Мембранные баки для отопления: расчет, установка, принцип работы

Виды — Открытые баки

Открытые расширительные баки характеризуются тем, что устанавливать их необходимо исключительно в самой высокой точке отопительной системы. Таким местом может быть, к примеру, чердак. Но вот препятствие расширению теплоносителя – это не единственная функция такого вида устройств, поскольку они также препятствуют закипанию воды в трубах и восполняют ее запасы в тех случаях, когда по какой-либо причине произошла утечка.

Бак может быть использован как с естественной, так и с принудительной циркуляцией.

Если циркуляция естественная, то бак необходимо подсоединять к магистрали, по причине чего он «по совместительству» будет еще и воздухосборником.
Если же теплоноситель движется по системе принудительно, то бак подсоединяется уже к обратной трубе, дабы вода в системе не закипала.

В целом, открытый бак представляет собой резервуар, из которого выходят четыре трубки:

Расширительная.
Циркуляционная.
Переливная.
Сигнальная.

К отопительной системе ведет расширительная трубка, которая располагается вверху емкости. Также есть переливная трубка, необходимая в тех случаях, когда емкость переполняется и нужно увести воду в канализацию. Снизу, соответственно, есть сигнальная трубка, оснащенная запором, а циркуляционная нужна для того, чтобы теплоноситель в баке не замерзал, да и общая температура чтоб поддерживалась перманентно. При желании можно принять еще одну дополнительную меру, которая «подстраховывала» бы циркуляционную трубу – утеплить бак термоизолирующим материалом.

Важно! На сегодняшний день подобные баки практически не используются в отопительных системах ввиду большого количества недостатков. Среди таких недостатков хотелось бы выделить следующие:. Среди таких недостатков хотелось бы выделить следующие:

Среди таких недостатков хотелось бы выделить следующие:

Такие системы не приспособлены к высокому давлению.
Их конструкция весьма громоздка и габаритна.
По причине того что система открытая, в трубопровод наряду с водой попадает еще и воздух, оказывающий самое негативное влияние на поверхность труб – в скором времени на них образуется коррозия. Это же касается и прочих металлических элементов.
Такие баки следует устанавливать только в самой высокой точке, а это, согласитесь, дополнительные расходы.

Как и где ставится расширительный бак

Итак, мы собираемся своими руками спроектировать и собрать систему отопления. Если она еще и заработает — нашей радости не будет предела. Есть ли инструкция по установке расширительного бачка?

Открытая система

В этом случае ответ подскажет простой здравый смысл.

Открытая система отопления представляет собой, в сущности, один большой сосуд сложной формы со специфичными конвекционными потоками в нем.

Установка котла и отопительных приборов в нем, как и монтаж трубопроводов, должны обеспечить две вещи:

Быстрый подъем нагретой котлом воды в верхнюю точку отопительной системы и ее слив через отопительные приборы самотеком;
Беспрепятственное перемещение пузырьков воздуха туда, куда они устремятся в любом сосуде с любой жидкостью. Вверх.

Установка расширительного бачка отопления в открытой системе всегда выполняется в ее верхней точке . Чаще всего — вверху разгонного коллектора однотрубной системы. В случае домов верхнего розлива (хоть вам и едва ли придется их проектировать) — в верхней точке розлива на чердаке.
Сам бачок для открытой системы не нуждается в запорной арматуре, резиновой мембране и даже в крышке (разве что для защиты от мусора) . Это простой открытый сверху водяной бак, в который всегда можно долить ведро воды взамен испарившейся. Цена такого изделия равна стоимости нескольких сварочных электродов и квадратного метра стального листа толщиной 3-4 миллиметра.

Так выглядит расширительный бак для открытой системы отопления. При желании в люк в нем можно вывести водоразборный кран от водопровода. Но куда чаще он по мере испарения воды доливается обычным ведром.

Закрытая система

Здесь и к выбору бака, и к его монтажу придется отнестись достаточно серьезно.

Давайте соберем и систематизируем основную информацию, доступную на тематических ресурсах.

