Дорогие друзья. есть в нашем хозяйстве такая штука, как мембранный бак . Он же закрытый расширительный бак . Он же аквааккумулятор . Причем очень вероятно, что баков таких у нас не один, а два, или даже больше. Скорее всего один такой прибор есть в водопроводе, и у многих присутствует он и в системе отопления. Бак такой должен находиться под давлением, или, проще говоря, должен быть накачан. Для накачивания используется автомобильный насос для подкачки шин.
Как же мы обычно накачиваем наш бак? Первым делом мы сливаем воду из системы. Затем мы снимаем крышечку, закрывающую воздушный ниппель, подсоединяем к ниппелю шланг насоса и начинаем подкачивать. Давление воздуха мы контролируем манометром, который чаще всего подсоединен прямо к насосу.
Какое давление воздуха должно быть в баке без воды? На хорошем баке это должно быть написано. На моем написано (у меня хороший бак). Давление воздуха должно быть на 2 десятых атмосферы ниже, чем давление включения водяного насоса. Вы знаете давление включения водяного насоса? Если не знаете, значит зря сливали воду. Это надо было узнать заранее.
Но мне всегда лень сливать воду из водопровода и особенно из отопления. А подкачать бак бывает нужно. Что же делать? Можно ли подкачать бак, если он находится под давлением воды? Я думаю - можно, но очень осторожно! Для того, чтобы понять, до какого давления воздуха нам качать наш бак, нам надо хорошенько разобраться, как он работает с точки зрения физики. К счастью законы здесь банальные и никаких формул не понадобится. Обойдемся словами.
Давление воды и давление воздуха
В этой статье я сначала рассматриваю проблему с теоретической точки зрения. Беру даже не сам бак, а идеальную модель и смотрю, какие происходят в нем процессы. И только ближе к концу статьи я указываю, чем же отличается наша идеальная модель от реального бака
Это, как говорят в Одессе, две большие разницы. Вода несжимаема, поэтому создать давление в водопроводе за счет сжатия воды нельзя в принципе. А за счет чего можно? За счет всего двух вещей. За счет растягивания водой всего, что можно растянуть. Например, труб или шлангов.
Сумасшедшая идея!
Я думаю, что гибкий садовый шланг длиной от 25 метров и больше вполне может выполнять роль нашего бака, который, кстати, и подкачивать не нужно. Но и запасать воду он не будет. Будет только защищать от акваударов. Так что идея годится только для полива огорода, но никак не для водопровода.
Более рабочая идея - создать давление воды с помощью воздуха. Воздух, как раз, сжимается очень хорошо и может действовать просто как пружина. Именно поэтому он и используется в закрытых расширительных баках. Обратимся к следующей схеме. На ней я изобразил расширительный бак. Но условно, чтобы можно было понять, как он действует с точки зрения принципа, а не реального устройства. Здесь все очень упрощено. Мы имеем цилиндр, в котором ходит поршень. С одной стороны поршня вода, с другой воздух. Главный физический закон, который нас будет интересовать, заключается в том, что при уменьшении объема газа при постоянном весе газа и температуре, давление увеличивается. Зависимость линейная. Уменьшили объем в 2 раза - давление выросло в 2 раза.
Идеальный расширительный бак
У нас создано давление воздуха, но вода не подключена
Идеальный расширительный бак
Давление воздуха есть, воды нет.
Предположим мы накачали наш бак справа воздухом до давления 1 бар по манометру. В этом случае, совершенно очевидно, поршень под давлением воздуха будет прижат к левому торцу нашего цилиндра. Предположим, мы поместили слева какое-то пренебрежимо малое количество воды. Ну 1 грамм, или 1 наперсток, или 1 куб.см. неважно. Вопрос. Под каким давлением будет эта капля воды находиться? Под давлением 1 атмосфера. На самом деле чуть больше, ибо эта капля сдвинула на какой-то микрон наш поршень, объем газа уменьшился и давление возросло. Но поскольку количество воды пренебрежимо мало, то и рост давление тоже рассматривать не будем. Что тут еще важно? То, что поместить эту каплю в левую часть бака мы могли только используя устройство (насос), создающий давление большее давления воздуха, ибо мы действуем водой против воздуха. В нашем случае это более одного бара.
Начинаем заполнять бак водой
Идеальный расширительный бак
Слева вода, справа воздух. Давление воды уравновешивается давлением воздуха. Давление обеих субстанций в два раза больше давления воздуха в баке без воды
Что же произойдет, если мы заполним бак водой наполовину объема? Объем воздуха уменьшится в 2 раза. Было давление в пустом баке 1 бар. В наполовину заполненном водой стало 2 бара. Давление в водопроводе тоже стало 2 бара. Все очень логично. Можем мы еще четверть бака воды слева загнать? Давайте считать, что да. Можем. В этом случае объем, занимаемый воздухом, уменьшится еще в 2 раза и мы получим давление воздуха 4 атмосферы. Давление воды в системе будет тоже 4 атмосферы.
