Открытая система отопления: расширительные баки, схемы, насосы

Расширительный бак для ГВС установка давление

В системах ГВС преимущественно устанавливаются баки со фланцевыми сменными мембранами из пищевого каучука, характеризующиеся химической инертностью и не меняющие вкуса и качества воды. Они не рассчитаны на длительную выдержку высоких (более 100 °С) температур, в отличие от давления – в разы превосходящее этот же параметр в системах отопления (до 4-4,5 бар в сравнении с 1,5-2,5).

Основным назначением этих устройств служит защита трубопровода и приборов системы ГВС от гидроударов, возникающих в случае перегрева воды, рекомендуемый объема бака составляет не менее 10% от объема бойлера.

Оптимальным местом установки бака в системах ГВС считается участок между обратным клапаном, защищающим линию холодного водоснабжения от проникновения горячей воды, и самим бойлером. Установка бака после бойлера не нарушает нормы, но в таких схемах первой в линию ГВС попадает остывшая вода из бака. Сечение присоединительных труб в таких системах в любом случае должно совпадать с диаметром патрубков бака, при выборе уплотнителей учитывается потребность в выдержке более высокого давления.

Нормативное давление в системах ГВС варьируется в пределах 0,3-4,5 бар, точное значение указывается в инструкции водонагревателя. Как правило, в частных домах оно составляет около 1-2 бар, реже – поднимается до 3 (особенно при наличии систем фильтрации воды).

Монтаж бака происходит по стандартной схеме, с применением уплотняющей ленты на резьбовых элементах. Порядок настройки давления немного отличается:

• До откручивания вентиля подпитки начальное давление бака приравнивается или слегка превышает рабочее давление в системе +0,3 бар.
• После запуска подпитки и водонагревателя давление отслеживается и доводится до конечного давления, рассчитываемого по формуле Ркон≤Рпк+0,5 бар, где Рпк – давление предохранительного клапана, ≈3 бар в системах ГВС частных домов.

Стоит отметить, что при установке современных бойлеров сравнительно малого объема с надежными системами защиты от перегрева и автоматическими клапанами сброса в монтаже расширительного бака в обычных частных домах нет необходимости. В системах ГВС данные устройства относятся к вспомогательным и устанавливаются лишь при высокой вероятности появления излишков горячей воды.

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:

Его нельзя ставить вплотную к стене.
Следует обеспечить свободный доступ к устройству для его регулярного обслуживания и необходимого ремонта.
Подвешенный на стене бак не должен располагаться слишком высоко.
Между баком и трубами отопления следует поставить запорный кран, который позволит снимать устройство без полного слива теплоносителя из системы.
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.

Конструкции баков

Для решения вопроса компенсации можно просто установить в самой верхней части трубопровода отдельно выводящую трубу. Но она не будет выполнять все функции расширительного бака в полной мере. Чтобы понять почему, следует рассмотреть разные типы конструкции и особенности монтажа этого компенсатора.

Открытого типа

Такая конструкция, в большинстве своем, изготавливается кустарным способом. Типичная схема бака открытого типа показана на рисунке:

Конструкция бака открытого типа

Она представляет собой стальную емкость, которая монтируется в самой высокой точке трубопровода системы отопления. Бак подключается к системе через расширительный патрубок, а для обеспечения движения воды предусмотрен циркуляционный патрубок.

По мере заполнения системы водой, она достигает сигнального патрубка, на котором устанавливают кран. Для обеспечения контроля расширения воды предусмотрен переливной патрубок. Он обеспечивает свободное перемещение воздуха внутри бака.

Для расчета объема бака открытого типа необходимо знать объем воды в системе. Если же такой информации нет, можно отталкиваться от мощности котла – на 1 кВт приблизительно соответствует 15 л воды. Т.е для 24 кВт котла максимальный объем теплоносителя составит 360 л. При повышении температуры до 70°С, вода при таком объеме расширится на 9 литров. А при максимальной в 95°С – на 15 л. Объем бака до уровня переливного патрубка должен быть не менее 15 л.

