Назначение расширительного бака в системе водоснабжения: зачем он нужен

Основные критерии выбора мембранного расширительного бака для дома

Работа системы горячего водоснабжения основана на циркуляции горячей воды, а значит, предполагает постоянное изменение давления. Для стабилизации давления в системе, обеспечения постоянного напора воды, предотвращения повреждения труб и преждевременного износа оборудования используется расширительный бак. Как выбрать гидроаккумулятор для ГВС — разберёмся в этой статье.

Зачем нужен расширительный бак

Расширительный бак предназначен для устранения перепада давления воды в системе горячего водоснабжения. Объём воды и, соответственно, давление уменьшается при понижении температуры и увеличивается при её увеличении. Постоянно растущее давление, если его вовремя не сбросить, может привести к повреждению или разрыву труб, но постоянный сброс горячей воды из системы приведёт к падению давления и слабому напору. Основные задачи гидробака:

• предотвращение гидроударов (скачкообразных изменений давления) в системе водоснабжения;
• предупреждение преждевременного износа насосного оборудования и продление срока его эксплуатации;
• создание запаса воды.

Расширительный бак, заполненный воздухом с определенным давлением, компенсирует увеличение объёма горячей воды и создаёт оптимальные условия для работы насосной станции. Его вместимость обычно составляет одну десятую ёмкости всей установки, но обязательно не менее 4%. Слишком маленький гидроаккумулятор просто не будет работать должным образом.

3 ключевых критерия выбора расширительного бака

Большинство покупателей при выборе гидроаккумулятора смотрит только на его объём, что отчасти верно, но кроме объёма Важно учитывать конструкцию и рабочее давление .

Конструкция

Расширительный бак состоит из стального резервуара с двумя отсеками, разделёнными эластичной мембраной. Один из них содержит воздух или азот и действует как «подушка», которая поглощает изменения объёма воды, заполняющей контур. Бак изготавливается из стали. Мембрана обычно изготавливается из EPDM — материала с высокой эластичностью и термостойкостью. На баке установлен небольшой клапан, позволяющий стравить или закачать воздух в случае отсутствия давления.

По расположению бака различают два вида гидроаккумуляторов:

1. Вертикальные гидроаккумуляторы.
2. Горизонтальные гидроаккумуляторы.

Давление

Минимальное рабочее давление должно быть таким, чтобы в любой точке контура и при любом рабочем режиме установки существующее давление было больше атмосферного давления или напряжения насыщения водяного пара при максимальной рабочей температуре. Оно должно быть достаточным, чтобы избежать кавитации. В любом случае, чем выше рабочая температура, тем выше должен быть запас прочности — минимум 0,2 бара для систем при температурах ниже 90 °C и 0,5 бара для систем при более высоких температурах.

Максимальное рабочее давление будет немного меньше установленного давления для предохранительного клапана, которое, в свою очередь, будет меньше самого низкого из максимальных рабочих давлений оборудования и аппаратов, которые являются частью контура. Обычно максимальное рабочее давление составляет от 8 до 10 бар в зависимости от модели гидроаккумулятора.

Минимальное и максимальное давление должно быть скорректировано в соответствии с высотой расположения расширительного бака.

Объём

«Чем больше бак, тем больше в нём воды про запас» — ошибочное суждение. Задача расширительного бака — регулировать давление в системе, а не накапливать воду. Выбирать объём бака рекомендуется по числу водозаборных точек:

• 1-2 точки — до 50 л;
• 3-4 точки — 80-100 л;
• 4-5 точек — 150-200 л.

Важно учитывать не только количество точек забора воды, но и мощность насоса:

• 0,5 кВт — от 24 л;
• 1 кВт — 50 л;
• 1,5 кВт — 100 л;
• 2 кВт — более 100 л.

Это приблизительные значения, которые должны служить ориентиром при выборе объёма гидроаккумулятора в зависимости от мощности насоса. Точный расчёт объёма проводится по формуле:

• Vt — объём бака (литр);
• Аmах (бар) — максимальный объём потребляемой воды (литры/мин);
• Pmin (бар) — минимальное давление, при котором происходит запуск насоса;
• Рmах (бар) — максимальное давление, при котором насос отключается;
• Ррrес (бар) — начальное давление в резервуаре;
• К — коэффициент, соответствующий мощности насоса Р, для расчёта объёма запаса воды Vu = К Аmах.