До какого объема мы можем сжимать воздух справа? В идеальной схеме, я думаю, очень сильно. Полагаю, пока воздух не станет жидким. В реальных условиях мы, все-таки, имеем не поршень, а резиновую грушу, и я нигде не видел в характеристиках реальных баков указание на максимальный объем воды в них (дополнительная информация есть ниже). Полагаю, все регулируется здравым смыслом, а именно разумными пределами включения и выключения насоса. И давайте, наконец, переходить от идеальных схем к реальным вопросам.
Идеальный расширительный бак
Воздух сжат водой. Давление воздуха в 4 раза больше давления того же воздуха в том же баке без воды
Чем приведенная идеальная схема отличается от реального расширительного бака?
Многим. У нас нет поршня. Вместо поршня у нас резиновый мешок, который под давлением сминается. Никаких средств для аккуратного складывания мешка не предусмотрено. Мнется мешок как хочет. Очевидно, образует всякие складки. Когда вода врывается в мешок, она эти складки расправляет. Опять же мешок этот имеет шов.
Резина сама по себе тоже растягивается, чем вносит некие нелинейности в описываемый процесс.
И вообще, все законы про зависимость давления и объема (Бойля Мариотта) писались для идеального газа и идеальных условий. Практически рассматривались только молекулы и все. С реальным газом, тем более с воздухом, который является смесью газов, все сложнее, конечно.
В реальной системе есть сопутствующие факторы. Такие как качество резины, качество бака, настройка оборудования, на котором бак производился, бригада рабочих, которая эти баки делала. Уверен, что баки, сделанные рабочими из Албании будут отличаться от баков, сделанных рабочими из Сербии. Не говорю, кто сделает лучше - не знаю. Но то, что будут отличаться - совершенно точно.
Давление включения и выключения насоса
Что произойдет, если вся вода из бака уйдет, а насос не включится? В нашем баке, накачанном в пустом состоянии до 1 бара минимальное давление воды составляет 1 бар. То есть, вода наша вытекает, давление уменьшается и после 1-го бара должно просто рухнуть на ноль. Просто потому, что воды нет. Кончилась. Мотор начинает работать и вся система испытывает непредвиденную нагрузку. Вода выстреливается из насоса, бьет по трубам и гасится мембраной бака, которая принимает на себя весь удар. Это все не очень комфортно и довольно опасно. Куда лучше, если насос включится, когда в баке еще есть вода! Но не слишком много. В нашем случае насос должен включиться, когда давление воды больше 1 бара. На сколько больше? Если сильно больше, то мы сократим количество накопленной воды и увеличим периодичность включений насоса (чаще будет включаться и на меньшее время), что не есть хорошо. Вот теперь мы начинаем понимать, почему нам советовали накачивать бак на 2 десятых бара меньше давления включения насоса. В этом случае в момент включения насоса в баке будет разумный уровень воды. Разумный - значит обоснованный производителем.
А когда же нам надо выключать насос? Очевидно, тут мне скажут, что включать надо на 1 баре, выключать на 4. Тогда наш бак накопит феноменальные три четверти объема воды. Но это неудобно и некомфортно с точки зрения "пойти помыться". Комфортно включать на трех и выключать на четырех. В самом крайнем случае включать на двух и выключать на четырех. Вот и считаем. Если разница давлений всего в 2 раза, то и бак наш максимум способен половину объема использовать.
Требования производителей
Производители хороших баков утверждают, что нельзя допускать до того, чтобы воды в баке было больше половины. Так производители страхуются от гарантийных случаев. У меня лично хороший бак известного производителя, купленный у представителя и я много раз испытывал свой бак на прочность описанным выше способом и ничего с ним не произошло.
Чем хороши в хозяйстве очень большие расширительные баки?
Привожу абстрактный пример. У нас бак 100 литров полного объема. Накачиваем его одним баром. Включение насоса ставим на 3 бара, а выключение на 4. При этом в баке минимальный остаток воды будет больше полбака (более 50 литров). Работать наш бак будет на диапазоне где-то 12 литров. То есть насос включается каждые полторы минуты. Я думаю, что насос выдержит такой ритм, но зато мы получаем супер комфортный водопровод, в котором горячая вода в душе не "гуляет" у нас за счет изменения давления. Имею ввиду довольно распространенный случай, когда горячая вода остывает с уменьшением давления в водопроводе, а потом опять горячеет по мере работы насоса на повышение давления.
А если предположить, что мы стоим в душе с намыленной головой и выключается свет. Что мы думаем? С баком, который отрегулирован до почти полного осушения мы не знаем, сколько у нас в баке воды осталось, даже если бак столитровый. Вполне возможно выключение электричества нас застало, когда бак совсем на исходе! А в моей предложенной выше схеме, неосушаемый остаток целых 50 литров. Мне точно хватит воды для того, чтобы закончить мытье головы и туловища даже. Даже думать нечего! Нужно только крикнуть жене, чтобы свечку принесла.
А как же, все-таки, подкачать бак с водой?
