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

Верно подобранный и грамотно установленный расширительный бак системы отопления не допустит выхода ее из строя, поддержит давление на необходимом уровне. Он нужен в качестве резерва для расширяющейся при нагреве воды. В зависимости от вида системы, встроенный расширитель может быть открытого либо закрытого типа.

Мы расскажем о том, как подобрать резервную емкость в зависимости от создаваемой схемы отопления. В представленной нами статье описаны конструктивные особенности и специфика установки расширителей. Даны рекомендации, соблюдение которых обеспечит идеальную работу отопительного контура любого типа.

Расширительные бачки открытого типа

Конструктивной особенностью расширителей открытого типа является контакт теплоносителя с атмосферой. Циркуляция в системах с расширителем этого типа конвекционная. При нагреве объем жидкости растет, его избыток поглощается резервуаром емкости.

При падении температурных показателей жидкость возвращается обратно самотеком, под действием гравитации.

Из-за нулевого давления в баке, устройство не требует прочной металлической конструкции, поэтому:

• в изготовлении корпуса применяется любой металл;
• может использоваться готовая емкость из термостойкого пластика;
• не принципиальной является форма резервуара.

В дачных домиках такое оборудование может быть собрано из подручных средств. В качестве емкости можно использовать пластиковую канистру или бочку, оборудованную приемным патрубком и выводом для перелива.

Расширители открытого типа могут быть изготовлены в форме прямоугольного бака с негерметичной крышкой на верхней плоскости

Внешне это обычный металлический бак, верхняя плоскость которого снабжена отверстием для обслуживания и добавления жидкости. Защиту от засора обеспечивает негерметичная крышка. В нижней части или на боковой плоскости предусмотрены крепежные узлы.

Открытые системы отопления применяются в малоэтажных строениях, где объем теплоносителя и протяженность отопительных коммуникаций сравнительно невелики.

Требования к установке несложные:

• расширитель ставится на максимуме высоты, на линии подачи;
• подача подключается к баку через патрубок;
• для стока избытка жидкости выполняется врезка перелива выше расчетного уровня.

Чтобы обеспечить циркуляцию самотеком, для монтажа рекомендуется использовать трубы увеличенного сечения.

Открытую конструкцию ставят в верхней точке, откуда жидкость стекает самотеком

Обычно бак стараются монтировать в отапливаемом помещении, обустроенном утепленном чердаке, а если это невозможно, то емкость потребуется утеплить. Наличие утеплителя не допустит промерзания жидкости и потери работоспособности системы.

Расширительные бачки закрытого типа

Конструктивной спецификой закрытых модификаций бака является полная герметичность, что позволяет поддерживать необходимое для циркуляции давление в любой точке системы.

Резервуар внутри разделен мембраной на воздушную и жидкостную части. Каждый из отсеков полностью герметичен – азотосодержащая смесь из воздушного отдела никогда не смешается с теплоносителем, наполняющим жидкостный отсек.

Принцип работы закрытого расширительного бачка заключается в том, что нагретая жидкость из системы выталкивается в жидкостную часть бака и начинает давить со своей стороны на герметичную мембрану. Перегородка деформируется и воздействует на воздушную часть, сжимая ее.

В результате объем воздушной камеры бака уменьшается, а газ в ней сжимается. Эта ситуация способствует увеличению давления в системе. Как только происходит нормализация давления, теплоноситель из жидкостного отсека выталкивается обратно.

Если же давление стремительно растет, то, при достижении критического объема жидкости в баке, срабатывает предохранительный клапан. В результате произойдет удаление излишнего количества теплоносителя из емкости.

Закрытая конструкция является полностью герметичной, в ее нижней части расположен фланец с приемным патрубком, в верхней – ниппель для наполнения газом

В зависимости от формы все закрытые расширители для установки в отопительную систему разделяются на такие виды:

1. Шаробразные – разновидность мембранной конструкции с эластичной перегородкой. При поступлении жидкости она растягивается и принимает весь избыточный объем. Сам бак имеет вид шарообразной капсулы.
2. Овальные – еще один вид мембранных гидрокомпенсаторов. Баллон расширителя традиционно разделен гибкой мембраной на газовую и жидкостную камеры, но конфигурация корпуса имеет несколько вытянутую по вертикали форму.

Внешне овальные расширители представляют собой баллон цилиндрической формы, окрашенный в красный цвет. С одной стороны, предусмотрен ниппель для создания давления в газовой камере, с другой – патрубок, через который осуществляется подключение к системе.

