Когда давление в системе постепенно опускается ниже половины бара, воздух начинает самопроизвольно всасываться в систему через вентилятор после запуска насоса. Это явление можно классифицировать как вентиляцию.
Физические свойства воды
Одним из ключевых физических свойств воды является её практически отсутствие сжимаемости. Это означает, что попытка уменьшить объём воды (то есть сжать её) приведёт к резкому повышению давления.
Кроме того, вода, как и многие другие вещества, способна увеличиваться в объёме при нагревании. Это явление известно как тепловое расширение. Оно начинается при температуре +4°C. При значениях ниже этой отметки вода также начинает расширяться, что именуется водным парадоксом. При температуре +4°C плотность воды достигает своего максимума: масса 1 литра составляет 1 кг.
Данный парадокс не имеет значительного влияния на системы отопления, поскольку температура воды в радиаторных установках существенно выше.
Увеличение объема воды при нагревании. Фото с сайта agrovodcom.com
Представим себе бак с переливом, который имеет предел объема в 1000 кубических сантиметров. Добавляем 1 литр воды с температурой +4°C и начинаем ее нагревать. В процессе нагрева плотность воды уменьшается, что приводит к увеличению ее объема.
Поскольку перелив ограничивает заданный объем, превышающая вода вытекает наружу. При нагреве воды от +4°C до +90°C (что соответствует нормальной температуре в системах отопления) избыток воды составит 39,95 см³ (или 34,7 граммов). Этот процесс и происходит в системах отопления, когда котел подогревает воду.
Что такое расширительный бак
Вы помните, что при сжатии воды (в нашем случае это касается увеличенного объема теплоносителя в данной системе отопления) наблюдается рост давления. Чтобы предотвратить загрязнение труб и оборудования из-за избытка нагретой воды, необходимо найти место для ее сброса, например, в мерную тару во время проведения эксперимента.
Тем не менее, мы не имеем возможности просто слить воду из отопительной системы. Поэтому необходимо временно сохранить избыток в «кармане», чтобы позже, когда температура воды понизится и плотность возрастет, можно было вернуть ее в систему, и она займет тот же объем, что и первоначальный.
Расширительный бак в системе отопления
Расширительный бак представляет собой специальный элемент в системе отопления, который предназначен для поглощения лишней воды, возникающей в результате теплового расширения. Его основная задача заключается в сглаживании (демпфировании) давления внутри системы.
Открытые и закрытые расширительные баки
Расширительные сосуды бывают двух типов: открытые и закрытые. Это определяет их связь либо с атмосферой, либо с контролируемым, хотя и изменяющимся, давлением.
Открытый расширительный бак
Самым простым примером открытого расширительного сосуда является контейнер, куда выливается избыточная вода из-за термического расширения. Основным недостатком подобной конструкции является необходимость ручного возврата перелившейся воды обратно в систему. Проще говоря, эта вода должна быть возвращена в резервуар, где она была изначально нагрета.
Безусловно, упрощенный подход не предназначен для отопительной системы. Поэтому открытый расширительный бак для отопления можно условно изобразить так:
Схематическая демонстрация расширительного бака открытого типа. Иллюстрация из труда Сканави А.Н. и Махова Л.М. «Отопление».
Вы можете приобрести готовый открытый расширительный бак или изготовить его собственноручно. Вам доступен как готовый резервуар, так и возможность создать его самостоятельно, используя любую подходящую емкость, например, пластиковый ящик.
Расширительный бак закрытого типа
В настоящее время закрытые резервуары становятся все более популярными: они компактнее и не обладают недостатками открытых моделей, такими как замерзание жидкости, насыщение теплоносителя кислородом и повышенная коррозия. Закрытые резервуары имеют герметичную конструкцию и состоят из двух камер: водяной и воздушной.
Процесс выравнивания давления осуществляется следующим образом: избыток воды заполняет водяную камеру и оказывает давление на резиновую перегородку, разделяющую две камеры, в то время как воздух (или газ) в воздушной камере подлежит сжатию. В отличие от воды, газ можно значительно сжимать без значительного увеличения давления.
Разные типы мембран расширительных баков. Фото с сайта profiteplo.com
- с мембраной в виде диска,
- с грушевидной диафрагмой.
Для корректного подключения расширительного бака необходимо тщательно ознакомиться с заводской инструкцией, где указаны рабочие пределы давления и температуры жидкости, форма устройства и рекомендации по подключению.
Типы — Открытые баки
Открытые расширительные баки имеют свои особенности: их нужно устанавливать исключительно в самой высокой части отопительной системы. К примеру, это может быть мансарда. Однако основная задача этого типа устройств заключается не только в предотвращении расширения охлаждающей жидкости. Они также играют важную роль в предотвращении закипания воды в трубопроводах и восполняют запасы жидкости в случае утечки.
Резервуар может функционировать как с естественной, так и с принудительной циркуляцией.
- При естественной циркуляции резервуар должен быть подключен к электросети, чтобы он «частично» выполнял роль воздухосборника.
- Если хладагент проходит через систему под давлением, резервуар должен быть соединен с обратной линией для предотвращения закипания воды в системе.
