Как рассчитать объем расширительного бака для системы отопления

Устойчивость, безотказность, эффективность и долговечность работы системы отопления зависят от того, насколько правильно просчитаны все ее параметры, насколько гармонично взаимодействуют между собой ее приборы, узлы и необходимые устройства, насколько качественно выполнены монтаж и регулировка. И мелочей в подобных вопросах быть попросту не может.

Форма подбора расширительного мембранного бака для герметичной системы

Полный объем жидкости в системе* л
Давление зарядки расширительного бака** бар
Максимально допустимое давление системы*** бар
Коэффициент расширения теплоносителя(для воды при t=85°C коэфф. равен )  
Минимальный объем расширительного бака л

* — можно взять приблизительно, исходя из мощности, 1 кВт = 15 л ** — должно быть равно статическому давлению системы отопления (0,5 бар = 5 метров) *** — определяется давлением срабатывания клапана безопасности

Таблица 3. Значение коэффициента температурного расширения теплоносителей βt

Инструкция для калькулятора количества и объема жидкости в цистерне

Размеры вводите в миллиметрах:

D – диаметр емкости можно замерить рулеткой. Необходимо помнить что диаметр – это отрезок наибольшей длины, соединяющий две точки на окружности и проходящий через ее центр.

H – уровень жидкости замеряют, используя метршток, но если такого инструмента нет под рукой, воспользуйтесь обычным стержнем из проволоки или деревянной планкой подходящей длины. Соблюдая меры безопасности, опустите строго вертикально стержень в цистерну до дна, отметьте на нем уровень, достаньте и измерьте рулеткой. Также определить H можно, измерив, расстояние от верха цистерны до поверхности жидкости и отняв этот показатель от значения диаметра.

L – длина емкости.

Если необходим чертеж в бумажном виде, целесообразно отметить пункт «Черно-белый чертеж». Вы получите контрастное изображение и сможете его распечатать, не расходуя зря цветную краску или тонер.

Нажмите «Рассчитать» и получите следующие данные:

Объём емкости – этот параметр характеризует полный объём цистерны, т.е. какое максимальное количество жидкости в кубических метрах или литрах может в нее поместиться.

Количество жидкости – сколько вещества находится в цистерне на данный момент.

Свободный объём позволяет оценить, сколько жидкости еще можно залить в емкость.

В результате, Вы получаете расчет не только объема цистерны, но и объема жидкости в неполной цистерне.

Изделия из металла следует периодически красить, тогда срок их службы значительно возрастет. Зная площадь передней поверхности, площадь боковой поверхности и общую площадь емкости легко оценить необходимое количество лакокрасочных материалов для обработки всей емкости или ее отдельных частей.

Предназначение резервуара

В школе на уроках физики рассказывали, что твердые вещества способны расширяться, когда происходит их нагрев, а жидкая и газообразная среда увеличивается в объеме. Вода практически не способна сжиматься по сравнению с газом. Если жидкость нагревается в закрытом резервуаре, начинает возрастать давление внутри емкости, потому что среде некуда расширяться. В итоге может произойти разрыв закрытого сосуда. Именно такой процесс происходит в отопительном контуре котельного агрегата с резервуаром для теплоносителя.

Температурное расширение воды характеризуется нелинейным коэффициентом. Благодаря этому показателю можно узнать, во сколько раз происходит увеличение объема жидкости, когда она нагревается на один градус. Понять принцип расширения воды поможет известный физический опыт, проиллюстрированный на рисунке ниже:

Опыт демонстрации температурного расширения жидкости Источник

На рисунке с левой стороны изображен сосуд с одним литром воды. Жидкость заполняет резервуар до переливного отверстия. Температура среды составляет + 4 °С. Такое значение для воды представляет собой нулевую точку отсчета. На рисунке также изображена мерная емкость, находящаяся под переливным патрубком.

