Сергей Беликов - Гидроакумуляторы и расширительные баки

Рис. 12. 1. Котел. 2. Распределительный щит. 3. Расширительный бак. 4. Подающий трубопровод. 5. Обратный трубопровод. 6. Прибор отопления.

На рис. 13 показана схема применения расширительных баков в системах с замкнутой циркуляцией.

Рис. 13. 1. Термометр. 2. Манометр. 3. Реле давления. 4. Автоматический воздухоудалитель. 5. Предохранительный клапан. 6. Циркуляционный насос. 7. Радиатор. 8. Измерительный патрубок. 9. 3-х ходовой смесительный клапан. 10. Регулирующий вентиль. 11. Датчик потока. 12. Мембранный расширительный бак для отопления. 13. Подпиточный клапан. 14. Отсекающий клапан. 15. Газоход. 16. Датчик температуры дымовых газов.

В системах отопления большого объема применяются расширительные баки с воздушным компрессором. В этих баках газ стравливается в атмосферу при сжатии мембраны. В этом случае бак может быть заполнен теплоносителем практически на 95 %. При снижении же температуры воды в системе автоматика включает компрессор, который «выдавливает» теплоноситель из бака, накачивая воздух «под мембрану».

3.2. Баки-гидроаккумуляторы

Повсеместное индивидуальное жилищное и дачное строительство ставит перед домовладельцами задачу холодного водоснабжения в домах и поддержание в системах комфортного стабильного давления. На рис. 14 представлены варианты принципиальных схем обвязки гидравлических аккумуляторов для стационарных установок и для комнатных установок водопотребления. Обычно во втором случае используются т. н. насосные станции, в состав которых входит гидроаккумулятор 24–100 литров. Также могут быть варианты, когда насос, применяемый в насосной станции, комплектуется баком большого объема.

Рис. 14. Системы повышения давления. 1. Насос. 2. Обратный клапан. 3. Реле давления. 4. Манометр. 5. Гидроаккумулятор. 6. Пятиходовое соединение. 7. Шланг в металлооплетке. 8. Всасывающий шланг.

3.3. Компенсаторы гидроударов

В водопроводных сетях старых домов мы нередко можем слышать дребезжание стояков, раковин, кранов. Это гидравлические удары в системах водоснабжения. Гидравлические удары возникают при быстром открытии или закрытии трубопроводной арматуры, при резкой остановке (обычно аварийной) насосов. В момент гидроудара динамическое местное давление возрастает в несколько раз. Такое давление может неблагоприятно влиять на бытовую технику (стиральные и посудомоечные машины, бойлеры и т. п.).

В этих случаях необходимо устанавливать компенсаторы гидроударов – мембранные баки малой емкости (рис. 15).

Рис. 15. Внешний вид компенсатора гидроудара

На рис. 16 показаны примеры использования баков-компенсаторов.

Рис. 16. Примеры использования компенсаторов гидроудара

3.4. Солнечные установки

Распространение в солнечных местностях системы подогрева воды в «солнечных» коллекторах также требует установки расширительных баков. В таких системах циркулируют обычно гликолевые смеси (этиленгликоль, пропиленгликоль), которые в коллекторах могут нагреваться до 300–400 °С. В связи с этим в расширительных баках солнечных установок применяют специальную бутиловую резину с рабочей температурой до 110 °С (ввиду того, что температура вытесненной жидкости в баках не поднимается выше этого значения из-за смешения с более холодным теплоносителем, находящимся внутри бака) и давлением в системе 10 бар. Ввиду небольших объемов циркуляционных контуров применяются баки объемом 12, 18, 24 литров.

4. Подбор баков

4.1. Расширительные баки и баки ГВС

Объем расширительного бака для системы отопления зависит от общей емкости системы. Его следует подбирать так, чтобы полезный объем бака был не меньше температурного расширения теплоносителя.

Исходными данными при расчете расширительного мембранного бака будут являться:

1) Объем теплоносителя (воды) в системе, Vсист, л. Данная величина может быть вычислена в зависимости от мощности системы.

