При нагревании теплоноситель увеличивается в объеме. В открытой системе его избыток поднимается в сообщающуюся с атмосферой емкость, а в закрытом контуре вызывает рост давления. Чтобы трубы, радиаторы, котел и соединения не испытывали лишнюю нагрузку, в систему включают расширительный бак.
Разберемся, для чего нужен расширительный бак, как он устроен и какие данные понадобятся для выбора, установки и настройки.
Почему вода расширяется при нагревании
Плотность и объем жидкости зависят от температуры. Для воды есть особенность: в интервале от 0 до 4 °C ее объем уменьшается, а после 4 °C начинает расти. В рабочем диапазоне отопления правило простое: при нагреве вода расширяется.
Насколько сильно изменится объем, показывает коэффициент объемного теплового расширения. Он измеряется в обратных градусах, например 1/°C или 1/K. Для небольшого температурного интервала прибавку можно приблизительно оценить по формуле:
ΔV = V0 × β × ΔT,
где V0 — исходный объем, β — коэффициент объемного расширения, ΔT — разница температур.
У воды β меняется вместе с температурой, поэтому для широкого диапазона точнее использовать таблицу плотности или коэффициентов. Ниже показано, как меняется объем 100 л воды, залитой при 20 °C.
|
Температура воды |
Увеличение объема относительно 20 °C |
|
40 °C |
около 0,61 л |
|
60 °C |
около 1,54 л |
|
80 °C |
около 2,73 л |
|
90 °C |
около 3,42 л |
Даже несколько дополнительных литров в герметичном контуре вызывают серьезный рост давления: вода сжимается очень слабо.
У водно-гликолевых теплоносителей другая зависимость объема от температуры. Обычно они расширяются сильнее воды, причем результат зависит от вида гликоля и концентрации раствора. Коэффициент расширения антифриза в системе отопления следует брать из паспорта конкретного состава.
Для чего нужен расширительный бак
Расширительный бак в системе отопления принимает прибавку объема теплоносителя во время нагрева и возвращает жидкость в контур при остывании. Второе распространенное название устройства — экспанзомат.
Правильно подобранный бак помогает:
- удерживать давление в расчетном диапазоне;
- сокращать число срабатываний предохранительного клапана;
- уменьшать нагрузку на котел, радиаторы, трубы и соединения.
Расширительный бак входит в систему безопасности, при этом функции остальных устройств сохраняются. Предохранительный клапан сбрасывает теплоноситель при опасном давлении, манометр показывает его значение, автоматический воздухоотводчик удаляет скопившийся воздух. В схеме отопления расширительный бак и группа безопасности выполняют разные задачи и дополняют друг друга.
Во многих настенных газовых котлах уже установлен мембранный бак, рассчитанный на определенный объем контура. При разветвленной радиаторной сети или водяном теплом поле его емкости может не хватить. Тогда выполняют расчет и ставят внешний бак. Параметры встроенного экспанзомата берут из инструкции котла.
Как устроен мембранный бак
Закрытый расширительный бак для отопления состоит из стального корпуса, патрубка для подключения к системе, эластичной мембраны и ниппеля. Мембрана делит внутреннее пространство на водяную и газовую полости. Газовая часть заполнена воздухом или азотом под предварительным давлением.
Когда теплоноситель нагревается, часть жидкости поступает в водяную полость. Мембрана смещается или растягивается, газ сжимается. После охлаждения давление газа выталкивает теплоноситель обратно в систему. Поэтому вода в расширительном бачке находится в переменном количестве: ее объем зависит от температуры и давления в конкретный момент.
Несменная диафрагма закреплена внутри корпуса; после ее повреждения обычно меняют весь бак, а вот сменная мембрана устанавливается через фланец и допускает ремонт. Тип мембраны проверяют в паспорте модели.
Основные элементы мембранного расширительного бака и их расположение в продольном и поперечном разрезах
Какие расширительные баки бывают
В системах водяного отопления применяют открытые и закрытые баки.
Расширительный бак открытой системы отопления представляет собой емкость, которая сообщается с атмосферой. Ее размещают в верхней точке контура. Уровень жидкости приходится контролировать из-за испарения, а бак и подводящую трубу защищают от замерзания. Контакт с воздухом способствует коррозии металлических элементов.
Закрытый мембранный бак герметичен. Его размещают в котельной с учетом схемы подключения. Испарение исключено, контакт теплоносителя с воздухом сведен к минимуму.
