Баки систем отопления и горячего водоснабжения

Применение мембранных баков в инженерных системах

Мембранные расширительные баки (экспанзоматы) предназначены для компенсации изменения объема теплоносителя в системе отопления при его нагревании–охлаждении, а также для поддержания постоянного давления в системе горячего и холодного водоснабжения.

Конструкция расширительных баков

Экспанзомат представляет собой шарообразную или цилиндрическую стальную емкость, разделенную на две части эластичной мембраной: в одной части находится воздух или газ под давлением, другая – заполняется жидкостью.

Корпус бака, как правило, изготавливается из легированной коррозионно-стойкой листовой стали с лакокрасочным покрытием с наружной стороны. Реже встречаются экспанзоматы с корпусом из нержавеющей стали. Данные баки не получили широкого распростра-нения ввиду высокой стоимости.

Принцип работы расширительного бака состоит в том, что при повышении температуры жидкости (повышении давления) избыток объема жидкости направляется в бак, растягивая мембрану и повышая давление в воздушной полости. При остывании жидкости (снижении давления) мембрана сокращается, выталкивая жидкость в систему. Это позволяет избегать возникновения избыточного давления при разогреве теплоносителя в системе отопления, а также гасить гидроудары в системе холодного и горячего водоснабжения, для которых характерны частые скачки давления при открытии/закрытии водоразборных кранов (включении/отключении насоса).

Основные технические характеристики баков:

• объем, л;
• орабочая температура, °C;
• определьная температура, °C/мин;
• орабочее давление, МПа;
• околичество циклов расширения–сокращения мембраны;
• огарантийный срок от сквозной коррозии корпуса бака;
• определьная концентрация этиленгликоля в теплоносителе, %.

Расширительные баки подразделяются:

• по конструкции:
  а) фланцевые, со сменной мембраной,
  б) диафрагменные, со стационарной мембраной (рис. 1).

Диафрагменный расширительный бак со стационарной мембраной

В последнее время наибольшее распространение получили фланцевые баки со сменной мембраной как более универсальные и простые в эксплуатации, так как их конструкция позволяет заменить поврежденную мембрану, сохранив корпус бака, что немаловажно для баков большого объема.

Диафрагменные баки в основном применяются в системах небольшого объема ввиду дешевизны и меньших габаритов;

• по способу установки:
  а) вертикального исполнения для настенного монтажа с рабочим патрубком, расположенным сверху. Данное исполнение характерно для баков небольшого объема (5–50 л),
  б) вертикального исполнения для напольного монтажа с рабочим патрубком, расположенным снизу. Данное исполнение характерно для баков большого объема (50 л и более),
  в) горизонтального исполнения для баков большого объема, устанавливаемых в помещениях с ограниченной высотой;

• по назначению:
  а) для закрытых систем отопления,
  б) для систем горячего водоснабжения,
  в) для систем холодного водоснабжения (гидроаккумуляторы),
  г) для систем холодоснабжения.

В закрытых системах отопления могут применяться как диафрагменные, так и фланцевые баки с мембраной из бутилкаучука. Данный материал обладает улучшенными характеристиками по сопротивлению высокой температуре и давлению: температура – до 120 °C, давление – до 16 МПа.

В системах горячего водоснабжения применяются баки фланцевого типа с мембраной, выполненной из пищевой резины, предотвращающей контакт питьевой воды с металлом и изменение ее качественных характеристик.

В гидроаккумуляторах для холодного водоснабжения применяются фланцевые баки с мембраной из пищевой резины с улучшенными характеристиками эластичности для более полного гашения гидравлических ударов и поддержания стабильного давления в системе водоснабжения.

Мембранные баки в нормативных документах

Согласно СП 30.13330.2012 «Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01–85*» водонапорные и гидропневматические баки питьевой воды, а также баки-аккумуляторы надлежит изготовлять из металла с наружной и внутренней антикоррозионной защитой. При этом для внутренней антикоррозионной защиты следует применять материалы, прошедшие санитарно-эпидемиологическую экспертизу и имеющие соответствующее разрешение. Для баков-аккумуляторов систем горячего водоснабжения тепловую изоляцию следует предусматривать по расчету.

Гидропневматические баки должны быть оборудованы подающей, отводящей и спускной трубами, а также предохранительными клапанами, манометром, датчиками уровня и устройствами для пополнения и регулирования запаса воздуха.

