Расширительный бак системы отопления: устройство, расчет и подбор лучшего варианта

Зачем нужен расширительный бак

В закрытых системах отопления объем теплоносителя изменяется в зависимости от его температуры (см. таблицу). Например, если воду нагреть с +40°С до +85 градусов, ее объем увеличится на 2,5%. Вам это покажется небольшим значением, но для системы отопления — это опасно!

ºС	Коэффициент расширения, %	ºС	Коэффициент расширения, %
0.013	65	1.98
10	0.027	70	2.27
20	0.177	75	2.58
30	0.435	80	2.9
40	0.782	85	3.24
50	1.21	90	3.59
55	1.45	95	3.96
60	1.71	100	4.34

Дело в том, что вода или теплоноситель не сжимаются – они оказывают давление на трубы, фитинги, отопительные приборы. Даже небольшое расширение может привести к протечкам. Чтобы его компенсировать используют расширительный бак.

Вода в центральных системах отопления не отличается качеством, в ней может содержаться воздух. Со временем он скапливается в верхних точках радиаторов, из-за чего они хуже отапливают помещение.

В замкнутых системах теплоноситель может вступать в реакцию с материалом системы отопления. из-за чего выделяется газ. Со временем некоторые компоненты теплоносителей также могут разлагаться с выделением воздуха или других газов.

Если по вашей замкнутой системе циркулирует обычная вода, она тоже может стать причиной появления воздушных пробок. В ней могут содержаться примеси, вступающие в реакцию с материалом труб, фитингов и отопительных приборов.

Расширительный бак служит своеобразным улавливателем и резервуаром для воздуха и газов. Попадая в него, они больше не возвращаются в общую систему. Установка бака помогает защититься от завоздушивания системы и вам не нужно будет спускать воздух из батарей отопления.

Принцип работы

Из курса физики известно, что жидкость несжимаема .

В отопительной схеме как теплоноситель используют воду.

В диапазоне температур от 20 до 90 градусов, она изменяет объём, расширяясь по мере нагревания.

Если представить отопительную сеть сосудом сложной конфигурации, то нагревание содержимого вызовет разрыв стенок из-за расширения жидкости.

Для компенсации этого явления используется расширительный бак, служащий дополнительным объёмом для помещения излишков теплоносителя.

Расширившись, вода поступает в бак, а при охлаждении (примерные цены наобогревающий кабель для водопровода ) уходит обратно в систему.

Попросту удалить излишек воды нельзя, так как при остывании пустоту займёт воздух, и схема перестанет функционировать.

А знаете ли вы, что делать, если течет вода из бачка в унитаз. Прочитайте в полезной статье советы и рекомендации мастеров-сантехников по устранению неисправности.

Про область применения асбестоцементных труб размером 150 мм написано на этой странице.

Таким образом, расширительный бак защищает отопительную систему как от излишков, так и от нехватки теплоносителя, компенсируя все движения его объёма.

Подбор устройства согласно расчету

Перед тем как приступить к расчету мембранника, нужно знать, что чем больше объем отопительной системы и выше максимальный температурный показатель теплоносителя, тем большего объема должен быть сам бак.

Существует несколько способов, по которым проводят расчет: обращение к специалистам в бюро по проектированию, проведение расчетов самостоятельно по специальной формуле или расчет при помощи онлайн калькулятора.

Формула

Расчетная формула выглядит так: V = (VL x E) / D, где:

• VL – объем всех магистральных деталей, включая котел и остальные нагревательные приборы;
• Е – коэффициент расширения теплоносителя (в процентах);
• D – показатель эффективности мембранника.

Определение объема

Самый простой способ определения среднего объема отопительной системы – по мощности обогревательного котла из расчета 15 л/кВт. То есть, при мощности котла 44 кВт объем всех магистралей системы будет равен 660 л (15х44).

Если в трубы залит антифриз, то прибегают к такому расчету:

• 10% — 4% х 1,1= 4,4 %;
• 20% — 4% х 1,1= 4,8% и т.д.

