Расширительный бак

Каждая система водяного отопления гидравлически замкнута и имеет определенную емкость арматуры, труб и отопительных приборов, т. е. постоянный объем заполняющей ее воды. Изменение температурного режима влияет на параметры находящейся в системе воды. Внутреннее гидравлическое давление в замкнутой системе при этом может повышаться до величины, превышающей предел прочности отдельных ее элементов. Поэтому в систему водяного отопления вводится дополнительный элемент для ограничения гидравлического давления. Этот элемент может быть открытым, сообщающимся с атмосферой, и закрытым, находящимся под переменным, но ограниченным избыточным давлением. Часто в качестве такого элемента применяют открытые расширительные баки.

Расширительный бак

В крупных системах водяного отопления группы зданий - системах районного отопления - утечка воды через неплотные соединения труб, в арматуре, приборах и других местах ограничивает повышение внутреннего гидравлического давления при увеличении температуры воды и вызывает частое, а иногда и постоянное использование подпиточных насосов. Расширительные баки применяют в системах водяного отопления одного или нескольких зданий при их тепловой мощности, ограниченной 6 МВт (5 Гкал/ч), когда утечка воды еще не вызывает постоянного действия подпиточных насосов.

image044

Открытый расширительный бак с патрубками для присоединения труб

1 - расширительной; 2 - циркуляционной; 3-контрольной; 3 - трубы реле уровня; 4 - переливной.

image045

Присоединение открытого расширительного бака к магистралям

а - обратной в насосной системе с ручным контролем; б - тоже, с автоматизированными сигнализацией и регулированием уровня воды в баке; в - подающей в системе с естественной циркуляцией воды; 1-4 - трубы соответственно расширительная, циркуляционная, контрольная, переливная, 5 и 6 - реле соответственно нижнего и верхнего уровня воды в баке.

Основное назначение расширительного бака - прием излишков объема воды в системе, образующихся при ее нагревании. Кроме того, открытый расширительный бак предназначен для восполнения убыли объема воды в системе при утечке и при понижении ее температуры, ограничения гидравлического давления в системе, сигнализации об уровне воды в системе, удаления воды в канализацию при переполнении системы, управления действием подпиточных приборов и, наконец, в отдельных случаях он может служить воздухоотделителем и воздухоотводчиком. Благодаря непрерывному и безотказному выполнению этих разнообразных функций открытый расширительный бак является необходимым и надежным прибором, чем объясняется его широкое распространение.

Открытые расширительные баки вместе с тем имеют недостатки: они громоздки, в связи с чем затрудняется их размещение в зданиях и увеличивается бесполезная потеря тепла через их стенки. При открытых баках вследствие излишнего охлаждения воды в них возможно поглощение воздуха и усиление внутренней коррозии труб и отопительных приборов. Наконец, в большинстве случаев требуется прокладка специальных соединительных труб.
Закрытые расширительные баки, располагаемые непосредственно в тепловых пунктах зданий или на тепловых станциях, лишены многих из перечисленных недостатков. Однако их емкость значительно превышает емкость открытых баков, а для уменьшения объема путем искусственного увеличения внутреннего давления требуются дополнительное оборудование и затрата электрической энергии.

Открытые расширительные баки размещают над верхней точкой систем в чердачном помещении, в лестничной клетке или на кровле зданий и покрывают тепловой изоляцией. Их изготовляют цилиндрическими или прямоугольными из листовой стали и сверху снабжают люком для осмотра и окраски.

В корпусе бака имеется несколько патрубков: патрубок 1 для присоединения расширительной трубы, по которой вода поступает в бак; патрубок 2 — для циркуляционной трубы, через которую частично отводится охладившаяся вода, создавая циркуляцию и обеспечивая определенный тепловой режим бака (в отапливаемом помещении бак соединяется с системой одной трубой, присоединяемой к патрубку 2); патрубок 3 для контрольной (сигнальной) трубы dy=20 мм и патрубок 4 для соединения бака с переливной трубой, сообщающейся с атмосферой у раковины для удаления воды в канализацию.

В насосной системе отопления расширительную и циркуляционную трубы присоединяют к общей обратной магистрали, как правило, вблизи всасывающего патрубка циркуляционного насоса на некотором расстоянии одна от другой l. Это расстояние в малоэтажных зданиях рекомендуется выдерживать не менее 2 м для создания разности давления в точках присоединения, достаточной для обеспечения надежной циркуляции воды через бак. В многоэтажных зданиях расстояние l может быть сокращено до минимального, конструктивно приемлемого, без заметного ущерба для циркуляции воды (изменение в пределах 1%), которая происходит прежде всего под влиянием гравитационного давления.

