Ювелирное обозрение

Функционирование автономных систем отопления связано с колебаниями объёма теплоносителя, вызванными его нагревом и остыванием.

Для сглаживания гидроударов и компенсации теплового расширения в отопительный контур устанавливают специальный бак.

Техническое название прибора – экспанзомат (от слова expanse – «расширять»). Он представляет собой металлический резервуар определённого объёма с патрубком для присоединения к системе.

Расширительные баки: что это, их назначение, отличие от других гидроустройств, виды

Жидкий теплоноситель, циркулирующий в контуре, обладает свойством расширяться во время нагревания и уменьшаться в объёме при остывании.

Поскольку вода несжимаема, при расширении лишняя жидкость остаётся внутри труб.

Это физическое явление повышает показатели гидростатического давления замкнутого контура, что может стать причиной нарушения целостности трубопровода, неадекватной работы отопительного прибора, выхода из строя насосов.

Важно! Степень терморасширения воды зависит от температуры. Это значит, что при нагревании до 90º C 300 литров воды, циркулирующих в системе, их объем увеличится на 3,4% или примерно на 10 л.

Для предупреждения аварийной обстановки в автономные теплосети устанавливают специальные резервуары — расширительные баки. Они выполнены в виде ёмкостей шарообразной, цилиндрической или прямоугольной формы, в которые поступают излишки горячего теплоносителя.

В зависимости от вида, устройства имеют внутренние мембраны, патрубки для соединения с трубопроводом, отвода остывшей воды, сброса излишков в канализацию, а также предохранительные клапаны.

Чем отличаются гидробаки для водяных систем отопления от устройств для водоснабжения

1. Назначение.

Расширительные баки отопительных систем компенсируют тепловое расширение циркулирующего элемента.

Функции гидроаккумуляторов — накопление резервного объёма воды для обеспечения напора во время отключения насоса и защита системы от гидроударов.

В полости расширительного бака горячая жидкость либо соприкасается со стенками устройства (мембранный и открытый тип), либо контактирует только с эластичной мембраной (баллонный тип). Для гидроаккумуляторов водоснабжения первый вариант исключён.

1. Материал перегородки.

В отопительных сетях нагружение диафрагмы происходит медленно, поэтому ключевое требование — термостойкость. Для гидробаков водоснабжения используется мембрана из пищевой резины, устойчивая к частым и быстрым растяжениям.

Открытые бачки: устройство, принцип работы, достоинства и недостатки

Расширители этого типа применяются в теплосетях без циркуляционных насосов. Они представляют собой ёмкость без крышки, соединённую с системой отопления и установленную на самом высоком уровне (на чердаке).

Фото 1. Схема установки расширительного бака открытого типа в систему отопления. Каждая часть конструкции подписана.

Во время нагрева объем теплонесущей жидкости возрастает, избыток поступает в резервуар. При снижении температуры вода под действием гравитации самотёком возвращается обратно. Если жидкость закипает — её пары выходят через открытый верх.

Поскольку теплоноситель может вылиться через край, такие баки дополняют штуцером перелива. Через него избыточная вода сбрасывается в канализацию. К преимуществам относятся:

• простота конструкции, ремонтопригодность;
• невысокая стоимость устройства;
• возможность изготовления бачка не только из стали, но и из пластика.

Справка. Открытый расширитель для дачного дома можно изготовить самостоятельно из подручных средств — пластиковой канистры или бочки. Несмотря на название, крышку лучше сделать — это защитит систему от попадания мусора.

Недостатков у открытых расширительных баков больше, чем достоинств. К ним относится естественное испарение жидкости, появление коррозии металлических ёмкостей, необходимость постоянного контроля и невозможность использования в теплосетях с антифризом.

Расширительный бачок закрытого типа с воздухом и клапаном

В сетях, где теплоноситель перемещается под воздействием насосного оборудования, устанавливают закрытые экспанзоматы.

Главная особенность конструкции таких баков — полная герметичность, позволяющая поддерживать постоянное давление.

Корпуса изготавливаются из стали, внутренняя полость делится на два отдела баллонной или диафрагменной мембраной.