С правой стороны рисунка изображена та же емкость, но уже в нагревающемся состоянии. Это приводит к повышению температуры воды. Поэтому плотность жидкости уменьшается. При этом масса среды остается постоянной. Однако происходит увеличение жидкости в объеме. После того, как температура воды достигает + 90 °С, в мерном сосуде скапливается около 36 мл жидкости. Это количество является избыточным объемом.

Многие домовладельцы скажут, что это небольшое количество теплоносителя. Однако при рассмотрении вопроса расширения воды в более масштабных размерах пренебрегать увеличением объема жидкости при нагреве нельзя. Например, происходит увеличение температуры у 100 л водной среды. При таком количестве жидкости избыточный объем будет составлять 3,5 литра.

Предназначение резервуара

Увеличение объема жидкой среды во время нагрева в тепловом контуре загородного дома Источник

Водная среда в системе отопления жилища нагревается с 20 °С до 90 °С. По ходу повышения температуры происходит расширение теплонесущей жидкости. Когда в контуре не смонтирован расширительный бак, наблюдается существенное увеличение давления в сети. Поэтому жидкость ищет выход наружу в ненадежных точках системы. Это сам котельный агрегат, один из радиаторов, падающий или обратный трубопровод.

Ситуацию мог бы исправить предохранительный клапан, использующийся для сброса избыточного горячего теплоносителя. Однако наладить работу контура в доме все равно не удастся, потому что существует немаловажный нюанс. При функционировании отопления теплоноситель периодически охлаждается. После расширения жидкость принимает прежний объем, но в результате сброса воды освобождается место в контуре отопления, которое занимает воздух. Это приводит к появлению воздушных пробок, представляющих собой головную боль для всех отопительных систем. Они препятствуют циркуляции теплонесущей жидкости в сети.

Воздушная пробка в радиаторе отопления загородного дома не дает теплу распределиться по всей батарее Источник

Предназначение резервуара

Удаляются воздушные пробки путем спуска воздуха из батарей (радиаторов). При установке предохранительного клапана приходится регулярно добавлять новый теплоноситель, а это экономически невыгодно. Ведь на подогрев новой воды требуется существенно больше средств по сравнению с нагревом теплонесущей жидкости, возвращающейся в котельный агрегат из контура отопления загородного дома.

Расширительный бак для отопления – единственно правильное решение, позволяющее наладить стабильную работу системы. Устройство выполняется в виде емкости, покрытой эмалью красного цвета и подключаемой к сети через одну трубу. Резервуар используется, чтобы компенсировать избыточное давление в контуре отопления загородного дома.

Расширительные бачки открытого типа

Конструктивной особенностью расширителей открытого типа является контакт теплоносителя с атмосферой. Циркуляция в системах с расширителем этого типа конвекционная. При нагреве объем жидкости растет, его избыток поглощается резервуаром емкости.

При падении температурных показателей жидкость возвращается обратно самотеком, под действием гравитации.

Из-за нулевого давления в баке, устройство не требует прочной металлической конструкции, поэтому:

  • в изготовлении корпуса применяется любой металл;
  • может использоваться готовая емкость из термостойкого пластика;
  • не принципиальной является форма резервуара.

В дачных домиках такое оборудование может быть собрано из подручных средств. В качестве емкости можно использовать пластиковую канистру или бочку, оборудованную приемным патрубком и выводом для перелива.

Расширительные бачки открытого типа

Расширители открытого типа могут быть изготовлены в форме прямоугольного бака с негерметичной крышкой на верхней плоскости

Внешне это обычный металлический бак, верхняя плоскость которого снабжена отверстием для обслуживания и добавления жидкости. Защиту от засора обеспечивает негерметичная крышка. В нижней части или на боковой плоскости предусмотрены крепежные узлы.

Галерея изображений

Расширительный бачок в отопительной схеме

Открытый сосуд для сбора излишков теплоносителя

Простейший вариант расширителя

Емкость со свободной возможностью испарения

Открытые системы отопления применяются в малоэтажных строениях, где объем теплоносителя и протяженность отопительных коммуникаций сравнительно невелики.