Закрытый мембранный бак

Есть и более совершенная система компенсирования давления в системе – мембранный бак. Его конструкция представляет собой закрытый стальной резервуар.

Расширительный мембранный бак

Изолированный корпус разделен на 2 части, одна из которой имеет подключение к системе отопления. Вторая же заполнена инертным газом – азотом. Для установки уровня давления внутри нее предусмотрен ниппель, с помощью которого можно уменьшать (стравливание) или увеличивать (насосная подкачка) величину давления внутри.

При подключении к трубам отопления и активации системы вода, после разогрева, попадает в камеру бака. При достижении определенного значения давления подвижная мембрана увеличивает объем водяной камеры. Этот тип конструкции более удобен как в эксплуатации, так и при монтажных работах. Основными преимуществами бака мембранного типа являются:

Отсутствие контакта воды с воздухом, что значительно уменьшает вероятность коррозии.
Бак может монтироваться в любом месте тепловой магистрали.
Так как система полностью герметична – потери теплоносителя минимальны.
Уменьшение тепловых потерь, по сравнению с баком открытого типа.

Но для этой системы есть один обязательный фактор – расчет оптимального объема бака. Это важный этап в проектировании системы отопления в целом.

Расчет мощности бака

При расчете объема расширительного бака мембранного типа необходимо учитывать следующие параметры:

Тип теплоносителя. Коэффициент теплового расширения (Е) для разных жидкостей отличается

Поэтому важно знать эту величину.
Общий объем теплоносителя в системе – С. Приблизительный расчет был указан выше.
Начальное давление в системе Рмин.
Максимально допустимая величина давления Рмакс.
Коэффициент заполнения бака при различных значениях давления (Кзап)

Он может быть рассчитан по таблице:

Объем расширения теплоносителя может быть рассчитан по следующей формуле:

Коэффициент расширения для воды Е – 0,034 (при 85°С).
Объем системы отопления С- 360 л
Начальное давление Рмин – 1,5 атм
Максимальное значение давления Рмакс – 4 атм
Согласно таблице, коэффициент наполняемости бака Кзап равен 0,5

Это стандартный объем бака для небольшого дома.

При выборе расширительного бака необходимо обращать внимание на качество изготовления. Лучше всего посоветоваться со специалистами, так как производителей этих конструкций большое множество, а определить качество для той или иной модели без опыта и практики очень затруднительно.

Подключение расширительного бака на подачу

Что же означает «установка бака на подачу»? Очень даже просто — это такой тип установки расширительного бачка, при котором циркуляционный насос выкачивает давление из расширительного бочонка. То есть бак устанавливается на всасывающей стороне насоса. Рассмотрим ниже, как это отобразится на работоспособности системы домашнего отопления в целом.

После сборки такой отопительной цепи, при которой насос качает из расширительного бака, мы наполняем ее водой. Пусть, для примера, будет закачано воды на 1 бар статического давления. Когда будет включен насос, он начнет создавать динамическое давление. Это легко можно увидеть, посмотрев на показания манометров, установленных в разных углах системы.

И так, насос включен. Он создает давление в 1,5 атмосферных давления. На ближайшем к нему манометре отображаются показания давления равные 1,4 бар. Пока жидкость в системе добирается до последующих измерительных приборов, давление опускается все ниже и ниже.

Когда жидкость совершает практически полный круг обращения по системе и доходит до установленного расширительного бачка — можно увидеть, что динамическое давление системы отопления будет равняться статическому. И на участке между насосом и бачком давление опустится еще ниже, снижая нагрузку на систему.

Назначение закрытых бачков

Все они, независимо от объемов, производительности, предназначены для нивелирования расширения теплоносителя (специальных жидкостей, воды), которое происходит при повышении его температуры.