Первый называется газовой (воздушной) камерой, заполнен азотсодержащей смесью или воздухом. Второй — жидкостный отсек, куда поступает нагретый теплоноситель. Каждая камера полностью герметична, вследствие чего жидкость не контактирует ни с окружающей средой, ни с газом. Устройство дополняется патрубком для соединения с теплосетью и клапаном для сброса давления.

Принцип работы

За счёт расширения горячий теплоноситель выталкивается из контура в жидкостный отсек бака, давит на эластичную мембрану. В другой камере газовая смесь сжимается, давление становится избыточным.

Как только жидкость остывает и теряет объем, воздействием сжатого воздуха она выталкивается обратно в трубопровод.

Когда давление и температура нарастают стремительно, а объем жидкости в расширительном баке достигает критических значений, срабатывает клапан безопасности: излишняя вода выводится наружу.

Виды мембран

Компенсационные устройства выпускаются с эластичными перегородками двух видов:

1. Диафрагменной — закреплённой по периметру внутри и разделяющей пространство пополам. Жидкость контактирует со стенками, поэтому они дополнительно покрываются теплостойкими влагозащитными составами.
2. Баллонной — внешне напоминающей воздушный шарик и закреплённой у входного патрубка. При поступлении теплоноситель остаётся внутри мембраны, не соприкасаясь со стенками устройства.

Перегородки диафрагменного типа стационарные, заменить их при разрыве невозможно. Баллоны меняются через фланец расширительного бака, который крепится на болтах.

Достоинства и недостатки

В пользу расширительных баков закрытого типа говорят другие преимущества:

• компактные размеры;
• отсутствие соприкосновения теплоносителя с внешней средой, что исключает процесс испарения;
• минимальные теплопотери;
• возможность создания дополнительного давления;
• установка в любой части котельной;
• высокие значения предельного давления;
• продление срока службы котла, радиаторов, трубопровода.

Минусов у закрытых расширительных устройств немного, к ним относятся сравнительно высокая стоимость и невозможность замены диафрагменной мембраны.

Варианты расчёта

Для небольших контуров, в которых циркулирует 150 литров и меньше жидкости, приобретают расширители с объёмом, составляющим 10% от общей ёмкости системы. При расчёте устройств для сложных крупных теплосетей пользуются тремя способами:

Способ №1. Вычисление полного объёма расширения перемещающейся в сети жидкости. Метод позволяет рассчитать мембранный гидробак с точностью 10%. Для этого определяют:

• Совокупный объем теплонесущей жидкости во всей системе (величина C). Приблизительное значение можно получить, зная мощность котла — на 1 кВт расходуется около 15 литров. Точный результат даёт заполнение контура через счётчик.
• Величину температурного расширения (E) с учётом вида теплоносителя. Для воды при t 90º C принимается коэффициент 0,034, значение для антифризов — смотрят по таблице.
• Показатель максимально возможного давления в контуре (P_max) — соответствует порогу срабатывания предохранительного клапана.
• Минимальное (настроечное) давление (P), при котором работает теплосеть.

Фото 2. Таблица с примером расчета различных характеристик расширительного бачка в зависимости от нескольких условий.

Данные подставляются в формулу:

V=(E×C)÷(1- (P0÷Pmax))

Полученное число округляют с увеличением, поскольку расширительный бак должен компенсировать расчётный объем с небольшим запасом. Для этого также учитывается коэффициент заполнения устройства.

Способ №2. Обращение в специализированные проектные организации. Приоритетный вариант, поскольку позволяет получить самый точный результат. Дороговизна услуги полностью компенсируется рациональным выбором бака (вы не переплатите за ненужный объем) и экономией на аварийном ремонте.

Способ №3. Использование онлайн-калькуляторов. Интернет-ресурсы позволяют получить значения с различной точностью, поэтому такие результаты принимают, как ориентировочные.

Внимание! Если в будущем планируется заменить воду на антифриз, рассчитывайте бак с учётом жидкости, имеющей наибольшее расширение.

