Как сделать расчёт расширительного бака для закрытой системы отопления

Конструкции различных систем и их особенности

Открытые отопительные системы

Открытые отопительные системы обычно не имеют циркуляционного насоса и оснащаются негерметичными баками (с крышками или полностью открытыми). Расширительный бак в такой системе представляет собой резервуар, в который по мере необходимости добавляют воду. Устройство такого бака проще, а стоимость значительно ниже по сравнению с моделями закрытого типа.

Можно расширительный бак для отопления открытого типа купить, а можно и сделать самостоятельно, что при определенных навыках и наличии материалов и оборудования не так сложно

В то же время такое устройство имеет целый ряд недостатков:

• Из-за отсутствия герметичности системы и частого открытия крышки в систему с воздухом проникает значительное количества кислорода. Его присутствие провоцирует образование ржавчины на стенах металлических элементов (радиаторов и труб).
• Негерметичность системы способствует также испарению теплоносителя, которое становится более интенсивным при повышении температуры. Таким образом добавление воды в расширительную систему требуется достаточно часто.
• Для того, чтобы открытая система работала эффективно, расширитель должен устанавливаться как можно выше (не ниже самой высокой точки разводки). Это не всегда удобно, к тому же такой монтаж требует больше времени и сил.
• Необходимость в теплоизоляции для снижения теплопотерь, особенно, если бак располагается в неотапливаемом помещении.

На заметку: Дополнительной функцией расширительного бака открытого типа является также отвод воздуха из системы.

Закрытые системы

Количество воды в закрытой отопительной системе постоянно. Теплоноситель циркулирует по обвязке при помощи специального насоса. Расширительный бачок для отопления закрытого типа представляет собой резервуар, разделенный на две камеры гибкой мембраной. В то время как в одну из них поступает вода из системы, расширяющаяся при нагревании, воздух во второй сжимается.

Расширительный бак для закрытой системы отопления, цена которого выше из-за более сложного устройства, в то же время более практичен и удобен в эксплуатации. Обеспечивая сохранность целостности системы и не являясь причиной образования коррозии, он быстро окупает затраченные на приобретение средства. Отведение воздуха из системы закрытого типа в этом случае не может выполняться при помощи расширителя. Для этого используются специальные вентили.

Расширительный бачок для закрытых отопительных систем с различными видами мембраны

Преимуществами расширителей закрытого типа являются:

• компактность,
• минимальные теплопотери при отсутствии необходимости обеспечивать теплоизоляцию,
• отсутствие контакта теплоносителя с воздухом, что исключает вероятность испарения и снижает риск коррозии,
• большой выбор места установки (практически в любом месте),
• большое значение допустимого давления.

Для чего нужен расширительный бак?

В процессе нагрева вода имеет свойство расширяться – при повышении температуры увеличивается объем жидкости. В контуре отопительной системы начинает расти давление, которое разрушительно может воздействовать на газовое оборудование и целостность труб.

Расширительный бак (экспанзомат) выполняет функцию дополнительного резервуара, в который давлением выдавливает образовавшиеся в результате нагрева излишки воды. Когда жидкость остывает и давление стабилизируется, она по трубам возвращается обратно в систему.

Расширительный бак выполняет функцию защитного буфера, он гасит гидроудары, которые постоянно образуются в системе отопления из-за частого включения и выключения насоса, а также исключает вероятность возникновения воздушных пробок.

Чтобы уменьшить вероятность образования воздушных пробок и не допустить повреждения газового котла гидроударом, расширительный бачок следует монтировать перед теплогенератором, на обратке

Существует два разных варианта исполнения демпферных емкостей: открытые и закрытые типы. Они отличаются не только конструкцией, но и способом, а также местом монтажа. Рассмотрим особенности каждого из этих типов подробнее.

Расширительный бак открытого исполнения

Бачок открытого типа монтируют в верхней точке системы отопления. Изготавливаются емкости из стали. Чаще всего они имеют прямоугольную или цилиндрическую форму исполнения.

Обычно устанавливают такие расширительные баки на чердаке или мансарде. Возможен монтаж под крышей

Обязательно нужно уделить внимание теплоизоляции конструкции

В структуре емкости открытого типа имеется несколько отводов: для ввода воды, отвода остывшей жидкости, подвод контрольной трубы, а также выводная трубка для отвода теплоносителя в канализацию. Подробнее об устройстве и видах бака открытого типа мы писали в другой нашей статье.