Мембранные модели различаются:
- номинальным объемом;
- максимальными рабочими давлением и температурой;
- способом монтажа: настенным или напольным;
- формой корпуса: цилиндрической или плоской;
- расположением и размером подключения;
- типом и материалом мембраны;
- возможностью ремонта.
В Volmax можно подобрать мембранные баки для систем отопления, включая компактные плоские модели и напольные баки большого объема. Цвет помогает различать серии, но единого правила у производителей нет. Чтобы понять, для чего предназначен белый расширительный бак, проверьте маркировку: изделие может быть рассчитано на отопление, ГВС или водоснабжение.
Как рассчитать объем бака
Чтобы выбрать расширительный бак для отопления частного дома, нужно знать объем теплоносителя, температуры заполнения и максимального нагрева, предварительное и предельное давление. Подбор по мощности котла дает грубую оценку: при одинаковой мощности длина труб и количество радиаторов различаются.
Сначала определяют, сколько воды в системе отопления. Самые надежные способы:
- Взять полный объем из проекта.
- Сложить вместимость котла, радиаторов, труб, коллекторов и теплого пола. Данные оборудования берут из паспортов, объем труб рассчитывают по внутреннему диаметру и длине.
- Измерить количество теплоносителя при полном сливе или заполнении собранной системы.
Затем находят прибавку объема при нагревании. Например, в контуре находится 200 л воды, температура заполнения равна 20 °C, максимальная рабочая температура — 80 °C. По таблице вода увеличится примерно на 2,73 %, то есть на 5,46 л.
Номинальная емкость бака больше этой прибавки: часть корпуса занимает газ, а небольшой запас воды нужен уже при холодном заполнении. Для расчета используют формулу:
Vб = (Vр + Vз) × (Pmax + 1) / (Pmax − P0),
где Vр — расширившийся объем теплоносителя; Vз — начальный запас жидкости; P0 — предварительное давление газа; Pmax — расчетное конечное давление. Давления указывают в барах относительно атмосферы.
Возьмем для примера Vр = 5,46 л, запас Vз = 3 л, P0 = 1 бар и Pmax = 2,5 бара:
Vб = (5,46 + 3) × 3,5 / 1,5 = 19,74 л.
Подойдет ближайший больший стандартный объем, например 24 л. Запас и конечное давление определяют по методике производителя с учетом настройки предохранительного клапана, разницы высот и расположения насоса.
Правило «около 10 % от емкости системы», которое вы можете встретить в гайдах и инструкциях по выбору, подходит для предварительной оценки. При высокой температуре, антифризе, большой статической высоте или узком диапазоне давления результат меняется, поэтому для покупки нужен расчет — и за ним вы можете обратиться в любой из наших инженерных центров.
Как выбрать модель
После расчета объема сравнивают технические характеристики. Основные критерии:
- назначение для закрытой системы отопления;
- номинальный объем с округлением расчетного значения вверх;
- максимальное рабочее давление выше расчетного давления системы и порога срабатывания предохранительного клапана с учетом разницы высот;
- допустимая температура теплоносителя;
- совместимость мембраны с водой или выбранным водно-гликолевым раствором;
- заводское предварительное давление и возможность его регулировки;
- присоединительный размер и расположение штуцера;
- габариты, способ крепления и доступ для обслуживания;
- сменная мембрана, если важна ремонтопригодность.
Модели одной серии могут различаться объемом, подключением и предельным давлением. Поэтому размеры расширительного бака проверяют вместе с гидравлическими характеристиками, особенно в тесной котельной или внутри корпуса котла.
Для системы с антифризом следует проверить допустимый тип и концентрацию гликоля. Совместимость одного изделия с определенным раствором нельзя автоматически переносить на другие серии.
Где и как установить расширительный бак
В закрытой системе бак часто подключают к обратной линии котлового контура перед всасывающим патрубком циркуляционного насоса, но все же для конкретного котла и бака приоритет имеет схема производителя.
При монтаже соблюдают несколько условий:
- бак размещают в отапливаемом помещении, защищают от осадков, ударов и сильной вибрации;
- корпус и заполненный теплоносителем бак надежно крепят, вес не передают на трубопровод;
- к ниппелю, соединению и обслуживаемому фланцу оставляют свободный доступ;
- на соединительной линии сохраняют требуемый проход без заужений;
- отсечной кран защищают от случайного закрытия, а рядом предусматривают слив для обслуживания;
- систему запускают только при открытом кране между контуром и баком.
