Расчет гидроаккумулятора для отопления частного дома

Расширительные баки закрытого типа и гидроаккумуляторы имеют примерно одинаковую конструкцию: прочная металлическая оболочка, разделенная внутри резиновой мембраной на две секции.

В одной секции находится вода, в другой воздух. При увеличении давления воды воздух сжимается, размер секции с воздухом уменьшается, а мембрана прогибается, вода вытесняет воздух. У прибора с одной стороны имеется подключение к системе водоснабжения, с другой – золотник для подкачки воздуха.

Но названия приборам присваивается не из-за конструктивных особенностей, а по предназначенияю.

Предназначение

• Расширительные баки предназначены для компенсации расширения воды вследствие нагревания в схемах отопления, а также горячего водоснабжения (ГВС).
• Гидроаккумуляторы предназначены для аккумулирования объемов воды под давлением в системах водоснабжения, в которых имеется напорный насос, для уменьшения частоты включения этого насоса и для сглаживания гидроударов. Дополнительная функция – запас воды пищевого качества до 1/3 от общего объема бака.

Нюанс в том, что и для горячего и для холодного водоснабжения применяется один и тот же прибор, но называться он может по разному, в зависимости от того что делает в конкретной схеме — либо накапливает (аккумулирует) запас воды, либо берет ее излишек при тепловом расширении.

• Особенность конструкции гидроаккумулятора чаще в том, что внутри находится не мембрана, а груша из пищевой резины, которая и закачивается водой. Вода с корпусом бака не контактирует.
• Расширительный бак для системы отопления выполнен с мембраной из технической резины, которая делит корпус на два отсека, а теплоноситель (не всегда вода) контактирует и непосредственно с корпусом.

Как различать

На вид все мембранные баки схожи между собой. Бытует мнение, что для системы отопления – красные, а водоснабжения – синие. Но оно не до конца верно, так как отдельные производители применяют другие цвета.

На самом деле приборы можно различить между собой только по техническим характеристикам, которые указаны на шильдиках на самих приборах:

• Все приборы для водоснабжения, в том числе и для ГВС – невысокая температура – до 80 град С, но повышенное давление – до 12Атм;
• расширительные баки для отопления – повышенная температура – до 120 град С, но низкое давление до 4 Атм.

Как работают схемы аккумуляции воды

Гидроаккумулятор в схеме водоснабжения сглаживает скачки давления, которые возникают при заборе воды из системы, т.е. при открытии крана, и уменьшают количество включений насоса, которое не должно быть более 50 раз в 1 час.

При заборе воды в объеме чашки, гидроаккумулятор отдаст этот объем, давление в системе понизится, но не на столько, чтобы реле давления включило насос. При заборе большего объема (например в объеме ведра), давление упадет на столько, что включится насос и наполнит прибор.

Расширительный бак в системах горячего водоснабжения и отопления принимает лишний объем воды возникающий при ее нагревании.

Если бы не было подобного устройства, то в нагревающейся замкнутой схеме очень быстро бы поднялось давление выше критического, так как жидкость практически не сжимается. Это приводило бы к сбросу воды с аварийного клапана давления, который обычно настраивается на давление в 3 атм.

На практике, если такой клапан постоянно пропускает воду, то это свидетельствует о неисправности аккумулирующего устройства. Если аварийный клапан отсутствует, то при нагревании произойдет разрушение самого слабого места системы.

Когда в системе горячего водоснабжения нужен расширительный бак

Это закономерный вопрос, ведь горячее водоснабжение может выполнятся по разному. Если имеется проточный нагреватель, например газовый двуконтурный котел, который нагревает струю воды непосредственно при ее заборе, то естественно расширительный бак не нужен.

Если в системе вода нагревается в замкнутом бойлере большой емкости (более 100 литров) то тогда требуется установка расширительного бака в дополнение к предохранительному клапану. На который надеяться не правильно, так как он вовсе не рассчитан на частое срабатывание и при частых включениях просто начинает течь.

Как подобрать объем прибора для отопления

Основной вопрос, который возникает у пользователя — какой объем такого водо-аккумулирующего устройства нужен? При этом пользователь хочет приобрести меньший объем, так как он дешевле. Но приобретать нужно тот, который подходит по расчету.

Объем расширительного бака для отопления будет зависеть от объема теплоносителя в системе, давлений – предельного и установленного.
Формула для расчетов объема приведена на фото:

Объем теплоносителя указан в проектных данных, или его можно высчитать сложив все внутренние объемы элементов системы, наконец, в готовой системе его можно посчитать при заливке ведрами.

Для домашней системы — расчет объема «без лишних мучений» — 1/10 от залитого теплоносителя.