Предупреждение!!!
Производители баков запрещают накачивать баки с водой. Они утверждают, что такие действия могут повредить мембрану. Возможно, дело в том, что резиновый мешок совсем даже не похож на поршень. Он может расположиться в баке неровно. Может образовать некие складки, может растягиваться каким-то непредвиденным образом и все такое. Так что все нижеописанное весьма опасно для повторения. Хотите - делайте на свой стах и риск. Лично я со своими баками делал такое не один раз (а два или три).
У нас может быть всего две неисправности бака, которые связаны с давлением воздуха. Если давление слишком велико (бак перекачан), либо мало (бак сдулся).
Если бак перекачан, то мы испытываем падение стрелки водяного манометра до нуля, и, только затем, включение насоса. Например, давление включения 2 бара, давление воздуха 3. Стрелка спускается до трех бар, потом резко падает до нуля, насос включается.
Бак недокачан. Вы знаете, в этом случае он должен бы как-то работать, пока не сдуется полностью. Если бак у нас сдувается, то мы получаем увеличение остатка воды в баке. При этом работает насос все более и более короткое время. Ведь накачивать ему нужно все меньше и меньше! И, кстати, время до включения уменьшается. В итоге, давление воздуха в баке пропадает. Он полностью заполняется водой и начинает "мигать", то есть, лихорадочно включаться-выключаться.
Таким образом, в системе под давлением вообще не так уж просто определить наличие проблемы!
Если бак перекачан, то давление нужно стравить через ниппель. Если бак недокачан, надо мерить, сколько он накапливает воды. Тогда, зная давление включения и давление выключения насоса можно определить, хотя бы примерно, сколько воды он должен закачивать за один сеанс.
Не зная, сколько в баке воды, мы не сможем точно определить давление воздуха. Можем действовать только приблизительно.
Если насос водопровода залихорадило, а слить систему сложно, некуда, неохота и так далее
- Выключаем его из сети.
- Подсоединяем к расширительному баку воздушный насос. Лучше электрический. Но только не патрубок от мощного компрессора!
- Какое у нас давление выключения водяного насоса (максимальное давление воды)? Предположим 4 атмосферы.
- Докачиваем бак с водой воздухом до 4-х бар. Возможно, если бак подзавязку полон водой, потребуется совсем немного времени.
- Сливаем воду в ведро пока давление воздуха не опустится до 3.6-х бар.
- Потом опять качаем и опять сливаем. Надо слить порядка 15 литров. Как слили - установили 3.6 атмосфер и на этом закончили.
- Проверяем мыльным раствором или слюнями, не идет ли воздух из ниппеля. Если не идет, то хорошо. Если идет, то спускаем полностью воздух и меняем ниппель. Ниппель ставим ТОЧНО ТАКОЙ ЖЕ, как и был!!! Если вместо короткого ниппеля поставить длинный, можно проткнуть им грушу. Она может быть полностью прижата резиной к ниппелю. Покупаем ниппель в автомагазине.
Пример
Зная давление включения насоса, объем бака и знания, полученные выше в этой же статье, мы можем прикинуть, сколько воды закачивает насос за один цикл повышения давления от минимального до максимального. Например, мы имеем бак на 60 литров. Давление включения 1.5 бара, выключения 3.6 бар. Предположим, давление бака без воды должно быть 1.3 бара. Неосушаемый остаток в баке (момент включения насоса) будет округленно 9 литров. В момент выключения насоса в баке должно быть где-то 46 литров воды. За один раз насос закачивает в бак 37 литров. При расчетах я имел ввиду, что 1.5 бара отличается от 1.3 бар на 0.2 бара, что составляет 13%(!!!). А 3.6 бара отличается от 1.3 бар на 2.3 бара, что составляет от 1,3 почти 77%
Если насос часто включается и работает недолго (по субъективным ощущениям)
Тут, к сожалению, предложить нечего, ибо мы не знаем, сколько воды находится в баке. И никогда не узнаем, пока не спустим воду полностью. Предложить я могу только одно. Подкачайте и посмотрите, будет ли лучше. Если будет, то оставьте до лучших времен. Если бак маленький или крошечный, то тут опасно прикидывать, ибо можно очень легко перекачать. Тут надо сливать воду и проверять давление на пустом баке.
Что делать с бачком в отоплении?
А вот ради этого я, если честно, и писал статью. Слить водопровод - легко и приятно. Сливать отопление - проблема. Особенно, если учесть, что на дворе мороз, и после заливки будут, как всегда, проблемы с воздухом в трубах.
Какие особенности расширительного бачка, установленного в систему отопления? Особенности есть! В баке для отопления может не быть резиновой груши. Баки для отопления бывают без фланцев. Тогда вместо резиновой груши в баке действительно мембрана. И находится она посередине. И она растягивается. Есть аналогия с грушей? Сложно сказать, но будем считать, что да.