5 критериев выбора изделий

1. Тип циркуляции теплоносителя. Для систем, где вода перемещается естественным путём, используется открытый бак. В автономных сетях с циркуляционными насосами — мембранные гидробаки.

​

1. Тип. Бачки с несменной (диафрагменной) мембраной имеют более низкую стоимость, чем расширители с баллонной фланцевой перегородкой. Однако при разрыве диафрагмы бак придётся менять полностью.
2. Объем. Является расчётной величиной, всегда округляется в бо́льшую сторону.
3. Наибольшее рабочее давление. Должно соответствовать (быть не меньше) максимально возможному значению для всей отопительной системы.
4. Технические характеристики. Учитываются допустимые рабочие температуры, давление, объем, тип мембраны, варианты крепления и соединения с трубами.

Справка. При покупке выбирайте изделия, предназначенные непосредственно для отопления. Большинство производителей окрашивает такие бачки в красный цвет, белые — считаются универсальными, но они ориентированы на небольшие предельные температуры (до 70º C).

При выборе обращайте внимание на производителей. Брендовые торговые марки дорожат репутацией, поэтому нет риска приобрести некачественный экспанзомат. К авторитетным компаниям относятся: AQUASYSTEM, REFLEX, WESTER, IMERA, BOSCH и другие.

Фото изделий

Фото 3. Расширительный бачок закрытого типа для отопительной системы. Производитель изделия Stout.

Фото 4. Расширительный бак закрытого типа (изделие красного цвета), подключенный к контуру отопления.

Фото 5. Расширительный бак открытого типа, подключенный к отопительной системе. Бачок располагается в верхней точке конструкции.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором рассказывается, где установить бак в системе отопления.

Обслуживание

Для корректной работы отопительного контура и длительного срока службы экспанзомата раз в полгода требуется проводить профилактические мероприятия. Работы включают в себя проверку внешних повреждений, подтеканий, начального давления, целостности мембраны, а также её замену при необходимости. Если демонтированный бак не планируется использовать длительное время, то воду из него нужно слить и хранить в сухом помещении.

Мембранные расширительные баки (экспанзоматы) предназначены для компенсации изменения объема теплоносителя в системе отопления при его нагревании–охлаждении, а также для поддержания постоянного давления в системе горячего и холодного водоснабжения.

Конструкция расширительных баков

Экспанзомат представляет собой шарообразную или цилиндрическую стальную емкость, разделенную на две части эластичной мембраной: в одной части находится воздух или газ под давлением, другая – заполняется жидкостью.

Корпус бака, как правило, изготавливается из легированной коррозионно-стойкой листовой стали с лакокрасочным покрытием с наружной стороны. Реже встречаются экспанзоматы с корпусом из нержавеющей стали. Данные баки не получили широкого распростра-нения ввиду высокой стоимости.

Принцип работы расширительного бака состоит в том, что при повышении температуры жидкости (повышении давления) избыток объема жидкости направляется в бак, растягивая мембрану и повышая давление в воздушной полости. При остывании жидкости (снижении давления) мембрана сокращается, выталкивая жидкость в систему. Это позволяет избегать возникновения избыточного давления при разогреве теплоносителя в системе отопления, а также гасить гидроудары в системе холодного и горячего водоснабжения, для которых характерны частые скачки давления при открытии/закрытии водоразборных кранов (включении/отключении насоса).

Основные технические характеристики баков:

• объем, л;
• орабочая температура, °C;
• определьная температура, °C/мин;
• орабочее давление, МПа;
• околичество циклов расширения–сокращения мембраны;
• огарантийный срок от сквозной коррозии корпуса бака;
• определьная концентрация этиленгликоля в теплоносителе, %.

Расширительные баки подразделяются:

• по конструкции:
  а) фланцевые, со сменной мембраной,
  б) диафрагменные, со стационарной мембраной (рис. 1).

Диафрагменный расширительный бак со стационарной мембраной

В последнее время наибольшее распространение получили фланцевые баки со сменной мембраной как более универсальные и простые в эксплуатации, так как их конструкция позволяет заменить поврежденную мембрану, сохранив корпус бака, что немаловажно для баков большого объема.