В общем, открытый резервуар представляет собой конструкцию, из которой выходят четыре трубы:
- Удлинительная труба.
- Удлинительная труба.
- Расширительная труба.
- Сигнальная труба.
Расширительная труба подключается к системе отопления и расположена в верхней части бака. Переливная труба необходима для сброса воды в канализацию в случае переполнения резервуара. Ниже располагается сигнальная труба с замком, которая обеспечивает циркуляцию жидкости, предотвращая её замерзание в баке и поддерживая стабильную общую температуру. При желании можно предпринять дополнительные меры для улучшения теплоизоляции циркуляционной трубы, используя специальные изоляционные материалы для резервуара.
В силу своих многочисленных недостатков такие системы отопления сейчас не находятся в популярности. Основные недостатки заключаются в следующем:
- Эти системы не способны работать под высоким давлением.
- Конструкция является громоздкой и занимает много пространства.
- Поскольку данная система является открытой, в неё, помимо воды, проникает воздух, что оказывает крайне негативное воздействие на внутреннюю поверхность труб и стремительно приводит к коррозии. Это также касается других металлических элементов.
- Такие резервуары рекомендуется устанавливать исключительно на самой высокой точки системы, что, безусловно, ведет к дополнительным затратам.
Типы расширительных баков
Расширительный бак предназначен для компенсации изменения объема жидкости при нагреве. Он может быть герметично закрытым с помощью мембраны или открытым. В последнем варианте это сосуд, где жидкость находится в прямом контакте с воздухом. Учитывая конструктивные особенности этих двух типов, можно отметить, что их применение происходит в различных ситуациях. Существует несколько разновидностей отопительных контуров:
- Статические — в таких системах теплоноситель движется под действием силы тяжести,
- Динамические — в этих системах теплоноситель подается при помощи насоса, без которого циркуляция не может быть осуществлена.
В первом варианте применяются открытые баковые системы, во втором — мембранные расширительные баки. Обе модели отопления всегда имеют дополнительное пространство для выхода расширенного теплоносителя, что исключает возникновение затруднений.
Монтаж расширительного бака своими руками
Как упоминалось ранее, открытые резервуары практически не встречаются на практике, поэтому не имеет смысла обсуждать их установку. Чаще всего используются закрытые системы, которые состоят из нескольких отдельных резервуаров.
Эти системы также оснащены насосом, который необходим для обеспечения принудительной циркуляции теплоносителя, и используют специальные соединения, зарекомендовавшие себя как надежные и качественные.
Шаг 1: В первую очередь, необходимо установить емкость резервуара. Специалисты советуют, чтобы ее объем составлял около 10% от общего количества теплоносителя в системе.
Важно отметить: рекомендуется подключать бак в участок системы отопления, где давление минимально. Обычно это обратная линия.
Также учтите, что расширительный бак отопительной системы не должен создавать неудобства вам и вашим соседям, поэтому его целесообразно размещать в углу комнаты, на полу или, при отсутствии других вариантов, вдоль стены.
Шаг 2: Ключевым моментом является выполнение корректных технических расчетов. Важно учитывать общий объем отопительной системы. Если эта информация отсутствует, ее можно без труда определить, исходя из характеристик используемого нагревателя и мощности котла.
Например, эффективность напольных и панельных систем составляет 17 литров на киловатт. Для нагревателей этот показатель всего 7 литров, а для радиаторов — 10,5 литров. Чтобы вычислить необходимый объем расширительного бака, воспользуйтесь следующей формулой:
(V системы * k) / D = V резервуара.
Если некоторые значения вам неизвестны, давайте подробно рассмотрим их. С объемом отопительной системы и объемом бака, думаю, все более или менее ясно. K — это коэффициент расширения теплоносителя, который измеряется в процентах. Для воды, наиболее часто используемой охлаждающей жидкости, значение составляет 4%, при этом максимальная температура не превышает девяноста пяти градусов. Наконец, D — это эффективность нашего резервуара.
Чтобы провести его расчет, примените другую формулу:
(P максимальный — P начальный) / (P максимальный + 1) = D
Под начальным давлением P мы подразумеваем давление, присутствующее в металлическом резервуаре цистерны, а именно в «газовом» пространстве. Следовательно, P max. обозначает максимальное давление в отопительной системе, на которое рассчитан предохранительный клапан. Для среднестатистического загородного дома данное значение составляет примерно 2,5 бара.
Шаг 3. Теперь, когда все расчеты выполнены и тщательно проверены, можно приступать к дальнейшим действиям. Сначала отключите котел от источника теплоносителя. Далее необходимо перекрыть подачу среды в расширительный бак.
Шаг 4: Отопительный контур полностью опустошен.
Шаг 5. Используя специализированный электрический паяльник и нужное количество отверстий и фитингов, подключите бак к системе.
В конечном итоге следует отметить, что монтаж расширительного бака лучше поручить специалисту, если у вас отсутствуют необходимые знания или опыт. Это объясняется тем, что сначала необходимо убедиться в высоком качестве устройства. Также важно, чтобы соединения были выполнены безопасно. Если вес бака превышает тридцать килограммов, он обязательно должен быть установлен на специальные крепления.