Максимальное давление в системе отопления крошечное. Всего полторы атмосферы. Воды в бачок должно помещаться как можно больше. Таким образом, минимальное давление воздуха тоже должно быть минимальным. На мой-то взгляд, главное - чтобы оно просто было. Причем надо помнить, что в системе отопления с водой есть давление всегда! Просто потому что есть естественный перепад высот, причем значительный.
Таким образом, давление воздуха в пустом расширительном бачке отопления должно быть, кажется, где-то 0.5 бара. Тогда под максимальным давлением воды бачок вместит в себя три четверти своего объема воды. При 25-литровом бачке - 18 литров. И это, похоже, супер-максимум.
Действовать с бачком можно аналогично описанному полностью сдувшемуся бачку из системы водопровода.
Проверили, есть ли в бачке воздух? Для этого нажали ногтем или чем-нибудь подходящим на кнопочку ниппеля. Если не шипит, то подсоединяем насос и подкачиваем воздух, одновременно спуская воду. Спустили четверть объема бака и оставили под давлением в 1.5 атмосферы. Проверили ниппель. Потом спустили немного воды, чтобы давление не было максимальным и все. Считаем, что готово.
Кстати!
Кто дочитал до конца и так и не понял, можно ли накачивать расширительные баки, находящиеся под давлением воды, отвечаю - теоретически нет. Практически можно, но только очень осторожно и только в некоторых случаях. И при этом не гарантируется сохранность бака.
Мембранный бак функционирует следующим образом: после монтажа системы и подключения к электросети насос включается и начинает закачивать воду в водяную камеру; при этом объем воздуха, находящегося в воздушной камере бака, уменьшается на величину поступающего объема воды в бак. При уменьшении объема воздуха давление в мембранном баке возрастает. После того, как давление в мембранном баке превысит давление отключения насоса, предварительно установленное на реле давления, насос отключается и находится в отключенном состоянии до тех пор, пока давление в системе не упадет в результате водоразбора ( вода при этом поступает потребителю непосредственно из мембранного бака ), после чего насос снова включается и т.д.
Так как давление воздуха в мембранном баке уравновешено давлением воды, мембрана постоянно находится в свободном состоянии, не испытывая внутренних напряжений - она как бы «плавает» в баке между водой и воздухом. Давление в мембранном баке можно контролировать по манометру. По нему же происходит и настройка реле давления на требуемый рабочий диапазон работы мембранного бака.
Где используется мембранный бак?
Использование мембранных баков в системах отопления
При нагреве котла температура жидкости-теплоносителя в нем повышается и жидкость расширяется. Жидкость практически несжимаема, и если система отопления не будет оснащена дополнительным устройством, позволяющим отвести дополнительный объем, то неизбежно произойдет ее разрушение. Для исключения этого и применяются расширительные (компенсационные) баки.
Использование мембранных баков в системах водоснабжения и водоподготовки
Баки для воды (гидроаккумуляторы) служат для аккумулирования некоторого количества воды, чтобы можно было ее выдавать под нужным давлением в нужный момент.
Другие функции мембранных баков
Расширительные баки могут применяться для предотвращения разрушения системы от гидравлического удара. Также баки могут использоваться и как емкости с огнегасящей жидкостью в системах пожаротушения, и как резервные баки в тех случаях, когда отключается электричество. Гидравлические баки используются не только в бытовых, но и в промышленных и сельскохозяйственных системах водоснабжения. При этом профессиональная серия рассчитана на рабочее давление до 16 бар.
Какие существуют конструкции мембранных баков?
Баки со сменной мембраной
Бывают горизонтального и вертикального исполнения. Отличительной особенность - жидкость целиком находится внутри мембраны и не контактирует с металлической поверхностью бака. Замена мембраны производится через фланец, который закреплен с помощью нескольких болтов. При больших объемах расширительного бака мембрана баллонного типа закрепляется задним концом к ниппелю через резьбовое соединение для стабилизации заполнения.
Баки с фиксированной диафрагмой
Внутренняя поверхность бака разделена на два объема мембраной. Мембрана
- диафрагменная, несменяемая, жестко закреплена по периметру сечения бака. В одном объеме находится воздух, в другом - теплоноситель или питьевая вода. Внешняя поверхность бака покрыта эмалью, а внутренняя поверхность, контактирующая с жидкостью, - влагостойкими красками.
Как правильно установить мембранный бак?
Прежде, чем устанавливать бак,необходимо обязательно убедится, что в техническом расчете правильно определены параметры,. Категорически запрещается устанавливать мембранный бак
, не проверив технические расчеты и параметры, так как это может причинить ущерб людям, отопительной системе или самому баку.
Мембранный бак должен быть установлен только подготовленным специалистом.
Мембранный бак должен быть технически верно установлен и надежно присоединен к трубопроводу и фундаменту. Если масса бака превышает 30 кг, необходимо закреплять его с помощью специального приспособления во избежание ущерба.
На системах оборудованных мембранным баком должны быть установлены предохранительные устройства, ограничивающие давление и гарантирующие невозможность превышения максимального рабочего давления.
Для предотвращения электролитической коррозии бак должен быть надежно заземлен.