Диафрагменные баки в основном применяются в системах небольшого объема ввиду дешевизны и меньших габаритов;

• по способу установки:
  а) вертикального исполнения для настенного монтажа с рабочим патрубком, расположенным сверху. Данное исполнение характерно для баков небольшого объема (5–50 л),
  б) вертикального исполнения для напольного монтажа с рабочим патрубком, расположенным снизу. Данное исполнение характерно для баков большого объема (50 л и более),
  в) горизонтального исполнения для баков большого объема, устанавливаемых в помещениях с ограниченной высотой;

• по назначению:
  а) для закрытых систем отопления,
  б) для систем горячего водоснабжения,
  в) для систем холодного водоснабжения (гидроаккумуляторы),
  г) для систем холодоснабжения.

В закрытых системах отопления могут применяться как диафрагменные, так и фланцевые баки с мембраной из бутилкаучука. Данный материал обладает улучшенными характеристиками по сопротивлению высокой температуре и давлению: температура – до 120 °C, давление – до 16 МПа.

В системах горячего водоснабжения применяются баки фланцевого типа с мембраной, выполненной из пищевой резины, предотвращающей контакт питьевой воды с металлом и изменение ее качественных характеристик.

В гидроаккумуляторах для холодного водоснабжения применяются фланцевые баки с мембраной из пищевой резины с улучшенными характеристиками эластичности для более полного гашения гидравлических ударов и поддержания стабильного давления в системе водоснабжения.

Мембранные баки в нормативных документах

Согласно СП 30.13330.2012 «Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01–85*» водонапорные и гидропневматические баки питьевой воды, а также баки-аккумуляторы надлежит изготовлять из металла с наружной и внутренней антикоррозионной защитой. При этом для внутренней антикоррозионной защиты следует применять материалы, прошедшие санитарно-эпидемиологическую экспертизу и имеющие соответствующее разрешение. Для баков-аккумуляторов систем горячего водоснабжения тепловую изоляцию следует предусматривать по расчету.

Гидропневматические баки должны быть оборудованы подающей, отводящей и спускной трубами, а также предохранительными клапанами, манометром, датчиками уровня и устройствами для пополнения и регулирования запаса воздуха.

Бак для закрытых систем отопления

Гидропневматические баки надлежит устанавливать в помещениях, где расстояние от верха баков до перекрытия и между баками и до стен не менее 0,6 м.

Согласно СП 41-101–95 «Проектирование тепловых пунктов» расширительные баки должны быть цилиндрической формы; для баков с внутренним диаметром корпуса до 500 мм должны приниматься плоские приварные или эллиптические днища, а при диаметре более 500 мм – эллиптические. Расширительные баки должны быть оборудованы предохранительными клапанами.

Предохранительные устройства должны быть рассчитаны и отрегулированы так, чтобы давление в защищенном элементе не превышало расчетное более чем на 10 %, а при расчетном давлении до 0,5 МПа не более чем на 0,05 МПа. Расчет пропускной способности предохранительных устройств должен производиться согласно ГОСТ 24570.

В своде правил СП 31-106–2002 «Проектирование и строительство инженерных систем одноквартирных жилых домов» для компенсации температурных расширений теплоносителя в независимых системах отопления следует предусматривать расширительные баки.

В системе водяного отопления с искусственным побуждением циркуляции теплоносителя могут использоваться открытые или закрытые расширительные баки, располагаемые в помещении теплогенератора. Рекомендуется применять расширительные баки диафрагменного типа с тепловой изоляцией.

Требуемая вместимость бака устанавливается в зависимости от объема теплоносителя в системе отопления.

В СП 41-104–2000 «Проектирование автономных источников теплоснабжения» указано, что для приема излишков воды в системе при ее нагревании и для подпитки системы отопления при наличии утечек в автономных котельных рекомендуется предусматривать расширительные баки диафрагменного типа для системы отопления и вентиляции и для системы котла (первичного контура).