Делается это для того, чтобы избежать разрушительных гидроударов, повреждений фитингов, арматуры, разрыва труб систем отопления, выдавливания прокладок.

Любой закрытый бак представляет собой стальной герметичный резервуар, разделенный на части эластичной мембраной, которая изменяет свое положение при повышении/понижении температуры теплоносителя

Пример: теплоноситель (вода) расширяется на четыре процента с повышением температуры до 95 °С. Чего вполне хватает для выхода инженерной системы из строя.

Устройство и компоненты экспанзомата

Любое подобное современное изделие состоит из следующих конструктивных элементов:

корпуса;
камеры для теплоносителя;
газовой камеры, куда закачивается обычный воздух или инертный газ;
мембраны.

Вариант наполнения газовой камеры инертным газом является более предпочтительным, ведь обеспечивает емкости большую долговечность. Но обычный воздух более доступный.

Мембрана изготавливается из эластичных материалов, поэтому способна изменять свое положение при увеличении или уменьшении температуры теплоносителя. Этот элемент конструкции бывает диафрагменного или баллонного типа, при этом принцип действия у них аналогичный.

Подсоединение баков к отопительной системе происходит с помощью специального патрубка. Для закачивания газа предусмотрен клапан. Емкости закрытого типа типа изготавливаются в горизонтальной или вертикальной компоновке, что облегчает комплектацию системы отопления.

Современные расширительные резервуары, предназначенные для использования в системах отопления бывают различных размеров, форм, кардинально отличаются и их рабочие характеристики. Все перечисленное позволяет сделать оптимальный выбор в любой ситуации

Емкости, предназначенные для установки в закрытые отопительные системы, оснащаются манометрами для контроля внутреннего давления. Аналогичные изделия, предназначенные для монтажа в системы обычных частных домов, работают при невысоких нагрузках, не превышающих 3,5-4 бар, поэтому в измерительных приборах не нуждаются.

А также в продаже можно найти резервуары двух видов:

с несменной или стационарной мембраной диафрагменного типа, то есть порыв, износ которой приведет к замене всего прибора;
со сменной мембраной балонного типа.

В первом случае изделия отличаются более демократичной ценой, во втором большей функциональностью, ремонтопригодностью и долговечностью.

Конструкция фланцевых бачков позволяет износившуюся или поврежденную мембрану заменить, причем в ряде случаев это получится сделать даже самому. А еще сменные мембраны способны выдержать большее давление.

Схема действия расширительного бачка

Когда теплоноситель холодный, то мембрана бака занимает максимально большое пространство. При повышении температуры давление на нее возрастает.

В результате указанный элемент конструкции преодолевает сопротивление инертного газа или воздуха и изменяет свое положение, освобождая больше места для образовавшегося излишка жидкости.

Расширительные емкости не участвуют в процессе обогрева помещений, но их задача более, чем важная. Так как каждое такое изделие предотвращает поломки системы отопления, которые могут происходить из-за гидроударов и возросшего давления теплоносителя

При остывании теплоносителя происходит процесс обратный, описанному выше. А дальше циклы многократно повторяются.

Комплектация открытой системы отопления

Минимальная комплектация отопления

Помимо насоса в открытой системе отопления следует подобрать и другие компоненты. От правильности выбора будет зависеть работоспособность и эффективность всей схемы теплоснабжения.

Для правильного расчета открытой системы отопления в первую очередь вычисляется ее номинальная мощность. Если теплоизоляция здания хорошая – можно взять соотношение, что на 10 м² площади потребуется 1 кВт тепловой энергии. Для более точного расчета рекомендуется воспользоваться специальными программами. С их помощью можно составить корректную схему открытого теплоснабжения, вычислить оптимальные характеристики ее компонентов.

Для минимальной комплектации отопительной системы понадобятся такие элементы:

Котел;
Расширительный бак;
Трубопроводы;
Радиаторы и батареи.