Функции бака открытого типа:

• контролирует уровень теплоносителя в контуре отопления;
• если в системе температурный режим понизился, он компенсирует объем теплоносителя;
• когда меняется давление в системе, бак выполняет функцию буферной зоны;
• излишки теплоносителя удаляет из системы в канализацию;
• выводит воздух из контура.

Несмотря на функциональность открытых расширительных баков, они уже практически не используются. Поскольку имеют множество недостатков, например, большой размер емкости, склонность к коррозии. Их установка производится в системы отопления, которые работают только с естественной циркуляцией воды.

Экспанзомат закрытого типа

В системах отопления с закрытым контуром обычно монтируется расширительный бак мембранного типа, он оптимально подходит для любого типа газового котла и обладает большим количеством преимуществ.

Экспанзомат – это герметическая емкость, которая посредине разделена эластичной мембраной. В первой половине будут размещаться излишки воды, а во второй – обычный воздух или азот.

Закрытые расширительные баки для отопления, как правило, окрашены в красный цвет. Внутри бачка расположена мембрана, она выполнена из резины. Необходимый элемент для поддержания давления в расширительном бачке

Компенсационные баки с мембраной могут выпускаться в виде полусферы или в форме баллона. Что вполне подходит для использования в системе отопления с газовым котлом. Рекомендуем детальнее ознакомиться с особенностями монтажа баков закрытого типа.

Достоинства мембранных типов бачков:

• простота самостоятельной установки;
• устойчивость к коррозии;
• работа без регулярной доливки теплоносителя;
• отсутствие контакта воды с воздушной средой;
• работоспособность в условиях повышенной нагрузки;
• герметичность.

Газовое навесное оборудование обычно комплектуется расширительным баком. Но не всегда дополнительный резервуар с завода настроен правильно и может сразу же включатся в работу отопления.

Открытый бак своими руками

Открытый бачок

Другое дело расширительный бачок для отопления дома открытого типа. Раньше, когда в частных домах собирали только открытие системы, о покупке бака даже речи быть не могло. Как правило, расширительный бак в системе отопления, схема которого состоит из пяти основных элементов, делали прямо по месту монтажа. Не известно, можно ли было, вообще, его купить в то время. Сегодня проще, так как можно это сделать в специализированном магазине. Сейчас в преимущественном большинстве жилье обогревается герметичными системами, хотя есть еще много домов, где стоят открытие контуры. А как известно, бачки имеют свойство прогнивать и может возникнуть необходимость его замены.

Устройство расширительного бака системы отопления, который продается в магазине, может и не соответствовать требованиям вашего контура. Есть вариант, что он не поместится. Возможно, придётся изготовить его самостоятельно. Для этого вам понадобятся:

• рулетка, карандаш;
• болгарка;
• сварочный аппарат и навыки работы с ним.

Помните о безопасности, одевайте перчатки и работайте со сваркой только в специальной маске. Имея все необходимое, можно сделать все за пару часов. Начнем с того, какой металл выбрать. Раз уж первый резервуар сгнил, значит, нужно сделать так, чтобы со вторым такого не произошло. Поэтому лучше использовать нержавеющую сталь. Толстую брать не надо, но и слишком тонкую тоже. Такой металл дороже обычного. В принципе, можно сделать и из того что есть.

Теперь поэтапно рассмотрим, как сделать бак своими руками:

действие первое.

Разметка листа металла. Уже на этом этапе вы должны знать размеры, так как от них зависит и объём резервуара. Система отопления без расширительного бака необходимого размера будет работать некорректно. Измерьте старый или сами посчитайте, главное, чтобы в нем было достаточного места для расширения воды;

Вырезание заготовок. Конструкция расширительного бака отопления состоит из пяти прямоугольников. Это если он без крышки. Если хотите сделать крышу, то вырежьте еще одну деталь и разделите ее в удобной пропорции. Одна часть будет приварена к корпусу, а вторая сможет открываться. Для этого ее на завесы нужно приварить ко второй, недвижимой, части;

действие третье.

Сваривание заготовок в одну конструкцию. В дне сделайте отверстие и приварите туда патрубок, через который теплоноситель из системы будет попадать внутрь. Патрубок надо соединить со всем контуром;

действие четвёртое.