Следует учитывать, что в системе теплоснабжения не допускается применять металлополимерные трубы для расширительного, предохранительного, переливного, сигнального трубопроводов согласно СП 41-102–98 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем отопления с использованием металлополимерных труб».

Подбор расширительных баков для систем отопления

Для подбора бака необходимо знать следующие параметры системы:

• объем системы – Q, л;
• гидростатическое давление системы – P_ст, кПа;
• давление срабатывания предохранительного клапана – P_пр, кПа;
• коэффициент теплового расширения теплоносителя – b.

Расчет производится по формуле:

Расчет бака для системы ГВС производится аналогично.

Подбор гидроаккумулятора для системы ХВС

Для подбора бака необходимо знать следующие параметры системы:

• средний расход насоса – Q, м 3 /ч;
• рекомендуемую частоту включения насоса – n, 1/ч.

Расчет производится формуле:

Особенности монтажа расширительных баков

Баки для закрытых систем отопления. Баки, как правило, следует устанавливать на обратной магистрали отопления, на всасывающей линии циркуляционного насоса.

Бак, в обязательном порядке, оборудуется (рис. 2):

• запорным краном с пломбировочным устройством, предотвращающим случайное перекрытие;
• группой безопасности, состоящей из манометра, воздухоотводчика и предохранительного клапана.

В случае, если температура в обратной магистрали отопления может превышать 70 °C, необходимо предусмотреть установку промежуточной емкости для предварительного охлаждения теплоносителя.

Также важно помнить, что диаметр подводящего трубопровода должен быть не менее диаметра присоединительного патрубка расширительного бака.

Если в системе отопления применяется теплоноситель на основе раствора этилен- или пропиленгликоля, то потребуется расширительный бак увеличенного объема из-за большего коэффициента расширения таких растворов.

Установка расширительного бака в системе горячего водоснабжения: 1 – расширительный бак; 2 – предохранительный клапан; 3 – насос; 4 – фильтр; 5 – обратный клапан; 6 – запорный кран

Баки для систем горячего водоснабжения. Такие баки, как правило, следует устанавливать на циркуляционной магистрали, на всасывающей линии циркуляционного насоса в непосредственной близости от источника тепла (бойлер, теплообменник). Бак в обязательном порядке оборудуется (рис. 3):

• запорным краном с пломбировочным устройством, предотвращающим случайное перекрытие;
• группой безопасности, состоящей из манометра, воздухоотводчика и предохранительного клапана.

Баки для систем холодного водоснабжения. Данные баки, как правило, следует устанавливать в нижней точке системы холодного водоснабжения. Бак в обязательном порядке оборудуется (рис. 4):

• запорным краном с пломбировочным устройством, предотвращающим случайное перекрытие;
• группой безопасности, состоящей из манометра, воздухоотводчика и предохранительного клапана;
• обратным клапаном.

При регулировке давления в газовой полости следует учитывать, что для предотвращения коррозии внутренней поверхности корпуса бака, на заводе газовая полость заполняется инертным газом, как правило, осушенным азотом. Соответственно, при необходимости повышения давления в газовой полости или при заполнении газовой полости после замены мембраны рекомендуется использовать технический азот. Это позволит избежать окисления неокрашенной стенки бака с влагой атмосферного воздуха и кислородом.

Вариант установки расширительного бака: 1 – манометр; 2 – обратный клапан; 3 – шахта, колодец с водой; 4 – регулирующий вентиль; 5 – шкаф управления; 6 – мембранный расширительный бак для водоснабжения; 7 – манометр; 8 – предохранительный клапан; 9 – подача воды к оборудованию; 10 – вертикальный многоступенчатый насос

Наиболее распространенные неисправности баков

1. Разрыв мембраны. Основными признаками являются: срабатывание предохранительного клапана из-за превышения допустимого давления при расширении теплоносителя; появление резких скачков давления в системе горячего и холодного водоснабжения, частые включения–отключения скважинного насоса в системе холодного водоснабжения; поступление воды из золотника воздушного ниппеля. Следует заменить мембрану, если бак фланцевого типа или бак целиком, если он диафрагменный.
2. Отсутствие наполнения бака водой. Следует проверить давление в воздушной камере. Оно не должно превышать значений, указанных в паспорте бака для расчетного давления в системе.
3. Течь в корпусе бака. Необходима замена бака.