Предварительное давление в мембранном баке
На заводе-изготовителе в мембранном баке установлено предварительное давление воздуха (не более 4 бар). Предварительное давление может быть скорректировано на месте с учетом условий эксплуатации. Правильная настройка предварительного давления гарантирует надежную работу всей системы и долгий срок службы мембраны.
В процессе монтажа системы рекомендуется всегда проверять предварительное давление в мембранном баке. Перед изменением предварительного давления бак должен быть опорожнен. Предварительное давление должно быть ниже давления включения насоса. Для правильной установки этого давления рекомендуем воспользоваться представленной здесь настроечной таблицей.
Максимальный и фактический объемы мембранного бака
Максимальный объем воды, содержащейся в мембранном баке, может составлять не более
75 % от его общего объема. Фактический же объем содержащейся в нем воды, как правило, заметно меньше, так как лишь в редких случаях, предусмотренных спецификой того или иного технологического процесса, давление находящейся в мембранном баке
воды достигает 10 бар. Поэтому, если перепад давлений между включением и выключением насоса не превышает 2 - 2,5 бар (наиболее приемлемый в условиях автономного водоснабжения диапазон), фактический объем воды в мембранном баке будет составлять приблизительно 30 - 35 % от общего его объема.
Чем больше разница между давлениями включения и выключения насоса, тем больше фактический объем мембранного бака.
Минимальный объем мембранного бака
Минимальный допустимый объем мембранного бака напрямую зависит от максимально допустимого числа включений насоса в час и от интенсивности водоразбора, а также от того, при каких значениях давления насос будет включаться и выключаться.
Минимально допустимый объем мембранного бака
можно определить из следующего приближенного выражения:
V = 2Q/N,
где V - объем мембранного бака, м3
Q - предполагаемый разбор воды, м3/ч
N - максимально допустимое число включений насоса в час
Для того, чтобы продлить срок службы электродвигателя насоса, рекомендуется выбирать мембранный бак, объем которого несколько превышает минимально допустимый. Допускается установка двух и более мембранных баков в одну систему, при этом давление в воздушных камерах этих мембранных баков должно быть одинаковым.
Обслуживание мембранных баков
Необходимо чтобы эксплуатация осуществлялась только квалифицированными специалистами.
Мембранные баки должны обслуживаться, по крайней мере раз в год, а результаты предварительной закачки воздуха должны соответствовать значению,указанному на этикетке +20 %.
При осуществлении предварительной закачки воздуха бак должен быть полностью слит.
Если во время предварительной закачки воздуха давление отличается от того давления, которое указано на этикетке, оно должно быть восстановлено до первоначального уровня.
Не отсоединяйте расширительный бак до тех пор, пока он не будет полностью слит при помощи сливного крана. Бак должен быть защищен от сильного холода.
Техника безопасности
Предварительное давление ни в коем случае не должно превышать уровень, указанный на информационной табличке и закрепленной на каждом баке. Мембранный бак
никогда не должен разбираться или демонтироваться во время работы. Запрещается рассверливать бак и открывать его, применяя усилие. Необходимо всегда соблюдайть технические характеристики, указанные на информационной табличке. Никогда не превышайте максимальную рабочую температуру и максимальное рабочее давление. Не используйте мембранный бак не по назначению.
Каждый мембранный бак
проверяется, испытывается индивидуально или совместно, упаковывается на заводе-изготовителе.
Нередко водопроводные системы в частном секторе функционируют нестабильно: возможны значительные перепады давления, что становится настоящей проблемой для современной бытовой техники. Для компенсации колебаний давления в водопроводных трубах применяют, чаще всего, мембранный бак для водоснабжения.
Мембранные баки представляют собой резервуары различной емкости, выполненные из металла и оснащенные резиновой мембранной. На рынке представлены мембранные расширительные баки двух видов: с фиксированной (несменной) резиновой перегородкой и заменяемой. Их задача – аккумулировать определенное количество воды и выдавать ее в нужный момент под нужным давлением, предотвращая излишнюю нагрузку в контуре системы и снижая риск возникновения аварийных ситуаций.
Устройство мембранного бака с фиксированной резиновой перегородкой
Принцип работы мембранного бака: после включения, насос закачивает воду в водяную камеру, объем воздушной камеры уменьшается, а давление в баке, соответственно, увеличивается. Когда давление превысит допустимую отметку, насос отключится до тех пор, пока оно снова не уменьшиться в результате водозабора (вода к потребителю поступает непосредственно из бака). Контроль за давлением и настройка реле рабочего диапазона осуществляется по манометру.
На что обратить внимание при подборе бака
Осуществляя подбор мембранного бака для водоснабжения, следует учесть число пользователей системой, интенсивность расхода воды, ее общее количество. Все это влияет на основные параметры.
Предварительное давление в мембранном баке – важный параметр. Обычно завод-изготовитель устанавливает его не более 4 бар, а на месте происходит корректировка. От правильности настройки зависит срок службы мембраны и надежность всей системы. Предварительное давление обязательно измеряют перед монтажом при опорожненном баке, оно должно быть ниже, чем давление включения насоса.
