Расширительный бак в системе отопления. Устройство и принцип действия

Расширительный бак в системе отопления. 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.

Расширительный бачок системы охлаждения двигателя. Назначение расширительной ёмкости

В системах охлаждения различных автомобилей содержится от 5 до 20 и более литров незамерзающей жидкости — антифриза (тосола). В процессе эксплуатации двигатель, а вместе с ним и антифриз разогревается от низкой температуры зимой до высокой в летний период.

Перепад температур может достигать 100 °С и более. Например, при эксплуатации машины в северных регионах, где прогрев мотора начинается от минус 20 °С и заканчивается рабочей температурой 90 °С, эта разница составит 110 °С.

Во время работы двигателя в расширительном баке возникает давление около 1 Бар

Поскольку любая жидкость расширяется в объёме при нагревании, в охладительном контуре авто образуется излишек, который нужно куда-то направить. Антифриз является средой несжимаемой, поэтому при расширении он создаст в системе высокое давление, способное разорвать патрубки и соты радиаторов. И наоборот, при охлаждении жидкость уменьшится в объёме и создаст разрежение (вакуум), воздействующий с такой же силой.

Чтобы обеспечить нормальную работу системы охлаждения силового агрегата и избежать скачков давления, в неё интегрирован расширительный бачок. Его функции следующие:

• воспринимать дополнительный объём антифриза, расширяющегося при нагреве;
• сбрасывать излишки давления через пробку со встроенным предохранительным клапаном;
• отдавать жидкость обратно в систему при остывании мотора, препятствуя возникновению воздушных пробок.

На грузовиках применяются расширительные баки больших размеров

Антифриз, являющийся смесью дистиллированной воды с этиленгликолем (иногда — пропиленгликолем), при нагревании от нуля до 100 °С прибавляет в объёме порядка 5%. В контуре, рассчитанном на 10 л тосола, после полного прогрева образуется целых 500 мл, которые уходят в расширительный бачок.

Расширительный бачок. Виды расширительных баков

В различных системах отопления применяются разные виды расширительных баков. Раньше в системах, не имеющих циркуляционных насосов, использовался открытый расширительный бак для отопления. Но такие баки имели множество недостатков, поэтому в настоящее время их применяют очень редко. Из-за того, что в такой расширительный бачок для отопления попадает воздух, появляется коррозия, а также жидкость испаряется быстрее и ее необходимо постоянно пополнять. Такой бак должен быть поставлен в самой верхней точке системы отопления, а это не всегда можно легко и просто реализовать.

Открытый расширительный бак для отопления

В таких системах отопления, где носитель тепла циркулирует с помощью насоса, ставится закрытый расширительный бак для отопления, расчет здесь делается на то, что это герметичная емкость, которая обладает эластичной мембраной внутри. Мембрана (баллонная или диафрагменная) разделяет бачок на две части. В одну часть закачивается воздух или инертный газ под давлением, а другая часть предназначена для излишков теплоносителя. Мембрана внутри бака – эластичная, поэтому при попадании теплоносителя туда объем воздушной камеры становится меньше, давление в ней растет, таким образом компенсируя высокое давление в отопительной системе. При остывании же совершается обратный процесс.

Устройство закрытых расширительных баков

Закрытый расширительный бачок для отопления плоский бак может быть фланцевым (иметь сменную мембрану) и с несменной мембраной. Второй вид пользуется достаточно большим спросом из-за относительно низкой стоимости. Но фланцевые расширительные баки во многом лучше – давление здесь может быть больше, а если разорвется мембрана, то можно ее заменить.

Фланцевый расширительный бак системы отопления может быть как вертикальным, так и горизонтальным.

Здесь жидкость, когда поступает в бак, не имеет контакта с металлической поверхностью, так как находится внутри мембраны. Если мембрана повреждается, заменить ее можно через фланец.

Вертикальные и горизонтальные фланцевые бачки

Баки, в которых не предусмотрена сменная мембрана, она закрепляется жестко по всему периметру. Диафрагма с самого начала прижата к внутренней поверхности, так как объем расширительного бака для отопления полностью заполнен газом. После этого давление в расширительном баке отопления увеличивается, а жидкость идет вовнутрь. Когда система запускается, давление может резко повыситься, поэтому именно в этот момент мембрана может повредиться.

Группа безопасности котла. Что входит в состав группы безопасности?

Группа безопасности состоит из клапана сброса избыточного давления, автоматического воздухоотводчика и манометра. Три устройства установлены на одном коллекторе, который обычно делают из стали или латуни.

Автоматический воздухоотводчик

При нагреве теплоносителя растворимость содержащихся в нем примесей, в том числе газообразных, снижается. В результате в теплообменнике выделяются пузырьки газа. Их скопление может привести к образованию воздушных пробок, которые ухудшают условия циркуляции теплоносителя. К попаданию воздуха в систему могут привести ошибки монтажа, например, неправильная врезка крана подпитки или плохая герметичность стыков.

Автоматический воздухоотводчик, расположенный за теплообменником, удаляет пузырьки газа сразу же после их образования и не дает им пройти дальше в систему. Устройство представляет собой нормально закрытый клапан. Оно состоит из камеры и поплавка с иглой, которая перекрывает выпускное отверстие. Когда воздух скапливается в камере и вытесняет воду, поплавок опускается, отверстие открывается. После выхода воздуха клапан возвращается в исходное положение.

