Мембранный расширительный бак: 9 актуальных вопросов по выбору и монтажу

Как устроен и для чего необходим мембранный расширительный бак? Как подобрать его оптимальный объем? В какой точке отопительного контура, и в каком положении его устанавливают? В своей статье я собираюсь ответить на эти и некоторые другие вопросы.

Знакомьтесь: наш герой.

Зачем это нужно

1. Для чего нужен расширительный бак?

Вода

При нагреве вода, как и любые другие среды, увеличивается в объеме. Скажем, при повышении ее температуры с 0 до 100 С при неизменной массе жидкости занимаемый ей объем вырастет на 4,33%.

Изменение объема воды при нагреве.

В замкнутом отопительном контуре увеличение объема теплоносителя выльется в рост давления, причем, поскольку вода практически несжимаема, в очень заметный рост. Без учета упругости стенок труб и радиаторов давление будет расти на 3 атмосферы на каждый градус, что быстро выведет параметры контура за предел прочности любого материала.

На практике с учетом деформаций труб для медных и стальных трубопроводов рост давления составляет в среднем 2,2 кгс/см2/С, для пластиковых и металлопластиковых — 1,2 кгс/см2/С.

Упругость полипропиленовых труб отчасти компенсирует расширение воды.

Антифриз

Ситуация усугубляется использованием незамерзающих теплоносителей. Вот таблица зависимости температурного расширения от содержания пропиленгликоля в воде:

Пропиленгликоль смешивается с водой, снижая температуру ее кристаллизации.

Функция расширительного бачка — вместить избыточный объем воды или антифриза при их нагреве.

Ограничения

2. В каких случаях мембранный бак не нужен?

Открытые отопительные системы комплектуются открытыми расширительными бачками. Избыточное давление в них отсутствует; бак служит не только в качестве емкости для расширения теплоносителя, но и в роли воздухоотводчика, а при закипании воды в контуре — и предохранительного клапана.

Открытый отопительный контур. Циркуляция теплоносителя — принудительная.

Кроме того, многие котлы (в первую очередь электрические) представляют собой, в сущности, полноценные мини-котельные: и расширительный бак, и циркуляционный насос, и группа безопасности (манометр, клапан для стравливания опасно высокого давления и автоматический воздушник) находятся внутри корпуса.

На фото — электрокотел, который используется в качестве резервного источника тепла у меня дома.

Вся обвязка находится установлена производителем внутрь корпуса.

Прибор подключается непосредственно к отопительному контуру через пару отсекающих вентилей, позволяющих снять котел для ремонта и обслуживания без полного сброса теплоносителя.

На входе и выходе из котла установлена только пара отсекающих шаровых кранов.

Как это работает

3. Как устроен мембранный бак для системы отопления?

Это стальная емкость, перегороженная упругой резиновой мембраной. Часть объема бака заполнена азотом с давлением, превышающим атмосферное (так называемым установочным давлением), остальная часть предназначена для заполнения теплоносителем. Со стороны воздушной камеры предусмотрен золотник для накачки воздуха.

Устройство мембранного бака.

Инертный азот используется для заполнения воздушной камеры ради защиты стенок от коррозии. Накачка влажного воздуха уменьшает ресурс корпуса бака.

При увеличении давления практически несжимаемая жидкость при посредстве мембраны сжимает газ в воздушной камере. В результате давление в контуре увеличивается незначительно.

Кроме того, устройство расширительного бака мембранного типа позволяет гасить гидроудары и скачки давления, неизбежные при работе циркуляционного насоса и запорной арматуры.

От ближайшего родственника — гидроаккумулятора (приспособления для накопления холодной воды и ее подачи с избыточным давлением) наша конструкция отличается лишь тем, что мембрана для расширительного бачка изготавливается из термостойкой резины.

Гидроаккумулятор — ближайший родственник расширительного бачка.

Как подобрать

4. По каким параметрам нужно подбирать бачок для вашей отопительной системы?

Ключевой параметр — объем. Он должен превышать увеличение объема теплоносителя при нагреве с минимальной до максимальной рабочей температуры, чтобы исключить срабатывания предохранительного клапана или, того хуже, возможное повреждение контура.

Помимо того, стоит уточнить тип мембраны (тарельчатая или грушевидная). При разрыве грушевидной мембраны вы можете заменить только ее, а вот при повреждении тарельчатой приходится менять корпус бака.

Грушевидная и тарельчатая мембраны.

5. Как своими руками рассчитать минимальный объем бака мембранного типа?

С высокой точностью она вычисляется по формуле V=(Vот х E)/k.

В ней:

• V — объем бака;
• Vот — суммарный объем воды или антифриза в системе отопления;
• Е — коэффициент расширения жидкости;
• k — коэффициент эффективности мембранного бака.

Формула требует нескольких комментариев.

В сбалансированной системе отопления количество теплоносителя примерно равно 15 литрам на 1 киловатт мощности отопительного котла. Более точно его можно узнать, заполнив контур водой и слив ее через сбросник в любую мерную тару (ведро, канистру и т.д.).