Стандартное начальное давление расширительного бака — 0,2 бара.

Полезные советы

Одна из частых трудностей монтажа гидроаккумулятора — выбрать место его установки. Расширительный бак надо подключать к подаче у котла, перед насосом или запорной арматурой. Разумеется, для удобства использования его лучше устанавливать в месте, обеспечивающем к нему свободный доступ. Чаще всего он располагается в котельной, хотя может быть размещён и в другом отдельном подсобном помещении. Во время сборки и установки агрегата к нему можно подключить электромагнитный расходомер, который упростит контроль давления, температуры, уровня воды в резервуаре и его периодическое обслуживание.

Агрегат прослужит дольше, если он установлен вертикально с воздушной камерой вверх. Правильное подключение к системе всегда производится через запорный шаровой кран. После сборки нужно настроить соответствующее начальное давление, которое можно найти на паспортной табличке. Важно, чтобы оно не было слишком высоким, поэтому при превышении давления следует выпустить немного воздуха, нажав на клапан. Если давление низкое, нужно дополнить резервуар воздухом при помощи насоса.

Расширительный бак имеет решающее значение для безопасности и правильной работы системы горячего водоснабжения, поэтому к его выбору, установке и обслуживанию нужно подходить максимально ответственно.

Для чего водонагревателю расширительный бак

Мембранный расширительный бак является элементом системы безопасности накопительного водонагревателя любого типа. При нагревании, вода имеет свойство расширяться и, если ей не дать выход, то создаваемое давление разорвет корпус водонагревателя.

Для предотвращения взрыва, на входе, обязательно устанавливается группа безопасности с предохранительным клапаном, который и защищает систему от аварии, сбрасывая часть воды в канализацию, ну или куда придется. Чем больше объем водонагревателя, тем больше воды сбрасывается. Это является минимальной комплектацией системы безопасности.

Её еще необходимо дооснастить расширительным баком. Предохранительный клапан — это устройство, которое должно срабатывать в крайнем, аварийном случае, а не при каждом цикле нагрева. Для компенсации теплового расширения устанавливается расширительный бак, в который будет поступать излишняя вода, появляющаяся из-за теплового расширения. При водоразборе, эта вода вновь поступит в водонагреватель. В этом случае предохранительный клапан срабатывать не будет и ценная вода не будет сливаться в канализацию.

Теперь необходимо поговорить о подборе и месте установки бака.

Место установке: через тройник, на подаче в водонагреватель холодной воды, между водонагревателем и группой безопасности.

Сами баки для ГВС, как правило, окрашены в белый цвет. От других баков отличаются высокой рабочей температурой (от +70°С); высоким рабочим давлением (около 10 бар) и защитой от коррозии.

Объем расширительного бака подбирается по формулам, но для бытовых систем не требуется абсолютная точность. Достаточно ориентировочного подхода, когда объем бака равен 8% от объёма используемого накопительного водонагревателя. Ниже приведем методику точного расчета. Возможно это окажется кому-то необходимо.

Воздух подкачки настраивается на холодной системе с нулевым давлением: давление воздуха = Pcw – 0,2 , где Pcw – давление воды в холодном состоянии в «бар». Т.е. если рабочее давление в системе 3,5 бар, то давление воздуха должно быть 3,5-0,2=3,3 бар.

Купить расширительный бак ГВС

*Методика расчета и подбора баков для систем горячего водоснабжения

Основные понятия При выборе мембранного расширительного бака необходимо рассчитать следующие параметры:

Объем воды в системе Vsyst Расчетный объем системы горячего водоснабжения, в литрах.

