Расширительный бак системы отопления. Расчет
Расширительный бак в системе отопления предназначен для компенсации избыточного давления вызванный нагревом теплоносителя. При нагревании теплоноситель расширяется и в замкнутой системе отопления возникает избыточное давление. При повышении давления в системе выше допустимого может произойти разрыв отопительных элементов, труб или кранов, что выведет из строя всю систему отопления.
В зависимости от типа системы отопления могут применяться расширительные баки двух видов: открытые и закрытые. Открытые баки предназначены для систем отопления, в которых циркуляция теплоносителя осуществляется естественным образом, т.е. давление в системе примерно равно атмосферному. Закрытые расширительные баки применяют в системах отопления, в которых циркуляция теплоносителя осуществляется по средствам циркуляционного насоса.
Расширительный бак системы отопления закрытого типа.
Расширительный бак системы отопления закрытого типа (мембранного типа) представляет собой закрытую емкость, в которой установлена эластичная мембрана. Мембрана делит расширительный бак на две полости, в одной из которых находится воздух под давлением в другой излишки теплоносителя.
Принцип работы очень прост. Перед пуском системы по средствам автомобильного насоса закачивают в воздушную камеру расширительного бака воздух. Величина давления воздуха должна быть примерно равна начальному давлению системы отопления. При увеличении давления в системе отопления избытки теплоносителя попадают в расширительный бак т.к. давление в воздушной камере становится меньше, чем в системе отопления, то за счет эластичной мембраны объем камеры с теплоносителем увеличивается, тем самым компенсируя избыточное давление в системе отопления. При понижении давления теплоносителя воздушная камера расширяется, тем самым компенсируя давление теплоносителя.
Расчет закрытого (мембранного) расширительного бака.
Суть расчета расширительного бака сводится к определению избыточного объема теплоносителя при нагревании и коэффициента заполнения расширительного бака. Отношение двух этих величин и есть требуемый объем расширительного бака системы отопления.
Vбака=Vрас/f, где
Vбака - фактический объем расширительного бака, л;
Vрас - избыточный объем теплоносителя вызванный нагревом, л;
f - коэффициент заполнения расширительного бака.
Избыточный объем теплоносителя, вызванный его нагревом определяется произведением полного объема системы на коэффициент объемного расширения теплоносителя.
Vрас=Vсист×β, где
Vрас - избыточный объем теплоносителя вызванный нагревом, л;
Vсист - полный объем системы отопления. Под объемом системы отопления подразумевается объем всех трубопроводов, батарей отоплений и нагревательного котла. Если вычисление объема системы отопления теплоносителя затруднено, приближенно его можно определить по мощности котла или тепловой потребности здания из расчета 14л/кВт.
β - коэффициент объемного расширения теплоносителя. Так как коэффициент объемного расширения зависит от температуры, то необходимо знать максимальную температуру теплоносителя, т.е. максимальную расчетную температуру системы отопления. Зная максимальную температуру системы по таблице или графику, определяется коэффициент объемного расширения теплоносителя.
Определение коэффициента заполнения расширительного бака.
Коэффициент заполнения бака показывает, какой максимальный процент объема расширительного бака может занимать теплоноситель. Коэффициент заполнения определяется по формуле:
f=(Pmax-Pгаза)/(Pmax+1), где
Pmax - максимальное давление теплоносителя в системе отопления. Может быть принято равным давлению срабатывания предохранительного клапана.
Ргаза - предварительное давление газа в расширительном баке. Фактически равно предварительному давлению теплоносителя. Определяется по формуле:
Ргаза=Рг+0,3, где
Рг - гидростатическое давлению системы отопление. Не в даваясь в законы физики можно сказать, что гидростатическое давление вызвано разницей высот между самым верхним и самым нижним элементом системы отопления. Гидростатическое давление системы отопления рассчитывается по формуле.
Рг=0,1×ρ×hг
hг, м - расстояние по вертикали от самой нижней до самой высокой точки системы отопления;
ρ, г/см3 - плотность теплоносителя (для воды равен 1).
Следует отметить несколько тонкостей в расчете. Во-первых, коэффициент заполнения расширительного бака должен быть менее 50%. Это необходимо из соображений безопасности и повышения срока службы расширительного бака. Во-вторых, если расширительный бак расположен после циркуляционного насоса, то предварительное давление газа определяется по формуле:
Ргаза=Рг+0,3+Рнасоса, где
Рнасоса - давление создаваемое циркуляционным насосом.
Закрытые циркуляционные баки могут быть установлены в любой точке системы отопления. Однако наиболее целесообразно их устанавливать в самой нижней точке системы отопления в обратной ветке перед циркуляционным насосом. При подключении расширительного бака в зависимости от объема бака могут применяться трубы различных диаметров, но не менее трубы PN20. Кроме того в месте стыковки бака с трубопроводом полезно установить клапан, который позволит стравить воздух находящийся в подводящей трубе. Перед пуском системы отопления необходимо создать предварительное давление в баке равном Ргаза.
Следует так же отметить, что существует два типа расширительных баков системы отопления: со сменной мембраной (фланцевые) и с не сменной мембранной. Наибольшее распространение получили расширительные баки с не сменной мембраной. Они широко применяются в загородном строительстве. Как правило они рассчитаны на не высокое давление. Расширительные баки фланцевого типа рассчитаны на большое давление. Кроме того в случае разрыва мембраны она может быть заменена. Однако их стоимость больше аналогичных моделей с не сменной мембраной.
