Проектирование открытой системы отопления: основные требования к схеме, комплектующим и монтажу

Принцип работы

Схема отопления водяного типа подразумевает как естественное, так и принудительное движение носителя тепла. В роли нагревательного устройства выступают напольные или настенные модели котлов: один или два контура, носитель тепла в виде пара, воды или антифриза. Система отопления открытого типа чаще всего в виде теплоносителя имеет простую воду.

При этом ее движение осуществляется естественным путем из-за разной плотности холодной и горячей воды и уклону, под которым проложен трубопровод. Дело в том, что нагретая вода имеет намного меньшую плотность, нежели холодная. В результате создается гидростатический напор, благодаря которому горячая вода движется к радиаторам.

Функции расширительного бака

С какой целью монтируется расширительный бачок? Система отопления заполнена фиксированным количеством жидкости (воды или антифриза), которая склонна к тепловому расширению. Это означает, что повышение температуры теплоносителя неизбежно ведет к повышению давления в системе. Так как трубы, радиаторы и прочие элементы инженерной конструкции неэластичны, повышенное давление приведет к разгерметизации системы – в самом слабом месте произойдет прорыв.

Вода отличается низкими показателями сжимаемости, поэтому в систему встраивают специальное устройство – мембранный или открытый бак. Его функция заключается в том, что при повышении давления сжиматься будет воздух. Это дает возможность обеспечить защиту от гидроудара. Установленный расширительный бак предохраняет систему от чрезмерного повышения давления.

Для системы отопления закрытого типа предназначены мембранные баки – они представляют собой емкость с эластичной водонепроницаемой мембраной внутри, которая разделяет внутренний объем на две части. Мембрана нужна, чтобы воздух не контактировал с теплоносителем. В противном случае не избежать завоздушивании сети и повышения риска коррозии стальных элементов системы.

В системе открытого типа бак сообщается с атмосферой, благодаря чему стравливается воздух из труб. По этой причине место установки открытого бака жестко регламентировано – он должен располагаться в самой высокой точке системы.

Особенности установки

Установка расширительного бака в системе отопления зависит от типа последней. Как уже было сказано выше, отопление может быть реализовано закрытым и открытым способами.

Ниже рассмотрим, как выполнить своими руками подключение бачка в обоих случаях.

Схема открытой отопительной системы

Открытая система

Открытое отопление, по сути, представляет собой один большой сосуд со специфичными конвекционными потоками внутри.

Монтаж расширительного бака отопления в этом случае, как собственно и всех остальных отопительных приборов, должен обеспечивать:

• Быстрый подъем нагретого котлом теплоносителя в верхнюю точку отопительной конструкции, а также ее естественная циркуляция через отопительные приборы.
• Свободное и беспрепятственное движение воздушных пузырьков вверх.

По этим причинам установка данного устройства осуществляется в верхней точке конструкции. Чаще всего в частных домах эти емкости располагаются на чердаке либо вверху разгонного коллектора (в однотрубной системе).

Надо сказать, что сам бачок для открытой системы так же отличается конструкцией:

• Не требует запорной арматуры;
• Не нуждается в резиновой мембране и даже крышке.

В данном случае расширительный бачок — это простая емкость, в которую, при необходимости можно долить ведро воды взамен испарившейся. Как правило, цена такого устройства равняется паре электродов и стоимости квадратного метра листа стали толщиной в несколько миллиметров.

Схема закрытой отопительной системы

Закрытая система

Если конструкция реализована по закрытой схеме, то монтаж расширительного бака системы отопления имеет ряд особенностей, с которыми ознакомимся ниже:

• Наиболее оптимальным местом для подключения устройства является участок, в том месте, где течение теплоносителя ближе всего к ламинарному и отсутствуют завихрения. Поэтому очевидным решением является его установка перед циркуляционным насосом для отопления. Что касается высоты расположения, то она не имеет значения, так как задача устройства, как уже было сказано выше, заключается в компенсации теплового расширения и гашении гидроударов.
• Большое значение имеет расположение бачка в пространстве. В идеале жидкость должна поступать в емкость сверху, что позволит полностью удалить воздух из отсека с жидкостью.
• Объем устройства должен составлять не менее десятой части от объема всей жидкости в системе. Рассчитать объем воды можно отталкиваясь от мощности котла – на один киловатт берется 15 литров жидкости.

