Расширительные баки и как подобрать необходимый объем.

Общие сведения

Расширительные баки или экспансоматы (от английского слова "expansion" - расширение) - это устройства, предназначенные для компенсации избыточного давления (объема) в нагревательных приборах. Чтобы представить, для чего нужны экспансоматы, рассмотрим работу системы отопления.

При нагреве котла температура жидкости-теплоносителя в нем повышается. Это приводит к увеличению объема жидкости в системе отопления примерно на 0,3 % на каждые 10°С. Поэтому при увеличении температуры на 70°С первоначальный объем теплоносителя увеличится примерно на 3 %. Жидкость практически несжимаема и если система отопления не будет оснащена дополнительным устройством, позволяющим куда-то деться этому объему, то неизбежно произойдет ее разрушение. Для исключения этого и применяются расширительные (компенсационные) баки. Расширительные баки бывают открытого и закрытого типа. Распространенные в прошлом открытые расширительные баки систем отопления имели ряд недостатков и в настоящее время практически не применяются. Учитывая инженерный консерватизм российских фирм, опишем некоторые недостатки открытых расширительных баков:

• Наличие открытого бака определяет повышенную испаряемость жидкости и необходимость постоянного ее пополнения

• Более дорогая установка открытого бака. Он должен быть установлен в самой верхней части системы отопления. Надо предусмотреть специальное место и обеспечить его утепление и исключение замерзания, в то время как закрытый бак может быть установлен в любом месте

• Повышенная коррозия в системе из-за доступа в нее кислорода
• Открытая система отопления работает при низком давлении и поэтому трудно управляема

Поэтому, далее мы рассмотрим только расширительные баки закрытого типа.

Конструкция закрытых расширительных баков

Начнем рассмотрение с расширительных баков с диафрагменной несменной мембраной. На рис.1 и 2 показаны расширительные баки баллонного и плоского типов, а на рис.3 выполнен схематических разрез одного из таких баков.

рис.1	рис.2

Корпус бака выполнен из углеродистой стали методом холодной глубокой штамповки. Внутренняя поверхность бака разделена на два объема мембраной. Мембрана - диафрагменная, несменяемая, жестко закреплена по периметру сечения бака. В одном объеме находится воздух, в другом - теплоноситель. Внешняя поверхность бака покрыта эмалью, а внутренняя поверхность, контактирующая с жидкостью - эпоксидными влагостойкими красками.

В первоначальном положении весь объем бака заполнен воздухом. Мембрана под воздействием давления воздуха прижата к внутренней поверхности бака. По мере увеличения температуры в системе объем жидкости увеличивается, давление возрастает, и теплоноситель поступает в расширительный бак, отжимая мембрану. При этом воздух в противоположной камере бака сжимается. Недостатком такой конструкции является невозможность замены мембраны в случае ее разрыва или повышенной влагопроницаемости. Однако в системах отопления при их нормальной работе максимальное расширение жидкости происходит только в момент пуска. В других случаях давление меняется плавно, без значительных скачков и колебаний. Поэтому рассматриваемые баки служат довольно долго. Необходимо только перед началом сезона отопления проверять наличие давления воздуха в баке.

В отопительных системах большого объема желательно контролировать давление воздуха в расширительном баке с помощью стационарного манометра. Воздух в расширительном баке может сжимается только до определенного значения, обусловленного безопасностью (прочностью) системы. В большинстве случаев этот порог достигается установкой предохранительного клапана, отрегулированного на определенное значение давления. В индивидуальных домах эта величина, как правило, составляет 3,5 - 4 бара. Получается, что не весь расширительный бак заполнен жидкостью, а только его часть. В таблице мы приводим коэффициенты использования объемов расширительных баков итальянской фирмы Zilmet. Эту таблицу можно использовать с небольшими погрешностями и для диафрагменных расширительных баков других фирм.

В ней показано, какая часть от объема бака действительно заполняется теплоносителем. Входными величинами являются первоначальное давление воздуха в баке Po и величина предельного давления в системе Pmax. Так, для Рo = 1,5 бара и Pmax = 3,5 бара коэффициент использования (К) составляет 0,44. Таким образом, бак емкостью 35 литров может быть заполнен жидкостью только на 35 х 0,44 = 15,4 литра.

Второй основной тип расширительных баков для систем отопления - фланцевые расширительные баки со сменной мембраной (рис.4). Они бывают горизонтального и вертикального исполнения. Сразу необходимо отметить, что наиболее правильным расположением бака является такое, в каком мембрана при заполнении ее жидкостью нагружается симметрично, и тогда нет дополнительных растягивающих нагрузок.

рис.3

Отличительной особенностью этих баков является то, что жидкость в них целиком находится внутри мембраны и не контактирует с металлической поверхностью бака, следовательно внутренняя поверхность бака не требует покрытия. Замена мембраны производится через фланец, который закреплен с помощью нескольких болтов. При больших объемах расширительного бака мембрана баллонного типа закрепляется задним концом к ниппелю через резьбовое соединение для стабилизации заполнения.

Подбор объема расширительного бака.

Представленный ниже расчет предназначен для индивидуальных систем отопления и значительно упрощен. Его точность составляет ± 10%. Мы считаем, что этого вполне достаточно.
     1. Определим, какой вид жидкости Вы будете использовать в виде теплоносителя. Для примера расчета в качестве теплоносителя мы возьмем воду. Коэффициент температурного расширения воды принят равным е = 0,034 (это соответствует температуре 85°С).
     2. Определим объем воды в системе (С). Приблизительно его можно рассчитать в зависимости от мощности котла из расчета 15 литров на каждый киловатт мощности. Например, при мощности котла 40 кВт, объем воды в системе будет равен 600 литрам.
     3. Определим величину максимального допустимого давления в системе отопления Рмах . Она задана порогом срабатывания клапана безопасности в Вашей системе.
     4. Также в расчетах используется величина первоначального давления воздуха в расширительном баке Рo. Давление Рo не должно быть меньше, чем гидростатическое давление системы отопления в точке расположения расширительного бака.
     5. Полный объем расширения V можно подсчитать по формуле:

    6. Теперь подберем бак, обеспечивающий компенсацию этого объема. Учитывая, что коэффициент заполнения водой расширительного бака с фиксированной несменной мембраной при этих условиях равен 0,5 (таблица), то для рассматриваемой системы подойдет 80-литровый расширительный бак:

Конечно, разные фирмы выпускают баки с разной геометрией, используют диафрагмы из разного материала, разной эластичности и так далее, но представленный выше расчет вполне можно использовать для любых расширительных баков любых фирм.

Распечатать эту страницу

Оформить заявку