Показатель эффективности (D) основан на начальном и наибольшем давлении в системе, а также стартовом давлении воздуха в камере. Предохранительный клапан всегда настраивается на максимальное давление. Чтобы найти значение показателя эффективности, нужно провести следующий расчет: D = (PV — PS)/(PV+1), где:

• PV – максимальная отметка давления в системе, для индивидуального отопления показатель равен 2,5 бар;
• PS – давление зарядки мембранника обычно составляет 0,5 бар.

Теперь осталось собрать все показатели в формулу и получить окончательный расчет:

• VL = 15х44=660 л;
• D = (2,5 – 0,5) / (2,5+1) = 0,58;
• E = 4% = 0,04;
• V = (660×0,04) / 0,58 = 45,5 л.

Полученное число можно округлить и остановить свой выбор на модели расширительного бака начиная от 46 литров. Если в качестве теплоносителя будет использована вода, то объем бака будет составлять не менее 15% от вместимости всей системы. Для антифриза этот показатель равен 20%. Стоит отметить, что объем прибора может быть несколько больше расчетного числа, но ни в коем случае, не меньше.

Расчет объема

И все же основа выбора — это объем. Давайте остановимся на зависимости объемного параметра прибора и тех показателей, которые влияют на его изменения:

1. Чем больше объем теплоносителя в закрытой системе отопления. тем большего размера необходимо приобретать расширительный бак.
2. Чем выше температура теплоносителя, тем больше вместимость прибора.
3. Чем выше давление теплоносителя (берется допустимое значение показателя), тем меньших размеров емкость можно приобретать.

Три основные зависимости. Теперь можно переходить непосредственно к расчету. Скажем прямо, дело это непростое, но с ним стоит разобраться. Потому что небольшое отклонение может привести к неприятным последствиям. К примеру, предохранительный клапан будет постоянно сбрасывать.

Итак, формула, по которой проводится расчет:

Vб=(Vс * К)/D, где

Vб — вместимость прибора.

Vс — объем теплоносителя в системе отопления.

К — коэффициент расширения теплоносителя. Для воды этот показатель равен 4%, поэтому в формуле используется 1,04.

Таблица с формулами

D — эффективность расширения самого бачка. Изготовленный из металла и под действием перепада температур он может незначительно изменять свои размерные параметры. Для точного установления «D» можно использовать следующую формулу:

D = (Pmax — Pнач)/ (Рmax + 1), где Pmax — это максимальное давление внутри системы отопления, Рнач — это давление внутри резервуара, запланированное заводскими параметрами (обычно 1,5 атм.). Кстати, по максимальному показателю планируется настройка предохранительного клапана.

Получается, что объем расширительного бака зависит от прочностных и температурных характеристик самого прибора. Отметим, что все эти показатели и характеристики не должны превышать допустимые нормы. Объем расширительного прибора должен быть равен или быть чуть больше полученных результатов.

Как и где ставится расширительный бак

Итак, мы собираемся своими руками спроектировать и собрать систему отопления. Если она еще и заработает — нашей радости не будет предела. Есть ли инструкция по установке расширительного бачка?

Открытая система

В этом случае ответ подскажет простой здравый смысл.

Открытая система отопления представляет собой, в сущности, один большой сосуд сложной формы со специфичными конвекционными потоками в нем.

Установка котла и отопительных приборов в нем, как и монтаж трубопроводов, должны обеспечить две вещи:

1. Быстрый подъем нагретой котлом воды в верхнюю точку отопительной системы и ее слив через отопительные приборы самотеком;
2. Беспрепятственное перемещение пузырьков воздуха туда, куда они устремятся в любом сосуде с любой жидкостью. Вверх.

1. Установка расширительного бачка отопления в открытой системе всегда выполняется в ее верхней точке . Чаще всего — вверху разгонного коллектора однотрубной системы. В случае домов верхнего розлива (хоть вам и едва ли придется их проектировать) — в верхней точке розлива на чердаке.
2. Сам бачок для открытой системы не нуждается в запорной арматуре, резиновой мембране и даже в крышке (разве что для защиты от мусора) . Это простой открытый сверху водяной бак, в который всегда можно долить ведро воды взамен испарившейся. Цена такого изделия равна стоимости нескольких сварочных электродов и квадратного метра стального листа толщиной 3-4 миллиметра.

