Рис. 1. Варианты подключения мембранного бака к системе отопления

Задача любого мембранного бака – будь то экспанзомат, компенсатор гидроударов или гидроаккумулятор – обеспечить надежную, безопасную и долгую работу элементов инженерной системы. Полнота ее решения зависит от того, насколько правильно подобран и смонтирован «мембранник».

Место бака в системе отопления Функция расширительного бака (экспанзомата) в системе отопления – компенсировать увеличение объема воды вследствие ее температурного расширения.

Давление в месте подключения аппарата к системе всегда равно статическому давлению в данной точке при имеющейся температуре. Доказать это очень просто: если допустить, что давление в точке подключения бака изменяется, то придется признать, что объем теплоносителя в баке тоже изменился. А этого быть не может, т.к. взяться лишнему теплоносителю в замкнутой системе неоткуда, да и бесследно исчезнуть он тоже никак не может. Впрочем, это правило распространяется только на системы с одним расширительным баком.

Таким образом, от места расположения расширительного бака зависят параметры работы всех остальных элементов системы отопления, требуемое начальное давление в баке и его объем.

При выборе места присоединения расширительного бака следует помнить, что чем выше давление в системе отопления, тем меньше вероятность ее завоздушивания.

На рис. 1 приведено несколько вариантов присоединения мембранного бака к системе отопления со следующими высотными параметрами:

• превышение верхней точки системы над нижней (H) – 10 м;
• теплогенератор и предохранительный клапан расположены на 2 м выше нижней точки системы (h₁);
• расширительный бак помещен на 1 м выше точки его подключения к системе (h₂);
• статическое давление на уровне нижней точки системы – 15 м вод. ст.

Если мембранный бак присоединяется к системе непосредственно после циркуляционного насоса (схема б), следует проверить, чтобы перед насосом сохранялся антикавитационный запас по давлению.

У выносных флажков на рис. 1 обозначены расчетные значения рабочего давления в характерных точках каждой системы (в м вод. ст).

Значение настройки предохранительного клапана принято 33 м вод. ст., напор насоса – 6 м вод. ст., емкость системы – 200 л. Разница максимальной и ми-нимальной температур теплоносителя – 80°С.

В табл. 1 приведены расчетные характеристики мембранных баков для схем с их разным подключением.

 

Таблица 1.

Схема на рис. 1	Предварительное давление в баке, м вод. ст.	Расчетная емкость бака, л.
а	13	14,9
b	13	14,9
c	11	14,2
d	11	14,2
e	3	11,5
f	3	11,5

 

При установке мембранного бака в гравитационной системе отопления на верхней магистрали его следует смещать от главного стояка в сторону отопительных стояков, чтобы исключить паразитное влияние на циркуляцию остывающего в баке теплоносителя. Главный стояк необходимо оснастить воздухоотводчиком и предохранительным клапаном (рис. 1f).

Теплоноситель должен поступать в мембранный бак сверху. В этом случае отсутствует вероятность попадания воздуха в жидкостный отсек бака. Если это требование выполнить невозможно, рекомендуется соблюдать такие правила:

Рис. 2. Варианты организации удаления воздуха из системы с мембранным баком

 

• точка подпитки должна находиться как можно ближе к точке подключения бака;
• при заполнении системы теплоносителем не допускается использование для выпуска воздуха автоматических воздухоотводчиков (они должны быть закрыты).
• Удаление воздуха из системы должно осуществляться через предусмотренные для этого штуцеры с кранами (рис. 2а) или комбинированные краны с дренажом и ручным воздухоотводчиком (рис. 2б);
• по возможности следует использовать мембранные баки, имеющие верхний патрубок для присоединения воздухоотводчика к жидкостной полости.

 

Подбор бака

Достаточный объем мембранного расширительного бака рекомендуется определять по формуле:

где С – общий объем теплоносителя в системе отопления, л. Включает в себя объем воды в трубах, котле, радиаторах и других элементах системы. Этот показатель подсчитывается по фактической емкости каждого элемента системы; P^a _min – начальное (настроечное) абсолютное давление в расширительном баке, бар; P^a _max – максимальное абсолютное давление, возможное в расширительном баке, бар.

 

Таблица 2. Ориентировочный объем тепло-носителя в системе

Тип системы и ее элементы	Удельный объем теплоносителя, л/кВт	Примечания
Котельная	13	без учета объема аккумулирующих емкостей
Система отопления	11	усредненная величина
Конвекторы системы отопления	8
Конвекторы системы вентиляции	10
Радиаторы системы отопления	15

 

С определенной погрешностью значение объема теплоносителя в системе можно выбирать из табл. 2. При расчетах на стадии технико-экономического обоснования допускается принимать удельную емкость системы отопления 15 л/кВт.