Бак для закрытых систем отопления

Гидропневматические баки надлежит устанавливать в помещениях, где расстояние от верха баков до перекрытия и между баками и до стен не менее 0,6 м.

Согласно СП 41-101–95 «Проектирование тепловых пунктов» расширительные баки должны быть цилиндрической формы; для баков с внутренним диаметром корпуса до 500 мм должны приниматься плоские приварные или эллиптические днища, а при диаметре более 500 мм – эллиптические. Расширительные баки должны быть оборудованы предохранительными клапанами.

Предохранительные устройства должны быть рассчитаны и отрегулированы так, чтобы давление в защищенном элементе не превышало расчетное более чем на 10 %, а при расчетном давлении до 0,5 МПа не более чем на 0,05 МПа. Расчет пропускной способности предохранительных устройств должен производиться согласно ГОСТ 24570.

В своде правил СП 31-106–2002 «Проектирование и строительство инженерных систем одноквартирных жилых домов» для компенсации температурных расширений теплоносителя в независимых системах отопления следует предусматривать расширительные баки.

В системе водяного отопления с искусственным побуждением циркуляции теплоносителя могут использоваться открытые или закрытые расширительные баки, располагаемые в помещении теплогенератора. Рекомендуется применять расширительные баки диафрагменного типа с тепловой изоляцией.

Требуемая вместимость бака устанавливается в зависимости от объема теплоносителя в системе отопления.

В СП 41-104–2000 «Проектирование автономных источников теплоснабжения» указано, что для приема излишков воды в системе при ее нагревании и для подпитки системы отопления при наличии утечек в автономных котельных рекомендуется предусматривать расширительные баки диафрагменного типа для системы отопления и вентиляции и для системы котла (первичного контура).

Следует учитывать, что в системе теплоснабжения не допускается применять металлополимерные трубы для расширительного, предохранительного, переливного, сигнального трубопроводов согласно СП 41-102–98 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем отопления с использованием металлополимерных труб».

Подбор расширительных баков для систем отопления

Для подбора бака необходимо знать следующие параметры системы:

• объем системы – Q, л;
• гидростатическое давление системы – P_ст, кПа;
• давление срабатывания предохранительного клапана – P_пр, кПа;
• коэффициент теплового расширения теплоносителя – b.

Расчет производится по формуле:

Расчет бака для системы ГВС производится аналогично.

Подбор гидроаккумулятора для системы ХВС

Для подбора бака необходимо знать следующие параметры системы:

• средний расход насоса – Q, м 3 /ч;
• рекомендуемую частоту включения насоса – n, 1/ч.

Расчет производится формуле:

Особенности монтажа расширительных баков

Баки для закрытых систем отопления. Баки, как правило, следует устанавливать на обратной магистрали отопления, на всасывающей линии циркуляционного насоса.

Бак, в обязательном порядке, оборудуется (рис. 2):

• запорным краном с пломбировочным устройством, предотвращающим случайное перекрытие;
• группой безопасности, состоящей из манометра, воздухоотводчика и предохранительного клапана.

В случае, если температура в обратной магистрали отопления может превышать 70 °C, необходимо предусмотреть установку промежуточной емкости для предварительного охлаждения теплоносителя.

Также важно помнить, что диаметр подводящего трубопровода должен быть не менее диаметра присоединительного патрубка расширительного бака.

Если в системе отопления применяется теплоноситель на основе раствора этилен- или пропиленгликоля, то потребуется расширительный бак увеличенного объема из-за большего коэффициента расширения таких растворов.

Установка расширительного бака в системе горячего водоснабжения: 1 – расширительный бак; 2 – предохранительный клапан; 3 – насос; 4 – фильтр; 5 – обратный клапан; 6 – запорный кран

Баки для систем горячего водоснабжения. Такие баки, как правило, следует устанавливать на циркуляционной магистрали, на всасывающей линии циркуляционного насоса в непосредственной близости от источника тепла (бойлер, теплообменник). Бак в обязательном порядке оборудуется (рис. 3):

• запорным краном с пломбировочным устройством, предотвращающим случайное перекрытие;
• группой безопасности, состоящей из манометра, воздухоотводчика и предохранительного клапана.

Баки для систем холодного водоснабжения. Данные баки, как правило, следует устанавливать в нижней точке системы холодного водоснабжения. Бак в обязательном порядке оборудуется (рис. 4):

• запорным краном с пломбировочным устройством, предотвращающим случайное перекрытие;
• группой безопасности, состоящей из манометра, воздухоотводчика и предохранительного клапана;
• обратным клапаном.

