Для балансировки автономной системы отопления используется расширительный бак.
Его задача- выравнивать объем теплоносителя, нагретого до высоких температур, и поддерживать заданное давление.
Надежность выполнения возложенных на этот элемент функций зависит от того, насколько правильно подобран его объем.
Этот параметр не является константой и зависит от конкретных условий. Ниже рассмотрим, как производится расчет расширительного бака для закрытой системы отопления.
Принцип действия расширительного бака
Принцип действия компенсирующего устройства прост, в нем нет никаких сложных технических решений. Однако малейшая ошибка в расчете может повлечь за собой выход из строя отопительной системы в целом.
Внутреннее пространство бака разделено на две части эластичной мембраной. Верхняя полость называется воздушной – в нее закачивается воздух. Цель этой операции – создать начальное давление в емкости. Вода из системы подается в нижнюю полость. Как только мембрана займет устойчивое положение – ляжет на поверхность жидкости, система может считаться готовой к работе.
Принцип работы закрытого расширительного бака
Разогретый теплоноситель расширяется, и его избыток поступает в бак, смещая мембрану в сторону воздушной камеры. Как только вода начинает остывать, мембрана под давлением воздуха возвращается в исходное положение, поддерживая тем самым заданное давление в системе отопления.
Слишком большой расширительный бак не в состоянии создать нужнее давление в системе. Недостаточная вместимость компенсирующего устройства не позволит принять весь избыток расширенной воды.
Поэтому так важно правильно рассчитать оптимальный объем этого важного элемента автономной отопительной системы.
В отопительной системе бак расширительный для отопления должен быть установлен в обязательном порядке. Для чего это нужно, читайте на сайте.
Схема отопления двухэтажного дома представлена тут. В чем принципиальное отличие от отопительной системы двухэтажного дома?
Методы стравливания воздуха из отопительной системы описаны в этом обзоре.
Ориентировочные значения содержания воды в системах отопления
Для определения объема расширительного бака необходимо знать, какое количество теплоносителя умещается в отопительной системе. Данный параметр равен сумме объемов котла, трубопроводов и отопительных приборов.
Ориентировочно на 1 кВт мощности системы приходится:
- 7 литров – при использовании в системе конвекторов,
- 10,5 литров – если в качестве отопительных приборов установлены радиаторы.
Наличие теплых полов требует объема теплоносителя в количестве 17 л/кВт.
Расчет вместимости отопительной системы достаточно сложный, выполнить его под силу лишь специалистам. Потребитель, не обладающий инженерными знаниями, может воспользоваться приблизительной зависимостью – 1 кВт мощности котла = 15 литрам объема теплоносителя.
Например, при мощности котла, равной 25 кВт, объем воды в системе составит:
25 х 15 = 375 (литров).
Объем расширительного бака
Выбор размера расширительного бачка зависит от трех основных параметров:
- объема теплоносителя в системе – чем он больше, тем большими должны быть размеры бака,
- температуры теплоносителя – чем выше разогрев, тем больше должна быть вместимость расширительной емкости,
- давления в системе – чем выше его допустимый показатель, тем меньше должен быть объем бачка.
Иными словами, объем расширительного бака находится в прямой зависимости от количества теплоносителя и его температуры, и в обратной – от давления в отопительной системе.
Коэффициент увеличения объема воды/водогликолевой смеси в зависимости от температуры
Как известно из законов физики, все жидкости при нагревании расширяются (как, впрочем, и любые тела). Этот факт необходимо учитывать при расчете объема расширительного бака.
Вода увеличивается в объеме при нагреве до 950С на 4%. Это утверждение достаточно точное, поэтому им можно оперировать в расчетах без опасений.
Если в качестве теплоносителя используется водогликолевая смесь, картина несколько меняется – в зависимости от содержания этиленгликоля.
Расширительная емкость в отопительной система
В таком случае коэффициент расширения рабочей жидкости определяется следующим образом:
- 4% х 1,1 = 4,4% при содержании этиленгликоля в количестве 10% от общего объема теплоносителя,
- 4% х 1,2 = 4,8% если объем этиленгликоля в смеси составляет 20%, и т. д.