Значения коэффициента температурного расширения теплоносителя βt, соответствующие максимальной разнице температур воды в неработающей и работающей системе, рекомендуется при-нимать по табл. 3.

 

Таблица 3. Значения коэффициента температурного расширения теплоносителей βt

Температура,°С	Cодержание гликоля, %
	0	10	20	30	40	50	70	90
0	0,0002	0,0032	0,0064	0,0096	0,0128	0,0160	0,0224	0,0288
10	0,0004	0,0034	0,0066	0,0098	0,0130	0,0162	0,0226	0,0290
20	0,0018	0,0048	0,0080	0,0112	0,0144	0,0176	0,0240	0,0304
30	0,0044	0,0074	0,0106	0,0138	0,0170	0,0202	0,0266	0,0330
40	0,0079	0,0109	0,0141	0,0173	0,0205	0,0237	0,0301	0,0365
50	0,0121	0,0151	0,0183	0,0215	0,0247	0,0279	0,0343	0,0407
60	0,0171	0,0201	0,0232	0,0263	0,0294	0,0325	0,0387	0,0449
70	0,0228	0,0258	0,0288	0,0318	0,0348	0,0378	0,0438	0,0498
80	0,0290	0,0320	0,0349	0,0378	0,0407	0,0436	0,0494	0,0552
90	0,0359	0,0389	0,0417	0,0445	0,0473	0,0501	0,0557	0,0613
100	0,0435	0,0465	0,0491	0.0517	0,0543	0,0569	0,0621	0,0673
110	0,0515	0,0545	0,0568	0,0591	0,0614	0,0637	0,0683	0,0729
120	0,0603	0,0633	0,0653	0,0673	0,0693	0,0713	0,0753	0,0793

 

Настроечное абсолютное давление вычисляется по формуле: P^a _min = P^a ₀ + P^cm _max – 0,1 · (HБ + h₂ + 1), (2) где P^a ₀ – атмосферное давление, бар; P^cm _max – статическое давление на уровне нижней точки системы, бар; HБ – превышение точки врезки бака над нижней точкой системы, м; h₂ – превышение центра бака над точкой врезки, м.

При расположении бака ниже точки врезки h₂ подставляется со знаком «минус».

Абсолютное максимальное давление, возможное в расширительном баке:

P^a _max = P^a ₀ + P_ПК + P_cm Б – P cm ПК – 0,1h₂, (3) где P_ПК – давление настройки предохранительного клапана, бар; P_cm Б – статическое давление на уровне установки предохранительного клапана, бар; P^cm _ПК – статическое давле-ние на уровне врезки в систему мембранного бака, бар.

Рис. 3. Предохранительный клапан Valtec VT.1831 с возможностью настройки и принудительным «подрывом»

Как показывает анализ формулы 1, оптимальный выбор объема расширительного мембранного бака напрямую связан с правильной настройкой предохранительного клапана (согласно СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» это обязательный для экспанзомата элемент). Обычно он настраивается на давление, превышающее допустимое для самого уязвимого элемента системы на 10% (с учетом разности высот клапана и защищаемого элемента). Поэтому для систем отопления рекомендуется применять клапаны с возможностью регулировки давления настройки. Кроме того, клапан обязательно должен иметь устройство принудительного открывания («подрыва») для периодической проверки его работоспособности и во избежание залипания золотника. Пример такого клапана показан на рис. 3.

Установка расширительного бака недостаточного объема или некорректный монтаж могут стать причиной неправильной работы системы отопления и даже выхода ее из строя.

Настроечное давление бака не должно быть ниже гидростатического давления на уровне центра бака более, чем на 1 м вод. ст. (0,1 бара). В противном случае уже в процессе заполнения системы полезный объем бака заполнится теплоносителем, и при последующем нагреве и расширении жидкости будет предоставлен меньший объем, чем это необходимо. Иными словами, если в баке настроечное (заводское) давление равно 1,5 бара, то заполнять систему нужно до давления на уровне центра бака, не превышающего 1,6 бара. Если по проекту в системе необходимо установить большее гидростатическое давление, то для этого, перед монтажом бака, в нем необходимо поднять давление при помощи воздушного насоса. Некоторое количество теплоносителя в баке, обеспеченное его «недокачкой» до гидростатического на 1 м вод. ст., необходимо на тот случай, когда произойдет охлаждение залитого теплоносителя. Например, если система заполнялась днем при температуре воды 20°С, и котел по каким-либо причинам не был запущен, при ночном охлаждении теплоносителя его объем уменьшится, что может привести к разряжению в верхних точках системы и интенсивному подсосу воздуха через воздухоотводчики.

В двух одинаковых системах, различающихся только по типу теплоносителя, расширительный бак большего объема потребуется в той системе, где используется незамерзающий теплоноситель на основе гликоля (этилен- или пропиленгликоль). Ведь коэффициент расширения у гликолевых растворов несколько выше, чем у воды.

