Расширительный бак для самотечной системы отопления

В состав каждой отопительной системы входит ряд элементов, без которых ее нормальное функционирование невозможно. Один из таких элементов – расширительная емкость, о ее назначении и устройстве будет рассказано в данной статье. Также мы рассмотрим, как подобрать расширительный бак для отопления частного дома.

Для чего нужен расширительный бак?

Еще из школьного курса физики всем хорошо известно, что любое тело при нагревании расширяется, а жидкость и газ увеличиваются в объеме. В отличие от газа жидкость – среда несжимаемая и если ее нагревать в закрытом сосуде, каковым является и бак для котла, то это приведет к росту давления внутри него, поскольку расширяться ей некуда. В результате может случиться разрыв стенок резервуара.

Представьте теплоноситель, нагреваемый в трубопроводах от температуры 20 ºС до 80 ºС. Если не поставить расширительный бак в системе отопления, то при нагреве жидкой среды давление в сети сильно возрастет и вода может прорваться наружу в самом слабом месте. Хорошо, когда есть предохранительный клапан безопасности. Через него и уйдет лишняя вода, поскольку больше ей деваться некуда. При отсутствии клапана теплоноситель просто прорвется наружу на каком-то из соединений.

Расширительный бак нужен для размещения растущего в объеме теплоносителя, когда он нагревается. При этом во время охлаждения он возвращается обратно в систему.

В случае когда воду сбрасывает предохранительный клапан, то после остывания вернуть ее назад он не может и запустит на освободившееся место воздух. Это приведет к образованию воздушной пробки, а она не даст системе нормально работать.

Типы расширительных бачков

Внешне расширительные баки для отопления могут отличаться по форме и размерам, определяемым расчетом. Обычно это резервуар, подключенный к отопительной системе посредством одной трубы. Однако, у разных типов емкостей имеются конструктивные отличия, да и применяются они в разных случаях. Чтобы правильно выбрать бак, надо понимать эти отличия, поэтому вначале представим перечень существующих видов:

• открытого типа;
• закрытые, снабженные мембраной.

Примечание. Существуют еще закрытые расширительные сосуды без мембраны, но применять их категорически не рекомендуется. Ниже мы объясним почему.

Емкости открытого типа

Эти бачки применяются для открытой системы отопления (иначе — гравитационной, самотечной) и представляют собой металлический резервуар с открытым верхом произвольной формы. К верхней части боковой стенки приварен патрубок для присоединения шланга или трубы перелива, теплоноситель к баку подводится снизу. Элемент устанавливается выше всей системы на подающем трубопроводе, как правило, на чердаке дома.

Примечание. Говоря правильным техническим языком, открытая система – это та, из которой напрямую отбирается вода на нужды ГВС. В частных домах она не используется, только в централизованных сетях. Открытой ошибочно называют схему с естественной циркуляцией теплоносителя.

Любой расширительный бачок для отопления открытого типа выполняет 2 функции:

• служит для компенсации расширения теплоносителя;
• производит удаление воздуха из системы, поскольку его верх сообщается с атмосферой.

В этом заключается его преимущество, но оно не единственное. Открытая емкость может успешно и долговечно служить также и в системах с принудительной циркуляцией, поскольку устройство бака очень простое, там нечему ломаться. Однако, и недостатков у него немало:

• бачок, установленный на чердаке, требует хорошего утепления;
• в течение сезона необходимо постоянно наблюдать за уровнем воды в баке и своевременно его пополнять;
• теплоноситель постоянно насыщается кислородом из атмосферы, отчего быстрее корродируют металлические детали котла;
• дополнительный расход материалов и сложности при монтаже.

Закрытый мембранный бак

Более современный закрытый расширительный бак – это сосуд цилиндрической формы со встроенной внутри резиновой мембраной. Используется в схемах с принудительной циркуляцией теплоносителя и устанавливается в помещении топочной. Подвод теплоносителя осуществляется также снизу, сверху аппарата установлен сервисный золотник для закачки воздуха.