На корпусе наварены крепежные узлы, которые обеспечивают навесной монтаж оборудования и способны выдержать его рабочий вес. Шарообразная модификация бака отличается от овальной лишь формой.

По разновидностям мембранные закрытые расширители делятся на диафрагменные и баллонные модификации

В системах закрытого типа самотечная циркуляция не сможет обеспечить необходимый уровень давления. Поэтому в конструкцию включают циркуляционный насос.

Сам расширитель может ставиться в любой точке системы, но при выполнении монтажных работ желательно учесть следующие рекомендации:

• лучшее место для установки – обратная линия, до точки врезки насоса;
• подачу теплоносителя лучше подвести сверху, что позволит уменьшить проникновение воздуха и сохранит работоспособность при повреждении мембраны;
• недостаток основного объема можно компенсировать установкой дополнительного расширителя с меньшей емкостью.

При установке не возбраняется учитывать интерьер помещения, если в этом есть необходимость. Для контроля уровня давления в системе отопления расширитель должен быть оборудован манометром.

Закрытый расширитель обычно ставят перед котлом, до места установки циркуляционного насоса

Возможность размещения недалеко от котла снимает вопрос о необходимости утепления резервуара. Оборудование находится в теплом помещении, что обеспечивает удобство эксплуатации.

Какая конструкция лучше?

Системы, в зависимости от устройства и материала расширительного бака, различаются перечнем плюсов и минусов. Но, по мнению экспертов и опытных пользователей, преимущества в функциональности на стороне закрытых вариантов.

Плюсы и минусы открытого бака

Самопроточная система нуждается в трубах большего диаметра, что в свою очередь напрямую увеличивает расходы. Бюджет обустройства открытой отопительной системы с негерметичным расширителем незначительно увеличивается, хотя и остается сравнительно небольшим.

Главными преимуществами такого варианта считаются простота, плюс низкая стоимость комплектующих и монтажных работ. Еще одной положительной особенностью является отсутствие необходимости в контроле уровня давления.

Расширитель открытого типа для небольших систем можно собрать из подручных средств, несложным будет и его монтаж

Однако минусов значительно больше:

• применение незамерзайки опасно из-за токсичных испарений;
• возможности монтажа ограничены только верхней точкой системы;
• постоянный контакт с атмосферой увеличивает риск воздушных пробок и коррозии;
• медленный разогрев;
• перепады температур, сопровождающие конвекционную циркуляцию, ускоряют износ оборудования;
• применяется в отоплении малоэтажных строений, максимум в два этажа;
• большие теплопотери и расход энергии для разогрева.

Еще один недостаток открытой системы – потери от испарения и переливов. Поэтому при монтаже бака следует позаботиться о доступности доливного отверстия.

Плюсы и минусы закрытого бака

Если по ценам и простоте монтажных работ выигрывают открытые расширители, то функциональность – сильная сторона закрытого бака, который еще называют экспанзомат. Именно их используют в сооружении закрытых отопительных систем, не имеющих прямого контакта с атмосферой.

Экспанзоматы обладают следующими преимуществами:

• полная герметичность позволяет использовать антифриз;
• место размещения расширителя не влияет на работоспособность системы;
• изоляция внутреннего пространства бака сводит к минимуму вероятность воздушных пробок и возникновения коррозии;
• после запуска система прогревается быстрее, более чувствительна к регулировке температурных режимов;
• меньшая разница между эксплуатационными условиями линий подачи и обратки, что в результате повышает эксплуатационный ресурс;
• не требует монтажа труб большого диаметра, что позволяет сэкономить на сооружении;
• не требует постоянного внимания к уровню и состоянию жидкости;
• возможность применения в системах, рассчитанных на несколько этажей;
• небольшие теплопотери, сокращающие затраты при эксплуатации оборудования.

При выборе расширителей этого типа могут встречаться герметичные баллоны с неразборной конструкцией. При неисправности диафрагмы баллон придется менять на новый.

Для контроля за уровнем рабочего давления на баллон монтируется манометр, для отвода излишков воздуха устанавливается воздухоотводчик автоматического или механического типа

Из минусов важно отметить сложность конструкции, особые требования к материалам, которые увеличивают стоимость оборудования. К этому можно добавить необходимость постоянного контроля давления и его восстановления при необходимости.