В зданиях повышенной этажности гравитационное давление, возникающее при охлаждении воды в соединительных трубах и в расширительным баке, настолько велико, что не только расстояние l, но и диаметры соединительных труб могут быть доведены до минимума. Расчетами установлено, что при обычном диаметре соединительных труб 25-32 мм расход воды через открытые баки достигает 350-500 кг/ч, вследствие чего возрастают бесполезные теплопотери. Для сохранения надлежащего теплового режима расширительных баков емкостью до 4 м3, устанавливаемых в неотапливаемом помещении в 10-16-этажных зданиях, достаточно проложить расширительную и циркуляционную трубы диаметром 20-15 мм. Расход воды через баки при этом снижается до 100-150 кг/ч и уменьшаются бесполезные теплопотери, причем не только из-за понижения температуры воды, но и вследствие уменьшения площади внешней поверхности труб.

Тепловая изоляция поверхности баков также уменьшает бесполезные потери тепла и использование ее экономически целесообразно, а для крупных баков необходимо также во избежание опасного понижения температуры воды в циркуляционной трубе. При распространенной установке неизолированных баков в утепленных боксах повышается стоимость монтажа и увеличиваются теплопотери (вследствие развития площади поверхности охлаждения), поэтому этот способ размещения баков не может быть рекомендован.

Контрольная труба 3 (а) выводится к раковине в тепловом пункте и снабжается запорным краном. Вытекание воды при открытии крана должно свидетельствовать об уровне воды в баке, а следовательно, и в системе он не должен быть ниже уровня, показанного на рисунке штрихпунктирной линией).

В малоэтажных зданиях короткая контрольная труба действительно сигнализирует о наличии или отсутствии воды в расширительном баке. В многоэтажных зданиях, особенно при удалении бака от теплового пункта, протяженная контрольная труба дает искаженную информацию о действительном уровне воды в системе: когда бак переполнен, контрольная труба может быть еще не заполнена водой или, наоборот, при опустошенном баке может сигнализировать о наличии в нем воды. Поэтому в многоэтажных зданиях вместо контрольной трубы устанавливают на расширительном баке два реле уровня, соединенных последовательно трубой 3 с баком и атмосферой. Реле нижнего уровня 5 сигнализирует (светом или звуком) о падении уровня воды в баке и включает подпиточную установку (клапан или насос), реле верхнего уровня 6 сигнализирует о заполнении бака и прекращает подпитку системы. Иногда на крупных баках устанавливают еще третье контрольное реле промежуточного (нормального) уровня только для световой сигнализации.

Полезный объем расширительного бака, ограниченный высотой hп, должен соответствовать увеличению объема воды, заполняющей систему отопления, при ее нагревании до средней расчетной (предельной) температуры. Изменение объема воды при нагревании в небольшом температурном интервале выражается линейным уравнением:

Vt=V0(1+βt).

Отсюда увеличение объема воды в системе отопления составит:

ΔV0=β*Δt*Vc,

где V0 - общий внутренний объем арматуры, труб, отопительных приборов и теплообменника системы отопления или, что то же, объем воды в системе при начальной температуре;

Δt - изменение температуры воды от начальной до средней расчетной;

β - среднее значение коэффициента объемного расширения воды, возрастающее•с увеличением температуры.

Температура воды, ˚С5-1010-2020-4040-6060-8080-9090-100100-110
Β*105 (1/K).5,31530,245,858,7707680

Если принять за начальную температуру воды +5˚C (при заполнении системы водопроводной водой), то при повышении средней температуры воды в системе до 80°С ее объем увеличится на 0,0287, до 90° - на 0,0356, до 100° - на 0,0433 и до 110˚C - на 0,0513 первоначального объема.

Принимая увеличение объема воды в системе отопления с некоторым запасом, полезный объем расширительного бака можно определять по формулам:

при tг<100˚C Vпол=0,045*Vc;

при tг>100°С Vпол=0,06*Vc.

Объем расширительного бака в значительной степени зависит от вида отопительных приборов.

В системе отопления с чугунными радиаторами объем воды получается наибольшим, при конвекторах, бетонных отопительных панелях и калориферах - наименьшим. В таблице приведены данные, характеризующие объем воды, приходящийся на 1160 Вт (1000 ккал/ч) тепловой мощности отопительных приборов.