Резиновая мембрана (в простонародье – «груша»), которой снабжен закрытый расширительный бак системы отопления, бывает 2 видов:

• в виде диафрагмы;
• баллонного типа.

Примечание. Емкости некоторых производителей имеют съемную «грушу», что дает возможность ее поменять при появлении трещин.

Форма мембраны особого влияния на работу аппарата не оказывает, хотя в бачке второго типа помещается немного больше воды. С другой стороны от «груши» закачан воздух (иногда – азот) под определенным давлением, его необходимо настраивать под каждую систему индивидуально. Все закрытые расширительные бачки действуют одинаково просто: при нагревании теплоносителя давление в сети растет, мембрана растягивается и запускает воду внутрь бака. При остывании все протекает в обратном порядке.

Герметичный расширительный бачок для газового котла настенного типа зачастую встроен внутрь теплогенератора, так как обладает малыми габаритами. Кроме того, аппарат не сообщается с атмосферой и диффузия кислорода в теплоноситель полностью исключается. Слабое место таких бачков – мембрана, срок ее службы очень редко дотягивает до 10 лет, и не всегда есть возможность ее заменить.

Существует и третий вид компенсационных устройств — вакуумный расширительный бачок для отопления закрытого типа без «груши». В продаже их найти трудно, да и нет смысла, поскольку такая конструкция – самая неудачная. Роль мембраны в емкости играет сам воздух, что приводит к его активной диффузии в воду, а это недопустимо. И потом, уровень в емкости будет все время повышаться, в результате компенсировать расширение станет некуда.

Рекомендации по выбору

Если в доме планируется или уже смонтирована схема с естественной циркуляцией, то расширительный бак открытого типа – как раз для вас. Мудрить с вакуумным бачком здесь не стоит, помните, что вода в такой системе движется только за счет разницы удельного веса и аппарат может не сыграть своей роли. Открытый сосуд можно купить, а можно и смастерить самостоятельно, главное, — верно произвести расчет объема расширительного бака, о чем мы поведаем ниже.

С вакуумными мембранными сосудами дело обстоит немногим сложнее. Есть одно предостережение: оказавшись в магазине среди множества подобных изделий, не перепутайте бачок для отопления с гидроаккумулятором для водоснабжения. Внешне они очень похожи, даже цвет может быть одинаковым, так что подбор бака по данному признаку исключается. Отличаются резервуары по надписи на шильдике, для отопления указана рабочая температура до 120 ºС и давление до 3 Бар. На гидроаккумуляторе, соответственно, до 70 ºС и давление до 10 Бар.

Осуществляя выбор, также стоит обратить внимание на возможность замены «груши» на случай ее выхода из строя. Размер аппарата подбирается по результатам расчета бака закрытого типа.

Расчет расширительного бака

В технической литературе и на просторах интернета можно найти множество методик, по которым выполняется расчет расширительного бака для системы отопления с естественной и принудительной циркуляцией теплоносителя. Но в большинстве своем они содержат массу сложных формул с привязкой к мощности котла и другим параметрам. Вы не ошибетесь, если воспользуетесь более простым способом определения объема бака.

Способ основан на утверждении, что количество воды в системе при максимальном нагреве возрастет не более, чем на 5%. То есть, сначала высчитываете объем воды следующим образом:

• количество теплоносителя в котловом баке – по паспорту;
• объем воды в трубопроводах – по формуле площади круга находите площадь поперечного сечения каждой трубы и умножаете ее на длину;
• вместительность радиаторов – тоже по паспорту на изделие.

Просуммировав результаты, осуществляете подбор и расчет расширительного бака с запасом, взяв не 5, а 10% от получившейся суммы. Это и будет его вместительность.

Заключение

Просчитать объем и выбрать бак закрытого типа достаточно просто, останется только правильно его установить. Это тоже можно выполнить самостоятельно, руководствуясь инструкцией, прилагаемой к изделию.

Система отопления, являясь сложной инженерной конструкцией, состоит из множества элементов, имеющих различное функциональное назначение. Расширительный бачок для отопления — одна из важнейших частей контура отопительной системы.

Для чего необходим расширительный бачок в системе отопления?