Монтаж расширительного бака системы отопления оптимален в том месте, где течение воды наиболее близко к ламинарному, где в отопительной системе минимум завихрений. Самое очевидно решение — расположить его на прямом участке розлива перед циркуляционным насосом. При этом высота относительно пола или котла значения не имеет: назначение бачка — компенсировать тепловое расширение и гасить гидроудары, а воздух мы прекрасно стравим через воздушные краны.

Типичная схема установки бачка. Его расположение в однотрубной системе будет таким же — перед насосом по ходу воды.

Баки в заводской комплектации иногда снабжаются предохранительным клапаном, сбрасывающим избыточное давление. Однако лучше перестраховаться и убедиться, что в вашем изделии он есть. Если нет — докупить и смонтировать рядом с баком.
Электрические и газовые котлы с электронными термостатами зачастую поставляются с встроенными циркуляционным насосом и расширительным баком отопления. Прежде, чем отправляться за покупками — убедитесь, что они вам нужны.
Принципиальное отличие мембранных расширительных баков от тех, что используются в открытых системах — их ориентация в пространстве. В идеале теплоноситель должен поступать в бак сверху. Эта тонкость монтажа призвана полностью удалить воздух из того отсека бака, который предназначен для жидкости.
Минимальный объем расширительного бачка для водяной системы отопления берется примерно равным 1/10 объема теплоносителя в системе. Больше — допустимо. Меньше — опасно. Объем воды в отопительной системе можно грубо рассчитать, отталкиваясь от тепловой мощности котла: как правило, берется 15 литров теплоносителя на киловатт.
Манометр, смонтированный рядом с расширительным баком и подпитывающим вентилем (соединяющим отопление с водопроводом), может оказать вам неоценимую услугу. Ситуация с залипшим золотником предохранительного клапана, увы, не так уж редка.
Если клапан сбрасывает давление слишком часто — это явный признак того, что с объемом расширительного бачка вы просчитались. Совсем не обязательно менять его. Достаточно приобрести еще один и подключить его параллельно.
Вода имеет сравнительно низкий коэффициент температурного расширения. Если вы перейдете с нее на незамерзающий теплоноситель (например, этиленгликоль), вам опять-таки понадобится увеличить объем расширительного бака или установить дополнительный.

Расширительный бак на фото смонтирован по всем правилам: теплоноситель подведен сверху, бак снабжен манометром и предохранительным клапаном.

Устройство и принцип работы

Конструкция и принцип действия устройства становятся ясны уже из названия «мембранный бак».

Представляет он, герметично закрытую металлическую емкость, которая разделена на 2 камеры эластичной мембраной.

В одной из них – пневмокамере, содержится воздух или газ под давлением. В другую гидрокамеру поступает теплоноситель (про пластиковые резервуары для воды написано ).

Работает устройство следующим образом
:

При уменьшении давления теплоносителя в магистралях системы отопления протекают обратные процессы.

Сжатый в пневмокамере воздух (газ) расширяется, вытесняя жидкость из гидрокамеры в систему до тех пор, пока разница давлений не будет скомпенсирована.

Такая герметичная конструкция исключает
контакт теплоносителя с воздухом, что существенно снижает вероятность развития коррозионных процессов не только в самом баке, но и в других элементах системы отопления – котлах, трубопроводах и т.д.

Кроме того, экспанзоматы
(герметичные расширительные баки) в соответствии с СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» комплектуются предохранительными клапанами (клапанами безопасности), которые позволяют ограничить максимальное давление в системе на допустимом по условиям эксплуатации уровне.

За счет этого, расширительный бак выполняет функции устройства защиты для элементов отопительной системы.

Схема подключения бака

Мембранный резервуар может устанавливаться как вертикально, так и горизонтально, но в обоих случаях схема подключения будет идентичной:

Определите место монтажа. Прибор должен располагаться со стороны всасывания циркуляционного насоса и до разветвления водопровода. Проследите, чтобы к баку обеспечивался свободный доступ для выполнения обслуживающих работ.
Закрепите резервуар к стене или полу через каучуковые прокладки и заземлите его.
К патрубку резервуара с помощью фитинга-американки подсоедините пятивыводной штуцер.
К четырем свободным выводам последовательно подсоедините: реле давления, трубу от насоса, манометр и разводную трубу, которая подает воду непосредственно к точкам забора.