Так выглядит расширительный бак для открытой системы отопления. При желании в люк в нем можно вывести водоразборный кран от водопровода. Но куда чаще он по мере испарения воды доливается обычным ведром.

Закрытая система

Здесь и к выбору бака, и к его монтажу придется отнестись достаточно серьезно.

Давайте соберем и систематизируем основную информацию, доступную на тематических ресурсах.

Монтаж расширительного бака системы отопления оптимален в том месте, где течение воды наиболее близко к ламинарному, где в отопительной системе минимум завихрений. Самое очевидно решение — расположить его на прямом участке розлива перед циркуляционным насосом. При этом высота относительно пола или котла значения не имеет: назначение бачка — компенсировать тепловое расширение и гасить гидроудары, а воздух мы прекрасно стравим через воздушные краны.

Типичная схема установки бачка. Его расположение в однотрубной системе будет таким же — перед насосом по ходу воды.

• Баки в заводской комплектации иногда снабжаются предохранительным клапаном, сбрасывающим избыточное давление. Однако лучше перестраховаться и убедиться, что в вашем изделии он есть. Если нет — докупить и смонтировать рядом с баком.
• Электрические и газовые котлы с электронными термостатами зачастую поставляются с встроенными циркуляционным насосом и расширительным баком отопления. Прежде, чем отправляться за покупками — убедитесь, что они вам нужны.
• Принципиальное отличие мембранных расширительных баков от тех, что используются в открытых системах — их ориентация в пространстве. В идеале теплоноситель должен поступать в бак сверху. Эта тонкость монтажа призвана полностью удалить воздух из того отсека бака, который предназначен для жидкости.
• Минимальный объем расширительного бачка для водяной системы отопления берется примерно равным 1/10 объема теплоносителя в системе. Больше — допустимо. Меньше — опасно. Объем воды в отопительной системе можно грубо рассчитать, отталкиваясь от тепловой мощности котла: как правило, берется 15 литров теплоносителя на киловатт.
• Манометр, смонтированный рядом с расширительным баком и подпитывающим вентилем (соединяющим отопление с водопроводом), может оказать вам неоценимую услугу. Ситуация с залипшим золотником предохранительного клапана, увы, не так уж редка.
• Если клапан сбрасывает давление слишком часто — это явный признак того, что с объемом расширительного бачка вы просчитались. Совсем не обязательно менять его. Достаточно приобрести еще один и подключить его параллельно.
• Вода имеет сравнительно низкий коэффициент температурного расширения. Если вы перейдете с нее на незамерзающий теплоноситель (например, этиленгликоль), вам опять-таки понадобится увеличить объем расширительного бака или установить дополнительный.

Расширительный бак на фото смонтирован по всем правилам: теплоноситель подведен сверху, бак снабжен манометром и предохранительным клапаном.

Типы баков

• открытые;
• закрытые.

Открытый

Устанавливается в системах с естественной циркуляцией теплоносителя. Он монтируется в самой верхней точке и представляет собой открытую или полуоткрытую ёмкость круглой или прямоугольной формы.

На определённом уровне в него вставляется трубка для слива излишков теплоносителя. Открытый резервуар обязательно утепляют, чтобы теплоноситель не остывал.

Фото 1. Расширительный бак открытого типа, подходит для отопительных систем с естественной циркуляцией.

Достоинства:

• простота и неприхотливость обслуживания;
• отсутствие дополнительных элементов;
• простота управления.

Недостатки:

• открытость и контакт с атмосферой, вследствие чего возможна коррозия самого устройства;
• из-за открытости наблюдается большое испарение теплоносителя, что приводит к необходимости постоянного контроля за уровнем жидкости;
• установка в верхней точке основного стояка доставляет неудобства при добавлении жидкости в систему.

Закрытый

Резервуар закрытого типа устанавливается в системах отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя. Он представляет собой герметичную ёмкость с установленным краном Маевского для стравливания лишнего воздуха. Для контроля за давлением внутри бака его снабжают барометром. Такой резервуар устанавливается в любом месте помещения.