Утепление расширительного бака. Не всегда, но достаточно часто, резервуар стоит на чердаке, так как там находится пиковая точка. Чердак – это неотапливаемое помещение, соответственно, зимой там холодно. Вода в баке может замерзнуть. Чтобы этого не случилось, обложите его базальтовой ватой, или еще какими-нибудь утеплителями, устойчивыми к высокой температуре.

Как вы смогли убедиться нет ничего сложного в том, чтобы сделать бак своими руками. Выше описана самая простая конструкция. При этом помимо патрубка, через который резервуар соединяется с системой отопления, в схеме расширительного бака для отопления могут быть дополнительно предусмотрены следующие отверстия:

• через которое осуществляется подпитка системы;
• через которое лишний теплоноситель сливается в канализацию.

Схема бака с подпиткой и сливом

Если вы решили сделать бак своими руками с патрубком для слива, то разместите его так, чтобы он был выше линии максимального заполнения резервуара. Вывод воды через слив называется аварийным выбросом и главная задача этого патрубка – это недопущение переливания теплоносителя через верх. Подпитку можно врезать в любом месте:

• так, чтобы вода была выше уровня патрубка;
• так, чтобы вода была ниже уровня патрубка.

Каждый из способов правильный, разница лишь в том, что поступающая вода из патрубка, который находится над уровнем воды, будет журчать. Это скорее хорошо, чем плохо. Так как подпитка осуществляется в том случае, если в контуре недостаточно теплоносителя. А почему его там не хватает:

• испарение;
• аварийный выброс;
• разгерметизация.

Если вы слышите, что в расширительный резервуар поступает вода из водопровода, то уже понимаете, о возможности возникновения каких-то неполадок  в контуре.

В итоге на вопрос: «нужен ли расширительный бак в системе отопления?» — можно наверняка ответить, что нужен и обязательно. Также нужно отметить, что для каждого контура подходят разные резервуары, поэтому правильный подбор и правильная настройка расширительного бака в системе отопления крайне важны.

Определение объема расширительного бака и его выбор

Для нормальной работы отопления расширительный бак должен иметь достаточный объем. Есть два способа его определения: можно рассчитать по формуле, можно воспользоваться эмпирическими данными.

Объем расширительного бака для отопления выбирается под каждую из систем

Эмпирический путь

Начнем с эмпирического способа. По опыту эксплуатации сделан вывод, что если объем расширительного бака для отопления составляет около 10% от общего объема системы отопления, этого достаточно. Вопрос в том, как определить объем системы. Способов как минимум два:

• Посчитать при заполнении (если заполняется водой и стоит счетчик или при заполнении теплоносителем из канистр — вы точно будете знать, сколько закачали жидкости).
• Высчитать по объему элементов системы. Потребуется найти информацию о том, сколько литров помещается в одном метре трубы, в одной секции радиатора. С этими данными уже можно узнать объем системы отопления.

Объем теплоносителя в трубах разного диаметра

Зная, сколько литров теплоносителя в вашем отоплении, легко рассчитать требуемый объем мембранного бака — он должен быть не менее 10% от этой цифры. В случае с баком открытого типа, реальный объем можно хоть удвоить — меньше вероятность того, что бачок опустеет. По минимуму, стоит добавить половину — вы все равно недольете его, минимум, на 1/3.

Мембранный расширительный бак для отопления берут обычно не слишком завышая расчетную цифру. Дело в том, что чем больше емкость, тем дороже стоит расширитель. И рост цены значительный. Тем не менее, брать меньший не стоит — давление будет «скакать», что приведет к раннему износу компонентов или вообще, останову системы. Наиболее вероятно, что отопление засбоит в морозы, потому что в холодную погоду теплоноситель более горячий, значит — его объем больше. И именно в эти моменты, объема расширительного бака может не хватить. Если вы заметили такие симптомы и расчет подтвердил, что мембранный бачок у вас недостаточного размера, не обязательно менять его на больший. Можно поставить второй

Важно чтобы суммарная емкость их была не менее расчетного значения

Если в системе антифриз

Антифриз для отопления имеет большее тепловое расширение, чем вода. Причем разные марки имеют различные характеристики. Поэтому, для теплоносителя этого вида, желательно объем расширительного бака предварительно рассчитать.

Тут есть два пути: определить как для воды, сделать поправку на большее тепловое расширение. Оно зависит от процентного содержания этиленгликоля (тосола). На каждые 10% гликоля добавляем 10% объема. То есть:

• 10% этиленгликоля — должны добавить 10% от найденного объема бака для воды;
• 20% этиленгликоля — 20% добавляем и т.д.

