11. Подбор расширительного бака

В системах водяного отопления расширительные баки предназначены для вмещения прироста объёма воды при её температурном расширении. От правильной схемы присоединения бака к трубопроводам зависит нормальная работа системы отопления. Расширительные баки бывают открытого и закрытого типа.

Расширительный бак открытого типа (рис.11.1, а) представляет собой металлическую ёмкость цилиндрической формы со съёмной крышкой и патрубками, к которым присоединяются трубы: патрубок 1 для присоединения расширительной (соединительной) трубы, по которой вода поступает в бак; патрубок 2 - для циркуляционной трубы, через которую частично отводится охладившаяся вода, создавая циркуляцию и обеспечивая положительную температуру воды в баке ( такое конструктивное выполнение применяют в том случае, когда бак устанавливается в неотапливаемом помещении); патрубок 3 - для присоединения контрольной (сигнальной) трубы, мм; патрубок 4 - для соединения бака с переливной трубой, служащий для удаления воды в канализацию при переполнении бака.

Контрольную трубу выводят к раковине в котельной и снабжают краном. Вытекание воды при открытом кране показывает, что в баке поддерживается достаточный уровень воды. Это справедливо для малоэтажных зданий, т.к. контрольная труба имеет небольшую длину. Если расширительный бак удалён от котельной (или теплового пункта), то вместо контрольной трубы целесообразно устанавливать электрическую или световую сигнализацию.

На расширительной и переливной трубах нельзя устанавливать запорную арматуру, а на контрольной трубе устанавливается кран или вентиль для периодической проверки уровня воды в баке.

Открытые расширительные баки размещают над верхней точкой системы отопления (на расстоянии не менее 1 м), высоту установки бака принимают из условия невскипания воды. При установке бака в помещении, где температура воздуха может быть ниже нуля градусов, например на чердаке, бак устанавливают в утеплённой будке (рис.11,1 б) и его покрывают тепловой изоляцией.

В системах водяного отопления с верхней разводкой магистралей и естественной циркуляцией баки присоединяют к главному стояку по проточной схеме, а в системах с насосной циркуляцией – к обратной магистрали перед всасывающим патрубком циркуляционного насоса. Такое присоединение обеспечивает работу всей системы отопления под избыточным давлением (рис.11,1в)

в)

г)

а)

б)

Рис.11.1. Расширительный бак открытого типа: а) цилиндрический бак, б) установка бака

в утепленной будке, в) схемы присоединения бака к трубопроводу при насосной циркуляции; г) схема присоединения бака к трубопроводу при естественной циркуляции

Если котельная предназначена для отопления нескольких зданий, а расширительный бак расположен от котельной на значительном расстоянии, то бак присоединяют к обратной магистрали узла управления системы отопления здания, в котором установлен расширительный бак; при этом присоединение бака осуществляется таким образом, чтобы в случае отключения системы отопления (например, для ремонта) от тепловой сети расширительный бак оставался присоединённым к той части сети, которая обеспечивает подачу теплоносителя в системы отопления неотключенных зданий.

Полезный объём расширительного бака - это объём, заключенный между сигнальной и переливной трубами. Полезный объём определяется на основании следующих положений. Для заполнения системы отопления водой при её температуре требуется объём воды, равный , а при нагревании этой воды до температуры объём воды увеличится на величину

(11.1)

где - объём воды в системе отопления, л;

α - коэффициент объёмного расширения воды .

Принимая , получим полезный объём расширительного бакаV p.б, в литрах:

(11.2)

При V p.б .

При V p.б .

Объём воды в системе отопления можно определить по объёму всех элементов системы отопления.

Для практических расчетов объём воды в системе (в литрах) определяют по формуле

(11.3)

где Q - тепловая мощность системы отопления, Вт;

а,б,в - объём воды, содержащейся в отдельных элементах системы на каждые 1000 Вт её тепловой мощности, л :

чугунные радиаторы 10-12 л;

бетонные панели 2 л;

штампованные панели 8 л;

конвекторы 0,8 л;

трубопроводы при насосной циркуляции 8 л.

По найденному полезному объёму расширительного бака определяют геометрические размеры или подбирают ближайший по объёму расширительный бак, изготовляемый по типовым чертежам.

Основные данные расширительных баков марки 1Е010-5Е010 приведены в табл. 11.1 по данным [18] .

Такие расширительные баки применяют в системах отопления одного или нескольких зданий при тепловой мощности до 6 МВт (т.е. утечка воды не требует постоянного действия подпиточного насоса).

Расширительный бак открытого типа является надёжным прибором, этим и объясняется его широкое распространение. Однако такие баки имеют и недостатки: они громоздки, затруднено их размещение в зданиях, происходят большие потери теплоты через стенки бака и требуется прокладка дополнительных соединительных трубопроводов.

Таблица 11.1

Основные данные расширительных баков 1Е010-5Е010

Обозначение бака	Полезная вместимость, л	Диаметр бака, мм	Диаметры труб dy, мм			Масса, кг
			расширительной	циркуляционной	переливной
1Е010 2Е010 3Е010 4Е010 5Е010	67 101 134 212 283	465 570 660 815 940	25	20	32	35,9 45,9 55,3 73,5 88,5

Примечание: полезная вместимость бака - объём между муфтами

контрольной и переливной труб.