Максимальный и фактический объем мембранного бака не совпадают. Максимальный составляет не больше 75 % от всего объема, а фактический – гораздо меньше. Так, если перепад давлений между выключением и включением насосного оборудования находится в наиболее приемлемом для автономного отопления диапазоне 2-2,5 бар, то фактический объем воды составит около 30-35% от общей емкости. Нужно отметить, чем больше разница между показателями давления включения и выключения насоса, тем фактический объем мембранного бака больше.
Минимально допустимый объем мембранного бака находится в зависимости от интенсивности водозабора, от максимально допустимого количества включений-выключений насоса в час и от того, при каких значениях давления они будут осуществляться. Определить его (приблизительно) можно по следующей формуле: V = 2Q/N, в которой V – объем, м3; Q – предполагаемый забор воды, м3/ч;
N – допустимое число включений насоса в час. Важно знать, что бак, объем которого несколько больше минимально допустимого, будет способствовать продлению срока службы двигателя насосного оборудования.
Короткая инструкция по монтажу
Хотите установить мембранный бак для водоснабжения – инструкция должна содержаться в технической документации. Рассмотрим только некоторые моменты.
Удобнее всего установить мембранный бак до разветвления водопровода
- Удобнее всего установить мембранный бак до разветвления водопровода. В помещении нужно предусмотреть возможность слива воды и подпитки системы. Температура воздуха в помещении должна быть выше нуля, замерзание воды не допустимо.
- Место крепления должно иметь достаточную несущую способность. Мембранный бак не должен испытывать дополнительную статическую нагрузку от воздействия прочих агрегатов, труб и т.д.
- Для установки баков объемом от 8 до 30 литров потребуется специальное настенное крепление, которое отличается повышенной прочностью. А баки большого объема лучше устанавливать на ножках.
- Перед монтажом необходимо еще раз убедиться, что технический расчет сделан правильно. Обязательно нужно ознакомиться с техническими характеристиками оборудования, которые есть на его корпусе, и не допускать превышения максимально допустимого давления как в воздушной, так и в водяной камере при выставлении предварительного давления и во время эксплуатации.
- Бак должен быть заземлен во избежание электролитической коррозии.
- На входе в бак целесообразно установить обратный клапан, если он не предусмотрен в конструкции насоса, а на выходе – манометр для контроля давления и автоматический клапан для выпускания воздуха.
- В случае, если бак изначально не оснащен запорной арматурой, которая требуется при проведении технического осмотра, например, необходимо установить ее по месту монтажа.
Мембранные баки имеют массу преимуществ. Например, при их использовании исключается загрязнение воды, они имеют больший, по сравнению с другими, полезный объем, легко устанавливаются и практичны. Но монтаж их и эксплуатация потребуют соблюдения правил техники безопасности. Доверить установку мембранного бака лучше специалисту.
Применяемые в системах холодного водоснабжения при подаче воды в дом от внешнего источника.
Правильный подбор, монтаж и эксплуатация баков обеспечит безопасную работу систем и сведет на нет вероятность возникновения аварийных ситуаций.
Мембранные баки VALTEC для систем отопления
Назначение расширительного бака VALTEC
Основная задача мембранного расширительного бака в системе отопления – компенсировать увеличение объема воды вследствие ее температурного расширения.
При отсутствии в замкнутой системе емкости, куда могут поступать излишки теплоносителя, даже незначительное увеличение температуры приведет к возрастанию давления, которое может превысить предельно допустимую величину для элементов гидравлической системы.Как работает расширительный бак VALTEC
В расширительном мембранном баке находится диафрагма, которая разделяет его на две части, одна из которых содержит азот, находящийся под начальным избыточным давлением, а в другую часть поступают излишки теплоносителя из системы.
Первоначально весь объем расширительного бака полностью занят азотом; при нагреве теплоносителя его объем увеличивается, что приводит к сжатию азота. Давление азотной подушки увеличивается и выравнивается с давлением в системе отопления на данном статическом уровне. Когда температура теплоносителя и, соответственно, его объем уменьшается, давление азотной подушки возвращает теплоноситель обратно в систему, не давая давлению в системе снизиться ниже настроечного уровня.
Место подключения расширительного мембранного бака VALTEC к системе отопленияДавление в точке подключения мембранного бака к системе всегда равно статическому давлению в данной точке при данных температурных параметрах.
Таким образом, от места расположения расширительного бака зависят параметры работы всех остальных элементов системы отопления, требуемое начальное давление в расширительном баке и сам объем бака. На рис. 1 приведено несколько вариантов присоединения мембранного бака к системе отопления со следующими высотными параметрами:- превышение верхней точки системы над нижней (H) – 10 м;
- теплогенератор и предохранительный клапан расположены на 2 м выше нижней точки системы (h 1);
- расширительный бак помещен на 1 м выше точки его подключения к системе (h 2);
- статическое давление на уровне нижней точки системы – 15 м вод. ст.