Объем расширения Ve Объем расширения определяется следующим образом:

e = Vsyst x n (коэффициент температурного расширения)

Для системы ГВС, коэффициент температурного расширения будет равен 2,2 Уровень наполнения Давление подачи холодной воды должны быть выше начального давления расширительного бака на 0,2 бара; в противном случае, по мере охлаждения бака, из него не будет вытеснен весь объем воды. Именно поэтому при самом низком рабочем давлении в баке постоянно должен присутствовать некоторый объем воды. Этот уровень называется уровнем наполнения.

Исходное давление расширительного бака Р0 Должно быть на 0,2 бара ниже давления воды в холодном состоянии (Рcw).

Остаточный коэффициент Определяет остаточный коэффициент расширительного бака Остаточный коэффициент = 1 — уровень наполнения

Эффективность Отношение между максимальной и чистой емкостью бака.

Означает возможность определения остаточного коэффициента бака. Конечное давление должно быть на 10% ниже давления срабатывания предохранительного клапана.

Эффективность рассчитывается по формуле: Примечание: Давление указывается в абсолютных барах. Максимально допустимая эффективность баков Airfix составляет 60 %

Конечное давление Рe Максимально допустимое системное давление. Конечное давление соответствует 90% от значения срабатывания предохранительного клапана.

Номинальная емкость бака V brutto Номинальная емкость бака определяется следующим образом:

Пример расчета расширительных баков горячего водоснабжения: Данные: — Объем бойлера = 150 литров — Максимальная температура воды = 70 °C — Давление воды в холодном состоянии Рcw = 4 бар — Заданное давление предохранительного клапана Рsv = 8 бар

Расчет Начальное давление в баке Р0

Конечное давление (среднее) Рe

Увеличение объема V :

Остаточный коэффициент:

Эффективность:

Необходимая максимальная емкость расширительного бака:

Выбираем бак ближайшей ёмкостью более 8,8 л = 12 литров

Гидроаккумуляторы и расширительные баки: в чем разница?

В магазинах бытовой техники порой можно услышать невероятные вещи – например, что между гидроаккумулятором и расширительным баком нет никакой разницы, кроме цвета: одни синие, другие красные. Тогда зачем понадобилось окрашивать два одинаковых агрегата в разные цвета, если они взаимозаменяемы?

Разные функции – разные устройства

Принципиальное различие между гидроаккумулятором и компенсационным баком определяется функциональностью. Гидроаккумулятор предназначен для защиты систем водоснабжения, расширительный бак – для компенсации теплового расширения воды. Разные задачи предъявляют к конструкции агрегатов разные требования, поэтому не стоит обманываться внешним сходством.

Основная задача расширительного бака – поддержание стабильного давления в отопительном контуре с поправкой на тепловое расширение воды. Жидкости, как и газы, увеличивают объём при нагревании, но не способны сжиматься. Когда воде становится тесно, она рвётся на свободу, не считаясь с препятствиями.

Финал предсказуем: протечка в месте стыка или разрыв трубопровода. Для предотвращения аварий требуется установка компенсаторного бака, в котором собираются избытки воды. Гидроаккумулятор выполняет защитные функции в системе водоснабжения, компенсируя перепады давления в сети при включении и выключении насоса.

Так удаётся избежать гидравлических ударов, сокращающих срок эксплуатации системы. Насосное оборудование не может работать непрерывно, поэтому важно иметь запас воды на случай внезапного отключения электричества или поломки насоса.

Одновременно гидробак поддерживает достаточный напор в системе во время простоя насосного оборудования. Пока давление в сети не упадёт до критической отметки, насосы отдыхают – нет необходимости запускать их всякий раз, когда кто-нибудь открывает кран.

Чем меньше включений и выключений, тем дольше прослужит насос. Разумеется, не все гидроаккумуляторы одинаково эффективны на своём посту – важно правильно подобрать агрегат и аксессуары к баку с учётом характеристик насосного оборудования, количества водоразборных точек и расчётного расхода воды в системе. В Интернете можно найти формулы для определения оптимального объёма водонакопительного резервуара, но иногда в методику расчёта требуется вносить поправки на условия эксплуатации. К примеру, при частых перебоях электроснабжения объём сосуда подбирают с запасом – но ровно настолько, чтобы не допускать застоя воды. Если у вас не хватает знаний и опыта, чтобы учесть все нюансы и выполнить монтаж гидробака собственными силами, обратитесь за помощью к специалистам.

