Подбор расширительного бака для системы отопления и водоснабжения

Опубликовано 11.2007 в Инженерные системы ноябрь 2007


Категории: Трубопроводная арматура

Сегодня при проектировании инженерных систем предпочтение в основном отдается закрытым системам отопления и кондиционирования, одним из элементов которых является расширительный бак. Отказ от открытых систем произошел благодаря тому, что закрытые системы отопления и охлаждения обладают такими неоспоримыми преимуществами, как:

  • полная изоляция от атмосферы, что сводит к минимуму проникновение воздуха в систему;
  • возможность установки мембранного бака в помещении котельной или в любом удобном месте системы, в отличие от открытой системы, где бак устанавливается наверху;
  • снижение необходимости в подпитке системы, так как отсутствует испарение воды.

Все это позволяет повысить эффективность Вашего технологического процесса, снизить энергозатраты, расходы на обслуживание и, что немаловажно, продлить срок службы Вашего оборудования.

В конце 50-х годов компания Flamco (Нидерланды) первой на европейском рынке разработала и представила концепцию закрытой циркуляционной системы отопления. Данная система основывалась на применении расширительного бака Flexcon мембранного типа. Рабочая жидкость в мембранном баке отделена от газовой полости с помощью высокопрочной газонепроницаемой резиновой мембраны. В качестве газа используется азотосодержащая смесь. В случае температурного расширения теплоносителя в системе газовая «подушка» в баке сжимается и вода поступает в бак. И наоборот, при охлаждении системы сжатый газ выдавливает жидкость в систему, тем самым происходит компенсация температурных расширений теплоносителя, что позволяет системе “дышать”.

Оборудование Flamco — это более пятидесяти лет эксплуатации, исследований и разработок. Результа- ты этого:

— во-первых, подтверждена исключительная надежность расширительных мембранных баков Flexcon благодаря высокому качеству изготовления как корпуса бака, так и резиновой мембраны: на сегодняшний день свыше 30 миллионов расширительных баков такого типа установлены во многих странах мира, в том числе и в России;

— во-вторых, значительно расширена линейка данного оборудования, удовлетворяющего теперь различным требованиям и условиям эксплуатации: расширительные мембранные баки, гидроаккумуляторы (для систем ГВС и ХВС), автоматические установки поддержания давления, накопительные водонагреватели, а также сопровождающее оборудование, например, предохранительные клапаны, воздухоотводчики, сепараторы воздуха и грязи и т. д.

В России эксклюзивным дистрибьютором оборудования голландской компании Flamco, и в частности, полной линейки расширительных баков является Компания АДЛ.

В данной статье мы рассмотрим методику подбора расширительных баков на примере широкого модельного ряда голландской компании Flamco.

Чтобы подобрать расширительный бак важно знать следующее:

1. Систему, в которой будет использоваться расширительный бак и, соответственно, температурный график потребителя (Тпрям. и Тобр. линий), процент содержания этиленгликоля в воде и т. д., что повлияет на выбор типа бака;

2. Необходимые параметры для правильного подбора объема бака (порядок расчета будет рассмотрен далее).

Выбор типа бака

Одним из основных элементов льного бака является мембрана, именно она во многом определяет надежность и долговечность работы бака в целом. Поэтому остановимся подробнее на этом вопросе.

На сегодняшний день существует несколько основных, наиболее часто используемых различными производителями материалов мембраны: натуральный бутилкаучук и E DM. Выбор того или иного материала основывается на задачах, которые стоят перед баком при использовании в той или иной системе.

Так, в системах централизованного отопления при нормальных условиях работы расширение жидкости, а следовательно, и нагружение мембраны происходит медленно, и в течение всего времени работы системы меняется незначительно. Однако температура эксплуатации может быть достаточно высока. Поэтому мембрана для такой системы должна быть изготовлена из стойкого к температуре и долговечного материала

В системах холодного водоснабжения влияние температуры теплоносителя на мембрану мало, так как температура воды в системе обычно не превышает 30 °С. Одной из главных характеристик мембраны для данной системы должна быть динамическая эластичность, т. к. система может включаться несколько раз в час и быстро нагружаться.

В большинстве моделей расширительных баков Flamco в качестве материала мембраны используется высококачественная натуральная резина (бутилкаучук), выдерживающая температуру от –10 до +70 °С (макс. процент содержания этиленгликоля 50 %), имеющая высокую стойкость к диффузии воды и обладающая наибольшей эластичностью по сравнению с другими материалами. Такой мембраной обладают все модификации упоминавшейся ранее модели Flexcon: C, CE, Pro, M (V 2-12500 л, PN 3/6/10 бар). Область их применения: отопление и охлаждение.

Для мембран расширительных баков Airfix A и D-E (V 2-3000 л, PN 10/16) используется натуральная пищевая резина, благодаря которой бак может применяться в системах питьевого водоснабжения.

А в новой серии баков Airfix P (V 8-5000 л, PN 10) мембрана изготовлена из EPDM для питьевой воды, что позволяет эксплуатировать данные баки при температуре от –10 до +100 °С.

Все оборудование Flamco имеет сертификат соответствия и Санитарно-Эпидемиологическое Заключение, разрешающее их использование в системах питьевого водоснабжения.

