Расширительный бачок
Система водяного отопления имеет определенную вместимость. Внутреннее гидравлическое давление в замкнутой системе, заполненной водой, при повышении температуры и стремлении воды к расширению повышается. Повышенное давление в замкнутой системе отопления может превзойти предел прочности отдельных ее элементов и привести к аварии. Поэтому в систему водяного отопления вводится расширительный бак (демпфер).
Расширительный бачок выполняет несколько важных функций.
- Прием приращенного объема воды в системе, образовавшегося за счет теплового расширения при ее нагревании, для поддержания расчетного гидростатического давления.
- Восполнение убыли объема воды в системе при понижении ее температуры и при незначительной утечке.
- Удаление с открытого типа бачка избытка воды в водосток при переполнении системы.
- Сбор воздуха, выделяющегося из воды при ее нагревании в теплогенераторе (котле).
Воздух в систему попадает с водопроводной водой, в которой при комнатной температуре его растворено примерно 40 мг/л. При нагревании до максимально-расчетной температуры (+95 °С) растворяемость воздуха уменьшается до 3 мг/л. Выделившиеся воздушные пузырьки (35-37 мг/л) всплывают в водяном потоке по главному стояку в расширительный бак, а оттуда удаляются в атмосферу. Расширительные бачки бывают двух типов.
Расширительный бачок открытого типа
Емкость, дно которой соединено с трубой отопительной системы. Уровень воды в нем засисит от объема жидкости в системе. Чем вода горячее, тем больше ее объем. Размещают открытый бачок над верхней точкой системы отопления, как правило, в чердачном помещении дома, при этом бачок теплоизолируют для уменьшения потери тепла через стенки. Открытого типа бачки громоздки, негерметичны, неэстетичны для их размещения в помещениях.
Расширительный бачок закрытого типа
Представляет собой герметичную металлическую емкость — капсулу шарообразной или овальной формы, разделенную внутри герметичной мембраной из термостойкой резины на две камеры — воздушную и жидкостную. В воздушной части есть клапан, который при сильном повышении давления стравливает (спускает) воздух и тем самым позволяет жидкости занять внутренний объем бачка. При повышении водяного давления мембрана прогибается и выдавливает воздух из бачка. Когда водяное давление падает, мембрана «возвращается на место», воздух через клапан попадает в бачок.
В другом исполнении одна камера на заводе-изготовителе заполняется под давлением газом (азотом). Другая камера в рабочем положении соединяется с системой отопления и от имеющегося в ней давления заполняется теплоносителем (водой). Давление в обеих камерах будет стремиться к выравниванию. Таким образом, изменение давления в системе отопления приводит к соответствующему изменению объема газа и теплоносителя в расширительном бачке. Бачок ставят в любом месте отопительной системы, но, как правило, рядом с котлом, а при наличии аппарата горячего водоснабжения второй бачок устанавливают рядом с бойлером. Объем мембранного бачка варьируется в зависимости от мощности котла и объема теплоносителя.
Бачок закрытого типа выгодно отличается от бачка открытого типа. Во-первых, в закрытом бачке не происходит соприкосновения жидкости с воздухом: жидкость не испаряется и не окисляется кислородом (и не разъедает внутреннюю поверхность труб и радиаторов). Во-вторых, из закрытого бачка жидкость никогда не выльется наружу и не испортит отделку стен и пола.
В третьих, бачок закрытого типа можно поставить в любом удобном месте системы отопления.
Бачки открытого типа изготавливают по типовым чертежам из листовой 3-4-миллиметровой стали и сверху снабжают крышкой для осмотра и окраски. Баки могут быть цилиндрической или прямоугольной формы. Схема устройства бачка открытого типа показана на рис.
Схема устройстве открытого расширительного бачка с патрубками для соединнения труб; 1 —расширительный патрубок: 2 — патрубок пареливной трубы; 3 — сигнальный патрубок: 4 — патрубок циркуляционныйный: 5 — спускной патрубок; б — крышка бачка. крышка бачка.
В корпусе бака имеется несколько патрубков для присоединения труб. Патрубок (1) предназначен для соединения расширительной трубы, по которой вода поступает в бачок; патрубок (2) соединяется с переливной трубой, сообщающейся с атмосферой; патрубок (3) сообщается с контрольной (сигнальной) трубой, на которой установлен кран. При заполнении системы водой вытекание воды при открытом кране сигнализирует о наличии воды в баке, а следовательно, и в системе. Уровень воды не должен быть ниже уровня патрубка (3), если при открытом кране вода не вытекает, ее следует добавить. На рисунке этот уровень показан пунктирной линией. Патрубок (4), расположенный ближе к дну бачка, предназначен для соединения циркуляционной трубы, через которую вода отводится в систему отопления; патрубок (5) с пробкой нужен для спуска воды из бачка для профилактического осмотра и ремонта. Показанные на схеме расположения патрубков могут быть изменены. Размеры бака рассчитываются в зависимости от общего объема воды в системе отопления.