При нагревании теплоносителя, в котле и контуре системы отопления значительно повышается давление ввиду температурного увеличения объёма теплонесущей жидкости. Учитывая, что жидкость является практически несжимаемой средой, а отопительная система герметична, данное физическое явление может привести к разрушению котла или трубопроводов. Проблему можно было бы решить установкой простого клапана, который может стравливать избыточный объём горячего теплоносителя во внешнюю среду, если бы не один немаловажный фактор.

Жидкость при охлаждении сжимается и на место сброшенного теплоносителя в контур отопления проникнет воздух. Воздушные пробки – головная боль любой системы отопления, из-за них циркуляция в сети становится невозможной. Поэтому необходимо спускать воздух из радиаторов отопления. Постоянное же добавление нового теплоносителя в систему весьма затратно, подогрев холодной воды обходится гораздо дороже подогрева теплоносящей жидкости, пришедшей в котёл по обратному трубопроводу.

Эту проблему решает установка так называемого расширительного бака, который представляет собой резервуар, подключённый к системе одной трубой. Избыточное давление в расширительном бачке отопления компенсируется его объёмом и позволяет обеспечить стабильную работу контура. Внешне бачки расширительные для системы отопления, исходя из результатов расчёта и вида отопительного контура, различны по своим форме и размеру. В настоящее время выпускаются баки различных форм, от классических цилиндрических баков до так называемых «таблеток».

Виды отопительных систем

Существуют две схемы отопительных сетей здания — открытая и закрытая. Открытая (самотёчная) система отопления используется в централизованных отопительных сетях и позволяет напрямую забирать воду на потребности горячего водоснабжения, что невозможно в частном домостроении. Такой прибор располагают в верхней точке контура отопительной системы. Помимо нивелирования перепадов давления расширительный бачок отопления выполняет функцию естественной сепарации воздуха из системы, так как имеет возможность сообщения с наружной атмосферой.

Таким образом, конструктивно такое устройство представляет собой компенсационный бак системы отопления, не находящийся под давлением. Иногда по ошибке открытой могут называть систему с гравитационной (естественной) циркуляцией теплонесущей жидкости, что в корне неверно.

При более современной закрытой схеме применяют расширительный бачок системы отопления закрытого типа со встроенной внутренней мембраной.

Иногда такой прибор могут называть расширительный бачок вакуумный для отопления, что тоже справедливо. Такая система предусматривает принудительную циркуляцию теплоносителя, воздух из контура при этом отводится через специальные краны (клапаны), установленные на отопительных приборах и вверху трубопроводов системы.

Устройство и принцип действия

Конструктивно закрытый расширительный бак в системе отопления представляет собой резервуар цилиндрической формы с установленной внутри мембраной из резины, которая разделяет внутренний объём сосуда на воздушную и жидкостную камеры.

Мембраны бывают следующих типов:

• баллонного, при этом внутри резинового баллона находится теплоноситель, снаружи – воздух или азот под давлением;
• в виде диафрагмы, делящей внутренний объем расширительного бака для закрытой системы отопления на две части – с водой и закачанным воздухом или газом.

Давление газа настраивается для каждой системы в индивидуальном порядке, который описывает прилагаемая к таким приборам как расширительный бачок для отопления закрытого типа инструкция. Некоторые производители в конструкции своих расширительных баков предусматривают возможность замены мембраны. Такой подход несколько повышает первоначальную стоимость прибора, зато впоследствии, при разрушении или повреждении мембраны стоимость её замены будет ниже цены нового расширительного бака.

С практической точки зрения форма мембраны никак не влияет на эффективность работы приборов, следует лишь отметить, что в баллонный расширительный бак закрытого типа для отопления вмещается несколько больший объём теплонесущей жидкости.

Принцип работы их также одинаков – при росте давления воды в сети за счёт расширения при нагревании, мембрана растягивается, сжимая находящийся по другую сторону газ и позволяет попасть внутрь бака излишкам теплоносителя. При остывании и, соответственно, падении давления в сети, процесс проходит в обратном порядке. Таким образом, регуляция постоянного давления в сети происходит в автоматическом режиме.