Этот расчет обычно оправдан, но можно найти более точные цифры, используя формулу (на рисунке).

Формула расчета объема расширительного бака для системы отопления

После того как вы определились с объемом, пора покупать расширительный бак. Но в магазине они есть разных цветов. Как минимум, есть синие (голубые) и красные. Так вот, мембранный расширительный бак для отопления всегда красного цвета. Синие — для водопровода, причем для холодной воды. Они значительно дешевле, но мембрана там сделана из резины не приспособленной к высоким температурам. Так что в системе отопления прослужит он совсем недолго.

Конструкции баков

Для решения вопроса компенсации можно просто установить в самой верхней части трубопровода отдельно выводящую трубу. Но она не будет выполнять все функции расширительного бака в полной мере. Чтобы понять почему, следует рассмотреть разные типы конструкции и особенности монтажа этого компенсатора.

 Открытого типа

Такая конструкция, в большинстве своем, изготавливается кустарным способом. Типичная схема бака открытого типа показана на рисунке:

Конструкция бака открытого типа

Она представляет собой стальную емкость, которая монтируется в самой высокой точке трубопровода системы отопления. Бак подключается к системе через расширительный патрубок, а для обеспечения движения воды предусмотрен циркуляционный патрубок.

По мере заполнения системы водой, она достигает сигнального патрубка, на котором устанавливают кран. Для обеспечения контроля расширения воды предусмотрен переливной патрубок. Он обеспечивает свободное перемещение воздуха внутри бака.

Для расчета объема бака открытого типа необходимо знать объем воды в системе. Если же такой информации нет, можно отталкиваться от мощности котла – на 1 кВт приблизительно соответствует 15 л воды. Т.е для 24 кВт котла максимальный объем теплоносителя составит 360 л. При повышении температуры до 70°С, вода при таком объеме расширится на 9 литров. А при максимальной в 95°С – на 15 л. Объем бака до уровня переливного патрубка должен быть не менее 15 л.

Закрытый мембранный бак

Есть и более совершенная система компенсирования давления в системе – мембранный бак. Его конструкция представляет собой закрытый стальной резервуар.

Расширительный мембранный бак

Изолированный корпус разделен на 2 части, одна из которой имеет подключение к системе отопления. Вторая же заполнена инертным газом – азотом. Для установки уровня давления внутри нее предусмотрен ниппель, с помощью которого можно уменьшать (стравливание) или увеличивать (насосная подкачка) величину давления внутри.

При подключении к трубам отопления и активации системы вода, после разогрева, попадает в камеру бака. При достижении определенного значения давления подвижная мембрана увеличивает объем водяной камеры. Этот тип конструкции более удобен как в эксплуатации, так и при монтажных работах. Основными преимуществами бака мембранного типа являются:

• Отсутствие контакта воды с воздухом, что значительно уменьшает вероятность коррозии.
• Бак может монтироваться в любом месте тепловой магистрали.
• Так как система полностью герметична – потери теплоносителя минимальны.
• Уменьшение тепловых потерь, по сравнению с баком открытого типа.

Но для этой системы есть один обязательный фактор – расчет оптимального объема бака. Это важный этап в проектировании системы отопления в целом.

Расчет мощности бака

При расчете объема расширительного бака мембранного типа необходимо учитывать следующие параметры:

Тип теплоносителя. Коэффициент теплового расширения (Е) для разных жидкостей отличается

Поэтому важно знать эту величину. Общий объем теплоносителя в системе – С

Приблизительный расчет был указан выше.  Начальное давление в системе Рмин. Максимально допустимая величина давления Рмакс. Коэффициент заполнения бака при различных значениях давления (Кзап)

Он может быть рассчитан по таблице:

Объем расширения теплоносителя может быть рассчитан по следующей формуле:

• Коэффициент расширения для воды Е – 0,034 (при 85°С).
• Объем системы отопления С- 360 л
• Начальное давление Рмин – 1,5 атм
• Максимальное значение давления Рмакс – 4 атм
• Согласно таблице, коэффициент наполняемости бака Кзап равен 0,5

Это стандартный объем бака для небольшого дома.

При выборе расширительного бака необходимо обращать внимание на качество изготовления. Лучше всего посоветоваться со специалистами, так как производителей этих конструкций большое множество, а определить качество для той или иной модели без опыта и практики очень затруднительно

Закрытые расширительные баки

мембранный расширительный бак системы отопленияРасширительные устройства мембранного типа выпускают в двух конструкционных решениях: 

• в несменном варианте — с диафрагменной мембраной; 
• в сменном варианте — баки фланцевого типа. 