Расширительные баки закрытого типа лишены многих из этих недостатков, однако их ёмкость значительно превышает ёмкость открытых баков, а для уменьшения объема увеличивают внутреннее давление, что приводит к затратам электроэнергии и необходимости размещать оборудование.

Расширительный бак закрытого типа - это цилиндрический сосуд, разделённый на две части высокопрочной гибкой диафрагмой (рис.11.2) – одна часть предназначена для воды системы отопления, а вторая заполнена газом (воздухом) в заводских условиях под давлением.

При заполнении системы отопления водой газ (воздух) внутри расширительного бака сжимается и бак частично заполняется водой, а давление газа (воздуха) в баке равно рабочему давлению системы в месте установки расширительного бака.

Для примера на рис.11.2 представлен расширительный бак Flexcon.

Присоединение бака к системе

а б в

Вода из системы

Газ

Гибкая разделительная диафрагма

Рис. 11.2. Расширительный бак закрытого типа: а - общий вид; б - зажимное кольцо;

в - вертикальный разрез расширительного бака

При температурном расширении воды в системе отопления газовый объём в баке сжимается и вода поступает в бак. А при охлаждении воды в системе отопления сжатый газ выдавливает воду из бака в систему отопления, т.е. пополняет систему отопления.

Отличительной особенностью баков является то, что мембрана не растягивается, а «раскатывается» по внутренним стенкам бака, а конструкция зажимного кольца обеспечивает герметичность и долгий срок службы.

Если начальное давление в баке равно атмосферному, то объём закрытого расширительного бака получается больше объёма открытого. Поэтому в закрытых баках используется сжатый воздух (или инертный газ) для повышения давления, а это позволяет уменьшить объём закрытого бака. В настоящее время выпускаются баки с давлением газа 50, 100 и 150 кПа для систем отопления зданий различной высоты.

Рассмотрим принцип работы расширительного бака.

Давление газа в баке равно предварительному давлению в расширительном баке; объём газа равен полному объёму расширительного бака. Давлением газа (воздуха) диафрагма плотно прижимается к водяной части расширительного бака. Вода в расширительном баке отсутствует. (рис. 11.3, а). При нагревании избыток объёма воды поступает в бак, воздух или газ сжимается (рис.11.3, б). А это приводит к тому, что давление в баке и в системе повышается. Расширительный бак заполнен водой до максимума, а газ занимает минимальный объём (рис. 11.3, в). Давление газа равняется максимальному давлению системы.

Если объём бака или воздуха (газа) в нём окажется слишком мал, давление в низших точках системы отопления становится выше максимально допустимого, то срабатывает предохранительный клапан, через который сбрасывается часть воды (рис.11.3, г).

При снижении температуры воды давление в верхних точках системы отопления уменьшается и может оказаться ниже минимально необходимого, при этом может произойти вскипание воды или подсос воздуха.

Отсюда следует вывод, что объём закрытого расширительного бака зависит от диапазона изменения давления в системе, от давления циркуляционного насоса, места включения насоса в трубопровод и места присоединения бака.

↑

подвод

воды

а)

б)

в)

г)

Рис.11.3. Заполнение расширительного бака водой

Полезный объём закрытого расширительного бака определяют по формуле

, (11.4)

где - увеличение объёма воды в системе при её нагревании, л;

- абсолютное давление в баке до первого поступления воды ( в том числе атмосферное давление), МПа;

- абсолютное давление в баке при наполнении системы водой (минимально необходимое давление воды в баке), МПа;

- абсолютное давление в баке при повышении температуры воды до расчетной и заполнении бака водой (максимально допустимое давление воды в баке), МПа.

Для подбора закрытого расширительного бака необходимо определить объём воды в системе отопления, статическое давление в расширительном баке.

Объём воды в системе , л, может быть определен либо в зависимости от тепловой мощности системы, либо путём сложения объёмов всех элементов системы отопления.

Статическое давление (статическая высота) – это высота столба жидкости в системе, находящегося над баком.

Предварительное давление в расширительном баке - давление газа (воздуха) в расширительном баке при комнатной температуре; предварительное давление принимается равным высоте столба воды в системе отопления, находящегося над расширительным баком (один метр столба воды создаёт давление 0,1 атм.или 0,01 МПа).

Следовательно, до пуска системы отопления в эксплуатацию давление газа (воздуха) в баке уравновешивает статическое давление столба воды, в результате этого мембрана бака находится в равновесии и бак не заполнен водой.

Последовательность подбора расширительного бака:

1. По табл. 11.2 определяется коэффициент расширения воды (прирост объёма, %) при её нагреве от 10 до температуры системы.

2. Вычисляется объём расширения воды , л, - объём воды, вытесняемый из системы при её нагревании от 10 до температуры системы:

. (11.5)

3. Вычисляется коэффициент заполнения бака водой (коэффициент эффективности) при заданных условиях работы; показывает максимальный объём воды (в процентах от полного объёма бака), который может вместить бак (все давления в формуле измеряется в абсолютных единицах).

. (11.6)

4. Вычисляется необходимый объём V, л, расширительного бака с коэффициентом запаса 1,25:

. (11.7)

5. Выбирается модель бака с округлением в сторону ближайшего большего по табл. 11.3.

Таблица 11.2

Определение коэффициента расширения воды при её нагреве от 10

Температура,	Расширение, %
10-40	0,75
10-50	1,18
10-60	1,68
10-70	2,25
10-80	2,89
10-90	3,58
10-100	4,34
10-110	5,16