Рис. 1. Варианты подключения мембранного бака к системе отопления
У выносных флажков на рис. 1 обозначены расчетные значения рабочего давления в характерных точках каждой системы (в м вод. ст).
Значение настройки предохранительного клапана принято 33 м вод. ст., напор насоса – 6 м вод. ст., емкость системы – 200 л. Разница максимальной и минимальной температур теплоносителя – 80 ºС.
В табл. 1 приведены расчетные характеристики мембранных баков для схем с их разным подключением.
Таблица 1. Расчетные данные по системам рисунка 1
Подбор мембранного расширительного бака VALTEC
Достаточный объем мембранного расширительного бака рекомендуется определять по формуле:
V б = C · β t / (1 – P a min / P a max), (1)
где C – общий объем теплоносителя в системе отопления, л. Включает в себя объем воды в трубах, котле, радиаторах и других элементах системы. Этот показатель подсчитывается по фактической емкости каждого элемента системы; P a min – начальное (настроечное) абсолютное давление в расширительном баке, бар; P a max – максимальное абсолютное давление, возможное в расширительном баке, бар.
С определенной погрешностью значение объема теплоносителя в системе можно выбирать из табл. 2. При расчетах на стадии технико-экономического обоснования допускается принимать удельную емкость системы отопления 15 л/кВт.
Значения коэффициента температурного расширения теплоносителя β t , соответствующие максимальной разнице температур воды в неработающей и работающей системе, рекомендуется принимать из табл. 3.
Настроечное абсолютное давление вычисляется по формуле:
P a min = P a 0 + P ст max – 0,1· (H Б + h 2 + 1), (2)
где P a 0 – атмосферное давление, бар; P ст max – статическое давление на уровне нижней точки системы, бар; Н Б – превышение точки врезки бака над нижней точкой системы, м; h 2 – превышение центра бака над точкой врезки, м.
При расположении бака ниже точки врезки h 2 подставляется со знаком «минус».
Абсолютное максимальное давление, возможное в расширительном баке:
P a max = P a 0 + P ПК + P ст Б – P ст ПК – 0,1· h 2 , (3)
где P ПК – давление настройки предохранительного клапана, бар; P ст Б – статическое давление на уровне установки предохранительного клапана, бар; P ст ПК – статическое давление на уровне врезки в систему мембранного бака, бар.
Таблица 2. Ориентировочный объем теплоносителя в системе
Таблица 3. Значение коэффициента температурного расширения теплоносителей β t
| Температура, °С | Содержание гликоля, % | |||||||
| 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 70 | 90 | |
| 0 | 0,0002 | 0,0032 | 0,0064 | 0,0096 | 0,0128 | 0,0160 | 0,0224 | 0,0288 |
| 10 | 0,0004 | 0,0034 | 0,0066 | 0,0098 | 0,0130 | 0,0162 | 0,0226 | 0,0290 |
| 20 | 0,0018 | 0,0048 | 0,0080 | 0,0112 | 0,0144 | 0,0176 | 0,0240 | 0,0304 |
| 30 | 0,0044 | 0,0074 | 0,0106 | 0,0138 | 0,0170 | 0,0202 | 0,0266 | 0,0330 |
| 40 | 0,0079 | 0,0109 | 0,0141 | 0,0173 | 0,0205 | 0,0237 | 0,0301 | 0,0365 |
| 50 | 0,0121 | 0,0151 | 0,0183 | 0,0215 | 0,0247 | 0,0279 | 0,0343 | 0,0407 |
| 60 | 0,0171 | 0,0201 | 0,0232 | 0,0263 | 0,0294 | 0,0325 | 0,0387 | 0,0449 |
| 70 | 0,0228 | 0,0258 | 0,0288 | 0,0318 | 0,0348 | 0,0378 | 0,0438 | 0,0498 |
| 80 | 0,0290 | 0,0320 | 0,0349 | 0,0378 | 0,0407 | 0,0436 | 0,0494 | 0,0552 |
| 90 | 0,0359 | 0,0389 | 0,0417 | 0,0445 | 0,0473 | 0,0501 | 0,0557 | 0,0613 |
| 100 | 0,0435 | 0,0465 | 0,0491 | 0.0517 | 0,0543 | 0,0569 | 0,0621 | 0,0673 |
| 110 | 0,0515 | 0,0545 | 0,0568 | 0,0591 | 0,0614 | 0,0637 | 0,0683 | 0,0729 |
| 120 | 0,0603 | 0,0633 | 0,0653 | 0,0673 | 0,0693 | 0,0713 | 0,0753 | 0,0793 |
Как показывает анализ формулы 1, оптимальный выбор объема расширительного мембранного бака напрямую связан с правильной настройкой предохранительного клапана (согласно СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» это обязательный для экспанзомата элемент). Обычно он настраивается на давление, превышающее допустимое для самого уязвимого элемента системы на 10 % (с учетом разности высот клапана и защищаемого элемента). Поэтому для систем отопления рекомендуется применять клапаны с возможностью регулировки давления настройки. Кроме того, клапан обязательно должен иметь устройство принудительного открывания («подрыва») для периодической проверки его работоспособности и во избежание залипания золотника. Пример такого клапана показан на рис. 3. Рис. 3. Предохранительный клапан VALTEC VT.1831 с возможностью настройки и принудительным «подрывом»
|
Настроечное давление бака не должно быть ниже гидростатического давления на уровне центра бака более, чем на 1 м вод. ст. (0,1 бара). В противном случае уже в процессе заполнения системы полезный объем бака заполнится теплоносителем, и при последующем нагреве и расширении жидкости будет предоставлен меньший объем, чем это необходимо. Иными словами, если в баке настроечное (заводское) давление равно 1,5 бара, то заполнять систему нужно до давления на уровне центра бака, не превышающего 1,6 бара. Если по проекту в системе необходимо установить большее гидростатическое давление, то для этого, перед монтажом бака, в нем необходимо поднять давление при помощи воздушного насоса.
