Расширительный мембранный бак для отопления: конструктивные особенности и принцип работы

Принцип работы мембранного бака

При запуске системы отопления, теплоноситель нагревается и увеличивается в объеме. Этот избыточный объем перемещается в водяную камеру расширительного бака. После остывания теплоносителя, давление в воздушной камере, выдавливает мембрану, тем самым вытесняя теплоноситель из водяной камеры обратно в отопительный контур.

Помимо этого, как уже было отмечено выше, мембранный бак поддерживает требуемое давление во всей системе отопления. Так например, если где-то произошла несущественная утечка теплоносителя, то во всей системе должно упасть давление, однако этого не происходит, т.к. давление в воздушной камере будет выталкивать мембрану, а с ней и теплоноситель обратно в систему, тем самым создавая ограниченную подпитку.

Мембранный бак с группой безопасности.

Мембрана может быть повреждена в результате неправильной эксплуатации:

• Есть вероятность разрыва мембраны в случае, если при заполнении теплоносителем водяной камеры, не было создано необходимое давление в воздушной камере;
• Перед спусканием газа из воздушной камеры, необходимо перекрыть и слить теплоноситель из водяной камеры.

Установка и подключение

Если у вас есть навыки работы с сантехникой, то установить расширительный бачок не составит труда. Но перед тем как начать его монтаж, вам стоит ознакомиться с основными правилами установки:

1. Расширительный бак открытого типа должен находиться выше любого элемента системы отопления;
2. Мембранный бак объемом более 30 литров нежелательно крепить к стене, он должен стоять на подставке;
3. Нельзя устанавливать расширительный бак в помещении, где температура может опуститься ниже 0 °С;
4. Расширительный бак необходимо подключить к системе отопления до ее разветвления;
5. Если в системе предусмотрено несколько отдельных контуров, на каждый из них нужен свой расширительный бак;
6. Подключение расширительного бака к основной трубе должно производиться сразу перед насосом.

Схема подключения расширительного бака к системе отопления.

Теперь давайте рассмотрим пошаговый план действий:

В первую очередь нужно подсоединить к расширительному баку (1) тройник с сливным краном (2). Он понадобится чтобы сливать теплоноситель для обслуживания и снятия расширительного бачка. Для уплотнения всех резьбовых соединений используйте один из трех вариантов:

• Фум-лента;
• Пакля со специальной высокотемпературной пастой;
• Шнур с высокотемпературным герметиком.

Важно!
Обматывать резьбу лентой, паклей или шнуром нужно против ее направления. Начинайте обмотку от края резьбы в направлении корпуса фитинга

Если сделать по-другому – при вкручивании уплотнение пойдет вниз по резьбе и гарантированно будет протечка.

К тройнику (2) подключите шаровый вентиль (3). Он нужен для перекрытия подачи теплоносителя в емкость. От него дальше пойдет труба, которая будет соединять расширительный бак с основной магистралью отопительной системы.

В основную трубу системы необходимо врезать обычный тройник (4). Он должен располагаться до циркуляционного насоса (5)

Обратите внимание на подбор места установки расширительного бака и расположением тройника. Расстояние между ними должно быть небольшим – так будет удобнее соединить их между собой

Когда определились с местом монтажа бачка, установите кронштейны, подставку или крепления. Помните, что вес бачка с теплоносителем будет зависеть от температуры в системе. Чем она выше, тем больше теплоносителя входит в бачок и тем он тяжелее. Кронштейны и крепеж должны выдержать его при полном заполнении.

Перед установкой необходимо проверить уровень давления в баке. Оно должно быть на 0,2 атм. меньше, чем в системе отопления. В большинстве случаев расширительный бак поставляется с уже закачанным в него воздухом. Если он пуст – вам придется накачать его самостоятельно.

Для закачки и спуска воздуха, проверки давления в верхней части расширительного бака есть ниппель. Он может быть скрыт под пластиковой крышкой, или просто закручен колпачком. Чтобы закачать воздух и проверить давление вам понадобится насос и обычный автомобильный манометр.

После того как все готово, можно крепить расширительный бачок к кронштейнам. Затем останется лишь провести от шарового вентиля трубу или шланг к тройнику. После того как все сделано, можно включать систему отопления для проверки.

Единственная проблема, которая может возникнуть при работе системы отопления – протечки. Они возникают в местах резьбовых соединений. Если вода или теплоноситель протекают на стыках, варианта три:

• Неплотно сделано уплотнение;
• Некачественная прокладка или уплотнительное кольцо;
• Повреждена резьба.