Как подобрать расширительный бачок для отопления – виды, правила расчетаРасширительные баки закрытого типа обладают следующими достоинствами: 

• теплоноситель в них не контактирует с воздухом. В результате жидкость из них не испаряется, а трубы и радиаторы не окисляются;
• вероятность перелива воды через край устройства приближается к нулю (если установлен расширительный бачок для отопления открытого типа это происходит довольно часто); 
• удобный монтаж практически в любом месте (за исключением трубопровода сразу за насосом);
• низкая вероятность образования воздушных пробок;
• безопасность при эксплуатации и надежность в работе при небольших финансовых расходах. 

При расчете бака нужно учитывать ряд моментов: 

• объем устройства зависит от емкости отопительной системы;
• когда для теплоснабжения требуется высокая температура, устанавливают изделие большего объема;
• чем меньше разница в высоте между местом монтажа бака и наивысшей точкой системы, тем меньшей емкости бак можно использовать.

Посмотрите видео расчета расширительного бака системы отопления:

Закрытые расширительные баки

Закрытый мембранный расширительный бак системы отопления для конструкций, обеспечивающих теплоснабжение, представляет собой металлическую закрытую емкость, имеющую овальную или шарообразную форму. Внутри устройства располагаются две камеры, разграниченные герметичной мембраной. Одна из них предназначается для жидкого теплоносителя, вторая является воздушной – в ней имеется клапан, в функции которого входит поддержание в камере давления на нужном уровне.

Когда первая камера заполняется носителем тепла, мембрана начинает прогибаться и тем самым в воздушной части бака создается избыточное давление. Когда данный параметр достигает определенного уровня, клапан приоткрывается и воздух покидает камеру. Расширительные устройства мембранного типа выпускают в двух конструкционных решениях:

• в несменном варианте — с диафрагменной мембраной;
• в сменном варианте — баки фланцевого типа.

Расширительные бачки диафрагменного типа состоят из двух частей корпуса, который изготавливают из углеродистой стали методом глубокой холодной штамповки. По периметру двух камер в процессе сборки закрепляют мембрану. Изнутри поверхность бака покрыта влагостойкой эпоксидной краской, а снаружи – эмалью, часто красного цвета.

Изначально вторая часть закрытого расширительного устройства заполнена воздухом таким образом, что он полностью на 100% занимает его объем. В процессе нагрева теплоносителя его излишки поступают в жидкостную камеру, а воздушная часть в это время сжимается. В ней возрастает давление, регулирующее объем жидкости в системе теплоснабжения. Некоторые производители заполняют воздушную камеру азотом под давлением, которое равно давлению воды в отопительной системе.

Фланцевого типа мембранный бак оснащают сменной мембраной, горловину которой закрепляют к конструкции отопления при помощи сланца с патрубком. У такого расширительного устройства отсутствует соприкосновение теплоносителя с внутренними стенками, поскольку жидкость поступает только в мембрану. По этой причине нет смысла использовать особое покрытие для внутренней части. При необходимости мембрану можно сменить на новое изделие.

Монтировать расширительный бачок такого типа удобно – его разрешается устанавливать в непосредственной близости от нагревательного котла (современные небольшие по мощности агрегаты выпускают, в том числе, с встроенными расширительными устройствами). Расширительные баки закрытого типа обладают следующими достоинствами:

• теплоноситель в них не контактирует с воздухом. В результате жидкость из них не испаряется, а трубы и радиаторы не окисляются;
• вероятность перелива воды через край устройства приближается к нулю (если установлен расширительный бачок для отопления открытого типа это происходит довольно часто);
• удобный монтаж практически в любом месте (за исключением трубопровода сразу за насосом);
• низкая вероятность образования воздушных пробок;
• безопасность при эксплуатации и надежность в работе при небольших финансовых расходах.

При расчете бака нужно учитывать ряд моментов:

• объем устройства зависит от емкости отопительной системы;
• когда для теплоснабжения требуется высокая температура, устанавливают изделие большего объема;
• чем меньше разница в высоте между местом монтажа бака и наивысшей точкой системы, тем меньшей емкости бак можно использовать.

Посмотрите видео расчета расширительного бака системы отопления: