Расширительный бак для отопления

1 Система естественного теплоснабжения

Циркуляция теплоносителя в этом виде отопительного контура не имеет дополнительной стимуляции, всё работает согласно физическим законам. Нагретая жидкость увеличивается в объёме и имеет меньшую плотность, чем поступившая в котёл и остывшая после отдачи тепла радиаторам. Нагретый теплоноситель попадает в радиаторы, передаёт им тепло, вследствие чего охлаждается и уходит обратно в котел.

Подобная система считается полностью энергонезависимой: в системах, где нет естественной циркуляции, движение теплоносителя осуществляется за счёт насосов, прокачивающих жидкость. В случае отсутствия электричества такие системы работать не будут. Контур с естественной циркуляцией лишён этой проблемы, но у него существует ряд значительных недостатков:

1. 1. Для возможности движения жидкости самотёком применяются трубы большого диаметра, монтаж которых выполняется под углом. Подобное требование, помимо увеличенных затрат на материалы, приводит к невозможности выполнения монтажа системы для домов большой площади — угол для самотека может оказаться чересчур большим.
2. 2. Минимальное количество запорных механизмов, поскольку каждый из них создает препятствия для самотека жидкости. Это приводит к тому, что в случае поломки приходится отключать отопление полностью для проведения ремонта.
3. 3. Сложности в балансировке: для осуществления естественной циркуляции систему нужно грамотно рассчитать и сбалансировать, подбирая диаметры труб и количество секций радиаторов.
4. 4. Нет возможности использования системы теплых полов.
5. 5. Теплоноситель начинает циркулировать только при достаточном нагреве, это приводит к тому, что отопление начнется спустя некоторое время после запуска котла.

Расширительные баки в различных системах отопления

В любом здании, будь оно административным или жилым, система отопления может быть представлена одним из следующих вариантов: централизованная, автономная открытого/закрытого типа.

Рассмотрим детальнее особенности конструкции расширительного бачка для наиболее распространенных систем, а также выполняемые им функции.

Централизованная система. Расширительный бак – герметичная емкость, наверху которой расположен вентиль, предназначенный для выпускания лишнего воздуха.

Бак монтируется в самой высокой точке верхнего разлива отопительной системы. Во время ее эксплуатации воздух стремится именно туда, вытесняемый источником тепла, движущимся вниз. Запуск системы осуществляется в подвале путем открытия задвижки контуров и стравливания воздуха из бака.

Автономная система открытого типа. В данной системе все устроено достаточно просто. Расширительный бак – негерметичная конструкция, закрываемая крышкой, чтобы внутрь не попала пыль и т.д.  Движение теплоносителя по открытой системе отопления возможно благодаря конвекции. При этом источник тепла вступает в контакт с воздухом непосредственно в расширительном бачке, который, в свою очередь, выполняет 2 функции: компенсирует расширение теплоносителя и одновременно является высшей точкой контура, в которую поступает стравленный воздух.

Автономная система открытого типа

Автономная система закрытого типа. В такой системе бачок представлен емкостью, разделенной на две части специальной резиновой мембраной. В одной части бака находится воздух. В другой – жидкость из системы. Такая конструкция предотвращает накопление в системе отопления воздуха (обогащенного кислородом), разрушающего трубы и радиаторы.

Теплоноситель циркулирует по отопительной системе под действием циркуляционного насоса. Контур отопления в данном случае не имеет никакого контакта с окружающей средой, а бак – всего лишь емкость с резервным объемом, благодаря которому теплоноситель в состоянии расширяться в процессе эксплуатации отопительной системы.

Автономная система закрытого типа

Устройство расширительного бака

В смонтированной и готовой к работе индивидуальной системе отопления с жидким теплоносителем расширительный бачок выглядит примерно так, как показано на приведенном рисунке (рис. 2). В некоторой литературе данное устройство называется «экспансоматом» — от английского термина «расширение» — экспансия).

Различают следующие основные типы расширительных бачков для систем отопления:

• Бачок закрытого типа.
• Бачок открытого типа.

Расширительный бачок открытого типа

В старых системах отопления часто применялся расширительный бачок открытого типа. До сих пор такие устройства монтируют в системах, в которых отсутствуют циркуляционные насосы, обеспечивающие оборот теплоносителя.

Расширительный бачок открытого типа

Однако, бачок такой системы имеет свой недостатки:

• Прежде всего в такой системе необходимо постоянно следить за уровнем теплоносителя.
• Вода из такой системы может испаряться.
• Баки открытого типа быстро ржавеют при контакте с водой.
• Конструкция системы с бачком открытого типа предполагает его установку исключительно в верхней точки, что не всегда возможно, да и просто трудоемко.

Расширительный бачок закрытого типа

В системах, в которых теплоноситель циркулирует по контурам посредством работающих насосов ставятся исключительно расширительные бачки закрытого типа.

схема работы бачка

Это уже более сложное устройство, в котором имеется специальная мембрана, расположенная в герметично закупоренной емкости для теплоносителя.

Мембраны в таких бачках разделяют на диафрагменные и баллонные. В любом случае мембрана делит емкость на две части. В первой находится закачанный под давлением инертный газ (для предотвращения коррозии) или обычный воздух, а во вторую при повышении давления в системе отопления поступают излишки теплоносителя.

Как только температура теплоносителя в такой системе увеличивается, то лишняя его часть устремляется в расширительный бачок. Мембрана меняет свою конфигурацию (примерно как воздушный шарик) и объем воздуха или газа в другой части расширительного бачка уменьшается. Газы, как известно довольно легко сжимаются, но и стремятся к расширению.

закрытый бачок

При остывании теплоносителя расширяющееся газы толкают мембрану и выталкивают излишки теплоносителя обратно в систему отопления.

Типы закрытых расширительных бачков

При одинаковом принципиальном устройстве – расширительные бачки закрытого типа могут делиться еще на несколько видов:

1. Бачок со сменяемой мембраной, также называемый фланцевым.
2. Бачок с несменяемой мембраной.

Стоимость бачков второго типа ниже и они пользуются большей популярностью у потребителей. Однако бачки со сменяемой мембраной могут выдержать большие перепады давления в системе, что резко повышает их эффективность. Кроме того, они более ремонтопригодны и мембрана при повреждении может быть заменена.

Фланцевый расширительный бачок может исполняться в двух вариантах: в вертикальном и в горизонтальном. Отличительной особенностью расширительных бачков такого типа является отсутствие контакта теплоносителя с поверхностью бака. Расширяющаяся жидкость находится внутри своеобразного кокона из мембраны, поэтому на поверхности бачка отсутствуют причины для коррозии. Такую мембрану достаточно легко менять.: просто откручивается фланец и выполняются ремонтные работы.

В мембранных расширительных бачках наибольший риск повреждения мембранного элемента возникает в момент пуска системы, когда в ней скачкообразно возрастает давление.

При нахождении в системе больших объемов теплоносителя нормальный уровень давления производится посредством манометра. Такой прибор соединяется с предохранительным клапаном, пороговое значение срабатывания для которого в частом доме устанавливается на 3-4 бара.

Сравним системы отопления закрытого и открытого типа

Функционирование открытой системы отопления основано на законах термодинамики, за счет которых осуществляется движение теплоносителя. Из области высокого давления и соответствующей температуры на выходе котла вода перемещается по трубам в область более низкого давления, и ее температура при этом понижается. Охлажденный теплоноситель направляется обратно в котел, и процесс повторяется. Таким образом, происходит естественная циркуляция жидкости, согласно законам физики.

Так как при нагревании воды происходит увеличение ее объема, в конструкции открытой системы отопления предусмотрен расширительный бачок. Для эффективного движения теплоносителя открытого типа расширительный бачок устанавливают в самой высокой точке системы, а нагревательный котел – в самой низкой. Монтаж на чердаке расширительного бака представляется оптимальным вариантом. Устройство его не отличается сложностью.

С течением времени происходит испарение воды, поэтому ее уровень необходимо своевременно восполнять. При перерывах в использования отопления и при отрицательных температурах окружающей среды воду нужно сливать, иначе она замерзнет в трубах и разорвет их. Открытая система отопления имеет следующие преимущества:

• независимость от источников электрической энергии;
• отсутствие шума;
• простоту обслуживания;
• быстрый запуск и остановку.

В закрытой системе отопления испарения воды не происходит, так как она герметична. Движение теплоносителя осуществляется с помощью нагнетательного или циркуляционного насоса, с которым можно ознакомиться в статье «Какой циркуляционный насос выбрать для системы водяного отопления частного дома, технические характеристики». При этом для эффективной работы также необходим расширительный бак, изготовленный из прочного металла. Закрытая система отопления состоит из нагревательного котла, циркуляционного насоса, трубопроводной сети, радиаторов и расширительного бака. Замкнутая система отопления имеет следующие преимущества:

• отсутствие необходимости постоянного контроля уровня теплоносителя;
• возможность использования антифриза;
• регулировка внутреннего давления;
• возможность подключения дополнительных приборов.

При грамотном монтаже отопительного оборудования оба варианта будут работать отлично. Выбор между ними определяется условиями эксплуатации и особенностями размещения. Между двумя системами имеются следующие различия:

В открытой системе отопления расширительный бачок располагается в наивысшей точке. В закрытой отопительной системе он может располагаться практически в любом месте.
Вероятность образования воздушных пробок в закрытой системе отопления значительно ниже. Это обуславливается повышенным внутренним давлением и отсутствием прямого контакта с атмосферой.
Для функционирования открытой системы отопления необходимы трубы большого диаметра. Монтажные работы осложняются необходимостью учитывать правила гидравлики при распределении потоков, выполнении поворотов, уклонов и так далее.
Используемые в закрытой системе отопления трубы небольшого диаметра удешевляют ее стоимость

Здесь важно грамотно установить циркуляционный насос, чтобы при его работе создавалось как можно меньше шума.

Монтаж мембранного устройства

Гидроаккумулятор этого типа устанавливают там, где имеется минимальная вероятность завихрений теплоносителя, поскольку для нормальной циркуляции водяного потока по контуру используется насос.

Правильное положение емкости

При подключении расширительного бака к закрытой системе отопления обязательно нужно учесть расположение воздушной камеры устройства.

Резиновая мембрана периодически растягивается и затем сокращается. Из-за такого воздействия со временем на ней появляются микротрещины, которые постепенно увеличиваются. После этого мембрану приходится заменять новой.

Если воздушная камера такого бака при установке останется внизу, то давление на мембрану усилится за счет гравитационного воздействия. Трещины появятся быстрее, ремонт понадобится раньше.

Разумнее устанавливать расширительный бачок таким образом, чтобы отсек, заполненный воздухом, оставался сверху. Это позволит продлить срок службы устройства.

Особенности выбора места установки

Существует ряд требований, которые нужно учитывать при установке мембранного расширительного бака:

1. Его нельзя ставить вплотную к стене.
2. Следует обеспечить свободный доступ к устройству для его регулярного обслуживания и необходимого ремонта.
3. Подвешенный на стене бак не должен располагаться слишком высоко.
4. Между баком и трубами отопления следует поставить запорный кран, который позволит снимать устройство без полного слива теплоносителя из системы.
5. Трубы, подведенные к расширительной емкости, при настенной установке также нужно прикрепить к стене, чтобы снять возможную дополнительную нагрузку с патрубка бака.

Для мембранного устройства наиболее подходящим местом подключения считается обратный отрезок магистрали между циркуляционным насосом и котлом. Теоретически можно поставить расширительный бачок и на подающей трубе, но высокая температура воды отрицательно скажется на целостности мембраны и сроке ее службы.

При использовании твердотопливного оборудование такое размещение опасно еще и тем, что из-за перегрева в емкость может попасть пар. Это серьезно нарушит работу мембраны и даже может ее повредить.

Помимо запорного крана и “американки” рекомендуется при подключении устанавливать дополнительно тройник и кран, который позволит опустошить расширительный бачок перед отключением.

Настройка прибора перед использованием

Перед установкой или непосредственно после нее необходимо правильно настроить расширительный бак, иначе называемый экспанзомат. Это сделать несложно, но сначала нужно узнать, какое давление должно быть в системе отопления. Допустим, приемлемый показатель составляет 1,5 бар.

Теперь нужно измерить давление внутри воздушной части мембранного бака. Оно должно быть меньше примерно на 0,2-0,3 бар. Измерения проводят манометром с подходящей градацией через ниппельное соединение, которое имеется на корпусе бака. Если необходимо, воздух подкачивают внутрь отсека или стравливают его избыток.

В технической документации обычно указано рабочее давление, которое устанавливается изготовителем на заводе. Но практика показывает, что это не всегда соответствует действительности. Во время хранения и транспортировки часть воздуха могла выйти из отсека. Нужно обязательно провести собственные измерения.

Если давление в баке выставлено неправильно, это может привести к подсосу воздуха через устройство для его отведения. Такое явление вызывает постепенное остывание теплоносителя в баке. Предварительно заполнять мембранный бак теплоносителем не нужно, достаточно просто заполнить систему.

Бак как дополнительная емкость

Современные модели отопительных котлов нередко уже снабжены встроенным расширительным баком. Однако его характеристики далеко не всегда соответствуют требованиям конкретной отопительной системы. Если встроенная емкость слишком мала, нужно установить дополнительный резервуар.

Он обеспечит нормальное давление теплоносителя в системе. Такое дополнение будет актуальным и в случае изменения конфигурации отопительного контура. Например, когда самотечную систему переделывают под циркуляционный насос и оставляют старые трубы.

Это верно и для любых систем со значительным объемом теплоносителя, например, в двух-трехэтажном коттедже или там, где помимо радиаторов имеется теплый пол. Если используется котел со встроенным мембранным баком небольшого размера, установка еще одной емкости практически неизбежна.

Расширительный бак будет уместен и при использовании бойлера косвенного нагрева. Клапан сброса, подобный тому, что устанавливают на электрокотлах, здесь не будет эффективным, экспанзомат – адекватный выход из положения.

Задачи, функции и принцип работы

Чтобы понять необходимость установки подобных агрегатов, необходимо рассмотреть те функции, которые выполняют указанные экспансоматы. Повышение температуры внутри котла на каждые 10 градусов Цельсия приводит к увеличению объема нагревающейся жидкости приблизительно на 0,3%.

Простейшие математические подсчеты дают понять, что доведение жидкости-теплоносителя до температуры кипения (100 градусов) приведет к увеличению общего объема воды приблизительно на 3%. Это достаточно существенный объем, который может серьезно повлиять на функционирование всей системы в целом. Поэтому и используют специальное устройство, призванное компенсировать температурное расширение жидкости.

Устройство и принцип работы экспансомата.

Таким образом, расширительный бак для отопления выполняет сразу несколько важных функций:

• удаление лишних объемов воды в водосток при достижении определенного уровня наполняемости;
• пополнение объемов воды при ее утечке либо при падении температуры;
• сохранение необходимого уровня гидростатического давления посредством добавления или удаления соответствующих объемов теплоносителя;
• сбор воздуха и паров воды, которые выделяются в котле при повышении температуры жидкости.

В любой отопительной системе, которая в качестве жидкости-теплоносителя использует обычную воду, постоянно присутствует определенный процент воздуха. Как заявляют специалисты, в 1л трубопроводной воды содержится 40 мг воздуха, который находится в растворенном состоянии.

Недостатки

При всем многообразии выполняемых функций, расширительный бак для отопления обладает некоторыми отрицательными качествами:

• большие размеры, что может затруднить их расположение в помещении;
• уменьшение стойкости различных приборов, труб и радиаторов к коррозии;
• стенки данного отопительного оборудования в определенных количествах расходуют тепло.

В зависимости от конструктивных особенностей расширительные баки подразделяются на две основные группы: открытые и закрытые. Как подобрать тот, который подходит вам, рассмотрим дальше.

Типы баков

• открытые;
• закрытые.