В любом случае нужно разобрать проблемный стык и осмотреть его. Если проблемы с резьбой – ничего не поделать, придется покупать и ставить новый фитинг. Если с ней все в порядке, то достаточно заменить прокладки и сделать новое уплотнение.

Как правильно выбрать мембранный расширительный бак?

Чтобы отопительная система работала стабильно, бак для нее нужно выбрать на основании расчетов. Правильное давление не сможет образоваться, если резервуар окажется больше, чем нужно; а если он будет меньше, то не вместит в себя излишки жидкости, что чревато аварией.

Для полноценной работы изделия нужно не только грамотно подобрать его объем, но учесть и другие характеристики

Особое внимание следует обратить на такие факторы:

• мембрана должна быть устойчивой к предельным показателям температуры и давления или их перепадам;
• модель должна соответствовать санитарным и гигиеническим нормам;
• способ монтажа бака.

Российский рынок предлагает большое количество расширительных баков российского и зарубежного производства, которые различаются по стоимости. Не следует приобретать самые дешевые модели – такая цена может быть обусловлена использованием при производстве низкокачественных материалов. Отечественные баки стоят дешевле иностранных аналогов, однако не уступают им по эксплуатационным характеристикам.

Основной характеристикой, на которую следует ориентироваться при покупке бака-расширителя, является его объем. Стандартной рекомендацией является следующая: выбирать изделие, размер которого составляет 10% от общего объема теплоносителя в отопительной системе. Поскольку коэффициент теплового расширения теплоносителя даже при высоком нагреве не может быть выше 0,08, такого объема гидроаккумулятора будет вполне достаточно. В расчеты перед приобретением изделия должны входить следующие показатели:

• объем теплоносителя;
• коэффициент теплового расширения;
• максимально допустимое давление отопительной системы;
• изначальное давление в баке.

При вычислении общего объема теплоносителя необходимо учесть все узлы отопительной системы. Эту информацию получают из проектной документации здания. В случае отсутствия таких документов можно выполнить примерный расчет, приняв в качестве ориентира, что для нагрева 15 л воды потребуется 1 кВт.

Коэффициент теплового расширения теплоносителя вычисляется по его температуре или определяется по составу жидкости – в многоквартирных домах она часто содержит гликоли, которые улучшают ее характеристики.

Предельное давление отопительной системы выясняют с помощью минимальной величины давления, допускаемой для ее узлов. На этот показатель настраивается переходной клапан.

Изначальное давление в отопительной системе при охлажденном теплоносителе соответствует минимальному давлению. Чтобы контролировать изначальное давление в баке, гидроаккумулятор оснащают манометром. Также на бак-расширитель обязательно должна быть установлена группа безопасности, которая ограничивает и контролирует давление.

Применение мембранного бака для отопления имеет ряд ограничений в зависимости от конструкции и материала, из которого он изготовлен. В некоторых моделях предъявляются строгие требования к составу теплоносителя, в частности, ограничивают количество антифриза и этиленгликоля в его составе.

Обратите внимание: расширительные баки нельзя применять, если предельные показатели давления превышены

Виды расширительных баков и их сравнение

В отопительной системе могут быть установлены разные виды расширительных баков.

Открытые расширительные баки

Расширительный бак открытого типа – это открытая ёмкость, в которую всегда можно долить теплоноситель. Он не требует наличия запорной арматуры, резиновой мембраны и даже крышки. Обычно ведром через него «доливают» в систему жидкость, хотя от водопровода всегда можно вывести водозаборный кран.

Схема работы расширительного бака открытого типа: 1 – корпус бака; 2 – уровень теплоносителя; 3 – холодная труба; 4 – спускная труба; 5 – предохранительный клапан; 6 – запорный вентиль; 7 – верхняя точка в стояке трубопровода отопительной системы

Несколько десятилетий назад повсеместно использовались открытые конструкции, компенсирующие изменение объёма теплоносителя при естественной циркуляции. Однако постоянный контроль уровня жидкости и её «доливание», сложности монтажа в верхней точке, низкое давление и коррозия металла – всё это привело к выходу на первый план закрытых систем и баков.

Закрытые расширительные баки

Там, где циркуляцию теплоносителя обеспечивает насос, устанавливают баки закрытого типа, именуемые в народе «мембранниками». Он всегда окрашен в красный цвет и конструкционно представляет собой герметичную ёмкость, внутри которой установлена мембрана из технической резины. А вот в синих баках, предназначенных для организации горячего водоснабжения, используется менее долговечная пищевая резина.