Обратите внимание! Зачастую котлы отопления снабжены расширительными бачками и даже циркуляционными насосами. Поэтому прежде чем отправиться за покупкой устройств, следует убедиться, что они нужны

Подключенный к пластиковым трубам расширительный бак

В качестве примера рассмотрим, как выполняется монтаж мембранной емкости.

Итак, инструкция выглядит следующим образом:

• Если подключение осуществляется к действующему отоплению, то в первую очередь надо выключить все оборудование и слить воду с батарей. Чтобы жидкость лучше стекала, следует открыть краны Маевского.
• Если используются пластиковые батареи отопления, то монтаж следует осуществлять через разъемный монтажный элемент, называемый «американкой». Первая его часть прикручивается к бачку, а вторая припаивается к трубе. Затем обе части соединяются.

«Американка» для подключения бака

• Затем нужно разрезать трубу отопления и установить тройник. к которому подключается труба от бака.
• Пока в батареях отсутствует вода, надо демонтировать фильтр грубой очистки и промыть его.
• После установки всех элементов на свои места нужно открыть краны и заполнить радиаторы водой. При этом давление должно подняться до 1,2-1,3 кПа.
• В завершение работы следует стравить воздух и закрыть краны Маевского.

Совет! Перед расширительным баком желательно установить кран. Это позволит выполнять ремонт устройства, не спуская воду с батарей.

После осуществления всех вышеописанных действий можно включить котел.

Как и где ставится расширительный бак

Итак, мы собираемся своими руками спроектировать и собрать систему отопления. Если она еще и заработает — нашей радости не будет предела. Есть ли инструкция по установке расширительного бачка?

Открытая система

В этом случае ответ подскажет простой здравый смысл.

Открытая система отопления представляет собой, в сущности, один большой сосуд сложной формы со специфичными конвекционными потоками в нем.

Установка котла и отопительных приборов в нем, как и монтаж трубопроводов, должны обеспечить две вещи:

1. Быстрый подъем нагретой котлом воды в верхнюю точку отопительной системы и ее слив через отопительные приборы самотеком;
2. Беспрепятственное перемещение пузырьков воздуха туда, куда они устремятся в любом сосуде с любой жидкостью. Вверх.

1. Установка расширительного бачка отопления в открытой системе всегда выполняется в ее верхней точке . Чаще всего — вверху разгонного коллектора однотрубной системы. В случае домов верхнего розлива (хоть вам и едва ли придется их проектировать) — в верхней точке розлива на чердаке.
2. Сам бачок для открытой системы не нуждается в запорной арматуре, резиновой мембране и даже в крышке (разве что для защиты от мусора) . Это простой открытый сверху водяной бак, в который всегда можно долить ведро воды взамен испарившейся. Цена такого изделия равна стоимости нескольких сварочных электродов и квадратного метра стального листа толщиной 3-4 миллиметра.

Так выглядит расширительный бак для открытой системы отопления. При желании в люк в нем можно вывести водоразборный кран от водопровода. Но куда чаще он по мере испарения воды доливается обычным ведром.

Закрытая система

Здесь и к выбору бака, и к его монтажу придется отнестись достаточно серьезно.

Давайте соберем и систематизируем основную информацию, доступную на тематических ресурсах.

Монтаж расширительного бака системы отопления оптимален в том месте, где течение воды наиболее близко к ламинарному, где в отопительной системе минимум завихрений. Самое очевидно решение — расположить его на прямом участке розлива перед циркуляционным насосом. При этом высота относительно пола или котла значения не имеет: назначение бачка — компенсировать тепловое расширение и гасить гидроудары, а воздух мы прекрасно стравим через воздушные краны.