2) Статическая высота (статическое давление). Высота столба жидкости в системе, находящегося под баком. Один метр столба жидкости создает давление 0,1 бара.

3) Предварительное давление расширительного мембранного бака, Рпредв – давление газа в газовой камере пустого расширительного мембранного бака при комнатной температуре. Эта величина должна равняться статическому давлению, создаваемому столбом жидкости в системе после ее заполнения. Таким образом, до введения системы в работу, давление газа в баке компенсирует статическое давление столба жидкости, в результате чего мембрана бака находится в равновесии и бак еще не заполнен.

4) Максимальное давление, Рмакс – максимальное давление в системе в месте установки расширительного мембранного бака.

5) Средняя температура системы, Тср, °С – средняя температура системы в процессе ее работы.

1) Определяется коэффициент расширения жидкости Красш (прирост объема, %) при ее нагреве (охлаждении) от 10 °С (принимается, что система заполняется при температуре 10 °С) до средней температуры системы. Для определения этого коэффициента используются диаграммы 1 и 2.

Диаграмма 1. Температурное расширение воды в % при ее нагреве (охлаждении) от 10 °С до средней температуры системы

Диаграмма 2. Температурное расширение смеси воды и этиленгликоля в % при ее нагреве (охлаждении) от 10 °С до средней температуры системы

2) Определяется объем расширения Vрасш – объем жидкости, вытесняющейся из системы при ее нагреве от 10 °С до средней температуры системы.

Vрасш= Vсист · Красш(л)

3) Определяется коэффициент заполнения расширительного мембранного бака (коэффициент эффективности) Кзап – при заданных условиях работы, который показывает максимальный объем жидкости (в процентах от полного объема расширительного мембранного бака), который может вместить бак. Все давления в формуле – абсолютные.

Кзап = (Рмакс– Рпредв) / Рмакс

4) Определяется потребный полный объем V расширительного мембранного бака и вводится коэффициент запаса 1,25.

V = (Vрасш· 1,25) / Кзап (л)

5) Выбирается модель расширительного мембранного бака с округлением в сторону ближайшего целого.

Исходные данные:

Объем воды в системе:

Vсист = 1200 л.

Температура: Т = 90/70 °С.

Статическая высота: 5 м.

Максимальное давление: 3 бар.

Бойлер установлен в подвале.

Расчет:

1) Vрасш= 1200 · 2,89 (по диаграмме)= 34, 68 л

2)

3)

Может быть рекомендован бак 80 л, т. е. объем расширительного бака при использовании воды в качестве теплоносителя равен 6–7 % от объема системы.

Для простоты расчетов можно использовать таблицу коэффициентов заполнения фирмы Zilmet (табл. 2). В ней показано, какая часть бака действительно заполнена теплоносителем.

Табл. 2. Коэффициенты заполнения расширительного бака

Данный пример расчета подходит не только к расширительным бакам отопления, но также может применяться при выборе баков ГВС и солнечных установок.

4.2. Подбор баков-аккумуляторов

Есть житейское правило: «Чем больше объем бака, тем лучше». В то же время существуют методики точного подбора и расчета объема баков на основе европейских норм UNI 9182.

Метод используется для расчета объема гидроаккумулятора на основании средней производительности насоса (соответствующей максимальному расходу воды Qmax) и минимальных и максимальных значений динамического давления (с учетом разницы уровней, потерь и т. д.).

Vt= 16,5 · Qmax · PmaxvPmin/(a · ΔP · Pprec)

Vt – объем гидроаккумулятора в литрах.

Qmax – средняя производительность насоса, равная максимальному расходу воды (в литрах/ мин).

а – максимально допустимое число запусков насоса в час (значение, рекомендуемое производителем насоса).

Pmax – максимальное абсолютное давление, на которое настроено реле давления, равное относительному давлению + 1Атм.

Pmin – минимальное абсолютное давление, на которое настроено реле давления, равное относительному давлению + 1Атм, которое не должно быть ниже, чем (высота строения в метрах)/10 + 1Атм.

ΔP – разность Pmax и Pmin

Pprec – абсолютное давление газа в гидроаккумуляторе, которое никогда не должно превышать Pmin.