Требования к установке несложные:

Расширительные бачки открытого типа
  • расширитель ставится на максимуме высоты, на линии подачи;
  • подача подключается к баку через патрубок;
  • для стока избытка жидкости выполняется врезка перелива выше расчетного уровня.

Чтобы обеспечить циркуляцию самотеком, для монтажа рекомендуется использовать трубы увеличенного сечения.

Открытую конструкцию ставят в верхней точке, откуда жидкость стекает самотеком

Обычно бак стараются монтировать в отапливаемом помещении, обустроенном утепленном чердаке, а если это невозможно, то емкость потребуется утеплить. Наличие утеплителя не допустит промерзания жидкости и потери работоспособности системы.

Как правильно выбирать расширительный бачок?

Определяться с типом отопительной системы рекомендуется еще на этапе планирования. Выбор бака обычно откладывается на период после возведения коробки, когда система смонтирована, ее объем известен.

При подборе оптимального варианта расширительного бака рекомендуется:

  • ориентироваться на объем закрытого расширительного бачка, превышающий значение температурного расширения теплоносителя;
  • при покупке следует обратить внимание на подключение, форму емкости и расположение разъемов для крепежа – это позволит избежать неожиданностей в процессе монтажа;
  • важно уделить внимание инструкции на корпусе, которая содержит полезную информацию по установке и технические параметры.

При покупке лучше ориентироваться на проверенного производителя, даже если его баллоны будут стоить дороже. Это станет залогом долговечности отопительной системы, правда при условии правильной эксплуатации и регулярного обслуживания.

Как правильно выбирать расширительный бачок?

Перед подключением предварительное давление в газовом отсеке мембранного бачка настраивают на значение, равное показателям статического давления столба теплоносителя в отопительном контуре. Настройка производится обычным автомобильным насосом, контролируется манометром.

Главное не купить для системы отопления бойлерную емкость – они совершенно разные по своих техническим характеристикам

Нельзя путать расширители для отопительных систем и гидроаккумуляторы для линий холодного водоснабжения. Они отличаются внешним видом и конструктивными особенностями. Первые окрашены красным и обычно не разборные, вторые имеют голубой цвет, снабжены съемным фланцем для ремонта мембраны.

Расчёт объёма радиаторов и батарей отопления

Биметаллический радиатор отопления в разрезе

Для выполнения точного вычисления необходимо знать объём воды в радиаторе отопления. Этот показатель напрямую зависит от конструкции компонента, а также его геометрических параметров.

Также как и при вычислении объема отопительного котла, жидкость заполоняет не весь объем радиатора или батареи. Для этого в конструкции есть специальные каналы, по которым протекает теплоноситель. Корректное вычисление объёма воды в радиаторе отопления может быть выполнено только после получения следующих параметров прибора:

  • Межосевое расстояние между прямыми и обратным трубопроводами в батареи. Оно может составлять 300, 350 или 500 мм;
  • Материал изготовления. В чугунных моделях наполнение горячей водой намного больше, чем в биметаллических или алюминиевых;
  • Количество секций в батареи.

Лучше всего узнать точный объём воды в отопительном радиаторе из технического паспорта. Но если такой возможности нет – можно взять в расчет примерные величины. Чем больше межосевое расстояние у батареи – тем больший объем теплоносителя в ней поместится.

Расчёт объёма радиаторов и батарей отопления
Межосевое расстояние Чугунные батареи, объем л. Алюминиевые и биметаллические радиаторы, объем л.
300 1,2 0,27
350 0,3
500 1,5 0,36

Для расчета общего объема воды в системе отопления с панельными металлическими радиаторами следует узнать их тип. Их вместимость зависит от количества нагревательных плоскостей – от 1 до 2-х:

  • У 1 типа батареи на каждые 10 см приходится 0,25 объема теплоносителя;
  • Для 2 типа этот показатель увеличивается до 0,5 л на 10 см.