Фото 2. Расширительный бачок закрытого типа обычно монтируется в отопительных системах с принудительной циркуляцией.

Достоинства:

• полная герметичность системы;
• отсутствие контакта с воздухом, что исключает коррозию труб и радиаторов;
• простота монтажа;
• экономичность.

Недостатки:

• необходимость устанавливать дополнительное оборудование для контроля за давлением внутри ёмкости;
• риск повреждения устройства вследствие скачков давления.

Мембранный

Резервуары мембранного типа — отдельный вид закрытых баков. Они представляют собой герметичную ёмкость с эластичной мембраной внутри.

Мембрана служит для регулировки давления жидкости в системе. Она разделяет резервуар на две части. Одна часть заполнена инертным газом, а другая предназначена для приёма излишков теплоносителя.

При попадании жидкости в одну часть, давление на мембрану усиливается, вследствие чего она сдвигается в ту сторону, где находится воздух. При остывании теплоносителя происходит обратный процесс. Давление со стороны жидкости уменьшается, а сжатый воздух выталкивает мембрану назад.

Мембранные ёмкости могут иметь сменную и несменную мембрану. Во втором случае при поломке придётся заменять расширительный бак полностью, поэтому большей популярностью пользуются ёмкости первого типа.

Достоинства:

• отсутствие контакта с воздухом и, как следствие, предотвращение коррозии металла;
• установка в любом удобном месте внутри помещения;
• отсутствие необходимости теплоизоляции;
• простота монтажа;
• надёжность;
• экономичность, т. к. теплоноситель не испаряется из труб и радиаторов и не охлаждается.

Недостатки:

• невозможность изготовить своими руками без специальных материалов и инструментов;
• периодическая проверка давления инертного газа;
• при поломке конструкции в отдельных случаях придётся заменять резервуар полностью.

Справка! Мембранные баки устанавливаются в системах отопления закрытого типа, использующих насос. Такие системы зависят от наличия электроэнергии.

Как подобрать?

К подбору расширительного бака нужно подходить очень ответственно, поскольку данное изделие играет одну из важнейших ролей в водяных отопительных системах.

Осветим несколько несложных советов, которые позволят выбрать покупателю подходящую модель хорошего качества.

Специалисты рекомендуют останавливать свой выбор на мембранных или емкостях закрытого типа. Несмотря на то что подобные разновидности бачков обычно стоят дорого, отопительная система, в которой они имеются, может проработать очень долго. Это объясняется тем, что в данной конструкции теплоноситель и кислород никак не «встречаются» друг с другом

Но это лишь совет – выбор, так или иначе, остается за хозяином жилища

Всегда обращайте особое внимание на материал, из которого произведена резиновая перегородка в моделях закрытого типа

• Если вы собираетесь применять бак вкупе с системой центрального отопления, то резина мембраны должна отличаться повышенными прочностными характеристиками и устойчивостью к воздействию высоких температурных значений. Это обусловлено тем, что центральное отопление в большинстве случаев не подразумевает существенных перепадов давления, однако температура все равно будет довольно высокой.
• Бачок с мембраной, отличающейся повышенной эластичностью, можно смело покупать для частной отопительной системы, поскольку резкие скачки давления – обычное дело для такого варианта отопления.
• Дабы использовать расширитель не только в системе отопления, но и в системе, ответственной за водоснабжение, то резина, из которой изготовлена мембрана, должна быть пищевой. Это необходимо, чтобы не умалять положительные качества воды.

Выбирая между незаменяемыми и заменяемыми типами мембран, рекомендуется выбирать именно первые, поскольку в случае повреждения незаменяемой детали придется менять весь агрегат вместо одного элемента. Прежде чем приобрести расширительный бачок, рекомендуется внимательно ознакомиться с его техническими характеристиками. Запросите у продавца все необходимые сертификаты качества

Если таковых у товара не имеется либо их не хотят вам предъявить – от покупки лучше отказаться. Не забудьте оформить гарантийный талон

Учтите, что одним из самых важных параметров, на который вам следует обратить внимание, выбирая бачок, является его стойкость перед диффузией, температурными скачками. Кроме того, все элементы агрегата (от корпуса до мембраны) должны быть изготовлены из качественных материалов

Назначение закрытых бачков

Все они, независимо от объемов, производительности, предназначены для нивелирования расширения теплоносителя (специальных жидкостей, воды), которое происходит при повышении его температуры.