При регулировке давления в газовой полости следует учитывать, что для предотвращения коррозии внутренней поверхности корпуса бака, на заводе газовая полость заполняется инертным газом, как правило, осушенным азотом. Соответственно, при необходимости повышения давления в газовой полости или при заполнении газовой полости после замены мембраны рекомендуется использовать технический азот. Это позволит избежать окисления неокрашенной стенки бака с влагой атмосферного воздуха и кислородом.

Вариант установки расширительного бака: 1 – манометр; 2 – обратный клапан; 3 – шахта, колодец с водой; 4 – регулирующий вентиль; 5 – шкаф управления; 6 – мембранный расширительный бак для водоснабжения; 7 – манометр; 8 – предохранительный клапан; 9 – подача воды к оборудованию; 10 – вертикальный многоступенчатый насос

Наиболее распространенные неисправности баков

1. Разрыв мембраны. Основными признаками являются: срабатывание предохранительного клапана из-за превышения допустимого давления при расширении теплоносителя; появление резких скачков давления в системе горячего и холодного водоснабжения, частые включения–отключения скважинного насоса в системе холодного водоснабжения; поступление воды из золотника воздушного ниппеля. Следует заменить мембрану, если бак фланцевого типа или бак целиком, если он диафрагменный.
2. Отсутствие наполнения бака водой. Следует проверить давление в воздушной камере. Оно не должно превышать значений, указанных в паспорте бака для расчетного давления в системе.
3. Течь в корпусе бака. Необходима замена бака.

Сервисное обслуживание расширительных баков

Как правило, обслуживание расширительных баков заключается в следующем:

1. Проверка давления в воздушной части мембраны.
2. Проверка контрольно-измерительных приборов группы безопасности (манометра, предохранительного клапана, воздухоотводчика).
3. Проверка запорной арматуры.
4. Внешний осмотр корпуса бака на предмет коррозии.

Устройство бака-аккумулятора в системе отопления

Бак-аккумулятор — емкость, предназначенная для накопления избыточного тепла и его дальнейшего использования во время остановки работы котлового оборудования. Агрегат используется в схемах с твердотопливным котлом. Реже его применяют с другими источниками энергии: тепловыми насосами, солнечными коллекторами и электрическими нагревателями. Это устройство также называют теплоаккумулятором, буферной емкостью или накопителем.

Аккумулирующие баки для отопления представляют собой цилиндрические или квадратные емкости с патрубками, врезанными в корпус. Их количество зависит от числа подключенных контуров и приборов отопления.

Объем емкости зависит от площади отапливаемого помещения и находится в диапазоне от 200 до 3 тыс. м³. Для сохранения тепла между баком и внешней обшивкой находится теплоизоляционный материал толщиной от 5 до 10 см. В зависимости от конструкции внутри бака находятся следующие элементы:

• один либо несколько теплообменников;
• трубчатый электрический нагреватель;
• магниевый анод.

Теплообменники применяются в двухконтурных системах. В устройстве бака-аккумулятора горячей воды эти элементы представляют собой змеевики из медных труб. Электрические нагреватели помогают поддерживать температуру теплоносителя, если котел кратковременно вышел из строя.

В обычной системе теплоноситель нагревается в твердотопливном котле и поступает по трубопроводам к радиаторам. В приборах он остывает и по обратной линии возвращается в обогреватель.

Когда котел прогорит, то теплоноситель тоже остынет, до следующей закладки топлива. Температура воздуха в этот период снизится. В системе отопления с аккумуляторной емкостью процесс проходит немного иначе. После розжига котла и выхода его на полную мощность, теплоноситель циркулирует по малому контуру между обогревателем и баком.

Буферный бак-аккумулятор для отопления постепенно наполняется горячей водой. Когда вся емкость будет заполнена, циркуляционный насос начнет перекачивать теплоноситель в систему отопления. В этот момент котел полностью прогорит, и пока будет осуществляться новая закладка топлива, система отопления будет обогреваться за счет аккумуляторной емкости. Такая схема позволяет поддерживать в помещении постоянную температуру воздуха.