Открытый

Устанавливается в системах с естественной циркуляцией теплоносителя. Он монтируется в самой верхней точке и представляет собой открытую или полуоткрытую ёмкость круглой или прямоугольной формы.

На определённом уровне в него вставляется трубка для слива излишков теплоносителя. Открытый резервуар обязательно утепляют, чтобы теплоноситель не остывал.

Фото 1. Расширительный бак открытого типа, подходит для отопительных систем с естественной циркуляцией.

Достоинства:

• простота и неприхотливость обслуживания;
• отсутствие дополнительных элементов;
• простота управления.

Недостатки:

• открытость и контакт с атмосферой, вследствие чего возможна коррозия самого устройства;
• из-за открытости наблюдается большое испарение теплоносителя, что приводит к необходимости постоянного контроля за уровнем жидкости;
• установка в верхней точке основного стояка доставляет неудобства при добавлении жидкости в систему.

Закрытый

Резервуар закрытого типа устанавливается в системах отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя. Он представляет собой герметичную ёмкость с установленным краном Маевского для стравливания лишнего воздуха. Для контроля за давлением внутри бака его снабжают барометром. Такой резервуар устанавливается в любом месте помещения.

Фото 2. Расширительный бачок закрытого типа обычно монтируется в отопительных системах с принудительной циркуляцией.

Достоинства:

• полная герметичность системы;
• отсутствие контакта с воздухом, что исключает коррозию труб и радиаторов;
• простота монтажа;
• экономичность.

Недостатки:

• необходимость устанавливать дополнительное оборудование для контроля за давлением внутри ёмкости;
• риск повреждения устройства вследствие скачков давления.

Мембранный

Резервуары мембранного типа — отдельный вид закрытых баков. Они представляют собой герметичную ёмкость с эластичной мембраной внутри.

Мембрана служит для регулировки давления жидкости в системе. Она разделяет резервуар на две части. Одна часть заполнена инертным газом, а другая предназначена для приёма излишков теплоносителя.

При попадании жидкости в одну часть, давление на мембрану усиливается, вследствие чего она сдвигается в ту сторону, где находится воздух. При остывании теплоносителя происходит обратный процесс. Давление со стороны жидкости уменьшается, а сжатый воздух выталкивает мембрану назад.

Мембранные ёмкости могут иметь сменную и несменную мембрану. Во втором случае при поломке придётся заменять расширительный бак полностью, поэтому большей популярностью пользуются ёмкости первого типа.

Достоинства:

• отсутствие контакта с воздухом и, как следствие, предотвращение коррозии металла;
• установка в любом удобном месте внутри помещения;
• отсутствие необходимости теплоизоляции;
• простота монтажа;
• надёжность;
• экономичность, т. к. теплоноситель не испаряется из труб и радиаторов и не охлаждается.

Недостатки:

• невозможность изготовить своими руками без специальных материалов и инструментов;
• периодическая проверка давления инертного газа;
• при поломке конструкции в отдельных случаях придётся заменять резервуар полностью.

Справка! Мембранные баки устанавливаются в системах отопления закрытого типа, использующих насос. Такие системы зависят от наличия электроэнергии.

Расширительный бак в закрытой системе отопления

Расширительный бак смонтирован правильно

В этом случае и к выбору емкости, и к ее монтажу придется подойти с большей долей ответственности. Во-первых, отметим, что расширительные бачки для системы отопления закрытого типа являются полностью герметичным прибором — контакта с окружающей средой нет. Изготавливают их в заводских условиях, где конструкцию резервуара делят на две части. Нижняя предназначается для расширяющегося теплоносителя, а верхняя для воздуха или газа, который будет компенсировать расширение, то есть создавать определенное давление на теплоноситель. Две части разделены между собой резиновой мембраной.