Устройство расширительного бака следующее: мембрана в виде баллона или диафрагмы разделяет ёмкость на две части. В верхнюю закачан инертный газ или воздух, а другая отводится для излишков теплоносителя.

С ростом температуры излишки расширяющегося теплоносителя попадают в ёмкость. Объём воздушной камеры уменьшается, и увеличивается давление в камере с воздухом, которое как раз компенсирует высокое давление в системе. При снижении температуры теплоносителя наблюдается обратный процесс.

При низкой температуре теплоносителя бак пустой, а мембрана занимает максимальной возможный объём. При нагревании жидкость начинает заполнять полость между мембраной и ёмкостью. Остывая, теплоноситель сжимается, и воздух начинает «выталкивать» его обратно в систему

Закрытый расширительный бак системы отопления может оснащаться фланцевой (сменной) или несменной мембраной. Единственное, но существенное преимущество последнего типа – его низкая стоимость. Мембрана жестко закреплена по периметру ёмкости. В исходном положении она прижата к внутренней поверхности, та как газом заполнен весь объём. При попадании теплоносителя в расширительный бак давление увеличивается.

При пуске системы существует риск разрыва диафрагмы, поскольку давление возрастает резко. В дальнейшем показания на манометре изменяются плавно и не представляют угрозу для её целостности.

Для того, чтобы предотвратить повреждение мембраны, в отопительных системах большого объёма давление контролируют с помощью манометра. Предохранительный клапан срабатывает при достижении максимально допустимого значения. Обычно оно находится в пределах от трёх с половиной до четырёх бар для частных домов.

Фланцевый расширительный бак имеет несколько преимуществ:

• максимальная величина давления значительно больше, чем у бака с несменной диафрагмой;
• возможность замены мембраны через фланец в случае её повреждения или разрыва;
• вертикальное и горизонтальное исполнение изделий. Это даёт больше вариантов размещения в условиях маленькой котельной.

Какой лучше — открытый или закрытый?

Если сравнивать эксплуатационные и потребительские свойства открытого и закрытого типов, то преимущество последнего доказывают следующие факты:

• закрытый бак не выносится наверх, следовательно, можно сэкономить на трубах;
• мембранные баки имеют меньшие габаритные размеры;
• теплоноситель из закрытого бака точно не испарится;
• минимальные теплопотери, в отличие от требующего дополнительной изоляции открытого бака;
• защита труб и узлов систем от коррозии, которая обеспечивается за счёт отсутствия воздуха;
• закрытая система отопления может работать при высоком давлении, тогда как открытая только при низком;
• эксплуатационные расходы мембранника ниже, что у открытого бака.

Ну а вообще, конечно — выбирать вам.

.

Преимущества

Изобретение закрытого расширительного бака с мембраной позволили увеличить рабочий ресурс всей системы отопления. Прибор обладает следующими достоинствами:

• позволяет использовать воду любого состава в т.ч. гиперкальцинированную;
• мембрана, изготовленная из бутила и натуральной резины, позволяет применять оборудование для питьевой воды;
• принцип работы и мембранная конструкция прибора могут обеспечить прием значительного количества вытесненной жидкости;
• легкий монтаж;
• минимальные потери от испарения;
• низкие расходы при эксплуатации.

Схема использования в отопительной системе.

Компактные размеры, которыми отличается плоский мембранный бак, позволяют экономно расходовать пространство помещения, поэтому он лучше всего подходит для негабаритных комнат.

Установка своими руками

Прежде чем переходить к монтажу расширителя, важно подготовиться:

• обязательно ознакомьтесь с инструкцией перед началом работ;
• проведите все необходимые расчеты температур и показателей давления (обычно все эти данные указываются в специальных справочниках по нормативам использования агрегатов);
• приготовьте такие инструменты, как гаечный ключ, ключ для установки труб из пластика;
• если бак имеет большую емкость, то вам также понадобится купить кронштейны – они пригодятся для крепления.

Устанавливая и подключая такие агрегаты, следует опираться на некоторые рекомендации от специалистов:

• располагайте агрегат так, чтобы в дальнейшем гарантировать свободный доступ к нему;
• предусмотрите вероятный демонтаж труб в будущем;
• проследите за тем, чтобы диаметр патрубка-соединителя сходился с присоединяемым водопроводом;
• верно установите необходимые температурные датчики;
• подсчитайте подсоединение запорной арматуры.