Существуют 3 типа крепления мембраны:

1. Незаменяемая мембрана, которая не растягивается, а «раскатывается» по стенкам бака, что повышает ее надежность, а специальная конструкция зажимного кольца обеспечивает долгий срок службы и предотвращает падение начального давления (реализована в моделях Flexcon C и Airfix A) ;

2. Заменяемая мембрана в форме груши, которая крепится к верхнему фланцу, практически совпадая по длине с баком, таким образом, что при поступлении теплоносителя она опирается на стенки бака и нагрузка распределяется равномерно по площади «груши» и не происходит натяжения ее «шейки», что значительно увеличивает срок службы мембраны (реализовано в модели Flexcon CE);

3. Заменяемая мембрана, закрепленная между двумя фланцами с противоположных концов бака, что помимо преимуществ, перечисленных во втором пункте, делает мембрану неподвижной (что особенно актуально при больших объемах), тем самым в разы увеличивая ее надежность и срок службы (модели: Flexcon M, на больших объемах Flexcon Pro и Airfix P).

Подбор объема мембранных баков

Существует специальная методика для правильного подбора объема расширительного бака

Для системы отопления объем подбирается таким образом, чтобы даже при на- греве теплоносителя системы давление в ней не превышаломаксимально допустимого, т. е. чтобы полезный объем бака был не меньше объема температурного расширения теплоносителя.

Исходными данными при расчете расширительного бака будут являться:

  • объем теплоносителя (воды) в системе: Vсист , (л).
  • мощность системы;
  • статическая высота (статическое давление). Высота столба жидкости в системе, действующего на бак (т. е. расстояние от места установки бака до верхней трубы). Один метр водяного столба создает давление 0,1 бар;
  • предварительное давление расширительного бака: Pпредв. — давление газа в газовой камере пустого расширительного бака при комнатной температуре. Предварительное давление подбирается равным статическому давлению столба теплоносителя в системе. Таким образом, до введения системы в эксплуатацию давление газа в баке компенсирует статическое давление столба жидкости, в результате чего мембрана бака находится в равновесии, при этом бак еще не заполнен;
  • максимальное давление: Pмакс. — максимальное давление в системе в месте установки расширительного бака;
  • средняя температура системы: Tср, (°С) — средня температура системы в процессе работы.

Порядок расчета

1. Определяется коэффициент расширения жидкости Kрасш. (прирост объема, %) при ее нагреве (охлаждении) от 10 °С (принимается, что система заполняется при температуре 10 °С) до средней температуры системы. Для определения коэффициента используется следующая таблица:

Температура, (°С)Коэффициент расширения, (%)
10-400,75
10-501,18
10-601,68
10-702,25
10-802,89
10-903,58
10-1004,34
10-1105,16

2. Определяется объем расширения: V, (л) — объем жидкости, вытесняемый из системы при ее нагреве от 10 °С до средней температуры системы.

Vрасш = Vсист. • Красш.

3. Определяется коэффициент заполнения бака (коэффициент эффективности) Kзап. при заданных условиях работы, показывающий максимальный объем жидкости (в процентах от полного объема расширительного бака), который может вместить расширительный бак. Все давления в формуле измеряются в абсолютных единицах!

4. Определяется потребный полный объем расширительного бака: V, (л); вводится коэффициент запаса 1,25.

5. И в заключение выбирается модель расширительного бака с округлением в сторону ближайшего целого и учетом максимального давления в месте установки бака по следующим таблицам:

Тип бакаЕмкость системы, (л)
Тип бакаСтатическая высота системы в месте установкирасширительного бака, (м)
Тип бака51015
Flexcon CE 140/1,53 0273 0272 826
Flexcon CE 200/1,54 3254 3254 037
Flexcon CE 300/1,56 4876 4876 055
Flexcon CE 425/1,59 1919 1918 578
Flexcon CE 600/1,512 97512 97512 111
Flexcon CE 800/1,513 84113 84113 841
Flexcon CE 1000/1,5

Максимальное давление — 3 бар

Тип бакаЕмкость системы, (л)
Тип бакаСтатическая высота системы в месте установкирасширительного бака, (м)
Тип бака51015
Flexcon CE 110/32 3262 1151 903
Flexcon CE 140/32 9602 6912 422
Flexcon CE 200/34 2293 8453 460
Flexcon CE 300/36 3445 7675 190
Flexcon CE 425/38 9878 1707 353
Flexcon CE 600/312 68711 53410 381
Flexcon CE 800/313 84113 84113 841

Максимальное давление — 5 бар

Тип бакаЕмкость системы, (л)
Тип бакаСтатическая высота системы в месте установкирасширительного бака, (м)
Тип бака51015
Flexcon CE 110/32 3262 1151 903
Flexcon CE 140/32 9602 6912 422
Flexcon CE 200/34 2293 8453 460
Flexcon CE 300/36 3445 7675 190
Flexcon CE 425/38 9878 1707 353
Flexcon CE 600/312 68711 53410 381
Flexcon CE 800/313 84113 84113 841

Максимальное давление — 10 бар

Данные таблицы позволяют подобрать расширительные баки Flexcon для систем отопления в зависимости от объема и статической высоты системы в месте установки расширительного бака. Все значения подсчитаны для следующих условий:

  • система заполнена водой;
  • средняя температура системы 90 °С/70 °С = 80 °С;
  • коэффициент расширения — 2,89 %.

Для систем с другой средней температурой значение емкости системы должно быть умножено на коэффициент:

  • для 85 °С — 0,89;
  • для 90 °С — 0,80;
  • для 95 °С — 0,73;
  • для 100 °С — 0,66.

Инженеры Компании АДЛ всегда готовы оказать поддержку при подборе оптимального варианта оборудования для вашей системы. Мы надеемся, что наш опыт и знания помогут вам сэкономить время, снизить затраты на создание эффективной инженерной системы, исключить трудности при наладке и запуске оборудования.