Нужно заострить внимание на том, что если купить расширительный бачок системы отопления наугад, без необходимого расчёта, то стабильности работы отопительной сети будет добиться весьма сложно. При значительно большем, чем необходимо, размере бака не будет создаваться требуемое для системы давление. В случае же если бак будет размера меньше требуемого, то он не сможет вместить избыточный объём теплонесущей жидкости, что может вылиться в создание аварийной ситуации.

Расчёт расширительных баков

Чтобы провести расчет расширительного бака для отопления закрытого типа сначала необходимо посчитать общий объём системы, складывающейся из объёмов трубопроводов контура, отопительного котла и приборов отопления. Объёмы котла и радиаторов отопления указываются в их паспортах, а объём трубопроводов определяется методом умножения площади внутреннего поперечного сечения труб на их протяжённость. Если в системе присутствуют трубопроводы разных диаметров, то следует определить их объёмы по отдельности, а затем сложить.

Дальнейший для таких приборов, как расширительный бачок для отопления закрытого типа расчет проводится по формуле V = (Vс х k) / D, где:

Vс – объём теплонесущей жидкости в системе отопления,
k – коэфф. объёмного теплового расширения, принимаемый для воды 4%, для 10% этиленгликоля – 4,4%, для 20% этиленгликоля – 4,8%;
D — показатель эффективности мембранного блока. Обычно он указывается производителем или его можно определить по формуле: D = (Рм – Рн) / (Рм +1), где:
Рм – максимально возможное давление в сети отопления, обычно оно равно предельному рабочему давлению предохранительного клапана (для частных домов редко превышает значения 2,5 – 3 атм.)
Рн – давление начальной накачки воздушной камеры расширительного бака, принимается как 0,5 атм. на каждые 5 метров высоты контура отопительной системы.

В любом случае следует считать, что расширительные бачки для отопления должны обеспечивать увеличение объёма теплоносителя в сети в пределах 10%, то есть при объёме теплоносящей жидкости в системе 500 л., объём вместе с баком должен составлять 550 л. Соответственно, необходим бачок расширительный системы отопления объёмом не менее 50 литров. Такой метод определения объёма весьма приблизителен и может вылиться в излишние затраты на покупку расширительного бака большего объёма.

В настоящее время в интернете появились онлайн калькуляторы для расчёта расширительных бачков. В случае использования для подбора оборудования таких сервисов, необходимо провести расчеты минимум на трёх сайтах, чтобы определить, насколько корректен алгоритм вычисления того или иного интернет-калькулятора.

Производители и цены

В настоящее время проблема купить бачок расширительный для отопления заключается лишь в правильном подборе типа и объёма прибора, а так же в финансовых возможностях покупателя. На рынке представлен широкий выбор моделей приборов как отечественных, так и иностранных производителей. Однако следует отметить, что если на такие приборы как расширительный бачок закрытого типа для отопления цена при покупке будет гораздо ниже, чем у основных конкурентов, то от такого приобретения лучше отказаться.

Невысокая стоимость указывает на ненадёжность производителя и низкое качество используемых при его изготовлении материалов. Зачастую таковой является продукция из Китая. Как и на все остальные товары, на качественный расширительный бачок для отопления цена не будет иметь значительной разницы порядка двух – трёх раз. Добросовестные производители используют примерно одинаковые материалы и разница в цене схожих по параметрам моделей порядка 10-15% обусловливается лишь локацией производства и ценовой политикой продавцов.

Хорошо зарекомендовали себя в этом сегменте рынка отечественные производители. Установив современные технологические линии на своём производстве они добились выпуска продукции, по своим параметрам не уступающей лучшим мировым брендам при более низкой стоимости.

Следует учитывать, что важно не только расширительный бак для отопления закрытого типа купить, требуется также правильная его установка.

Имея необходимые навыки при соблюдении инструкции возможна его самостоятельная установка. Если же у мастера остаются какие-либо сомнения на счёт своих познаний, то лучше всего обратиться к профессионалам для гарантированно стабильной работы сети отопления и исключения возможных неисправностей.