Система отопления с таким устройством способна обогревать помещения более длительный срок, даже если полностью отключен источник тепла. Осуществляется эффективная защита водяного контура котла от закипания и разрушения. Объясняется это тем, что при резком повышении температуры теплоносителя аккумуляторный бак всю нагрузку возьмет на себя, тем самым осуществит защиту котла. Существует блокировка от поступления охлажденного теплоносителя по обратной линии трубопроводов в разогретый теплообменник, если циркуляционный насос выйдет из строя.

В отопительных системах с несколькими контурами аккумулирующее устройство выполняет задачи гидравлического распределителя тепловой энергии, что позволяет разводкам работать независимо друг от друга. Такое свойство помогает значительно снизить расход топлива и тепловой энергии. Существует и несколько недостатков у этой конструкции: высокая стоимость монтажных работ, повышенные требования к размещению оборудования.

Аккумуляторный бак для системы отопления выбирается по следующим параметрам: материал корпуса, вместимость, мощность агрегата, давление жидкости в контуре. Прежде чем выбрать подходящую модель, следует провести расчет накопительной емкости и узнать необходимый ее объем. К популярным относятся следующие модели:

1. 1. PROFBAK — бак и все соединяющие детали выполнены из нержавеющей стали AISI 304. Встроен никелированный нагревательный элемент мощностью до 45 кВт. По индивидуальному заказу производитель может установить змеевик для нагрева горячей воды. Емкость выполняет роль как температурного, так и гидравлического распределителя. Выпускаются емкости объемом от 120 до 500 л.
2. 2. SunSystem P 300 — буферная емкость на 300 л, выпускаемая производителями из Болгарии. Применяется с котловым оборудованием мощностью от 6 до 10 кВт. Конструкция не обладает теплообменником, но есть место для подключения трубчатого электрического нагревателя.
3. 3. Austria Email PSR 500 — аккумулирующая емкость на 500 л с одним теплообменником. Напольный агрегат рассчитан на давление в системе отопления не более 3 атм. Конструкция выпускается без теплоизоляции, которую приобретают и устанавливают самостоятельно.
4. 4. Reflex PFH-500 — представляет собой накопительный бак с заменяемой мембраной. Используется этот агрегат в закрытых системах отопления с горячим водоснабжением. Корпус изготовлен из высококачественного полимерного материала. Общий вес агрегата составляет всего 79 кг.
5. 5. DRAZICE NADO 750/160V1 — баки бывают двух видов: с фланцем или патрубком. Аккумуляторы выпускаются чешскими производителями и из-за небольшой стоимости пользуются большим спросом. Накопитель представляет собой емкость объемом на 305 л.

Стоит также обратить внимание на такие модели: Прометей 500, Hajdu AQ PT 750, NAD 1000 v2 и другие.

Бак-аккумулятор всегда подключается параллельно относительно котлового оборудования. Трубопроводами соответствующего диаметра проводят соединение его с источником тепла и отопительными приборами. В обвязке участвуют следующие элементы:

• трехходовый клапан;
• подкачивающий насос, который располагают на обратной линии между обогревателем и аккумулирующей емкостью;
• группа безопасности;
• теплообменник для горячего водоснабжения;
• трехходовый вентиль;
• циркуляционный насос, который устанавливают между баком и батареей.

Готовится ровное место для установки накопителя. Если это емкость большого объема, то лучше подготовить бетонную площадку. Когда все будет готово, с помощью строительного уровня выставляется аккумуляторный бак. Верхние патрубки должны быть выше уровня приборов отопления, что обеспечит естественную циркуляцию теплоносителя на случай выхода из строя насоса.

Подсоединяют подающий трубопровод от источника тепла к верхнему патрубку, с противоположной стороны емкости — к ближайшему радиатору. В подающий трубопровод от котла к накопителю устанавливается группа безопасности, в которую входят:

• манометр;
• предохранительный клапан;
• вентиль для сброса воздуха.

Устанавливается трехходовый клапан, который предохранит котловое оборудование от образования конденсата. Перед клапаном подсоединяется циркуляционный насос для подачи горячего теплоносителя в накопитель.

Нижний патрубок емкости соединяется с обратной линией системы отопления, а с другой стороны — с входом в котел. Если бак обладает лишними патрубками для соединения будущих контуров отопления, то на них устанавливаются временные заглушки. Последним действием подключается электрооборудование к электрической сети.

После установки проводится тестовая проверка работоспособности системы, при которой желательно присутствие специалистов. Они помогут правильно отрегулировать элементы конструкции и проверить их функциональность.