Зачем в отопительной системе нужен расширительный бак?

Всегда ли он ставится?

Представим отопительную систему, заполненную в момент пуска холодной водой, которая затем нагревается, проходя через котел. При нагревании объем воды, как и любого физического тела, увеличивается. А так как вода практически несжимаема, то в системе резко возрастает давление. Оно может достигнуть такого значения, что приведет к разрыву каких либо элементов системы. Поэтому в систему водяного отопления вводится дополнительный элемент - расширительный бак. Расширительный бак может быть открытым, сообщающимся с атмосферой (далее не рассматривается), и закрытым, находящимся под переменным, но строго ограниченным избыточным давлением.

Как устроен закрытый расширительный бак?

Современная конструкция бака представляет собой стальной цилиндрический сосуд, разделенный на две части резиновой мембраной (рис.1.). Одна часть предназначена для воды системы отопления, вторая заполнена в заводских условиях газом (азотом или воздухом) под давлением. В нижней части бака находится отверстие с резьбой для присоединения к системе отопления, в верхней находится ниппель, через который закачивается воздух.

Баки объемом до 25-35 литров (зависит от производителя) закрепляются на стене при помощи специального кронштейна или хомута, баки большего объема имеют ножки для установки непосредственно на пол.

Рис. 1. Закрытый расширительный бак

Как работает закрытый расширительный бак?

В первоначальном положении весь объем бака заполнен газом. Мембрана под воздействием давления газа прижата к внутренней поверхности бака. По мере увеличения температуры в системе отопления объем теплоносителя увеличивается, давление возрастает, и

теплоноситель поступает в расширительный бак, отжимая мембрану (жидкость действует подобно поршню). При этом повышается давление, как в баке, так и в системе отопления в целом.

Каким давлением нужно заполнять систему отопления?

Основным требованием при заполнении системы является то, что давление воды во всех частях контура обязательно должно быть выше гидростатического давления. Под гидростатическим давлением понимается давление, создаваемое столбом жидкости, высота которого равна геометрической высоте системы отопления (от низшей до высшей её точек). При этом 10 м высоты системы соответствует давление в 1 атм. (1 бар).

Минимальное избыточное давление в верхних точках контура должно быть не ниже 0,2–0,5 атм. Избыточное давление в верхней точке контра представляет собой некий гарантийный запас, необходимый для поддержания во всех точках давления выше атмосферного.

Выбирая давление заполнения также нужно учитывать особенности конструкции котлов (например настенные котлы как правило требуют давление не менее 0,8 атм.). Желательно давление заполнения выбирать в пределах 1–1,5 атм..

Какое давление должно быть в газовой полости закрытого

расширительного бака?

Давление в газовой полости бака до его заполнения водой не должно быть ниже гидростатического давления на уровне центра бака более, чем на 1 метр водяного столба (0,1 атм.).

В противном случае уже в процессе заполнения системы полезный объем бака заполнится теплоносителем, и при последующем нагреве и расширении жидкости будет предоставлен меньший объем, чем это необходимо.

Иными словами, если система заполняется водой с давлением 1,5 атм. на уровне центра бака то настроечное давление в баке должно быть не ниже 1,4 атм.

В каком месте системы отопления следует

подключать расширительный бак?

Принципиально расширительный бак может подключаться в любое место системы отопления, если позволяет рабочая температура мембраны. Но есть наиболее оптимальное место установки бака.

Прежде чем определить это место установки нужно знать, что в точке подключения бака давление всегда постоянно и не зависит от напора насоса, а зависит только от гидростатического давления на уровне установки бака. Для наглядности на рис. 2 изображено изменение давления в замкнутой системе отопления под действием насоса (пьезометрический график). Есть принять, что бак подключен в точке 0, тогда часть схемы находится под напором (+), часть– под разрежением (-), а точка перехода напора в разрежение называется нулевой.

Рис. 2. Пьезометрический график давлений в циркуляционном

контуре насосной системы отопления

Таким образом, от места расположения расширительного бака зависят параметры работы всех остальных элементов системы отопления, требуемое начальное давление в расширительном баке и сам объем бака.

На рис. 3 показаны различные варианты подключения бака к системе. Знаками плюс и минус обозначены участки, находящиеся под напором и под разрежением. Хорошо видно, что оптимальной будет схема (рис. 3 г), т.к. в ней область разрежения минимальна. Если под разрежением находится верхняя часть системы, то при недостаточном давлении возможно вскипание воды и образование паровых пробок, запирающих циркуляцию или подсос воздуха через воздухоотводчики.

Рис. 3. Варианты подключения бака к системе

Как найти объем закрытого расширительного бака?

При использовании котлов, не имеющих встроенных расширительных баков или в случаях, когда объемы воды в системе или рабочие давления превышают расчетные, проводят расчет расширительного бака и устанавливают стандартный бак большего ближайшего объема. Объем расширительного бака определяется по следующей формуле

V= b_t ×V_с/(1-Р_н /Р_макс)

где V – объем расширения при нагревании, м³,

V_с – объем воды в системе отопления, м³, включает в себя объем воды в

трубах, котле, радиаторах и других элементах системы. Этот объем подсчитывается по

фактической емкости каждого элемента системы. С определенной долей погрешности,

можно объем теплоносителя в системе принимать по таблице 2.

b_t – коэффициент температурного расширения воды, соответствующий

максимальной разнице температур воды в неработающей и работающей системе;

Значения данного коэффициента рекомендуется принимать по таблице 1

Р_н – абсолютное давление воды в холодной системе, бар (давление заполнения системы),

Р_макс – абсолютное давление воды в нагретой системе, бар. Значение Р_макс принимается как правило на 0,5 бар ниже давления срабатывания предохранительного клапана

Таблица. 1. Коэффициент теплового расширения воды в системе, заполненной водой 10 ⁰С, отнесенный к средней температуре воды

 Таблица. 2. Удельные объемы воды в системах