Выбор расширительного бака для отопления – важный этап в создании автономной системы отопления. Данное устройство должно соответствовать параметрам системы, в противном случае ее нормальная эксплуатация будет невозможна.

Как выбрать расширительный бак для отопления

Расширительный бак – это специальная емкость, благодаря которой появляется возможность компенсировать температурное расширение жидкости, циркулирующей в системе отопления. При нагревании воды ее объем возрастает, динамика увеличения объема составляет порядка 0,3% на каждые 10°С.

Жидкость характеризуется низким коэффициентом сжимаемости, поэтому избыточному объему будет некуда деться в полностью герметичной системе без специального резервуара, что приведет к аварии – из-за повышенного давления могут протечь соединения или лопнуть трубы. Также нельзя заменить расширительный бак клапаном для сброса «лишнего» разогретого теплоносителя, поскольку при охлаждении жидкость в трубопроводе сожмется, образуя вакуум – это приведет к разгерметизации системы и попаданию туда воздуха – в результате отопление не будет функционировать.

Разновидности расширительных баков

Выполняя подбор расширительного бака, в первую очередь следует ориентироваться на тип отопительной системы – она бывает открытой и закрытой.

1. Баки открытого типа

Данный вид устройств рассчитан на эксплуатацию в составе системы отопления, в которой теплоноситель перемещается по трубам самотеком, в результате естественной конвекции. Конструкция расширительного бака в этом случае предельно проста – он представляет собой обычную емкость цилиндрической или прямоугольной формы. Резервуар должен быть смонтирован в верхней точке трубопровода системы. Он не только компенсирует тепловое расширение теплоносителя, но и обеспечивает отвод воздуха из системы.

Бачок открытого типа

Так как из открытого бака жидкость испаряется, необходимо регулярно проводить визуальный контроль уровня и подливать воду. Для чего требуется смонтировать соответствующее ответвление водопровода с краном либо носить ведра с водой на чердак дома, где обычно устанавливается бак.

Чтобы снизить теплопотери, рекомендуется обеспечить термоизоляцию такого расширительного бака. Емкость изготавливается из листового металла, верхняя часть снабжается крышкой, чтобы вода меньше испарялась и остывала. Для контроля максимального уровня жидкости бак оснащается трубой перелива, которую выводят в канализацию или на улицу.

Недостатком конструкции является:

• необходимость регулярного обслуживания;
• повышенные тепловые потери;
• быстрая коррозия внутренних стенок резервуара;
• необходимость прокладки дополнительных труб.

Преимущества:

• возможность создать полностью энергонезависимую отопительную систему;
• простая конструкция – бак можно изготовить и смонтировать самостоятельно.

Сегодня расширительные баки открытого типа применяются все реже из-за низкой эффективности самотечной отопительной системы.

2. Баки закрытого типа

Такое устройство может подбираться к отопительной системе любого типа – с естественной и принудительной циркуляцией. Применение замкнутых емкостей дало возможность исключить контакт теплоносителя с воздухом – это снизило коррозионную опасность для элементов отопительной системы, выполненных из стали и продлило срок их службы.

Закрытые расширительные баки с различными мембранами

К преимуществам герметичных расширительных баков также можно отнести:

• отсутствие испарения теплоносителя (нет необходимости следить за уровнем воды, подливать ее в систему, монтировать отвод перелива);
• отопительная система может функционировать при более высоком давлении;
• так как бак преимущественно монтируется в котельной, его не требуется защищать от перемерзания, он стабильно функционирует весь отопительный сезон.

Герметичный закрытый бак должен быть оснащен ручным либо автоматическим клапаном для отвода воздуха. Если клапан ручной, необходимо визуально контролировать наполнение системы теплоносителем. При наличии автоматического клапана контроль осуществляет манометр, который измеряет давление в системе.

3. Баки мембранного типа

Современный усовершенствованный вариант закрытого герметичного бака функционирует в автоматическом режиме. Ключевой деталью устройства является внутренняя мембрана, выполненная из эластичного полимерного водонепроницаемого материала, устойчивого к высоким температурам.