Объем воды, л, на 1160 Вт (1000 ккал/ч) тепловой мощности отопительных приборов

Отопительный приборtг<100°Сtг>100°C
Радиатор чугунный типа M-140107,5
Панель стальная колончатая8,256,2
Ребристая труба чугунная6,55
Панель бетонная змеевиковая21,5
Конвектор:
- без кожуха типа 20 КП1,31
- с кожухом0,80,6
Калорифер пластинчатый0,50,4

В однотрубных системах насосного водяного отопления с трубчатыми отопительными приборами емкость расширительных баков в 2-3 раза меньше емкости баков в двухтрубных системах с радиаторами. Это обусловлено уменьшением объема воды как в отопительных приборах, так и в трубах в связи с уменьшением их диаметра при увеличении скорости движения воды.

Закрытый расширительный бак с воздушной «подушкой» (или газовой, если используется азот или другой газ, отделенный от воды мембраной) герметичен и может обеспечить в широком диапазоне переменное давление в системе отопления. Когда избыток объема воды при повышении ее температуры поступает в бак, воздух (или газ), находящийся в нем, сжимается и давление в системе повышается. Если объем бака или воздуха в нем окажется слишком мал, давление в системе может превысить максимально допустимое, в связи с чем потребуется выпустить часть воды из системы через предохранительный клапан либо произойдет аварийная утечка воды через сальники, резьбовые соединения или образовавшиеся трещины.

Когда температура воды понижается, давление в высших точках системы может оказаться ниже минимально необходимого для предупреждения вскипания воды или подсоса воздуха из атмосферы. Следовательно, размеры закрытого расширительного бака строго обусловливаются возможным диапазоном изменения гидравлического давления в системе. Этот диапазон определяется в зависимости от объема и расчетной температуры воды, давления циркуляционного насоса и места его включения в трубы системы по отношению к теплообменнику и точке присоединения бака.

Полезный объем закрытого расширительного бака может быть найден по формуле:

Vпол=ΔVс/((pа/pмин)-(pа/pмакс)),

где ΔVс - увеличение объема воды в системе при нагревании, определяемое по формуле выше;

pа - абсолютное давление в баке до первого поступления воды (обычно атмосферное давление);

pмин - абсолютное давление при первоначальном наполнении бака (минимально необходимое давление воды в баке);

pмакс - абсолютное давление при заполнении бака водой (максимально допустимое давление воды в баке).

image046

Присоединение закрытого расширительного бака 1 к обратной магистрали системы водяного отопления перед циркуляционным насосом 2 и теплообменником 3.

Минимально необходимое давление воды в закрытом расширительном баке равняется гидростатическому давлению на уровне установки бака с некоторым запасом для создания избыточного давления в верхней точке системы рверх, которое позволит избежать подсоса воздуха из атмосферы и вскипания воды (особенно при tг>100°С):

pмин=pа+p2+pверх.

Максимально допустимое давление воды в баке при обычном присоединении его к обратной магистрали системы перед всасывающим патрубком циркуляционного насоса принимается в зависимости от предельного рабочего давления для элементов системы отопления в низшей ее точке (обычно для такого теплообменника, как чугунный котел, или для его арматуры), уменьшенного на величину давления насоса и гидростатического давления от уровня воды в баке до низшей точки системы:

акс=pa+pраб–(Δpнас+p1).

Давления p1 и p2 пропорциональны вертикальным расстояниям h1 и h2 на рисунке.

Использование сжатого воздуха для повышения давления ра сверх атмосферного (для «зарядки» бака) позволяет уменьшить объем закрытого бака. Объем закрытого расширительного бака уменьшается также при переносе его в верхнюю часть здания и присоединении там к магистрали системы отопления.

Для создания демпфирующей «подушки» в закрытом расширительном баке вместо воздуха, растворяющегося в воде и вызывающего коррозию стали, может быть использован инертный в этом отношении газ (например, азот). Место присоединения закрытого расширительного бака к трубам выбирается с учетом сохранения его гидравлической связи с действующей частью системы при нормальном использовании клапанов, задвижек и прочей запорной арматуры в другой отключаемой части системы отопления.


Похожие материалы:
Новые материалы:
Предыдущие материалы:

 

Черный цвет в интерьере - дизайн

Черный цвет в интерьере - дизайн

Существуют люди, которые предпочитают черный цвет в интерьере, но существуют и такие, которые будут его критиковать. Самым распространенным сочетанием является: черная цветовая гамма с белой.

 

Декоративные подушки в интерьере – что нужно знать

Декоративные подушки в интерьере – что нужно знать

Подушки - идеальный материал для декорирования интерьера. С их помощью можно легко и быстро преобразить пространство, придав ему особый характер и уникальность.

 

Большие идеи для маленьких кухонь

Большие идеи для маленьких кухонь

Конечно же, все мы мечтаем о прекрасных больших кухнях. Читаем о них в журналах по дизайну, а иногда видим в квартире лучшей подруги. Но наша кухня выглядит иначе, и мы должны смириться с обстоятельствами, в которых живем.