Подключение бака Важно, чтобы сечение подсоединяемой трубы водопровода было равным или немного большим по отношению к сечению приемного патрубка, но оно ни в коем случае не должно быть меньшим. Еще один нюанс: между расширительным баком и насосом желательно не располагать никаких технических устройств, дабы не спровоцировать увеличение гидравлического сопротивления в системе водоснабжения

Как установить расширительный бак мембранного типа

Мембранный бак нужен для защиты инженерной системы от гидроударов и полного обеспечения ее качественной работы. После приобретения оборудования нужно тщательно продумать, как установить мембранный бак, чтобы он работал без сбоев. Гидроаккумулятор в водоснабжении выполняет несколько функций: накапливает запас воды, поддерживает в системе необходимое давление, служит резервом для уменьшения частоты включения и выключения насоса.

Без установки мембранного бака срок службы насоса значительно сокращается. В системе, обеспеченной гидроаккумулятором, воду можно набрать даже при отключении электричества. Во время первого запуска насоса происходит заполнение водяной камеры бака водой. Чем больше объем воды в баке, тем меньше объем воздуха и выше давление.

Достигнув заданного показателя давления, которое нужно для отключения насоса, происходит его автоматическое отключение. Как только давление в системе упадет до допустимого уровня, сразу включится подача воды. Для проверки давления на гидроаккумуляторе установлен манометр. Он же необходим для настройки необходимого диапазона эксплуатации оборудования.

Виды мембранных баков

Существуют закрытые и открытые типы конструкций, главными отличиями которых я считаю монтаж, расположение, принцип работы, технические характеристики и непосредственное строение, оно сказывается на габаритах готового изделия.

Некоторые типы оборудования не только оснащены мембраной, но и обладают высокими показателями герметичности, визуально корпус напоминает овальную капсулу, оптимальный объем 50 литров. Хорошо зарекомендовали себя агрегаты для водоснабжения wester wav и фирмы cosmo.

Закрытый

Именно этот тип устройства повлиял на то, что расширительные баки стали называть мембранными, подобный отличительный элемент конструкции сделан из термостойкой резины и выполняет разделительную функцию по отношению к корпусу, который делится на части:

Жидкостную.
Воздушную.

Первая половина капсулы сохраняет в себе воду, а вторая соответственно отвечает за давление, если оно превышает допустимое значение, срабатывает установленный клапан и лишний воздух выпускается.

Открытый

Корпус этой модели устройства бака в системе водоснабжения достаточно прост, в него входит люк для осмотра и такие патрубки как:

Контрольной трубы.
Подачи воды.
Сливной.
Циркуляционный.

Принцип действия открытого бака я вижу несколько похожим с закрытым типом, происходит контроль жидкости в системе и давление, лишняя вода при необходимости собирается в резервуаре.

Какой лучше

Открытые баки имеют достаточно простую конструкцию, для их управления не предусмотрено большое количество элементов, формы зачастую стандартные. Эти особенности являются основными преимуществами оборудования. Агрегаты закрытого типа стоят дороже, это обусловлено более сложной конструкцией мембранных баков, они никогда не контактируют с воздухом.

1 Назначение, устройство и принцип действия

Первоначально внесем ясность в терминах — гидробак и расширительный бак не есть одинаковые устройства. Гидроаккумулятор используется в системах водоснабжения частного дома, устроенных на подаче воде с помощью насоса из внешнего источника, тогда как расширительный бак устанавливается в системы отопления и горячего водоснабжения с целью стабилизации их давления и предотвращения возникновения гидроударов.

