование может быть оснащено прибором для измерения давления, который может отключить насос в случае достижения допустимого значения.

КАК РАССЧИТАТЬ ОБЪЕМ РАСШИРИТЕЛЬНОГО БАКА ДЛЯ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Если Вы хотите примерно прикинуть объем мембранного расширительного бака для своей системы отопления, то можно воспользоваться принятым правилом, что объем бака должен составлять 10% от объема теплоносителя системы. Однако если Вам нужно рассчитать объем более точно, то нужно воспользоваться следующей формулой для расчета:

V = A x VT / (1– P_min / P_max) / К

где:

VT- общий объем теплоносителя в системе

A – коэффициент расширения теплоносителя при максимальной возможной температуре

P_min (атм. ) – начальное давление в расширительном баке 

P_max (атм.) – максимально допустимое значение давления, обычно принимают равным давлению срабатывания предохранительного клапана на группе безопасности (3-4 атм)

К — коэффициент заполнения расширительной ёмкости, определяющий максимальный объем жидкости (в процентах от полного объема мембранного бака), который может вместить экспанзомат. По таблице:

Pmax-максимальное давление, атм.	Pmin — начальное давление, атм.
	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	5,0
1,0	0,25
1,5	0,40	0,20
2,0	0,50	0,33	0,16
2,5	0,58	0,42	0,28	0,14
3,0	0,62	0,50	0,37	0,25	0,12
3,5	0,67	0,55	0,44	0,33	0,22
4,0	0,70	0,60	0,50	0,40	0,30	0,20
4,5		0,63	0,54	0,45	0,36	0,27	0,18
5,0			0,58	0,50	0,41	0,33	0,25	0,16
5,5			0,62	0,54	0,47	0,38	0,30	0,23
6,0				0,57	0,50	0,42	0,35	0,28
6,5				0,60	0,53	0,46	0,40	0,35	0,20
7,0					0,56	0,50	0,44	0,38	0,25
7,5					0,58	0,53	0,47	0,41	0,30
8,0						0,56	0,50	0,45	0,33

Ниже приведены коэффициенты теплового расширения водо-гликолевой смеси в зависимости от температуры:

°С	Содержание гликоля, %
	0	10	20	30	40	50	70	90
0	0,00013	0,0032	0,0064	0,0096	0,0128	0,0160	0,0224	0,0288
10	0,00027	0,0034	0,0066	0,0098	0,0130	0,0162	0,0226	0,0290
20	0,00177	0,0048	0,0080	0,0112	0,0144	0,0176	0,0240	0,0304
30	0,00435	0,0074	0,0106	0,0138	0,0170	0,0202	0,0266	0,0330
40	0,0078	0,0109	0,0141	0,0173	0,0205	0,0237	0,0301	0,0365
50	0,0121	0,0151	0,0183	0,0215	0,0247	0,0279	0,0343	0,0407
60	0,0171	0,0201	0,0232	0,0263	0,0294	0,0325	0,0387	0,0449
70	0,0227	0,0258	0,0288	0,0318	0,0348	0,0378	0,0438	0,0498
80	0,0290	0,0320	0,0349	0,0378	0,0407	0,0436	0,0494	0,0552
90	0,0359	0,0389	0,0417	0,0445	0,0473	0,0501	0,0557	0,0613
100	0,0434	0,0465	0,0491	0,0517	0,0543	0,0569	0,0621	0,0729

Для примера возьмем систему с объемом 400 л заполненную водо-гликолевой смесью с содержанием гликоля 40%.

Для такой смеси коэффициент температурного расширения при 90°С составляет 0,0473.

Давление в расширительном баке примем равным 1,5 атм, а максимальным давлением – 3 атм.

V = 0.0473×400/(1-1,5/3)/0,37 = 102.27 л

Объем бака принято округлять в большую сторону.

ПРОИЗВОДИТЕЛИ МЕМБРАННЫХ РАСШИРИТЕЛЬНЫХ БАКОВ

Производителей мембранных расширительных баков существует огромное множество. Однако, как и все узлы инженерной системы расширительный бак должен быть качественный. Только используя это правило Вы сможете эксплуатировать систему отопления долго и без перебоев при своевременном сервисном обслуживании. Качественные узлы системы отопления помогут сэкономить большое количество времени и денег, потраченных на ремонт, восстановление работы системы и косвенных издержек после поломки оборудования.