Теперь можно переходить к непосредственной установке бака. Вешать его следует возле входа проточного теплового носителя в направлении узла нагрева.

Отметьте участки для крепления. Высверлите требуемое число дырок, нужных для фиксации кронштейна. Для этого его следует приложить к стене, и отметить все участки соединения. Проделав все необходимые дырки, нужно установить в них анкерные болты, потом повесить кронштейн и убедиться в надежности проделанного крепления. Если все сделано качественно, то можно устанавливать сам бачок, после чего закрепить его при помощи хомутов.

Учтите, что такое оборудование нельзя устанавливать в условиях минусовых температур

Кроме того, важно проследить за тем, чтобы после завершения монтажных работ воздушный клапан находился на доступном участке. Это необходимо, чтобы у хозяев была возможность выставления нужного уровня давления

Что касается такого элемента, как редуктор давления, то его надо устанавливать уже после подключения измеряющего счетчика, чтобы не столкнуться с серьезными нагрузками, направленными на бачок. Прикреплять этот клапан нужно впереди проточной трубы.

После этого надо произвести настройку установленного бачка расширения. Сперва надо настроить требуемый уровень давления. Это нужно делать закачкой воздуха. Манометр укажет, когда понадобится остановиться. После этого с использованием насоса закачивается вода, уравнивается давление, и мембранная деталь приводится в плавающее состояние. Потом бачок допустимо считать готовым к применению. Возможно, нужно будет включить систему и убедиться в ее работоспособности.

Как можно заметить, схема монтажа и подключения расширительного бака является достаточно простой. Справиться с проведением таких мероприятий сможет каждый.

Какое значение давления считают нормой

Стабильное количество атмосфер в магистрале способствует сокращению уровня теплопотерь и тому, что циркулирующий теплоноситель имеет практически ту же температуру, до которой он был нагрет котлом.

О том, каким должно быть давление, необходимо говорить с учетом того, о какой системе отопления идет речь. Варианты:

Давление в системе отопления частного дома. При открытом способе устройства отопления расширительный бак является сообщающим звеном между системой и атмосферой. Даже при участии циркуляционного насоса количество атмосфер в баке будет равно атмосферному давлению, и манометр покажет 0 Бар.

Давление в системе многоэтажного дома. Характерная черта устройства отопления в многоэтажных зданиях — высокий статический напор. Чем высота дома выше, тем и количество атмосфер больше: в 9-тиэтажном здании — 5-7 Атм, в 12-тиэтажках и более высоких — 7-10 Атм, при этом величина напора в подающей магистрали 12 Атм. Поэтому необходимо наличие мощных насосов с сухим ротором.

Давление в закрытой системе отопления. Ситуация с закрытой магистралью несколько сложнее. В данном случае искусственно увеличивается статическая составляющая для повышения эффективности работы оборудования, а также исключения проникновения воздуха. Необходимое давление в системе отопления частного дома рассчитывается путем умножения на 0,1 перепада между наивысшей и низшей точками в метрах. Это показатель статического напора. Прибавив к нему 1,5 Бар, получаем необходимое значение.

Таким образом, давление в системе отопления в частном доме при устройстве закрытого контура должно находится в пределах 1,5-2 атмосфер. Критичным считается показатель за пределами диапазона, а при достижении отметки 3 велика вероятность аварии (разгерметизация магистрали, выход из строя агрегатов).

Да, большой напор позволяет улучшить работу оборудования, но следует учитывать технические характеристики установленного котла. Некоторые модели выдерживают 3 Бар, но большинство рассчитано на 2, а в некоторых случаях на 1,6 Бар

Важно, настраивая оборудование, добиться показателя в холодной системе на 0,5 Бар ниже заявленного в паспорте значения. Так удастся избежать постоянного срабатывания клапана сброса давления. Важно помнить, что измерять напор воды в системе отопления или пытаться его регулировать в отдельно взятой квартире бессмысленно

Единственное, что зависит от владельцев жилплощади, — выбор батарей и диаметра труб в трубопроводе

Важно помнить, что измерять напор воды в системе отопления или пытаться его регулировать в отдельно взятой квартире бессмысленно. Единственное, что зависит от владельцев жилплощади, — выбор батарей и диаметра труб в трубопроводе. Например, чугунные не рекомендуется использовать, так как они выдерживают только 6 Бар

А использование труб большего диаметра приведет к снижению напора во всей отопительной системе дома. При переезде в квартиру со старым отоплением лучше сразу замените все возможные элементы

Например, чугунные не рекомендуется использовать, так как они выдерживают только 6 Бар. А использование труб большего диаметра приведет к снижению напора во всей отопительной системе дома. При переезде в квартиру со старым отоплением лучше сразу замените все возможные элементы.