Рассмотрим основные функции гидробака в системах водоснабжения:

устройство предотвращает износ насоса из-за частого включения — поскольку в резервуаре постоянно содержится вода, насос будет запускаться только при его опустошении, что позитивным образом скажется на долговечности агрегата; гидроаккумулятор снижает вероятность возникновения гидроударов в трубопроводе при включении насоса, также он поддерживает стабильное давление в системе, предотвращая колебания напора при одновременном использовании нескольких кранов; бак обеспечивает постоянный запас воды, что особенно важно в загородных домах с проблемным электроснабжением

Насосная станция с гидроаккумулятором

Устройство гидробака состоит из непосредственно металлического резервуара и находящийся внутри него мембраны, которая разделяет емкость на две камеры — одна для воды, вторая для воздуха. Камера для воды выполнена из бутила — санитарно безопасной разновидности резины, хранящаяся в ней жидкость не контактирует с металлическими стенками бака. Подача и отвод воды происходит через два резьбовых патрубка, к которым подключаются трубопроводы, патрубки имеют идентичный диаметр.

За регулирования давления в камере для воздуха отвечает пневмоклапан. Гидроаккумуляторы большого объема (100 литров и выше) оснащены обратным клапаном, который нужен для стравливания воздуха из водяной камеры. Аналогичную функцию в небольших баках выполняет запорный кран. Стандартное давление воздуха в гидроаккумуляторе — 1.5-2 Бар.

Принцип работы гидробака достаточно прост. Первоначально насос закачивает в бак воду, и когда накопительная емкость заполняется, реле давления фиксирует это и отключает насос, прекращая подачу. Далее по мере использования резерва воды реле определяет понижение давления, включает насос и цикл повторяется.

1.1 Разновидности гидробаков и особенности их расчета

В зависимости от формы корпуса данное оборудование делится на два типа — гидроаккумулятор горизонтальный и вертикальный. Между ними имеется лишь одно конструктивное отличия — вертикальные баки объемом более 50 литров оснащены краном для стравливания воздуха, который накапливается в камере для воды и снижает эффективность работы устройства. В горизонтальных баках объемом 50-100 л кран расположен в торцевой части сбоку корпуса.

Во всех гидроаккумуляторах объемом менее 50 литров стравливание воздуха из водяной камеры происходит посредством полного слива воды. Выбор формы бака осуществляется исходя из размеров помещения, где он будет смонтирован. Никаких хитростей тут нет — брать нужно тот резервуар, который лучше впишется в отведенное для него место.

Разновидности гидроаккумуляторов

Более сложным является выбор бака по параметру производительности. Тут нужен расчет оборудования, который поможет определить его требуемый объем.

Расчет выполняется по формуле: O = K*Rmax*(Dmax + 1)*(Dmin+1)/(Dmax-Dmin) — (P + 1), в которой:

K — коэффициент мощности подключенного к гидробаку насоса;
Rmax — наибольший планируемый расход литров воды в минуту;
Dmax — уровень давления воды в баке для выключения насоса (Бар);
Dmin — граница давления воды для включения насоса (Бар);
Р — давление воздуха в гидробаке (Бар).

Коэффициент насоса зависит от мощности его двигателя:

мощность 0.55-1.5 кВт — коэффициент 0.2;
2-3 кВт — 0.375;
4-5.5 кВт — 0.625;
5-9 кВт — 0.875.

Расчет практически любых гидроаккумуляторов для бытовых стаций водоснабжения покажет, что необходимо использовать бак объемом 25-50 литров. Это оптимальный объем под большинство насосов для скважин и колодцев, которого будет достаточно для полноценного водоснабжения частного дома.

Брать гидроаккумулятор большего объема (75 и 100 л) имеет смысл при частом и длительном отключении энергоснабжения дома, когда нужен серьезный запас питьевой воды. В обычных условиях покупать бак «с запасом» бессмысленно, так как неиспользуемая вода в нем будет застаиваться и терять свои вкусовые качества.

Принцип работы мембранного бака

При запуске системы отопления, теплоноситель нагревается и увеличивается в объеме. Этот избыточный объем перемещается в водяную камеру расширительного бака. После остывания теплоносителя, давление в воздушной камере, выдавливает мембрану, тем самым вытесняя теплоноситель из водяной камеры обратно в отопительный контур.