Специалисты компании PROM GURU (ПРОМ ГУРУ) рекомендуют мембранные расширительные баки производства фирм WESTER и REFLEX. Баки этих брендов давно зарекомендовали себя на российском рынке своей долгой и бесперебойной работой.

Чтобы подобрать мембранный расширительный бак, запасные части, произвести монтаж оборудования или даже спроектировать всю системы отопления мы настоятельно рекомендуем обратиться к профессиональным специалистам компании PROM GURU (ПРОМ ГУРУ). Также по Вашей заявке наш сервисный инженер может выехать на осмотр объекта в кратчайшие сроки. Для это нужно оставить заявку:

e-mail: [email protected]
тел. +7 (495) 008-15-88
Через веб-сайт: форма обратной связи.

Также читайте наши другие статьи по подбору узлов для системы отопления:

10 деталей для расширительных баков

Вода в жидком состоянии, как и почти все физические материалы, увеличивается в объеме при нагревании и уменьшается при охлаждении. Эти действия происходят на молекулярном уровне. Хотя может показаться, что при нагревании заданного объема воды «создается» больше воды, это не так. Присутствует такое же количество молекул, просто они занимают больше места.

Поскольку молекулы воды очень малы, можно предположить, что тепловое расширение является «слабым» эффектом. Однако такое предположение очень ошибочно. Любая попытка ограничить молекулярное расширение будет встречена огромными силами. Если бы прочный металлический контейнер, такой как система гидравлических трубопроводов, был бы полностью заполнен жидкой водой, изолирован от атмосферы и нагрет, давление в нем резко увеличилось бы. Если позволить увеличиться при дальнейшем нагревании, контейнер в конечном итоге лопнет, в некоторых случаях сильно. Вот почему все гидравлические системы с замкнутым контуром должны иметь предохранительный клапан.

Поскольку мы не можем механически «преодолеть» расширение воды, мы должны приспособиться к нему. Нам нужно дать ему что-то, чтобы «толкать» при нагревании.

Это что-то представляет собой заданный объем воздуха, который остается в замкнутой гидравлической системе. Емкость для этого воздуха называется расширительным баком.

Когда вода в системе расширяется, она давит на воздух в баке, заставляя его сжиматься. Когда вода охлаждается и сжимается, воздух вновь расширяется.

В настоящее время в наиболее часто используемых расширительных баках используется очень гибкая диафрагма из бутилкаучука или EPDM для полного разделения воздуха и воды внутри бака. Эта диафрагма соответствует внутренней поверхности резервуара, когда воздушная сторона находится под давлением (рис. 1).

Рисунок 1

При нагреве воды в системе увеличенный объем перемещается в бак. Диафрагма перемещается к пленной воздушной камере. Давление воздуха в баке увеличивается, как и давление воды в системе. Однако, если размер резервуара правильный, увеличение будет небольшим и недостаточным для того, чтобы открыть предохранительный клапан.

Размеры мембранных расширительных баков можно определить с помощью таблиц или программного обеспечения. Подробная процедура определения размеров расширительных баков диафрагменного типа приведена в 9.0019 ссылка 1 в конце этой статьи.

Детали имеют значение

Существует несколько деталей конструкции и установки, которые следует использовать для правильного включения расширительного бака в гидравлическую систему с замкнутым контуром.

Деталь 1: Всегда следите за тем, чтобы расширительный бак подсоединялся к системе близко к входной стороне циркуляционного насоса системы. Эта концепция была правильно применена несколько десятилетий назад, но затем постепенно исчезла из практики, поскольку другие «удобства» установки, похоже, имеют приоритет.

Отсутствие внимания к этой детали часто является причиной постоянного попадания воздуха в гидравлические системы. Опытные специалисты по гидротехнике, которые просят исправить системы, требующие частой продувки воздухом, знают, что одной из вероятных причин проблемы является проверка размещения расширительного бачка относительно входа циркулятора.

Я знаю системы, которые страдали от хронических проблем с воздухом, но были мгновенно «вылечены» путем перемещения точки подключения расширительного бачка рядом с входом циркулятора.
Точка, где расширительный бак соединяется с системой трубопроводов, является единственным местом в системе, где давление не изменяется при работе циркуляционного насоса. Это позволяет добавить дифференциальное давление, создаваемое циркуляционным насосом, к статическому давлению в системе. Повышенное давление в системе помогает защитить циркуляционный насос от кавитации и часто обеспечивает более тихую работу. Это также увеличивает способность вентиляционных отверстий выбрасывать воздух из системы. Рисунок 2 (ниже) показывает допустимое размещение бака.