Делается это для того, чтобы избежать разрушительных гидроударов, повреждений фитингов, арматуры, разрыва труб систем отопления, выдавливания прокладок.

Любой закрытый бак представляет собой стальной герметичный резервуар, разделенный на части эластичной мембраной, которая изменяет свое положение при повышении/понижении температуры теплоносителя

Пример: теплоноситель (вода) расширяется на четыре процента с повышением температуры до 95 °С. Чего вполне хватает для выхода инженерной системы из строя.

Устройство и компоненты экспанзомата

Любое подобное современное изделие состоит из следующих конструктивных элементов:

• корпуса;
• камеры для теплоносителя;
• газовой камеры, куда закачивается обычный воздух или инертный газ;
• мембраны.

Вариант наполнения газовой камеры инертным газом является более предпочтительным, ведь обеспечивает емкости большую долговечность. Но обычный воздух более доступный.

Мембрана изготавливается из эластичных материалов, поэтому способна изменять свое положение при увеличении или уменьшении температуры теплоносителя. Этот элемент конструкции бывает диафрагменного или баллонного типа, при этом принцип действия у них аналогичный.

Подсоединение баков к отопительной системе происходит с помощью специального патрубка. Для закачивания газа предусмотрен клапан. Емкости закрытого типа типа изготавливаются в горизонтальной или вертикальной компоновке, что облегчает комплектацию системы отопления.

Современные расширительные резервуары, предназначенные для использования в системах отопления бывают различных размеров, форм, кардинально отличаются и их рабочие характеристики. Все перечисленное позволяет сделать оптимальный выбор в любой ситуации

Емкости, предназначенные для установки в закрытые отопительные системы, оснащаются манометрами для контроля внутреннего давления. Аналогичные изделия, предназначенные для монтажа в системы обычных частных домов, работают при невысоких нагрузках, не превышающих 3,5-4 бар, поэтому в измерительных приборах не нуждаются.

А также в продаже можно найти резервуары двух видов:

• с несменной или стационарной мембраной диафрагменного типа, то есть порыв, износ которой приведет к замене всего прибора;
• со сменной мембраной балонного типа.

В первом случае изделия отличаются более демократичной ценой, во втором большей функциональностью, ремонтопригодностью и долговечностью.

Конструкция фланцевых бачков позволяет износившуюся или поврежденную мембрану заменить, причем в ряде случаев это получится сделать даже самому. А еще сменные мембраны способны выдержать большее давление.

Схема действия расширительного бачка

Когда теплоноситель холодный, то мембрана бака занимает максимально большое пространство. При повышении температуры давление на нее возрастает.

В результате указанный элемент конструкции преодолевает сопротивление инертного газа или воздуха и изменяет свое положение, освобождая больше места для образовавшегося излишка жидкости.

Расширительные емкости не участвуют в процессе обогрева помещений, но их задача более, чем важная. Так как каждое такое изделие предотвращает поломки системы отопления, которые могут происходить из-за гидроударов и возросшего давления теплоносителя

При остывании теплоносителя происходит процесс обратный, описанному выше. А дальше циклы многократно повторяются.

Рекомендации по выбору

Если требуется бак очень большого объёма, обратите внимание на его габариты: иногда дверные проёмы стандартных размеров не позволяют занести оборудование в помещение. В этом случае приобретите несколько меньших баков, суммарная ёмкость которых равна расчётной цифре

1. При использовании антифриза в качестве теплоносителя расчётное значение объёма рекомендуется умножить на 1.5.
2. При объёме бака 20—25 л мощность рециркуляционного насоса составляет 1,2 кВт. Баки 50—60 л устанавливают с насосами 2.0 кВт.

Расчёт объёма бака — несложное, но ответственное мероприятие.

Если вы не уверены, что сделаете все правильно, лучше доверить эту работу профессионалам.