Помимо этого, как уже было отмечено выше, мембранный бак поддерживает требуемое давление во всей системе отопления. Так например, если где-то произошла несущественная утечка теплоносителя, то во всей системе должно упасть давление, однако этого не происходит, т.к. давление в воздушной камере будет выталкивать мембрану, а с ней и теплоноситель обратно в систему, тем самым создавая ограниченную подпитку.

Мембранный бак с группой безопасности.

Мембрана может быть повреждена в результате неправильной эксплуатации:

Есть вероятность разрыва мембраны в случае, если при заполнении теплоносителем водяной камеры, не было создано необходимое давление в воздушной камере;
Перед спусканием газа из воздушной камеры, необходимо перекрыть и слить теплоноситель из водяной камеры.

Способы расчета

Каждая установка подбирается в соответствии с величиной предполагаемой нагрузки, что потребует проведения предварительных вычислений. Зная, как рассчитать объем, владелец сможет правильно подобрать бачок.

Чтобы правильно подобрать расширитель, понадобится знать:

объем отопительного котла;
дополнительных приборов;
всех труб, входящих в данную систему обогрева.

Далее обозначим нужные показатели любыми буквами, например, А – это искомое значение, В – эффективность мембранного оборудования, С – постоянный показатель расширения воды теплоносителя, а АО – общий объем системы обогрева. Далее производим расчет по следующей формуле: А = (АО * С) / В.

Итоговое значение редко бывает абсолютно точным, поэтому делают примерные вычисления, а полученное число будет ориентиром для выбора агрегата, который нужно брать с запасом к полученному числу, оставляя не менее 3% на увеличение объема во время нагрева.

Если была выбрана мембранная разновидность, рабочий потенциал мембраны может быть указан производителем, но можно сделать собственный расчет. Для этого берут наиболее разрешенный показатель давления внутри системы (АВ), данные о давлении начальной заправки расширителя (ВС) и рассчитывают искомое значение (Т). Используют следующую формулу: Т = (АВ – ВС) / (АВ + 1).

Если не делать расчетов и взять оборудование «наугад», можно столкнуться с некоторыми проблемами во время эксплуатации прибора. Основным назначением расширителя выступает откачка излишков жидкости при сильном повышении давления (влага расширяется, требует выведения лишнего из трубопровода). После того, как все стабилизируется, жидкость сжимается обратно, нужно ее вернуть в трубы, иначе ее станет недостаточно для поддержания температуры. Поэтому выявление перепадов внутреннего давления обогревательной системы обозначает скорую поломку.

Если объем установленного расширителя недостаточный, давление повысится слишком сильно, сработает автоматический клапан. Он сбросит излишнюю влагу, стабилизируя работу системы. Но дальше все нормализуется, а воды уже будет недостаточно для продолжения исправного обогрева. Будет нужна дополнительная заправка. Нехватка отопительной жидкости приведет к отключению котла, так как при низких показателях аппарат не может продолжать функционировать. Из-за этого в зимнее время возможно промерзание труб. Поломки будут повторяться снова и снова до тех пор, пока не будет установлен расширитель оптимального размера.

Также опасна установка слишком большого бака. При заборе части влаги из труб, расширитель должен поддерживать оптимально допустимое рабочее давление, которое при слишком больших габаритах попросту невозможно. Агрегат будет постоянно показывать максимально допустимую нагрузку без перехода той самой черты, когда должен сработать клапан. Значит, аппарат работает на максимальном уровне потенциала, что быстро приведет к поломке.

Марка	Стоимость, рубли
Объем, л	8	12	18	24	35	50	80	100	150	200	300	500
Wester	790	860	900	1 000	1 650	1 900	2 500	3 500	5 200	9 500	11 500	18 100
Объем, л	8	12	18	25	33	60	80	100	140	200	300	500
Reflex	1 520	1 600	1 980	2 300	3 070	4 900	5 900	6 700	9 060	10 860	15 000	23 000
Объем, л	8	12	18	25	35	50	80	105	150	200	250	500
Zilmet CAL-PRO	1 170	1 230	1 300	1 630	2 100	3 100	4 200	6 100	7 600	9 480	12 200	22 200

Выбираем мембранные баки для систем отопления: принцип работы, расчет и специфика конструкций

Виды — Открытые баки