Рисунок 2

Деталь 2: Расширительные баки мембранного типа всегда лучше устанавливать вертикально так, чтобы соединение трубопровода находилось вверху. Это снижает нагрузку на соединение резервуара по сравнению с горизонтальной установкой. Он также предотвращает попадание воздуха из трубопровода на водяную сторону расширительного бака при первом заполнении системы. Последнее может иметь место, когда бак установлен вертикально, но с подключением снизу.

Деталь 3: Срок службы расширительного бака зависит от рабочей температуры системы, давления, химического состава жидкости и содержания кислорода. Чем выше рабочая температура и выше доступность растворенного кислорода в воде системы, тем короче ожидаемый срок службы резервуара.

Когда бак выходит из строя из-за разрыва мембраны или коррозии, его относительно легко заменить, ЕСЛИ установщик предусмотрел запорный клапан между баком и местом его подключения к системе. Без этого клапана вам, возможно, придется сливать галлоны из системы только для того, чтобы отвинтить неисправный бак и вкрутить новый.

Предлагаю шаровой кран для перекрытия расширительных бачков. После первого ввода системы в эксплуатацию снимите ручку с этого клапана и храните ее где-нибудь в механическом помещении. Это снижает вероятность того, что кто-то может непреднамеренно закрыть клапан и, таким образом, изолировать бак от системы.

Деталь 4: Рассмотрите возможность увеличения размера расширительного бака. Типичные расчеты размера резервуара определяют минимальный объем резервуара. Использование бака большего размера, хотя, вероятно, и более дорогого, вполне допустимо. Это уменьшает изменения давления в системе при изменении температуры жидкости. В системах без автоматической подпитки, таких как контур, работающий на антифризе, дополнительная жидкость в увеличенном расширительном баке помогает поддерживать работу вновь введенной в эксплуатацию системы при соответствующем давлении, поскольку воздухоотделитель удаляет растворенный воздух из системы.

Деталь 5: Планируйте наименьшую температуру, которую может достичь жидкость. В большинстве систем водяного отопления размер расширительного бака и давление воздуха на стороне воздуха основаны на предположении, что холодная жидкость, используемая для заполнения системы, находится в диапазоне температур от 45 до 60F.

Подходит для большинства систем обогрева помещений. Однако, когда расширительный бак используется в контуре солнечного коллектора или в системе снеготаяния, раствор антифриза иногда будет намного холоднее, возможно, даже ниже 0°F. Если диафрагма резервуара полностью расширяется относительно стальной оболочки при температуре жидкости, возможно, 45°F, любое дальнейшее охлаждение жидкости, вероятно, вызовет отрицательное давление в системе и возможный приток воздуха из вентиляционного отверстия поплавкового типа. Reference 2  (в конце этой статьи) объясняет, как исправить эту возможность. Идея состоит в том, чтобы добавить достаточное количество жидкости в бак во время повышения давления в контуре, чтобы диафрагма не полностью расширялась по отношению к внутренней части бака, пока вся жидкость в системе не достигнет минимально возможной температуры.

Деталь 6: Регулировка антифриза. Растворы пропилена или этиленгликоля имеют более высокие коэффициенты расширения по сравнению с водой. Чем выше концентрация антифриза, тем больший объем расширения требуется. Увеличение объема воды, нагретой от 60 до 180°F, составляет около 3%. Увеличение объема 50%-ного раствора пропиленгликоля, нагретого с 60 до 180°F, составляет около 4,5%. Эту более высокую скорость расширения следует учитывать при выборе размера баков для таких систем, как снеготаяние, солнечная тепловая энергия или других применений, где используются растворы антифриза на основе гликоля.

Деталь 7: Никогда не используйте стандартный расширительный бак с кожухом из углеродистой стали в системах с разомкнутым контуром, таких как системы, использующие питьевую воду для подачи тепла к водяным нагревателям (что является плохой идеей для некоторых других систем). причины). Повышенное содержание растворенного кислорода в воде ускорит коррозию корпуса из углеродистой стали. Это ограничение также относится к системам с замкнутым контуром, в которых используются небарьерные трубки PEX или другие материалы, которые могут способствовать диффузии кислорода в системе. Расширительные баки с внутренней полимерной обшивкой следует использовать в тех случаях, когда могут присутствовать более высокие уровни растворенного кислорода.