Открытый бак устанавливают в верхней точке системы. Для холодного чердака нужна защита от промерзания, а в доме без постоянного отопления применяют подходящий незамерзающий теплоноситель либо полностью сливают воду из уязвимых участков.
Предохранительный клапан, манометр и воздухоотводчик монтируют по схеме котла и группы безопасности. Запорный кран между котлом и предохранительным клапаном может сделать защиту бесполезной, поэтому такую возможность исключают при проектировании.
Как настроить давление
Чтобы определить, сколько бар должно быть в расширительном бачке, находят статическую высоту: расстояние от точки подключения бака до верхней точки заполненного контура. Примерно 10 м водяного столба создают 1 бар.
Производители используют немного разные методики. В одном случае предварительное давление принимают равным статическому давлению в точке подключения, в другом добавляют небольшой запас. Давление холодного заполнения обычно устанавливают немного выше предварительного, чтобы в бак поступил начальный объем воды. Например, для Flexcon R разница составляет 0,3 бара. Точные значения берут из паспорта бака и инструкции котла.
Настройку давления в расширительном баке выполняют до заполнения системы или после полного снятия давления со стороны теплоносителя:
- Выключают котел и дают теплоносителю остыть.
- Перекрывают обслуживаемый бак и открывают его слив. Если отсечного узла нет, давление придется сбросить во всем контуре.
- Проверяют манометром давление через ниппель.
- Подкачивают воздух автомобильным насосом либо стравливают его до расчетного значения.
- Закрывают слив, открывают соединение с системой, заполняют холодный контур и удаляют воздух.
- Проверяют давление после прогрева и убеждаются, что предохранительный клапан остается сухим.
Измерение на заполненном баке не показывает корректно предварительную настройку газовой полости. Встроенный бак газового котла лучше обслуживать по инструкции силами специалиста.
Сколько воды должно быть в баке
У мембранного бака нет постоянного уровня. Количество воды в расширительном бачке увеличивается при нагревании и уменьшается при охлаждении. Постукивание по корпусу без учета режима системы не дает надежной диагностики.
Поводом для диагностики служат следующие признаки:
- давление заметно растет при нагревании и резко падает после остывания;
- предохранительный клапан регулярно сбрасывает теплоноситель;
- после сброса воды систему приходится часто подпитывать;
- из ниппеля при кратком нажатии выходит вода;
- давление воздуха после подкачки быстро снижается.
Если расширительный бак полный воды, возможны потеря воздушного заряда, повреждение мембраны, ошибочная настройка или недостаточный объем. Вода из воздушного ниппеля указывает на повреждение мембраны. Частое срабатывание клапана бывает связано и с другими проблемами, поэтому проверяют всю систему.
Давление газовой полости контролируют с периодичностью, указанной в паспорте. Производители отдельных серий рекомендуют ежемесячную проверку и ежегодный профилактический осмотр. Перед измерением бак отключают от контура и освобождают его водяную полость от давления.
Какие частные случаи стоит учесть
При какой температуре расширяется вода?
В диапазоне от 0 до 4 °C вода при нагревании уменьшается в объеме. Выше 4 °C объем растет; весь обычный рабочий диапазон отопления находится в этой области.
Насколько увеличивается объем воды при замерзании?
Примерно на 9 %. Расширительный бак не защищает заполненные трубы от льда: при промерзании жидкость может перекрыть проход и повредить систему.
Можно ли поставить дополнительный бак рядом с газовым котлом?
Да, если расчет показывает, что встроенной емкости мало. Дополнительную модель подключают к тому же контуру с учетом требований изготовителя котла.
Можно ли заменить отопительный бак моделью для водоснабжения?
Мембрана, рабочая температура, покрытие и давление могут различаться. Используйте модель только по назначению из ее документации.
Чем расширительный бак отличается от подпиточной емкости?
Бак автоматически принимает изменение объема теплоносителя во время каждого цикла нагрева и охлаждения. Подпитка восполняет фактическую потерю жидкости из контура и требует отдельного узла.
Расширительный бак подбирают по объему системы, виду теплоносителя, диапазону температур и давлению. После расчета остается проверить назначение, габариты, подключение и условия монтажа. Если схема сложная, в котле уже есть встроенный экспанзомат или система работает с антифризом, безопаснее поручить расчет и настройку специалисту. В Volmax мы поможем вам подобрать бак и совместимые элементы котельной под параметры вашего контура.