Полученный результат необходимо умножить на количество секций или общую протяженность радиатора (металлического).

Для правильного расчета объема отопительной системы отопления с дизайнерскими радиаторами нестандартной формы нельзя применять вышеописанную методику. Их объем моно узнать только у производителя или его официального представителя.

До какого уровня накачивать воздушную камеру»{amp}gt;До какого уровня накачивать воздушную камеру

Важно правильно настроить расширительный бачок для отопления закрытого типа. Расчет вместительности — это, конечно, серьёзный аспект, но даже если он выполнен правильно, бак все равно может работать неподобающим образом. Чтобы с этим разобраться, вкратце остановимся на его конструкции. Он состоит из двух отделений, между которыми есть резиновая прокладка. Связи между камерами нет. В отделении для воздуха есть ниппель.

До какого уровня накачивать воздушную камеру»{amp}gt;До какого уровня накачивать воздушную камеру

В процессе эксплуатации вода заполняет объём камеры бака, при этом мембрана растягивается. Если давление в воздушной камере слишком высокое, оно просто не даст резинке деформироваться. В итоге, бак не работает. В воздушной камере должно быть на две десятых атмосферы меньше, чем рабочее давление котла. Или же для настройки воспользуйтесь рекомендациями производителя.

Расчет объема расширительного бака для отопления

Основная формула, по которой можно рассчитать необходимый объем расширительного бака, выглядит так:

V = (VL x E) / D, где

VL – суммарная емкость системы отопления, включающая в себя объем котла, всех аккумуляторов тепла (конвекторов, радиаторов и пр.) и трубопровода;

  • Е – коэффициент расширения рабочей жидкости (теплоносителя);
  • D – эффективность расширительного бака (мембранного).

Последний параметр зависит от двух величин – давления:

  • PV – максимального рабочего в системе;
  • PS – зарядки мембранного бачка.

Для коттеджей принято считать достаточным PV = 2,5 бар.

PS должно равняться статическому давлению отопительной системы и принимается 0,5 бар = 5 м.

Отопление с естественной циркуляцией применяется все реже из-за явных недостатков данной системы. Закрытая система отопления с принудительной циркуляцией обладает целым рядом преимуществ.

Схему монтажа циркуляционного насоса в систему отопления вы можете посмотреть далее.

Пример расчета

Расчет объема расширительного бака для отопления

В качестве примера рассмотрим систему отопления коттеджа площадью 300 кв. м. для обеспечения автономного отопления установлен котел мощностью 30 кВт. Кроме того, задействован теплоаккумулятор объемом 1000 литров. Высота системы составляет 5 метров.

Сначала рассчитаем общий объем теплоносителя:

VL = 30 х 15 + 1000 = 1450 (литров), где

  • 30 – мощность котла, кВт;
  • 15 – удельный объем теплоносителя на 1 кВт мощности котла, литры;
  • 1000 – объем аккумулирующей емкости.

Далее переходим к расчету эффективности мембранного бака:

D = (PV – PS) / (PV + 1)

Следовательно, D = (2.5 – 0.5) / (2.5 + 1) =

Теперь можно определить объем бака:

V = 1450 х 0,04 / 0,57 = 101,75 (литра), где

0,04 – коэффициент расширения теплоносителя (в нашем случае это – вода без добавления гликоля).

В таких случаях результат расчета необходимо округлять в большую сторону. В нашем случае ближайшее стандартное значение будет 110 литров. Именно такой бак и надо покупать.

Физические свойства воды

Одно из физических свойств воды — практически нулевая способность сжиматься. Это значит, что при попытке уменьшить её объём (то есть сжать) происходит резкое увеличение давления.