Деталь 8: Не устанавливайте расширительные баки непосредственно под гидравлическими разделителями. Это позволит грязи, собранной на дне сепаратора, попасть в расширительный бачок. Со временем это может привести к выходу из строя диафрагмы. Если резервуар должен находиться рядом с гидравлическим сепаратором, лучше всего установить его через тройник в любой трубе, соединяющейся с нижними боковыми соединениями на сепараторе, как показано на Рис. 3.

Рис. 3

Деталь 9: По возможности , избегайте размещения расширительных баков вблизи очень горячей воды. При нагреве корпуса бака давление воздуха в баке увеличивается. Это увеличивает давление в системе по сравнению с ситуацией, когда корпус резервуара более холодный, и может привести к протечке клапана сброса давления.

Рисунок 4

Деталь 10: Не оставляйте расширительный бачок уязвимым для ударов. Небольшие расширительные баки, которые свисают с ½-дюйм. верхние соединения могут легко погнуться при случайном ударе. Спросите меня, откуда я это знаю…

Если резервуар должен быть установлен в уязвимом месте, используйте систему ремней, чтобы закрепить корпус на твердой поверхности, как показано на рис. 4 (выше).

Расширительные баки выполняют простую, но очень нужную функцию. Следуйте этим инструкциям, чтобы они работали должным образом. <>

Джон Зигенталер, дипломированный инженер, выпускник Политехнического института Ренсселера и лицензированный профессиональный инженер. Он имеет более чем 35-летний опыт проектирования современных водяных систем отопления. Его последняя книга — «Отопление с использованием возобновляемых источников энергии» (см. www.hydronicpros.com).

Ссылки:

Современное гидравлическое отопление, 3-е изд., Джон Зигенталер, Cengage Publishing 2012, ISBN -13: 978-1-4283-3515-8
Отопление с использованием возобновляемых источников энергии, Джон Зигенталер, Cengage Publishing 2017, ISBN -13 : 978-1-2850-7560-0

Объявление

Расширительные баки — Оборудование — HVAC/R & Solar

При нагревании вода расширяется. Если такое расширение происходит в закрытой системе, может создаваться опасное давление воды. Система горячего водоснабжения может быть закрытой системой, когда арматура для горячей воды закрыта, а трубопровод подачи холодной воды оснащен предохранителями обратного потока или любым другим устройством, которое может изолировать систему горячего водоснабжения от остальной системы водоснабжения для бытовых нужд.

Закрытая система горячего водоснабжения, показывающая влияние воды и повышения давления из (A) P ₁ и T ₁ по (B) P ₂ и T ₂

Это давление может быстро подняться до точки, при которой предохранительный клапан на водонагревателе срабатывает, тем самым сбрасывая давление, но в то же время время, нарушающее целостность предохранительного клапана.

 Предохранительный клапан, установленный на водонагревателе, является не регулирующим, а предохранительным клапаном. Он не предназначен и не предназначен для постоянного использования. Повторяющееся чрезмерное давление может привести к выходу из строя оборудования и трубопровода, а также к травмам. 

При правильном размере расширительный бак, подключенный к закрытой системе, обеспечивает дополнительный объем системы для расширения воды, обеспечивая при этом максимальное желаемое давление в системе горячего водоснабжения. Он делает это, используя сжатую воздушную подушку (рисунок ниже). Следующее обсуждение объясняет, как определить размер расширительного бака для системы горячего водоснабжения, а также теорию, лежащую в основе проектирования и расчетов. Он основан на использовании расширительного бака мембранного или баллонного типа, который чаще всего используется в сантехнической промышленности. Этот тип расширительного бака не позволяет воде и воздуху соприкасаться друг с другом.

Влияние расширительного бака в закрытой системе на повышение давления и температуры от (A) P ₁ и T ₁ до (B) P ₂ и T ₂

Расширение воды

Фунт вода при 140°F имеет больший объем, чем тот же фунт воды при 40°F. Иными словами, удельный объем воды увеличивается с повышением температуры.