Клапан сброса избыточного давления

В процессе нагрева теплоноситель увеличивается в объеме. Для компенсации теплового расширения в системе отопления есть мембранный бак. Но горение твердого топлива может сопровождаться избыточным тепловыделением. Из-за этого объем увеличивается больше расчетного значения, и расширительный бак «не справляется». Одна из таких нештатных ситуаций — закипание котла. В замкнутой системе увеличение объема приводит к росту давления. Трубы и радиаторы, рассчитанные на 7-9 бар, справляются с такими нагрузками, а теплообменник с рабочим давлением 2 или 3 бар может не выдержать.

Клапан сброса избыточного давления, или предохранительный клапан, устанавливают для безопасного удаления излишков теплоносителя из системы. В закрытом положении шток устройства удерживается пружиной, настроенной на определенное усилие. Если давление воды на клапан оказывается выше, он открывается. После сброса теплоносителя пружина возвращает шток в исходное положение.

Манометр

Манометр предназначен для оперативного контроля давления в системе и настройки ее работы. Помимо стандартной градуировки на его индикаторе есть метки, указывающие максимально допустимое давление и рабочий диапазон.

Существует еще одна разновидность группы безопасности котла отопления — консоль для установки расширительного бака. На ее коллекторе имеется дополнительный резьбовой патрубок. Для удобства обслуживания расширительного бака допускается установка промежуточного отсекающего вентиля. Он позволяет демонтировать емкость без слива теплоносителя из системы.

Мембранный бак. Расширительный бак

Расширительный бак  — элемент жидкостной системы отопления (или охлаждения, например, двигателей внутреннего сгорания), предназначенный для приёма избытка воды, возникающего при её тепловом расширении в результате нагревания.

Внутреннее пространство всех элементов системы отопления ( трубопроводов , отопительных приборов, арматуры , оборудования и т. д.) заполнено водой. Получающийся при заполнении объём воды в процессе эксплуатации системы претерпевает изменения: при повышении температуры воды он увеличивается, при понижении — уменьшается. Соответственно изменяется внутреннее давление . Однако эти изменения не должны отражаться на работоспособности системы отопления и, прежде всего, не должны приводить к превышению предела прочности и разрушению любых её элементов. Поэтому в систему водяного отопления вводится дополнительный элемент для вмещения расширения объёма воды — расширительный бак.

Расширительный бак может быть открытым , сообщающимся с атмосферой, и закрытым ( мембранным ), находящимся под переменным, но строго ограниченным избыточным давлением.

Открытые расширительные баки размещают над верхней точкой систем - в чердачном помещении, на лестничной клетке или на кровле зданий и в ряде случаев покрывают тепловой изоляцией . Их изготовляют цилиндрическими или прямоугольными из листовой стали и сверху снабжают люком для осмотра и окраски. В корпусе бака имеется два или более патрубков:

Кроме того, открытый расширительный бак предназначен для восполнения убыли объёма воды в системе при утечке и при понижении её температуры, ограничения гидравлического давления в системе, сигнализации об уровне воды в системе, удаления воды в канализацию при переполнении системы, управления действием подпиточных приборов и, наконец, в отдельных случаях он может служить воздухоотделителем и воздухоотводчиком. Благодаря непрерывному и безотказному выполнению этих разнообразных функций открытый расширительный бак является необходимым и надежным прибором, чем объясняется его широкое распространение. Открытые расширительные баки вместе с тем имеют недостатки: они могут быть громоздки в системах с большим объёмом теплоносителя, в связи с чем затрудняется их размещение в зданиях и увеличивается бесполезная потеря тепла через их стенки при установке их в местах с отрицательной температурой. При открытых баках вследствие излишнего охлаждения воды в них возможно поглощение воздуха и усиление внутренней коррозии труб и отопительных приборов. Наконец, в ряде случаев требуется прокладка дополнительных труб.

Закрытые расширительные баки, располагаемые непосредственно в тепловых пунктах зданий или на тепловых станциях , лишены многих из недостатков открытых баков. Однако их ёмкость значительно превышает ёмкость открытых баков для отопительной системы с таким же объёмом воды, а для уменьшения объёма путём искусственного увеличения внутреннего давления требуются дополнительное оборудование и затрата электрической энергии. Бак имеет две полости разделённые гибкой диафрагмой. Одна для воздуха под давлением, вторая для воды. Воздух закачивается через ниппель, вода из системы подаётся через патрубок.

Полезный объём расширительного бака должен соответствовать увеличению объёма воды, заполняющей систему отопления, при её нагревании до средней расчётной (предельной) температуры. Увеличение объёма воды в системе отопления $\Delta V_0$ составит:

где $V_0$  — общий внутренний объём арматуры, труб, отопительных приборов и теплообменника системы отопления или, что то же, объём воды в системе при начальной температуре;
$\beta$  — среднее значение коэффициента объёмного расширения воды, возрастающее с увеличением температуры;
$\Delta t$  — изменение температуры воды от начальной до средней расчетной.

Видео как правильно установить расширительный бак.