Теперь несколько моментов, которые касаются функциональности расширительных резервуаров закрытого типа:

Оптимальное место установки бачка – это участок, где течение теплоносителя близко к ламинарному. Обычно это обратная магистраль перед циркуляционным насосом

Здесь важно, чтобы участок был горизонтальным и прямолинейным. Как было сказано выше, высота установки никакого значения в данном случае не имеет

Здесь важно принять излишки теплоносителя и снизить возможность возникновения гидроудара. А воздух можно стравить в другом месте и другими приборами.
В настоящее время многие производители комплектуют бачки предохранительными клапанами, через которые сбрасывается избыточное давление. Это идеальный вариант емкости, который повышает показатель безопасной эксплуатации отопительной системы в целом. Убедитесь, что клапан присутствует в приобретенном вами резервуаре. Если такового нет, то рекомендуем его приобрести как отдельный узел и обязательно установить. Если предохранительный клапан срабатывает достаточно часто, значит, с объемом бака вы просчитались. Придется сделать новый расчет и приобрести другую емкость, заменив старый образец. Правда, есть вариант проще – приобрести дополнительный бак (меньшей емкости) и установить его параллельно старому. Их общий объем не должен быть меньше рассчитанного.
Многие настенные котлы отопления изначально снабжаются циркуляционными насосами и расширительными бачками. Поэтому перед покупкой вам необходимо точно решить, нужны ли вам эти приборы, которые увеличивают стоимость котла. Есть ли смысл покупать именно такую конструкцию, тратя большие деньги? Может быть, есть необходимость приобретения недорогих вариантов?
Отличия герметичного бачка от открытого состоит не только в конструкции прибора, но и в месте его расположения.
Минимальный объем расширительного бачка должен быть равен 10% от объема всей отопительной системы. Отклонения в большую сторону возможны, в меньшую — категорически нет.
И еще совет по безопасности – установите рядом с резервуаром манометр, который будет показывать давление в системе и поможет контролировать ее безопасную работу.

К чему приведет неправильно подобранный расширительный бак?

Если при нагреве теплоносителя в отоплении объема расширительного бака не хватит, то избыток теплоносителя будет сливаться через специальный аварийный клапан. После того, как система снова остынет, возникнет недостаток теплоносителя. Плюс ко всему упадет давление в системе отопления.

Котлы и другое оборудование имеют нижний порог по давлению, преодолев который, отопление попросту не запустится. Исправить эту ситуацию поможет обычный долив теплоносителя.

Если такая ситуация будет возникать постоянно, то повышается риск выхода из строя оборудования. Поэтому лучше подбирать расширительный бак правильно.

Баки для системы отопления закрытого типа

В контуре закрытого типа устанавливаются мембранные компенсаторы красного цвета.

Принцип работы закрытого бачка заключается в том, что при попадании в него избыточного объёма жидкости деформируется резиновая мембрана, которая, в свою очередь, выталкивает клапан для стравливания воздуха.

При остывании мембрана прогибается в обратную сторону, и происходит подсос воздуха. При этом воздух и жидкость в бачке не соприкасаются. Если возникает критический перегрев теплоносителя, срабатывает аварийный клапан, выпускающий лишнюю жидкость. Бачки могут иметь съёмную заменяемую мембрану или выпускаться в неразборном варианте. Подобные компенсаторы могут монтироваться на потолок, стену или просто устанавливаться на пол.

Для напольного варианта в комплекте к ним идут ножки.

Расчёт объёма бачка для закрытой системы

Для закрытых бачков есть своя формула расчёта:

Vб=Vт . Kн ⁄ KЭф;

где Vб – объём бака, Vт – объём теплоносителя, Kн – коэффициент нагрева, KЭф – коэффициент эффективности бака.

С объёмом теплоносителя все более–менее понятно, как и с коэффициентом расширения при нагреве (2,4%). Посчитать, сколько литров вы залили в систему не сложно по водомеру.

А вот что такое коэффициент эффективности бака? Грубо говоря, это показатель эффективности работы мембраны. Не вдаваясь в сложные расчёты можно сказать, что средний показатель этой эффективности для систем отопления в индивидуальных домах равен 1,33.

Вернёмся к нашему контуру, в который залито 300 л воды. Объём бака закрытого типа составит Vб= 300 . 2,4 : 1,33 = 5,4 литра. Специалисты советуют и в этом случае предусмотреть небольшой запас для надёжности. Так что семилитрового бака вам будет вполне достаточно.