Если известен объем воды при определенных температурных условиях, расширение воды можно рассчитать следующим образом:

Where:

• Vew = Expansion of water, gallons
• Vs ₁ = System volume of water at temperature 1, gallons
• Vs ₂ = System volume of water at temperature 2, gallons

Temp., ∘ F	Specific Volume, ft 3 /lb
40	0.01602
50	0.01602
60	0.01604
70	0. 01605
80	0.01607
90	0.01610
100	0.01613
110	0.01617
120	0.01620
130	0.01625
140	0.01629
150	0.01634
160	0,01639

Термодинамические свойства воды в насыщенной жидкости

Vs ₁ — начальный объем системы и может быть определен путем расчета объема системы ГВС. Это влечет за собой добавление объема водогрейного оборудования к объему трубопровода и любой другой части системы горячего водоснабжения.

Vs ₂ – расширенный объем воды в системе при расчетной температуре горячей воды. Vs ₂ можно выразить через Vs ₁ . Для этого посмотрите на вес воды в обоих состояниях.

Вес ( W ) воды при температуре 1 (T ₁ ) равен весу воды при T ₂ , или W ₁ = W ₂ . В T ₁ , W ₁ = VS ₁ /VSP ₁ и аналогично T ₂ , W ₂ = VS ₂ /VSP ₂ , где vsp quals. воды при двух температурных режимах. (См. Таблицу выше для конкретных объемных данных.)

Так как W ₁ = W ₂ , тогда:

Решение для Vs ₂ :

Насколько расширится 1000 галлонов от температуры 40°F до температуры 140°F?

Из таблицы выше, vsp ₁ = 0,01602 (при 40°F) и vsp ₂ = 0,01629 (при 140°F). Используя уравнение:

Обратите внимание, что это степень расширения воды, и ее не следует путать с размером необходимого расширительного бака.

Расширение материала

Примет ли расширительный бак всю расширяющуюся воду?

Ответ нет , потому что расширяется не только вода. Трубопроводы и водонагревательное оборудование также расширяются при повышении температуры. Любое расширение этих материалов приводит к меньшему расширению воды, получаемой расширительным баком. Другой способ взглянуть на это выглядит следующим образом:

Venet = Vew – Vemat

• Venet = Чистое расширение воды, поступающей в расширительный бак, галлоны
• Vew = Расширение воды, галлоны
• Vemat = Расширение материала, галлоны испытывают на определенное изменение температуры посмотрите коэффициент линейного расширения для этого материала.

  Для меди коэффициент линейного расширения составляет 9,5 × 10 ^–6 дюйм/дюйм/°F, а для стали 6,5 × 10 ^–6 дюйм/дюйм/°F.

  По коэффициенту линейного расширения можно определить коэффициент объемного расширения материала. Коэффициент объемного расширения в три раза больше коэффициента линейного расширения :

  ß=3α

  ß = Коэффициент объемного расширения
  α = Коэффициент линейного расширения

  Таким образом, объемный коэффициент для меди равен 28,5 × 10 ^–6 галлон/галлон/°F, а для стали – 19. 5 × 10 ^–6 галлон/галлон/°F. Материал будет расширяться пропорционально увеличению температуры.

  VEMAT = VMAT × β (T2 — T1)

  Venet = VEW — [VMAT ₁ × ß ₁ (T ₂ — T ₁ )+VMAT _{2 2} — T ₁ )+VMAT _{2 2} — T ₁ ). 2 (T ₂ – T ₁ )]

  Номинальный объем трубопровода

  	Объем трубы, галлон/погонный фут трубы
  Размер трубы, дюйм	0,02 0,02 0,02
  1 / 2 1 / 2 1//2	0,03 0,03 0,03
  3 / 4 3 / 4 3//4	0,04 0,04 0,04
  1	0,07 0,07 0,07
  11 / 4 11 / 4 11//4	0,10 0,10 0,10
  11 / 2 11 / 2 11//2	0,17 0,17 0,17
  2	0,25 0,25 0,25
  21 / 2 21 / 2 21//2	0,38 0,38 0,38
  3	0,67 0,67 0,67
  4	1,50 1,50 1,50
  6	2,70 2,70 2,70
  8

  Пример 2:

  Система горячего водоснабжения имеет стальной водонагреватель объемом 900 галлонов. Он имеет 100 футов 4-дюймового трубопровода, 100 футов 2-дюймового трубопровода, 100 футов 1½-дюймового трубопровода и 300 футов 1/2-дюймового трубопровода. Все трубы медные. Предполагая, что начальная температура воды составляет 40 ° F, а конечная температура воды составляет 140 ° F, (1) насколько расширится каждый материал и (2) каково чистое расширение воды, которое расширительный бачок увидит ?