Правила расчета емкости резервуара

Расширитель любого типа будет эффективным только при правильном выборе объема. Для этого следует учитывать способность жидкости расширяться в период нагревания. Вода в отопительных кольцах расширяется на как минимум 3 % от общего объема водяной системы, антифриз — практически на 5%.

Жидкости относятся к разряду несжимаемых сред, поэтому бачок им должен обеспечить достаточный резерв на тепловое расширение с некоторым запасом. При условии полного заполнения контура теплоносителем даже тепловое расширение в расчетных объемах может привести к сбросу жидкости через предохранительный клапан и проливу теплоносителя на пол.

Поэтому чтобы превышение объема расширяющегося теплоносителя не приводило к авариям, закрытые бачки для небольших контуров в частных домах приобретают так, чтобы их объем был равен 10 % от полного объема циркулирующего по системе теплоносителя. Это правило действительно для систем емкостью до 150 л.

Если по отопительному кольцу перемещается больше 150 л теплоносителя, то емкость закрытого бака рассчитывают путем умножения полного объема жидкости на коэффициент ее расширения при конкретных значениях рабочей температуры в системе.

К полученному значению нужно прибавить размер водяного затвора, т.е. объема теплоносителя, образовавшегося в баке в результате стандартного статического давления жидкости. Для больших отопительных колец этот показатель, как правило, равен 0,5% от полного объема теплоносителя, для малогабаритных, вместимостью до 150 л, он принимается 20%.

Полученная сумма умножается на поправочный коэффициент, определяемый по значениям предварительного и окончательного давления в отопительной системе. Предварительное принимается из расчета, что на 10 м высоты контура приходится 1 бар. Окончательное давление формируется в результате работы системы.

Расчет объема бачка закрытого типа для крупных сложных отопительных конструкций выглядит так:

В расчетах использовано: Vn – номинальный объем закрытого бачка; Ve – объем теплоносителя при тепловом расширен (вычисляется по формуле Vсистемы×n%, где n это коэффициент температурного расширения теплоносителя); Vv – водяной затвор; po – предварительное давление; pe – показатель окончательного давления, равен значению предельного давления предохранительного клапана за минусом 0,5 бар

Вместимость открытого типа строго не регламентируется нормативами, но есть правило: объем открытого бачка до патрубка перелива должен составлять 3,5 — 4 % от общего объема теплоносителя в отопительном контуре.

Такой оценки достаточно для небольшого дачного домика, а вот строение для постоянного проживания потребует более точного расчета. В первую очередь потребуется выяснить общий объем системы отопления.

Варианты расчета общей емкости отопления

Этот показатель можно определить с разной степенью точности тремя основными способами. Во-первых, на основе паспортных данных котла. Так, на единицу мощности котельного оборудования необходимо около 15 литров жидкости. Чтобы получить нужные данные, потребуется 15 умножить на мощность котла, указанную в техпаспорте.

Во-вторых, можно выяснить объем с помощью водомера при наполнении системы. По мере наполнения учитывается количество использованной жидкости. Это более точный и хлопотный вариант.

Третий способ предполагает рассчитать суммарный объем всех элементов системы отопления. Это самый точный вариант. Емкость теплообменника котла, радиаторов, конвекторов, измерительных приборов можно выяснить по паспортным характеристикам. Для вычисления емкости труб применяются данные из таблицы.

В таблице указаны размеры труб в дюймах и их объем в литрах на 1 метр, который используется для суммирования общего объема

В таблице указан объем труб на метр длины, выполненных из самых ходовых и современных материалов. Внутренний диаметр указан в дюймах от 0,5 до 1,5 единиц.

Еще один способ, претендующий на высокую точность, – вычисление по формуле:

Vобщ = π x D2 x L/4,

где:

• π — равно 3,14;
• D — обозначает параметры внутреннего диаметра труб;
• L — указывает на протяженность трубопровода системы.

После получения необходимых данных их суммируют и получают общий объем системы, который используют в дальнейших расчетах.

Шаги и формулы полного цикла расчетов для проектирования и организации отопления частного дома приведены здесь. Рекомендуем ознакомиться с полезной информацией.

Выбор расширительного бака по таблице

При наличии необходимых данных оптимальный вариант расширителя можно подобрать по таблице объемов и расчетного давления.

Общий объем системы рассчитывается по указанной методике, параметры давления актуальны только для закрытых модификаций и указаны в паспортных данных оборудования.

Данные из таблицы позволяют выбрать объем расширителя от 4 до 300 литров

Этот вариант не требует специальных расчетов, кроме вычисления общего объема системы. Использование таблицы значительно облегчает и ускоряет выбор расширителя с необходимой емкостью резервуара.