Всё дело в мембране: конструктивные отличия гидроаккумуляторов и расширительных баков

Поначалу компенсационные баки делали открытыми, но позже оказалось, что такое инженерное решение создаёт новые проблемы.

Во-первых, вода постоянно испаряется, и её потери нужно восполнять. Во-вторых, никто не отменял коррозийное действие кислорода. В-третьих, в открытых контурах труднее контролировать напор.

Наконец, монтаж бака вылетает в копеечку, так как конструкцию приходится утеплять. Появление прочных и эластичных мембранных материалов подсказало выход из инженерного тупика, сделав возможным изготовление закрытых расширительных баков, не пропускающих кислород. Аналогичным образом были решены задачи поддержания постоянного уровня воды и регулировки давления.

Кроме того, закрытая конструкция упростила монтаж и сервисное обслуживание расширительных баков – отныне агрегат можно устанавливать не только в верхней точке системы, а там, где вам удобнее. Диафрагменная мембрана делит ёмкость компенсационного бака на две части.

Верхний отсек заполняют теплоносителем, а в нижний закачивают воздух, плотно прижимающий диафрагму к стенкам резервуара. Увеличение объёма теплоносителя при нагревании сжимает воздух, пропуская воду в верхний отсек бака.

Гидроаккумуляторы также оснащены мембранами, но их форма и расположение совершенно иные. Внутри сосуда помещается баллонная мембрана, похожая на грушу, которая крепится между фланцами, исключая контакт воды с внутренней поверхностью резервуара.

Именно поэтому недопустимо использование расширительных баков в системах водоснабжения: если питьевая вода соприкасается со стенками резервуара, её качество окажется неприемлемым – к примеру, из-под крана может потечь ржавая вода. Пока напор поступающей воды не уравновесит давление воздуха между стенками сосуда, мембрана расширяется, стремясь заполнить всю ёмкость гидроаккумулятора.

Давление воздуха регулируется ниппелем. В верхней части сосуда располагается патрубок, к которому подключают воздухоотводчик и предохранительный клапан. Поскольку мембраны расширительных баков и гидроаккумуляторов функционируют в разных условиях, требования к материалам будут различны.

Так, для диафрагменной мембраны важна термостойкость, поскольку температура воды в системах отопления достигает 90°C. Для баллонных мембран в приоритете динамическая эластичность и стойкость к частому повторению растяжений и сжатий – от 5 до 15 циклов в час в штатном режиме. Поскольку мембраны гидробаков контактируют с питьевой водой, их изготавливают из пищевой резины с минимальной диффузией. Устойчивость к тепловому воздействию не имеет особого значения – температура воды в сетях холодного водоснабжения не превышает 30°C.

Какая мембрана лучше?

• NATURAL – натуральный каучук, совместимый с технической и питьевой водой; отличается большой динамической эластичностью, хотя по мере износа может наблюдаться частичная диффузия;
• BUTYL – бутиловая резина для компенсационных баков и гидроаккумуляторов. Материал более устойчив к диффузии по сравнению с каучуком, но проигрывает в эластичности;
• EPDM – этиленпропиленовая резина; по характеристикам сходна с бутиловой резиной, но более водопроницаема. Как и каучук, может использоваться с питьевой и технической водой;
• NITRIL – обладает антикоррозийными свойствами и выдерживает действие активных сред;
• SBR – мембранная резина для расширительных баков, для установки в гидроаккумулятор недостаточно растяжима.

Синтетические резины рассчитаны на эксплуатацию при температурах от -10 до 100°C; у каучука диапазон рабочих температур на порядок меньше – от -10 до 50°C.

Теперь, когда вы знаете, чем продиктованы конструктивные отличия элементов систем отопления и водоснабжения, ни один продавец не собьёт вас с толку. Вы и сами разберётесь, какой агрегат вам нужен – расширительный бак или гидроаккумулятор. Внимательно изучайте технические паспорта предложенных моделей и делайте правильный выбор!