Таким образом, при переходе с водяной системы на систему с гликолем потребуется, возможно, замена бака на больший по типоразмеру или установка дополнительного «мембранника».

Сигналом к тому, что система нуждается в баке большей емкости, служит частое срабатывание предохранительного клапана. Диаметр подводящей линии к мембранному расширительному баку должен быть не менее рассчитанного по следующей формуле: , мм, (4) где Q – мощность котла, Вт; V_k – объем воды в котле, л; с – теплоемкость теплоносителя, Дж/кг·К.

 

Примеры обвязки

Рис. 4. Установка расширительного бака в системе с одним котлом: 1 – расширительный бак; 2 – предохранительный клапан; 3 – циркуляционный насос; 4 – фильтр; 5 – обратный клапан; 6 – запорный кран; 7 – воздухоотводчик

На рис. 4 показан вариант установки расширительного бака в системе с одним котлом. В данном случае экспанзомат расположен на обратном трубопроводе системы, что позволяет эксплуатировать его при меньшей температуре теплоносителя, чем если бы он был установлен на линии подачи. Такое решение позволяет продлить срок службы аппарата. Подключение бака на всасывающем патрубке насоса предохраняет насос от кавитации.

Рис. 5. Установка расширительных баков в системе с несколькими кот-лами и автоматическим ограничением минимальной температуры воды в обратном трубопроводе (предусмотрено по одному баку на каждый котел): 1 – расширительный бак; 2 – группа безопасности (предохранительный клапан, манометр, воздухоотводчик); 3 – циркуляционный насос; 4 – трехходовой смесительный клапан; 5 –обратный клапан; 6 – запорный кран; 7 – гидравлическая стрелка

На рис. 5 – схема монтажа расширительных баков в системе с несколькими котлами и автоматическим ограничением минимальной температуры воды в обратном трубопроводе. Здесь предусмотрено по одному экспанзомату на котел. Емкость каждого из них должна быть не меньше расчетной на всю систему, т.е. если по расчету ей необходим бак емкостью 80 л, то такой же должна быть емкость каждого из устанавливаемых аппаратов. Это обусловлено тем, что при работе на пониженной мощности, когда выключается горелка одного из котлов, также происходит отключение соответствующего циркуляционного насоса и закрытие трехходового клапана. При этом циркуляция воды через отключенный котел отсутствует, и расширительный бак, установленный на данном котле, изолируется от остальной системы. Оставшийся в работе экспанзомат должен обеспечить компенсацию расширения теплоносителя во всем объеме системы. Это положение справедливо и при использовании двухходовых клапанов, выполняющих функцию блокировки котлов.

Рис. 6. Установка расширительного бака в системе с несколькими котла-ми и автоматическим ограничением минимальной температуры воды в обратном трубопроводе (один расширительный бак на всю систему): 1 – расширительный бак; 2 – группа безопасности (предохранительный клапан, манометр, воздухоотводчик); 3 – циркуляционный насос; 4 – трехходовой смесительный клапан; 5 – обратный клапан; 6 – запорный кран; 7 – гидравлическая стрелка

Система с несколькими котлами и автоматическим ограничением минимальной температуры воды в обратном трубопроводе может иметь и один расширительный бак. В этом случае он должен монтироваться так, как показано на рис. 6.

 

Мембранные баки для ГВС

Рис. 7. Установка расширительного бака в системе горячего водоснаб-жения: 1 – расширительный бак; 2 – предохранительный клапан; 3 – насос; 4 – фильтр; 5 – обратный клапан; 6 – запорный кран

Основное отличие мембранных баков для водоснабжения заключается в том, что вода в них не должна соприкасаться со стенками корпуса, как это допускается в системах отопления. Поэтому в них всегда применяется мембрана камерного типа (в виде мешка). Кроме того, к материалу мембраны баков для водоснабжения предъявляются повышенные требования по допустимости контакта с пищевыми жидкостями.

Расчет мембранного расширительного бака для ГВС производится по формуле 1. Подсчет объема воды в системе ведется с учетом воды, содержащейся в трубопроводах и водонагревателе или теплообменнике.

Конструкция некоторых водонагревателей предусматривает наличие демпфирующей воздушной подушки в замкнутом объеме самого водонагревателя. Объем этой подушки обуславливается высотой расположения выпускной трубы ГВС и так-же должен учитываться при подборе расширительного бака ГВС.

Пример установки мембранного бака для ГВС приведен на рис. 7.

© Правообладатель ООО «Веста Регионы», 2010
Все авторские права защищены. При копировании статьи ссылка на правообладателя и/или на сайт vesta-trading.ru обязательна.