Типичная схема установки бачка. Его расположение в однотрубной системе будет таким же — перед насосом по ходу воды.

• Баки в заводской комплектации иногда снабжаются предохранительным клапаном, сбрасывающим избыточное давление. Однако лучше перестраховаться и убедиться, что в вашем изделии он есть. Если нет — докупить и смонтировать рядом с баком.
• Электрические и газовые котлы с электронными термостатами зачастую поставляются с встроенными циркуляционным насосом и расширительным баком отопления. Прежде, чем отправляться за покупками — убедитесь, что они вам нужны.
• Принципиальное отличие мембранных расширительных баков от тех, что используются в открытых системах — их ориентация в пространстве. В идеале теплоноситель должен поступать в бак сверху. Эта тонкость монтажа призвана полностью удалить воздух из того отсека бака, который предназначен для жидкости.
• Минимальный объем расширительного бачка для водяной системы отопления берется примерно равным 1/10 объема теплоносителя в системе. Больше — допустимо. Меньше — опасно. Объем воды в отопительной системе можно грубо рассчитать, отталкиваясь от тепловой мощности котла: как правило, берется 15 литров теплоносителя на киловатт.
• Манометр, смонтированный рядом с расширительным баком и подпитывающим вентилем (соединяющим отопление с водопроводом), может оказать вам неоценимую услугу. Ситуация с залипшим золотником предохранительного клапана, увы, не так уж редка.
• Если клапан сбрасывает давление слишком часто — это явный признак того, что с объемом расширительного бачка вы просчитались. Совсем не обязательно менять его. Достаточно приобрести еще один и подключить его параллельно.
• Вода имеет сравнительно низкий коэффициент температурного расширения. Если вы перейдете с нее на незамерзающий теплоноситель (например, этиленгликоль), вам опять-таки понадобится увеличить объем расширительного бака или установить дополнительный.

Расширительный бак на фото смонтирован по всем правилам: теплоноситель подведен сверху, бак снабжен манометром и предохранительным клапаном.

Для чего нужен расширительный бак?

В процессе нагрева вода имеет свойство расширяться – при повышении температуры увеличивается объем жидкости. В контуре отопительной системы начинает расти давление, которое разрушительно может воздействовать на газовое оборудование и целостность труб.

Расширительный бак (экспанзомат) выполняет функцию дополнительного резервуара, в который давлением выдавливает образовавшиеся в результате нагрева излишки воды. Когда жидкость остывает и давление стабилизируется, она по трубам возвращается обратно в систему.

Расширительный бак выполняет функцию защитного буфера, он гасит гидроудары, которые постоянно образуются в системе отопления из-за частого включения и выключения насоса, а также исключает вероятность возникновения воздушных пробок.

Чтобы уменьшить вероятность образования воздушных пробок и не допустить повреждения газового котла гидроударом, расширительный бачок следует монтировать перед теплогенератором, на обратке

Существует два разных варианта исполнения демпферных емкостей: открытые и закрытые типы. Они отличаются не только конструкцией, но и способом, а также местом монтажа. Рассмотрим особенности каждого из этих типов подробнее.

Расширительный бак открытого исполнения

Бачок открытого типа монтируют в верхней точке системы отопления. Изготавливаются емкости из стали. Чаще всего они имеют прямоугольную или цилиндрическую форму исполнения.

Обычно устанавливают такие расширительные баки на чердаке или мансарде. Возможен монтаж под крышей

Обязательно нужно уделить внимание теплоизоляции конструкции

В структуре емкости открытого типа имеется несколько отводов: для ввода воды, отвода остывшей жидкости, подвод контрольной трубы, а также выводная трубка для отвода теплоносителя в канализацию. Подробнее об устройстве и видах бака открытого типа мы писали в другой нашей статье.

Функции бака открытого типа:

• контролирует уровень теплоносителя в контуре отопления;
• если в системе температурный режим понизился, он компенсирует объем теплоносителя;
• когда меняется давление в системе, бак выполняет функцию буферной зоны;
• излишки теплоносителя удаляет из системы в канализацию;
• выводит воздух из контура.