А ещё вода (как и другие материалы) может увеличивать свой объем при нагревании. Это свойство называется термическое расширение. У воды оно начинается уже при температуре +4°C. Впрочем, при понижении температуры ниже этой отметки, вода тоже начинает расширяться. Это явление называют парадоксом воды. При температуре в +4°C вода имеет наибольшую плотность: вес одного литра равен одному килограмму.

Однако для систем отопления этот парадокс не важен, потому что температура воды, подаваемой котлом в радиаторы, значительно выше.

Так как перелив ограничивает известный объём, излишек воды выльется. При нагреве от +4°C до +90°C (обычная температура воды в системе отопления) этот излишек составит 39,95 см³ (или 34,7 грамма). Именно этот процесс и происходит в системе отопления, когда котёл нагревает воду.

Расчет объема теплоносителя в трубах и котле

Компоненты отопительной системы

Отправной точкой для вычисления технических характеристик компонентов является расчет объем воды в системе отопления. Фактически она является суммой вместимости всех элементов, начиная от теплообменника котла и заканчивая батареями.

Как рассчитать объем системы отопления самостоятельно, без привлечения специалистов или использования специальных программ? Для этого понадобиться схема расположения компонентов и их габаритные характеристики. Общая вместимость системы будет определяться именно этими параметрами.

Объём воды в трубопроводе

Значительная часть воды располагается в трубопроводах. Они занимают большую часть в схеме теплоснабжения. Как рассчитать объем теплоносителя в системе отопления, и какие характеристики труб нужно знать для этого? Важнейшей из них является диаметр магистрали. Именно он определит вместимость воды в трубах. Для вычисления достаточно взять данные из таблицы.

Диаметр трубы, мм Вместимость л/п.м.
20 0,137
25 0,216
32 0,353
40 0,555
50 0,865

В отопительной системе могут быть использованы трубы различных диаметров. В особенности это касается коллекторных схем. Поэтому объем воды в системе отопления вычисляется по следующей формуле:

Vобщ=Vтр1*Lтр1+ Vтр2*Lтр2+ Vтр2*Lтр2…

Где Vобщ – общая вместимость воды в трубопроводах, л, Vтр – объем теплоносителя в 1 м.п. трубы определенного диаметра, Lтр – общая протяженность магистрали с заданным сечением.

В сумме эти данные позволят рассчитать большую часть объема системы отопления. Но помимо труб есть и другие компоненты теплоснабжения.

Расчет объема теплоносителя в трубах и котле

У пластиковых труб диаметр вычисляется по размерам внешних стенок, а у металлических – по внутренним. Это может существенно для тепловых систем с большой протяженностью.

Расчет объема котла отопления

Теплообменник котла отопления

Корректный объем котла отопления можно узнать только из данных технического паспорта. Каждая модель этого отопительного прибора имеет свои уникальные характеристики, которые зачастую не повторяются.

Напольный котел может иметь большие габариты. В особенности это касается твердотопливных моделей. По факту теплоноситель занимает не весь объем котла отопления, а лишь небольшую его часть. Вся жидкость располагается в теплообменнике – конструкции, необходимой для передачи тепловой энергии от зоны сгорания топлива воде.

Если инструкция от отопительного оборудования была утеряна – для просчетов может быть взята ориентировочная вместимость теплообменника. Она зависит от мощности и модели котла:

  • Напольные модели могут вмещать от 10 до 25 литров воды. В среднем твердотопливный котел мощностью 24 кВт содержит в теплообменнике около 20 л. теплоносителя;
  • Настенные газовые менее вместительны – от 3 до 7 л.

Учитывая параметры для расчета объема теплоносителя в системе отопления вместимостью теплообменника котла можно пренебречь. Этот показатель варьируется от 1% до 3% от общего объема теплоснабжения частного дома.

Без периодической очистки отопления уменьшается сечение труб и проходной диаметр батарей. Это сказывается на фактической вместимости отопительной системы.

Читайте также:  Дымоход для газового котла — виды и пошаговая инструкция!