Еще одним параметром, влияющим на величину напора в любой магистрали отопления, является температура теплоносителя. В смонтированный и закрытый контур закачивается определенное количество холодной воды, что обеспечивает минимальное давление. После нагревания произойдет расширение субстанции и увеличение количества атмосфер. Поэтому регулируя температуру нагревания воды, вы можете контролировать напор в контуре. Сегодня компании, занимающиеся отопительным оборудованием, предлагают использовать оборудование с гидроаккумуляторами (расширительный бак). Они не дают увеличиться напору, аккумулируя энергию внутри себя. Как правило, они включаются в работу при достижении отметки в 2 атмосферы.

Важно регулярно проверять гидроаккумулятор, дабы вовремя его опорожнять. Нелишней будет и установка предохранительного клапана, который можно задействовать при давлении 3 Атм и заполненном баке, чтобы избежать аварии

Где устанавливают и как подобрать место?

​

Расширительный бак разрешается устанавливать в каком угодно месте отопительной системы. Главное — его доступность.

Однако предпочтительней будет подсоединение аппарата к обратному трубопроводу (обратке), так как именно там минимальная нагрузка на мембрану за счёт сниженной температуры теплоносителя.

Как правильно установить?

При установке расширительного бака существует несколько простых рекомендаций, выполнение которых способствует надёжности рабочего процесса:

• соблюдение герметичности: ёмкость нельзя разбирать — бак просто подсоединяется к трубопроводу, расположенному вблизи котла;
• установка предохранительных устройств для предотвращения роста давления;
• подключение бачка до разветвления;
• поддержание стабильно плюсовой температуры;
• крепление оборудования на несущую стену;
• установка аппарата с объёмом больше 30 литров на пол;
• установка манометра на выходе бака;
• подключение обратного клапана на входе ёмкости при отсутствии насоса.

Фото 2. Расширительный бак красного цвета объемом менее 30 литров монтирован к несущей стене.

Устройство и принцип работы

Конструкция и принцип действия устройства становятся ясны уже из названия «мембранный бак».

Представляет он, герметично закрытую металлическую емкость, которая разделена на 2 камеры эластичной мембраной.

В одной из них – пневмокамере, содержится воздух или газ под давлением. В другую гидрокамеру поступает теплоноситель (про пластиковые резервуары для воды написано здесь).

Работает устройство следующим образом:

• в состоянии равновесия, давление воздуха в пневмокамере компенсирует давление жидкости в системе отопления, объем гидрокамеры и теплоносителя в ней минимальны;
• при увеличении давления жидкости в системе (в том числе, и при нагревании) увеличивается давление в гидрокамере, куда начинает поступать избыток теплоносителя;
• за счет эластичности мембраны происходит уменьшение объема пневмокамеры, сопровождающееся ростом давления газа в ней;
• как только увеличение давления в пневмокамере скомпенсирует рост давления в гидрокамере система снова приходит в равновесие.

При уменьшении давления теплоносителя в магистралях системы отопления протекают обратные процессы.

Сжатый в пневмокамере воздух (газ) расширяется, вытесняя жидкость из гидрокамеры в систему до тех пор, пока разница давлений не будет скомпенсирована.

Такая герметичная конструкция исключает контакт теплоносителя с воздухом, что существенно снижает вероятность развития коррозионных процессов не только в самом баке, но и в других элементах системы отопления – котлах, трубопроводах и т.д.

Кроме того, экспанзоматы (герметичные расширительные баки) в соответствии с СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» комплектуются предохранительными клапанами (клапанами безопасности), которые позволяют ограничить максимальное давление в системе на допустимом по условиям эксплуатации уровне.

За счет этого, расширительный бак выполняет функции устройства защиты для элементов отопительной системы.

Принцип работы мембранного расширительного бака

Когда давление воды в системе возрастает, водяной отсек бака расширяется и заполняется большим объемом воды, а отсек с воздухом сжимается. При уменьшении объёма давление воздуха возрастает до тех пор, пока не уравновесит давление воды. Когда давление в системе падает (и становится меньше, чем давление воздуха), под действием давления воздуха мембрана сокращается, отсек с водой уменьшается, выталкивая воду обратно в систему, восполняя потери давления. Расширительный мембранный бак будет «отдавать» воду в систему до тех пор, пока давление воды и воздуха не уравновесят друг друга.