Ни одна система отопления жидкостного типа без расширительного бака работать не будет. Правильно рассчитать объём и определить его тип — это одна из первоочередных задач при проектировании отопления для частного дома, и сегодня мы раскроем эту тему подробней.
Зачем нужен расширительный бак
Жидкости, как известно, весьма неохотно сжимаются, но с ростом температуры их внутреннее энергетическое состояние растёт, расстояние между молекулами увеличивается, что вытекает в весьма значительное увеличение объёма.
Для справки: при нагреве 50 литров воды с 20 до 80 °С ее объём увеличится почти на полтора литра. Не так много, на первый взгляд, но подумайте о том, способно ли на такое же значение увеличиться водоизмещение вашей системы отопления или, другими словами, суммарный внутренний объём труб, радиаторов и теплообменника котла.
Подобная прибавка объёма на практике выливается в давление более 200 атмосфер, что в свою очередь зависит от способности «сосуда» растянуться до нужных размеров. Но конкретное давление, на самом деле, не так уж и важно, ведь критическая отметка для всей системы определяется прочностью наиболее слабого сантехнического соединения. А предел прочности для большинства фитингов и кранов редко превышает 5–7 МПа, то есть наглухо закупоренная система гарантировано выйдет из строя через несколько часов после включения котла.
Чтобы компенсировать объёмное расширение в системе, обязательно должен присутствовать расширительный бак. Его устройство может быть либо закрытым, либо открытым.
Конструкционные отличия баков разных типов
Открытый расширительный бак — это обычная ёмкость, установленная в самой высокой точке отопительного контура. Её объём совсем небольшой и равен, как минимум, разнице между объёмом холодной и нагретой жидкости.
Открытый бак не вполне удобен: вода из него испаряется и её периодически нужно доливать. А поскольку в помещении такие расширители держат редко, приходится периодически заглядывать на чердак. Теперь представьте, что будет, если вода в баке замёрзнет и система внезапно превратится в закрытую из-за ледяной пробки? А ведь она способна выдержать десятки атмфосфер.
Есть, однако, и иной метод устройства открытого бака: штуцер в самой верхней части системы соединяется тонким силиконовым шлангом с открытой ёмкостью, стоящей на полу. При расширении излишки воды выдавливаются из контура, а при уменьшении объёма — задавливаются обратно атмосферным давлением. Важно только примотать к концу шланга тяжёлую гайку, чтобы он был всё время погружён в воду. Недостаток такого метода — из системы не может свободно выходить воздух, но для этого существуют краны Маевского.
Закрытые баки устроены совершенно иначе. Внутри корпуса находится эластичный сосуд — резиновая груша, сам же корпус полностью герметичный. Либо груша, либо остаточное пространство имеют прямое соединение с контуром отопления. Вода при нагреве, как ей и положено, продолжит расширяться, но теперь эту разницу объёмов будет принимать на себя воздух, который также сожмётся, но давление при этом возрастёт не настолько сильно, всего на 0,5–1 бар.
1 — золотник для накачки воздуха; 2 — воздушная камера; 3 — мембрана с теплоносителем; 4 — резьбовой патрубок для подключения к системе отопления
Но здесь есть важная оговорка: закрытый бак делает и всю систему закрытой. В верхней точке открытой системы давление равнялось атмосферному, а в нижней к этому значению добавлялось некоторое количество миллиметров водяного столба, соответствующее разнице уровней между точками системы. В закрытой же системе давление в верхней точке равно нулю, то есть оно не избыточно, и из-за этого могут возникать неприятности.
Как рассчитать параметры бака для своей системы
Можно поспорить, что с наличием принудительной циркуляции разница давлений не имеет никакого значения, но это далеко не так. Самая очевидная причина: если воздух, попавший в радиаторы верхнего уровня, не будет находиться под достаточным давлением, то он не сможет покинуть их и следовать к ещё более высокой точке системы. К тому же отопительное оборудование следует эксплуатировать в условиях, регламентированных производителем, практически каждый из них задаёт рабочее давление в 1,3–2 бара.
Рассчитать открытый бак очень просто. Мы говорили, что при нагреве на 60 °С к 50-ти литрам воды добавляется ещё полтора, то есть для 100-литровой системы прибавка будет равна трём литрам. Здесь соблюдается полностью линейная зависимость, которую просто использовать.
С закрытым баком дело обстоит иначе. При избыточном давлении коэффициент расширения жидкостей меняется и это особенно важно, если в качестве теплоносителя используется не вода. Отметим, что в нормальном режиме работы бак должен находиться в наполовину наполненном состоянии.
Объём расширительного бака вы получите, если разделите произведение водоизмещения системы, разницы температур и коэффициента объёмного расширения теплоносителя на отношение предельного рабочего давления к минимальному, вычтенное из единицы. Минимальное давление — это значение давления на уровне центра бака, когда система заполнена водой без избытка. Максимальное давление определяется производителем отопительного оборудования и, соответственно, настройкой клапана сброса.
Учтите, что в данном примере подразумевается, что и клапан сброса, и бак установлены в одной точке системы — самой нижней. Для примера возьмём систему с разницей уровней 4 метра и водоизмещением 200 литров. Сперва вычисляем прибавку объема:
- 200 л · 0,00045 · (80 °С – 20 °С) = 5,4 литра.
Минимальное давление для середины бака составит 0,28 Атм, если его центр находится на метр выше нижней точки системы, максимальное примем за 4,5 атм. Разделив минимальное давление на максимальное получим 0,06, а вычитая это отношение из единицы получим 0,94. Таким образом, минимальный объём закрытого бака составит чуть более 5 литров, а при запасе надежности в 25% — 6,3 литра. Поскольку мы планируем поддерживать бак в наполовину наполненном состоянии, его минимальный объём должен равняться 10–12 литрам.
Монтаж, настройка и ремонт
Технически бак может врезаться в любую точку системы и устанавливаться на произвольной высоте, но эти значения должны быть предварительно определены проектом. Для соединения с системой отопления обычно используется тот же материал, что использован в обвязке котельной, но это делается для снижения затрат.
Регулируемый клапан сброса обычно размещают сразу под баком, это существенно упрощает ведение расчётов. Во время заправки системы водой избыточное давление создаётся водяным насосом, а текущее давление в баке проверяется автомобильным манометром через золотник.
Если со временем бак приходит в негодность, это определяется по гидравлическому манометру, который врезают неподалеку от котла. При неисправном баке разница давлений системы в холодном и нагретом состоянии будет намного превышать рабочий диапазон в 1–1,5 атм. Решается проблема либо полной заменой бака, либо его ремонтом с удалением лопнувшей мембраны и установкой новой.
Последнее, к слову, невозможно при отсутствии у бака фланца для технического обслуживания, иногда этот критерий очень важен при выборе, особенно если в качестве теплоносителя используются агрессивные жидкости. В любом случае рекомендуется монтаж бака через запорную арматуру, чтобы не спускать всю систему при его замене.
Присоединяйтесь к нам на канале Яндекс.Дзен