Сервисное обслуживание расширительных баков

Как правило, обслуживание расширительных баков заключается в следующем:

1. Проверка давления в воздушной части мембраны.
2. Проверка контрольно-измерительных приборов группы безопасности (манометра, предохранительного клапана, воздухоотводчика).
3. Проверка запорной арматуры.
4. Внешний осмотр корпуса бака на предмет коррозии.

Принцип действия расширительного мембранного бака достаточно прост. По своей конструкции мембранный расширительный бак – это емкость, которую эластичная мембрана разделяет на 2 камеры – водяную и газовую. В газовую часть мембранного бака предварительно закачивается газ под определенным давлением. При нагреве излишне нагревающийся теплоноситель попадает в водяную камеру, объем газовой камеры при этом сокращается. По мере снижения температуры, теплоноситель выдавливается в систему отопления.

Монтаж расширительного мембранного бака

Монтаж расширительного мембранного бака производится в помещении с плюсовой температурой воздуха. Мембранный расширительный бак должен уставливаться в таком месте, чтобы обеспечить легкий доступ к осмотру бака, к воздушному клапану и запорно-регулирующей арматуре.

Установка расширительного бака должна быть выполнена следующим образом, чтобы он не подвергался дополнительной статической нагрузке и воздействию от труб и агрегатов.
Монтаж расширительного бака должен проводиться квалифицированными специалистами.
Установка мембранного бака возможно как вертикально, так и горизонтально (обычно эта информация указывается производителем).

Расчет мембранного расширительного бака

Расчет мембранного расширительного бака производится по следующей формуле:

Vn = (Ve + Vv) * (Pe+1) / (Pe – Po),

где
Vn – номинальный объем расширительного бака.
Ve – объем, образующийся в результате теплового расширения.

Этот объем Ve рассчитывается как произведение полного объема системы на коэффициент расширения жидкости:

Ve = Vсист*n%.

Если объем системы Vсист неизвестен, то его величину можно достаточно точно определить исходя из мощности отопительного котла.
Примерный расчет определяется исходя из 1кВт = 15 литр.
Данный расчет предполагает использование воды в качестве теплоносителя.
Если вместо воды в систему заливается этиленгликолевый теплоноситель, то коэффициент расширения можно рассчитать по следующей формуле:
для 10% раствора этиленгликоля – 4% * 1,1 = 4,4%,
для 20% раствора этиленгликоля – 4% * 1,2 = 4,8%

Vv– водяной затвор – это объем теплоносителя, изначально образующийся в расширительном баке, в результате статического давления системы отопления.
Vv– водяной затвор для расширительных баков с номинальным объемом до 15 литров, следует принимать, как минимум, 20% от их номинального объема.
Для расширительных баков емкостью более 15 литров, как минимум, 0,5% от полного объема системы, но не менее 3- х литров.

Pо – предварительное давление – равно статическому давлению системы отопления (ее высоте) и определяется из расчета 1 атм = 10 метров водяного столба.
Pе – окончательное давление – образуется в результате работы предохранительного клапана.

Для предохранительных клапанов с давлением до 5 атм:
Pе = Pпред кл – 0,5 атм.
Для предохранительных клапанов с давлением больше 5атм:
Pе = Pпред кл – (Pпред кл * 10%)

Поскольку жидкости практически не сжимаются, то при тепловом расширении полностью заполненной закрытой системы отопления, возможно увеличение объема и аварийное увеличение давления.
В результате этого происходит срабатывание предохранительного клапана, и избыточная часть теплоносителя выльется наружу.

Расчет мембранного расширительного бака выполняется таким образом, чтобы в рабочем диапазоне температур избежать увеличения давления и срабатывания предохранительного клапана при тепловом расширении теплоносителя.

В нашей компании вы можете выбрать и купить расширительные мембранные баки различной емкостью.