Какое предварительно давление нужно задать

На заводе-изготовителе обычно воздушную камеру заполняют азотом до давления 1,5 бар. Мембрана при этом прогибается и ее видно через штуцер подключения. Сохранность заводского давления свидетельствует о том, что мембрана целая и прибор пригоден к работе.

Но в дальнейшем мембранный бак необходимо подготовить для работы в конкретной системе. Существуют следующие правила определения давления :

• В системе холодного водоснабжения гидроаккумулятор накачивается воздухом на 0,2 атм. меньше, чем нижняя настройка реле давления насоса. Чаще нижнее значение реле давления – 1,4 атм. (давление включение насоса) а верхнее – 2,8 атм. Соответственно первоначальное давление в приборе – 1,2 атм. Такая настройка позволит избежать гидроударов при разборе воды и быстрого износа мембраны.
• В системе горячего водоснабжения расширительный бак накачивается воздухом до давления больше, чем давление, при котором насос выключается (верхний предел срабатывания реле давления). В этом случае бак не будет отдавать остывшую воду в систему водоснабжения. Но застоя воды бояться не стоит, прибор сделан так, что груша постоянно омывается потоком свежей воды.
• В системе отопления – воздушная камера расширительного бака закачивается до давления на 0,2 атм. меньше, чем давление в холодной системе отопления. Обычно «холостое» давление в системе 1,5 атм, соответственно предварительно накачивается до давления 1,3 атм при холодной системе.

Как устанавливается

Обычное правило, что подключение к системе любого мембранного бака должно быть снизу, а воздушная камера сверху.

Но следует взять во внимание, что гидроаккумулятор можно разворачивать как угодно, подсоединение к водопроводу может быть, и сверху, и сбоку, ничего особенного в этом нет, если не имеется возражений производителя.

А подключение к отоплению должно быть только снизу прибора. Если это не соблюсти, и расположить воздушную камеру снизу, то при выходе из строя мембраны, при появлении в ней трещин, воздух тут же уйдет в систему отопления и завоздушит ее. Если же воздушная камера будет сверху, то и при растрескивании мембраны ничего страшного не произойдет, прибор сможет еще работать очень долгое время в обычном режиме.

На фото приведен пример схемы отопления с подключением в ней расширительного бака закрытого типа.

Запись дневника создана пользователем Андрей-АА, 14.11.14
Просмотров: 73.784, Комментариев: 31

В тонне воды (см. "формулу" выше) при дельте 40*С содержится 46кВтчасов тепла. Это значит, что для накопления 85кВтчасов надо 1,8 тонны воды (85/46).
Все необходимые для Вас перерасчеты под свои условия здесь должны быть линейны, т.е. пропорциональны изменениям площади дома, дельтам температур и теплопотерям.
Для снижения объема теплового аккумулятора можно еще постараться максимизировать дельту температур в нём, сделав её выше 40*С. При отапливаемых полах это вполне реально.

Что делать если немного не хватает мощности сети?
1. Дополнительно утеплить дом.
2. В самые морозы закрыть и не отапливать некоторые комнаты.
3. Увеличить подводимую мощность сети (через поставщика э/энергии) и внутреннюю, при необходимости.
4. Включать нагрев теплового аккумулятора не только в ночное время, но (в самые морозы) и днем. А т. к. самые морозы бывают не часто, то и финансовые потери на дневной тариф будут небольшими.
5. Добавить в систему твердотопливный котел — как резервное отопление и как добавка в морозы. Считаю, что при электро-отоплении резервное отопление очень желательно в любом случае. Я для себя в этом вопросе разобрался: Стратегия твердотопливного круглогодичного отопления.
Ну, или заключить с энергетиками жестокий для них договор, чтобы почти никогда (надолго) не отключали э/э. Впрочем, тому кто это сможет сделать надо будет вручить орден "За заслуги перед Отечеством" (и это — не шутка, хоть и забавно звучит).
6. При работе на пределе электро-мощностей можно использовать реле приоритета (реле разгрузки), которые, при необходимости, на короткое время будут отключать мощные нагреватели (а лучше — только часть из них) для возможности использования других потребителей без превышения предельной мощности сети. Если эти "другие потребители" находятся внутри дома, то вся электроэнергия потраченная на них всё равно перейдет в тепло.
Примечание:
На морозе уличные автоматические выключатели имеют более высокие токи отключения тепловых расцепителей, чем номинальные (указанные на них).
При сильных морозах — аж до 20%.
***
Еще может пригодиться это:
Предупреждение коррозии в теплоаккумуляторах систем отопления.
Измерение теплопотерь дачного дома (6 методов).
И это: Катодная защита бойлеров и тепловых аккумуляторов.
Расчет толщины утепления ППС при нахождении ТА на улице.
Здесь расчет ТА по нагрузкам (я его не проверял).