Использование формул для расчета

Если данных таблицы недостаточно, есть возможность рассчитать необходимый показатель объема емкости самостоятельно.

Для этого используют следующую формулу:

Vb = Vc x k/D,

где:

• Vb — обозначает искомую емкость расширителя;
• Vc – общую емкость системы;
• k – коэффициент расширения жидкости при нагреве;
• D – коэффициент эффективности расширителя.

Из необходимых для расчета данных неизвестными остаются коэффициенты k и D. Первый – величина табличная, а второй вычисляют по отдельной формуле.

Также существует и используется таблица температурного расширения. Она позволяет определить коэффициент для систем с водой или антифризом. Величина не является линейной, меняется при нагреве, в зависимости от наличия и концентрации гликоля в жидкости.

С помощью этих данных можно определить параметры коэффициента расширения жидкости при нагреве (k), необходимые для расчета объема расширительного баллона

Для воды концентрацию этиленгликоля принимают за «0», для антифриза концентрацию определяют по данным, заявленным производителем. Температурой нагрева считают эксплуатационную для конкретной системы.

Чтобы самостоятельно рассчитать коэффициент эффективности расширительного бака, применяется формула:

(Qm – Qb) : (Qm + 1),

где:

• Qm — максимальное давление системы по паспортному порогу срабатывания предохранительного клапана;
• Qb – предварительное давление в воздушной камере расширителя по техпаспорту.

Если последний параметр неизвестен, его измеряют при накачке либо путем стравливания через ниппель баллона.

Другие способы расчета

Помимо самостоятельных подсчетов с помощью формул и таблиц есть альтернативные способы. Доступный вариант расчета – помощь онлайн калькулятора.

Недостатка в сетевых ресурсах, предлагающих онлайн подсчитать искомую величину, нет. Их просто найти по ключевому запросу

Еще один вариант получить нужные данные – обращение к профессиональным проектировщикам. Это максимально надежный способом, но точность полученной информации обойдется достаточно дорого.

С правилами установки и подключения расширителей закрытого и открытого типа ознакомит следующая статья, посвященная этим вопросам.

Как правильно выбирать расширительный бачок?

Определяться с типом отопительной системы рекомендуется еще на этапе планирования. Выбор бака обычно откладывается на период после возведения коробки, когда система смонтирована, ее объем известен.

При подборе оптимального варианта расширительного бака рекомендуется:

• ориентироваться на объем закрытого расширительного бачка, превышающий значение температурного расширения теплоносителя;
• при покупке следует обратить внимание на подключение, форму емкости и расположение разъемов для крепежа – это позволит избежать неожиданностей в процессе монтажа;
• важно уделить внимание инструкции на корпусе, которая содержит полезную информацию по установке и технические параметры.

При покупке лучше ориентироваться на проверенного производителя, даже если его баллоны будут стоить дороже. Это станет залогом долговечности отопительной системы, правда при условии правильной эксплуатации и регулярного обслуживания.

Перед подключением предварительное давление в газовом отсеке мембранного бачка настраивают на значение, равное показателям статического давления столба теплоносителя в отопительном контуре. Настройка производится обычным автомобильным насосом, контролируется манометром.

Главное не купить для системы отопления бойлерную емкость – они совершенно разные по своих техническим характеристикам

Нельзя путать расширители для отопительных систем и гидроаккумуляторы для линий холодного водоснабжения. Они отличаются внешним видом и конструктивными особенностями. Первые окрашены красным и обычно не разборные, вторые имеют голубой цвет, снабжены съемным фланцем для ремонта мембраны.

Выводы и полезное видео по теме

Видео поможет определиться с параметрами расширителя закрытой модификации, уяснить отличия баллонов для отопления и бойлерных систем:

Принцип работы и особенности выбора емкости в видео ролике:

Отопительная система частного дома может быть выполнена по открытой либо закрытой схеме, что требует монтажа расширителя соответствующей конструкции. Ключевым фактором его работоспособности является объем, который можно рассчитать самостоятельно или доверить это дело профессиональным проектировщикам.

Грамотно подобранное оборудование поможет сохранить нужный литраж жидкости в открытой системе, а в герметичном отоплении поддержит уровень рабочего давления.

Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке. Делитесь собственным опытом в сборке контуров отопления с расширительным бачком и полезной для посетителей сайта информацией. Задавайте вопросы, публикуйте фото по теме статьи.