Несмотря на функциональность открытых расширительных баков, они уже практически не используются. Поскольку имеют множество недостатков, например, большой размер емкости, склонность к коррозии. Их установка производится в системы отопления, которые работают только с естественной циркуляцией воды.

Экспанзомат закрытого типа

В системах отопления с закрытым контуром обычно монтируется расширительный бак мембранного типа, он оптимально подходит для любого типа газового котла и обладает большим количеством преимуществ.

Экспанзомат – это герметическая емкость, которая посредине разделена эластичной мембраной. В первой половине будут размещаться излишки воды, а во второй – обычный воздух или азот.

Закрытые расширительные баки для отопления, как правило, окрашены в красный цвет. Внутри бачка расположена мембрана, она выполнена из резины. Необходимый элемент для поддержания давления в расширительном бачке

Компенсационные баки с мембраной могут выпускаться в виде полусферы или в форме баллона. Что вполне подходит для использования в системе отопления с газовым котлом. Рекомендуем детальнее ознакомиться с особенностями монтажа баков закрытого типа.

Достоинства мембранных типов бачков:

• простота самостоятельной установки;
• устойчивость к коррозии;
• работа без регулярной доливки теплоносителя;
• отсутствие контакта воды с воздушной средой;
• работоспособность в условиях повышенной нагрузки;
• герметичность.

Газовое навесное оборудование обычно комплектуется расширительным баком. Но не всегда дополнительный резервуар с завода настроен правильно и может сразу же включатся в работу отопления.

Расчет объема расширительного бака

Обеспечить стабильную работу системы отопления несложно, главное правильно подобрать объем компенсационного резервуара. Расчет объема экспанзомата должен производиться с учетом самого интенсивного режима работы газового котла. При первых запусках отопления температура воздуха еще не очень низкая, поэтому оборудование будет работать со средней нагрузкой. С приходом морозов вода прогревается сильнее и ее количество увеличивается, требуя больше дополнительного места.

Рекомендуется подбирать бак вместительностью не менее 10-12% от всего количества жидкости в системе отопления. Иначе бачок может не справиться с нагрузкой

Самостоятельно рассчитать точную вместительность расширительного бака можно. Для этого сначала определяют количество теплоносителя во всей системе отопления.

Способы расчета объема воды в системе отопления:

1. Полностью слить теплоноситель из труб в ведра или другую емкость, чтобы можно было посчитать литраж.
2. Залить воду в трубы через водосчетчик.
3. Суммируют объемы: вместительность котла, количество жидкости в радиаторах и трубах.
4. Расчет по мощности котла – мощность установленного котла умножают на 15. То есть, для котла 25 кВт нужно будет 375 литров воды (25*15).

После того, как количество теплоносителя посчитано (пример: 25 кВт*15=375 литров воды), рассчитывают объем расширительного бака.

Методов много, но не все они точные и количество воды, вмещающейся в систему отопления может быть значительно больше. Поэтому объем расширительного бака всегда подбирается с небольшим запасом

Методики вычисления довольно сложные. Для одноэтажных домов используют следующую формулу:

Объём расширительного бака = (V*E)/D,

Где

• D – показатель эффективности бака;
• Е – коэффициент расширения жидкости (для воды – 0,0359);
• V – количество воды в системе.

Показатель эффективности бака получаем по формуле:

D = (Pmax—Ps)/(Pmax +1),

Где

• Ps=0,5 бар – это показатель давления зарядки расширительной емкости;
• Pmax – максимальное давление отопительной системы, в среднем 2,5 бар.
• D = (2,5-0,5)/(2,5 +1)=0,57.

Для системы с мощностью котла 25 кВт потребуется расширительный бак объемом: (375*0,0359)/0,57=23,61 л.

И хотя в двухконтурном газовом котле уже имеется встроенный резервуар на 6-8 л, но, глядя на результаты расчетов, понимаем, что стабильного функционирования системы отопления без монтажа дополнительного расширительного бака не получится.