Мембрана позволяет разделить полость резервуара на водяную и воздушную камеры, благодаря чему теплоноситель не контактирует с металлическими стенками емкости и с воздухом. Это снижает риск проникновения кислорода в жидкость и предохраняет систему от коррозии, сам бачок также защищен от разрушительного воздействия влаги.

Мембранный расширительный бак

При расширении теплоносителя мембрана деформируется и заставляет воздух в камере бака сжаться. При остывании жидкости воздух выталкивает ее обратно в трубопровод. Такой принцип действия позволил примерно в 4 раза уменьшить размеры резервуара, необходимого для отопительной системы. Кроме того, установка мембранного бака позволяет поддерживать давление в системе на стабильном уровне, что благоприятно сказывается на долговечности всего оборудования, задействованного для теплоснабжения дома.

Расширительный мембранный бак заодно служит своего рода предохранителем – если давление в нем по каким-либо причинам дойдет до критических значений, циркуляционный насос автоматически отключится. Систему можно будет вновь запустить только после нормализации давления.

Принцип действия расширительного бачка закрытого типа

Рассматривая, как выбрать расширительный бак мембранного типа, следует обратить внимание на долговечность устройства. Мембрана со временем теряет эластичность и растрескивается. Рекомендуется приобрести модель со сменной мембраной – это дает возможность при необходимости быстро отремонтировать бак вместо его полной замены.

В список преимуществ устройства входит:

• компактные габариты;
• отсутствие испарения теплоносителя;
• минимальные теплопотери;
• защита отопительной системы от коррозии;
• возможность работы системы под высоким давлением.

Расширительный бачок в разрезе

Расчет объема резервуара

Вопрос, как подобрать расширительный бак для системы отопления, напрямую связан с определением необходимого объема резервуара. Для этого требуется произвести ряд расчетов.

При проектировании системы отопления учитывается, что объем расширительного бака должен составлять около 15% от объема теплоносителя в системе.

Чтобы рассчитать требуемую величину, необходимо знать объем воды:

• в котельном агрегате – данный параметр указывается в паспорте изделия;
• во всех радиаторах отопления – подсчитывается для каждого радиатора и суммируется. Следует использовать значения, указанные в технических характеристиках радиаторов соответствующего типа;
• в трубопроводе — рассчитывается на основании сечения и протяженности труб.

Расчет радиаторов зависит от типа – если это панельная модель, в паспорте указывается ее внутренний объем. У секционных моделей приводят объем одной секции, это значение надо умножить на количество секций.

Для подсчета количества воды в трубах используется формула Vобщ = π × D2 × L/4

• L – длина трубы (потребуется измерить все отопительные контуры в доме);
• D – внутренний диаметр трубопровода;
• π – 3,14.

Перед тем как производить расчеты, необходимо суммарную длину труб посчитать в сантиметрах и диаметр также перевести в сантиметры. После вычисления объема по формуле результат также будет выражен в сантиметрах. Для перевода полученного значения в литры, его требуется разделить на 1000.

Заключение

Вопросом, как подобрать расширительный бак для отопления, важно задаться в ходе проектирования отопительной системы и подобрать подходящий тип бака. А вот расчет объема и, соответственно, покупку устройства, следует отложить на конечный этап. Это связано с расчетами объема резервуара.

Если по проекту в доме будут смонтирована система водяного теплого пола, не забудьте до заливки стяжки определить длину контура в каждом помещении. Это касается и скрытого трубопровода радиаторного отопления.

Покупая расширительный бак, лучше выбрать модель несколько больше по объему относительно расчетного значения, чем меньше. Большой бак принципиально не повлияет на функциональность системы.

Ознакомьтесь с видео ниже, которое поможет определиться с выбором бачка.

А вот если подобранный мембранный бак недостаточно вместителен, через аварийный клапан будет сбрасываться разогретый теплоноситель. В этом случае устанавливают новый мембранный резервуар большего объема или в систему монтируют еще один расширительный бак.