Вышеприведенные величины будут меняться в зависимости от того, до какой температуры разогревается теплоноситель. Например, при 80 градусах коэффициент расширения воды составит 0,0290. Если 10 процентов ее объема заместить этиленгликолем, коэффициент будет равен 0,0320. Смесь гликоля напополам с водой (50%) характеризуется коэффициентом расширения 0,0436.
Расчет объема расширительного бака для отопления
Основная формула, по которой можно рассчитать необходимый объем расширительного бака, выглядит так:
V = (VL x E) / D, где
VL – суммарная емкость системы отопления, включающая в себя объем котла, всех аккумуляторов тепла (конвекторов, радиаторов и пр.) и трубопровода,
- Е – коэффициент расширения рабочей жидкости (теплоносителя),
- D – эффективность расширительного бака (мембранного).
Последний параметр зависит от двух величин – давления:
- PV максимального рабочего в системе,
- PS зарядки мембранного бачка.
Для коттеджей принято считать достаточным PV = 2,5 бар.
PS должно равняться статическому давлению отопительной системы и принимается 0,5 бар = 5 м.
Отопление с естественной циркуляцией применяется все реже из-за явных недостатков данной системы. Закрытая система отопления с принудительной циркуляцией обладает целым рядом преимуществ.
Схему монтажа циркуляционного насоса в систему отопления вы можете посмотреть далее.
Пример расчета
В качестве примера рассмотрим систему отопления коттеджа площадью 300 кв. м. для обеспечения автономного отопления установлен котел мощностью 30 кВт. Кроме того, задействован теплоаккумулятор объемом 1000 литров. Высота системы составляет 5 метров.
Сначала рассчитаем общий объем теплоносителя:
VL = 30 х 15 + 1000 = 1450 (литров), где
- 30 – мощность котла, кВт,
- 15 – удельный объем теплоносителя на 1 кВт мощности котла, литры,
- 1000 – объем аккумулирующей емкости.
Далее переходим к расчету эффективности мембранного бака:
D = (PV – PS) / (PV + 1)
В нашем примере:
- PV = 2.5 бар,
- PS = 0.5 бар.
Следовательно, D = (2.5 – 0.5) / (2.5 + 1) = 0.57
Теперь можно определить объем бака:
V = 1450 х 0,04 / 0,57 = 101,75 (литра), где
0,04 – коэффициент расширения теплоносителя (в нашем случае это – вода без добавления гликоля).
Производители выпускают расширительные баки определенного размерного ряда, поэтому далеко не всегда есть возможность купить емкость, объем которой равен расчетному.
В таких случаях результат расчета необходимо округлять в большую сторону. В нашем случае ближайшее стандартное значение будет 110 литров. Именно такой бак и надо покупать.
Рекомендации специалистов
Расширительный бак закрытого типа необязательно устанавливать в наивысшей точке системы.
Главное преимущество мембранных компенсаторов как раз и заключается в возможности его размещения в месте, наиболее удобном для монтажа и эксплуатации.
Маленькие бачки объемом 20-25 литров устанавливают обычно в системы с циркуляционным насосом, мощность которого составляет 1,2 кВт. Увеличения емкости до 20-60 литров приведет к увеличению мощности насоса до 2,0 кВт.
В продаже есть компенсирующие устройства объемом 100-200 литров. Помимо их прямого назначения они могут играть роль накопительного резервуара для теплой воды. Правда, использовать их в таком ключе можно лишь в случае отключения основного источника ГВС на короткий срок.
Типоразмеры расширительных баков занимают довольно широкий диапазон. Среди них попадаются модели с габаритами настолько большими, что стандартные дверные проемы не позволяют внести их внутрь помещения. В такой ситуации лучше одну огромную емкость заменить на несколько маленьких. Главное, чтобы их суммарный объем равнялся расчетному.