Требования к последним двум невысокие. Чаще всего для обустройства теплоснабжения применяют полимерные трубы. Но специалисты рекомендуют для разгонного стояка использовать стальную трубу. Это объясняется высокой температурой в этой части системы отопления открытого типа для частного дома.

Выбор котла для открытого отопления

Виды котлов для открытого отопления

В первую очередь необходимо предупредить, что установка газовых и электрокотлов для открытой системы отопления запрещена. Нередко в системе образуются воздушные пробки, которые негативно повлияют на работу оборудования и могут привести к аварийным ситуациям. Поэтому единственной альтернативой остаются твердотопливные модели или котлы, работающие на дизельном топливе.

Установка котла должна выполняться согласно всем требованиям. Он располагается в отдельном помещении, где нельзя хранить топливо. Котельная должна иметь принудительную циркуляцию воздуха. Для оптимизации работы оборудования рекомендуется установка сэндвич-дымоходов.

Помимо этих факторов существуют специфические требования для нормальной адаптации котла открытой системы теплоснабжения:

Нельзя устанавливать котлы длительного горения. Они рассчитаны для низкотемпературного режима работы системы. В таком случае расширение теплоносителя будет недостаточно для циркуляции;
Если в системе не установлена насосная группа – необходим отдельный монтаж обратного клапана;
Котел в системе теплоснабжения открытого типа для частного дома должен располагаться в самой низкой точке схемы.

Если в комплектацию оборудования не входит температурный датчик – его следует установить отдельно. Для точности измерения он монтируется на подающей трубе непосредственно после котла.

Модели расширительных баков для открытой системы

Схема установки и конструкция расширительного бака

Для компенсации теплового расширения теплоносителя и своевременного контроля его уровня необходим монтаж расширительного бака для открытого отопления. Он располагается в самой высокой точке системы и может выполнять сразу несколько функций.

Сначала выполняется расчет оптимального объема расширительного бака открытого типа для систем отопления. Он должен составлять как минимум 5% от количества теплоносителя в системе. В стандартной конструкции есть 3 патрубка, которые выполняют следующие функции:

Входящий патрубок. С его помощью происходит подключение расширительного бака к открытой системе отопления. Обычно его диаметр на 1 размер меньше, чем у разгонного стояка, к которому выполняется монтаж. Поэтому необходим переходник;
Труба циркуляции. Через нее горячая вода поступает дальше по магистрали;
Сигнальный патрубок. Необходим для оповещения о критическом снижении уровня теплоносителя. При открытии крана из него не идет вода – следует дополнить систему.

Способы установки расширительного бака

Дополнительно можно модернизировать расширительный бак для открытого теплоснабжения. В некоторых случаях он может выполнять функцию узла подпитки. Для этого необходим дополнительный патрубок, который подключается к водопроводу. При критическом снижении объема горячей воды можно оперативно дополнить систему, открыв запорную арматуру.

Существует несколько схем монтажа расширительного бака. Для теплоснабжения открытого типа с насосом он может монтироваться на дальнем стояке. Такой вариант применяется редко, так как эффективность подобной схемы крайне низка. Чаще всего расширительный бак устанавливается на ближнем стояке для своевременного контроля состояния отопления.

Расширительный бак для водоснабжения в различных системах схемы монтажа

Помимо работы в качестве оборудования для автономного водопровода, мембранный расширительный бак для водоснабжения нередко используют в других целях, устанавливая его в отопительные, водосборные и водоснабжающие системы различного инженерного исполнения. При этом основные критерии выбора – температурные характеристики внутренней оболочки, объем бака и способ его размещения на поверхности.

Рис. 11 Гидробак с бойлером косвенного нагрева – схема и пример размещения

Обвязка бойлера косвенного нагрева

Бойлер косвенного нагрева предназначен для создания запасов горячей воды в доме, конструктивно он выполнен в виде металлического утепленного резервуара для сбора воды, внутри которого находится отопительный трубопровод. Поступающая в бойлер холодная вода нагревается трубами, по которым циркулирует теплоноситель системы отопления – таким образом установка не потребляет электроэнергию, а потребитель всегда имеет запас горячей воды. Также петлевая схема подключения трубопровода бройлера с рециркуляцией не позволяет остывать воде в трубах.