  Используя уравнение Vemat для стали (материал № 1), Vmat ₁ = 900 галлонов и Vemat ₁ = 900 (19,5 × 10 ^–6 )(140 – 40) = 1,8 галлона. Для меди (материал № 2) сначала посмотрите на таблицу выше, чтобы определить объем каждого размера трубы:

  • 4 дюйма = 100 x 0,67 = 67 галлонов
  • 2 дюйма = 100 x 0,17 = 17 галлонов
  • 1½ дюйма = 100 x 0,10 = 10 галлонов
  • ½ дюйма = 300 x 0,02 = 6 галлонов

  Общий объем медных труб = 100 галлонов. Используя уравнение Vemat для меди, Vmat ₂ = 100 галлонов и Vemat ₂ = 100 (28,5 × 10–6)(140–40 галлонов) = 0,3 галлона

  Начальный объем воды в системе (Vs ₁ ) равен Vmat ₁ + Vmat ₂ или 900 галлонов + 100 галлонов. Из последнего примера, 1000 галлонов воды при изменении температуры от 40°F до 140°F расширяются на 16,9 галлона. Таким образом, используя уравнение Venet, Venet = 16,9 – (1,8 + 0,03) = 15 галлонов. Это чистое количество расширения воды, которое увидит расширительный бак. Еще раз обратите внимание, что это не тот размер расширительного бака, который необходим .

  Закон Бойля

  После определения степени расширения воды в расширительном баке пришло время посмотреть, как воздушная подушка в расширительном баке позволяет проектировщику ограничить давление в системе.

  Размер расширительного бака (давление воды = давлению воздуха)

  Закон Бойля гласит, что при постоянной температуре объем, занимаемый заданным весом идеального газа (включая для практических целей атмосферный воздух), изменяется обратно пропорционально абсолютному давлению (манометрическое давление). давление + атмосферное давление). Это выражается в следующем:

  P ₁ V ₁ = P ₂ V ₂

  , где

  • P ₁ = начальный давление воздуха, фунты на квадратный дюйм (PSIA)

  1. = первоначальный давление воздуха, фунт на квадратный дюйм (PSIA) VIA) 9013

  1. = первоначальный давление воздуха на квадратный дюйм (пс. = Начальный объем воздуха, галлоны

  • P ₂ = Конечное давление воздуха, фунты на кв. дюйм абс. ?

    Воздушная подушка в расширительном баке обеспечивает пространство, в которое может попасть расширенная вода. Объем воздуха в баке уменьшается по мере того, как вода расширяется и попадает в бак. По мере уменьшения объема воздуха давление воздуха увеличивается.

    Используя закон Бойля, начальный объем воздуха (т. е. размер расширительного бака) должен основываться на:

    • Начальном давлении воды,
    • Желаемом максимальном давлении воды и
    • Изменение начального объема воздух.

    Чтобы использовать приведенное выше уравнение, поймите, что давление воздуха равно давлению воды в каждом состоянии, и сделайте предположение, что температура воздуха остается постоянной в условиях 1 и 2 на рисунке выше.

    Это предположение достаточно точно, если расширительный бак установлен на стороне холодной воды водонагревателя. Помните, что при определении размера расширительного бака проектировщик рассчитывает размер резервуара с воздухом, а не резервуара с водой.

    Как показано на рисунке выше, при условии 1 начальное давление воздуха в резервуаре, P ₁ , равно давлению поступающей воды с другой стороны диафрагмы. Начальный объем воздуха в баке, V ₁ , также является размером расширительного бака. Конечный объем воздуха в баке V ₂ также может быть выражен как V ₁ за вычетом чистого расширения воды (Venet).

    Давление воздуха при условии 2, P ₂ , равно максимальному требуемому давлению системы горячего водоснабжения при конечной температуре, T ₂ . P ₂ всегда должно быть меньше настройки предохранительного клапана водонагревателя .

    Используя закон Бойля:

    • V ₁ = Размер расширительного бака, необходимый для поддержания желаемого давления в системе, P2, галлоны давление равно манометрическому давлению плюс атмосферное давление, или 50 фунтов на квадратный дюйм = 64,7 фунтов на квадратный дюйм.