Расчет объема открытого расширительного бачка
Жидкости практически не сжимаются. Поэтому при условии, что закрытая система отопления полностью заполнена теплоносителем, даже незначительное увеличине его объема за счет теплового расширения приведет к аварийному увеличению давления. В результате произойдет срабатывание предохранительного клапана, имеющегося в системе, и избыточная часть теплоносителя выльется наружу.
Емкость расширительного бака подбирается таким образом, чтобы в пределах рабочего диапазона температур тепловое расширение теплоносителя не привело бы к увеличению давления в системе выше давления срабатывания предохранительного клапана.
Полезный объем расширительного бака, ограниченный высотой hn должен соответствовать увеличению объема воды, заполняющей систему отопления при ее нагревании до средней расчетной температуры. Увеличение объема воды в системе отопления определяют по формуле: Vc = tVc, где: Vc — общий внутренний объем отопительного котла, труб с арматурой, радиаторов и т. д., или, что то же самое, объем воды в системе при начальной температуре, м3 (л);
t — изменение температуры воды от начальной до среднерасчетной;
с — среднее значение коэффициента объемного расширения воды (0,0006).
Полезный объем расширительного бака (Упол) должен быть больше или равен увеличенному объему воды (Vc). Например. Объем воды в системе равен 250 л. Начальная температура воды — 16 С, среднерасчетная температура — 90 °С. t = 90 – 16 = 74 С. Находим полезный объем расширительного бака: У„оЛ > Vc = 0,0006 • 74 • 250 = 11,1 л.
Воздушный клапан
Воздушный клапан, или «воздушник», выводит воздух из системы. Изначально систему заполняют жидкостью до тех пор, пока в ней не остается воздуха. Но в процессе нагрева жидкости могут появиться воздушные пузырьки (как в кипящем чайнике). Пузырьки образуют воздушную пробку и препятствуют прохождению жидкости по трубам и радиаторам. Так вот, воздушная пробка и выводится автоматически через воздушный клапан. Для этих же целей используется сепаратор — отделитель воздуха в сборе с манометром, предохранительным и воздушным клапанами.
Циркуляционный насос
В системе с принудительной циркуляцией для движения теплоносителя нужен циркуляционный насос. Его конструкция довольно проста: чугунный корпус, в котором находится ротор с закрепленной на нем крыльчаткой. Вращение ротора с крыльчаткой заставляет теплоноситель двигаться по отопительной системе. Циркуляционные насосы бывают двух типов: с мокрым и сухим ротором. Смазка подшипников насоса мокрым ротором осуществляется с теплоносителем системы отопления. Он же выполняет функцию охлаждения. Понятно, что для этого должна быть обеспечена непрерывная циркуляция воды через гильзу насоса. Отсюда вытекает обязательное требование к монтажу насосов с мокрым ротором — их вал всегда должен находиться в горизонтальном положении.
Как следует из названия насосов с сухим ротором, их мотор не соприкасается с теплоносителем. Обычно этот тип насосов применяется в системах, где надо осуществлять циркуляцию больших объемов воды. Насосы с сухим ротором имеют заметно больший КПД, чем их аналоги с мокрым ротором.
Бойлер
Для приготовления горячей воды в системах автономного водоснабжения используются аккумулирующие баки (бойлеры), в которых нагревание происходит за счет теплообмена между теплоносителем отопительного котла и холодной водой, поступающей в бойлер из системы холодного водоснабжения.
Максимальная производительность достигается за счет принудительной циркуляции теплоносителя от котла.
Данные бойлеры надежно защищены от коррозии и воздействия высоких температур, так как специально спроектированная форма внутренней емкости бака предотвращает образование накипи, благодаря чему бойлеры не нуждаются в специальном уходе.
Накопительные бойлеры имеют различные объемы аккумулирующего бака горячей воды — от 100 до 1000 л. В автономных системах отопления, где предусмотрена установка бойлера для горячего водоснабжения, используются два циркуляционных насоса. Один для отопления, другой для горячего водоснабжения и один рециркуляционный насос горячего водоснабжения (ГВС) для подачи в бойлер воды с обратной линии ГВС.
Трубы
На рынке представлены трубы для систем отопления трех основных типов: стальные, медные и полимерные (полиэтиленовые, полипропиленовые, армированные алюминием, металл опластиковые). Что касается стальных труб, то они всем хорошо известны и установлены в подавляющем большинстве российских городских квартир. Недостаток — подвержены коррозии, достоинство — стоят недорого.
Полимерные трубы всех типов удобны в монтаже, легки, не ржавеют, имеют низкий коэффициент сопротивления. Но цена их заметно выше, чем стальных. Медные трубы также не ржавеют, красивы, но дороги и относительно сложны в монтаже.
Тип применяемых труб зависит от проекта системы отопления и выбирается из соображений обеспечения заданных характеристик: гидравлических, эксплуатационных, экономических и экологических.