Общеизвестно, что при нагреве вода расширяется и в закрытом бройлере из-за этого повышается давление. Для компенсации к нему подключают вертикально установленный расширительный бак для систем водоснабжения, оболочка которого принимает на себя возросшее давление воздуха.

Рис. 12 Вертикальные расширительные баки для накопления воды в системах обезжелезивания

Запас воды

Для обеспечения автономного водоснабжения вовсе не обязательно устанавливать погружные или поверхностные электронасосы в водные источники и производить непрерывный водозабор. Альтернативный метод – кратковременный сбор воды и хранение ее запасов в накопительной емкости. Для его реализации на чердаке дома устанавливают накопительный бак, наполняют его водой из любого источника с помощью электронасоса, предусматривая разрыв цепи электропитания поплавковым выключателем, установленным на стенке накопительной емкости.

Недостатком способа сбора жидкости в накопительную емкость является неудобство ее размещения на чердаке, а также низкий напор без мембраны при малой высоте расположения (1 бар на 10 метров вертикального водного столба), не всегда достаточный для комфортного водопотребления.

Альтернатива данному варианту – использование накопительного гидробака большой емкости. Его можно разместить в любом месте дома и даже в подвале, а элементом, управляющим электронасосом, служит реле давления. В этом случае подобранный гидробак обеспечит значительно больший напор воды во внутреннем водопроводе по сравнению с накопительной емкостью на чердаке

Его второе немаловажное преимущество – нахождение внизу, благодаря этому подключаемый трубопровод не будет портить дизайн и эстетичный вид дома в отличие от накопительного бака, к которому придется протягивать линию по верху

Рис. 13 Схема монтажа гидроаккумулятора в системе со скважинным насосом

Забор воды из скважины

Технология подключения гидроаккумулятора к магистрали автономного водоснабжения с подачей воды из скважины была рассмотрена выше, в этом случае гидроаккумулятор обычно используют в составе насосной станции или размещает его отдельно, рядом со скважинным насосом. Бак также может находиться в доме, намного реже его помещают на поверхности в отдельной пристройке.

Забор воды из емкости

Не всегда водозабор производят для бытовых нужд и питья, нередко вода нужна в хозяйстве для полива огородов, автомоек, наполнения бассейнов или рукотворных прудов. В этом случае ее чистота не играет большой роли, и она может быть взята из различного вида источников или емкостей – озер, прудов, крыниц, бочек для сбора дождевых осадков. Использование поверхностных насосов при этом требует постоянного надзора, поэтому рационально применять для водосбора автоматически отключаемые насосные станции, в состав которых обязательно входит горизонтальный гидробак. Прибор предотвратит нежелательные гидравлические удары и обеспечит работу отключающей автоматики от реле давления, если оно не подходит, его отсоединяют от питания, меняют на реле сухого хода или на входе напорной трубы ставят переходник с реле протока.

Рис. 14 Схемы насосных станций для дома

Марка	Стоимость, рубли
Объем, л	8	12	18	24	35	50	80	100	150	200	300	500
Wester	790	860	900	1 000	1 650	1 900	2 500	3 500	5 200	9 500	11 500	18 100
Объем, л	8	12	18	25	33	60	80	100	140	200	300	500
Reflex	1 520	1 600	1 980	2 300	3 070	4 900	5 900	6 700	9 060	10 860	15 000	23 000
Объем, л	8	12	18	25	35	50	80	105	150	200	250	500
Zilmet CAL-PRO	1 170	1 230	1 300	1 630	2 100	3 100	4 200	6 100	7 600	9 480	12 200	22 200

Проектирование открытой системы отопления: основные требования к схеме, комплектующим и монтажу