Для точного измерения объема контура слейте воду из него в любую мерную тару.

Коэффициент расширения воды при нагреве до максимальной в отопительном контуре температуры в 95С берется равным 4%, или 0,04. Если в воду для понижения температуры ее замерзания добавляется пропиленгликоль, на каждые 10% его объема коэффициент расширения тоже увеличивается на 10%.

Так, при содержании пропиленгликоля в теплоносителе, равном 20%, коэффициент будет равен 4%*1,2=4,8% (или 0,048), при 40% — 4%*1,4=5,6%, или 0,056.

Добавка пропиленгликоля увеличивает тепловое расширение жидкости в контуре.

Эффективность бака рассчитывается по формуле k=(PV-PS)/(PV+1).

В ней:

• PV — предел рабочего давления (обычно 2,5 кгс/см2);

На это значение выставляется срабатывание предохранительного клапана в отопительном контуре.

• PS — установочное давление, или давление зарядки бака. Оно должно быть равно гидростатическому давлению в системе или превышать его на 0,1 атмосферы (кгс/см2). Гидростатическое давление рассчитывается по разнице в высоте между точкой, в которой планируется монтаж бака, и верхней точкой отопительного контура: на каждый метр высоты берется 0,1 кгс/см2.

Так, для высоты контура в 6 метров давление зарядки бака будет равным 0,6 кгс/см2.

Универсальная (для любой жидкости) схема расчета давления в зависимости от высоты контура.

Давайте попробуем рассчитать минимальный объем бака для следующих вводных:

• Мощность котла — 24 КВт;
• В качестве теплоносителя используется смесь из 80% воды и 20% пропиленгликоля;
• Высота контура над бачком равна 5 метрам.

Объем теплоносителя из расчета 15 литров на киловатт мощности котла будет равным 15*24=360 литров.

Коэффициент расширения смеси пропиленгликоля и воды равен 4%*1,2=4,8%, или 0,048.

Давление зарядки бака равно гидростатическому давлению в контуре — 0,5 кгс/см (5 метров высоты, помните?).

Чтобы уменьшить заводское давление, достаточно прижать золотник отверткой. Для накачки бачка используйте обычный велосипедный насос.

При максимально рабочем давлении в 2,5 кгс/см2 коэффициент эффективности — (2,5-0,5)/(2,5+1)=0,57.

Подставляем значения в формулу:

V=(360*0,048)/0,57=30,3 литра.

Еще один пример расчета.

6. Можно ли упростить расчет?

Избыточный объем бака ничем не повредит функциональности отопительной системы, поэтому часто используется упрощенная инструкция по вычислению его объема: бак берется равным 10% объема теплоносителя в системе.

В приведенном выше примере это 360*0,1=36 (с учетом реальных рыночных предложений — 35 или 40) литров. Средняя цена такого бака — 2000 — 2500 рублей.

7. Каковы признаки недостаточного объема бака?

Самый верный признак — срабатывание предохранительного клапана при выходе системы отопления на рабочие температуры. Бачок не обязательно менять на устройство с большим объемом: можно просто дополнить контур вторым бачком.

Признак недостаточного объема бачка — срабатывание предохранительного клапана.

Как установить

8. Как правильно установить расширительный бак в закрытую систему отопления?

Требований к монтажу немного.

• Он по возможности ставится патрубком для воды вверх. В этом случае водяной отсек будет полностью заполнен водой или антифризом, а воздушная пробка — вытеснена к ближайшему воздухоотводчику;

Расширительный бак для отопления закрытого типа: установка выполнена патрубком вверх.

• Нежелательно ставить бачок сразу после циркуляционного насоса (в пределах 10 диаметров розлива) и на расстоянии менее двух диаметров трубы до насоса. Турбулентности потока, порождаемые крыльчаткой, приведут к постоянным незначительным скачкам давления в контуре и уменьшат ресурс резиновой мембраны.

Бачок установлен на минимальном расстоянии перед циркуляционным насосом.

Как обслуживать

9. Нужно ли мембранному бачку какое-то обслуживание?

Самое простое:

• Два раза в год в закрытой системе нужно проверить давление по штатному манометру. При его падении необходимо вскрыть бачок и проверить состояние мембраны. Если она не имеет видимых дефектов, стоит частично сбросить теплоноситель и проверить давление зарядки бака;

Падение давления говорит о разгерметизации отопительного контура или о повреждении мембраны расширительного бачка.

• Для накачки (зарядки бачка) по возможности используйте инертный газ. Если это проблематично — выберите для накачки обычным воздушным насосом день без осадков: чем выше влажность воздуха, тем быстрее будут ржаветь стальные стенки емкости.

Заключение

Итак, мы выяснили, как подобрать и установить мембранный расширительный бак. Как обычно, дополнительную информацию читатель может найти в видео в этой статье. Жду ваших дополнений к ней. Успехов, камрады!