Любая отопительная система представляет замкнутый контур, по которому циркулирует вода или антифриз. При нагревании эти рабочие среды расширяются, а объём контура остаётся неизменным.

Чтобы избежать разгерметизации стыков и отопительного оборудования в систему монтируется гидроаккумулятор или расширительный бак. Этот узел обеспечивает постоянное давление – при расширении вода уходит в него и не вредит системе.

Роль в системе отопления

Основные задачи гидроаккумулятора:

• накопление в себе «излишков» теплоносителя при его расширении;
• удаление воздуха;
• восполнение объёма при возможных протечках или падении уровня воды (антифриза).

Существует два типа баков – открытого и закрытого типа. Второй вариант используется в большинстве современных отопительных систем. Это полностью герметичный гидроаккумулятор с мембраной или грушей (она используется в ёмкостях большого размера).

Устанавливаются гидроаккумуляторы только для отопления с циркуляционным насосом, так как эта система характеризуется высоким рабочим давлением.

Устройство и принцип работы

Аккумулятор имеет цилиндрическую, овальную или шарообразную форму. Изготавливается чаще всего из стали, покрытой порошковой краской.

Внутри баллона размещается камера из резины в форме мембраны или груши – это основной элемент оборудования, позволяющий регулировать давление. Устройства с плоской резиновой камерой ещё называют мембранным баком.

При расширении вода поступает в бак, расширяя резиновую камеру. А при остывании мембрана или груша возвращается в исходное положение – теплоноситель выталкивается обратно в систему.

Воздушную камеру наполняет воздух, а давление в этом отсеке устанавливается производителем и позволяет возвращать камеру (мембрану или грушу) в исходную позицию. Заводские параметры 1,5 атмосферы.

По цене такое оборудование вполне доступно хозяевам. Например, ёмкость на 18 литров стоит от 960 рублей.

Объём определяет не только стоимость, но и соответствие гидроаккумулятора конкретной отопительной системе. Поэтому перед покупкой производятся необходимые расчёты, чтобы определить вместимость бака и обеспечить правильную работу системы.

Закрытый бак позволяет компенсировать любой перепад давления, если его объём был подобран правильно – в соответствии с параметрами системы.

Как подключить?

Бак имеет два технических отверстия: патрубок для подсоединения к системе и отверстие на противоположной стороне, оснащённое клапаном для сброса избыточного давления в газовой (воздушной) камере.

На начальном этапе монтажа необходимо правильно подобрать место установки. Рекомендуется врезать гидроаккумулятор на трубу обратной подачи воды между последней батареей и отопительным котлом. Причём, чем ближе ёмкость к котлу, тем это лучше для стабильной работы системы – не будет резких перепадов давления.

Перед баком обязательно ставится обратный клапан и манометр для контроля показателей давления. Задача у клапана та же, что и у гидроаккумулятора. Этот узел компенсирует скачки давления, но рассчитан он на большую нагрузку.

Важно, чтобы к баку был обеспечен свободный доступ – в отдельных случаях хозяевам придётся самостоятельно регулировать клапан воздушной камеры.

Запрещено размещать запорную арматуру на отрезке магистрали между гидроаккумулятором и циркуляционным насосом! Арматура нарушит параметры гидравлического сопротивления.

Правильный подбор

Интересный нюанс: название данного оборудования зависит не от его конструкции, а от области применения. Если речь идёт о водоснабжении, бак называют гидроаккумулятором. А ёмкость, вмонтированная в отопление, с теми же конструкционными характеристиками будет называться мембранным или расширительным баком.

Но при этом важно учитывать информацию, указанную производителем. Каждое изделие имеет свою рабочую температуру и давление:

• до 4 атмосфер и до 120 градусов по Цельсию – для отопления;
• до 12 атмосфер и до 80 градусов – для водоснабжения.

По объёму подбирается не самый дешёвый бак, а соответствующий параметрам системы.

Расчёты производятся следующим образом:

• коэффициент расширения воды (e) умножается на объём отопления (C) — например, 0,04318 умножается на 500 литров;
• минимальное давление (Pi) делится на максимальное (Pf) — 1,5 разделить на 3, и полученное значение давления отнимается от единицы;
• первый результат, полученный в первом действии, делится на второй, полученный во втором действии – это и будет искомый объём бака (V), который необходимо округлить в большую сторону.

Формула выглядит так:

Пренебрегать расчётами не стоит, так как это приведёт к ошибке при выборе расширительного бака и неэффективной работе отопительной системы.