В двух одинаковых системах, различающихся только по типу теплоносителя, большего объема потребуется в той системе, где используется незамерзающий теплоноситель на основе гликоля (этилен- или пропиленгликоля), т.к. коэффициент расширения у гликолевых растворов несколько выше, чем у воды.Таким образом, при переходе с водяной системы на систему с гликолем, возможно, потребуется замена бака на больший по типоразмеру или установка дополнительного расширительного бака.
Сигналом к тому, что система нуждается в баке большей емкости, служит частое срабатывание предохранительного клапана.
Примеры обвязки с мембранным бакам
Рис. 4. Установка расширительного бака в системе с одним котлом: 1 – расширительный бак; 2 – предохранительный клапан; 3 – циркуляционный насос; 4 – фильтр; 5 – обратный клапан; 6 – запорный кран; 7 – воздухоотводчик
В данном случае экспанзомат расположен на обратном трубопроводе системы, что позволяет эксплуатировать его при меньшей температуре теплоносителя, чем если бы он был установлен на линии подачи. Такое решение позволяет продлить срок службы аппарата. Подключение бака на всасывающем патрубке насоса предохраняет насос от кавитации.
Рис. 5. Установка расширительных баков в системе с несколькими котлами и автоматическим ограничением минимальной температуры воды в обратном трубопроводе (предусмотрено по одному баку на каждый котел): 1 – расширительный бак; 2 – группа безопасности (предохранительный клапан, манометр, воздухоотводчик); 3 – циркуляционный насос; 4 – трехходовой смесительный клапан; 5 – обратный клапан; 6 – запорный кран; 7 – гидравлическая стрелка
В данной схеме предусмотрено по одному экспанзомату на котел. Емкость каждого из них должна быть не меньше расчетной на всю систему, т.е. если по расчету ей необходим бак емкостью 80 л, то такой должна быть емкость каждого из устанавливаемых аппаратов. Это обусловлено тем, что при работе на пониженной мощности, когда выключается горелка одного из котлов, также происходит отключение соответствующего циркуляционного насоса и закрытие трехходового клапана. При этом циркуляция воды через отключенный котел отсутствует, и расширительный бак, установленный на данном котле, изолируется от остальной системы. Оставшийся в работе экспанзомат должен обеспечить компенсацию расширения теплоносителя во всем объеме системы. Это положение справедливо и при использовании двухходовых клапанов, выполняющих функцию блокировки котлов.
Рис. 6. Установка расширительного бака в системе с несколькими котлами и автоматическим ограничением минимальной температуры воды в обратном трубопроводе (один расширительный бак на всю систему): 1 – расширительный бак; 2 – группа безопасности (предохранительный клапан, манометр, воздухоотводчик); 3 – циркуляционный насос; 4 – трехходовой смесительный клапан; 5 –обратный клапан; 6 – запорный кран; 7 – гидравлическая стрелка
Мембранные баки для систем ГВС
Основное отличие мембранных баков для водоснабжения заключается в том, что вода в них не должна соприкасаться со стенками корпуса, как это допускается в системах отопления. Поэтому в них всегда применяется мембрана камерного типа (в виде мешка). Кроме того, к материалу мембраны баков для водоснабжения предъявляются повышенные требования по допустимости контакта с пищевыми жидкостями.
Расчет мембранного расширительного бака для ГВС производится по формуле 1. Подсчет объема воды в системе ведется с учетом воды, содержащейся в трубопроводах и водонагревателе или теплообменнике.
Пример установки мембранного бака для ГВС приведен на рис. 7.
Рис. 7. Установка расширительного бака в системе горячего водоснабжения: 1 – расширительный бак; 2 – предохранительный клапан; 3 – насос; 4 – фильтр; 5 – обратный клапан; 6 – запорный кран
Мембранные баки VALTEC для систем ХВС (гидроаккумуляторы)
| Марка | Объем, л | D, мм | Н, мм | L, мм | Dу | Dy2 |
| VAV 8 | 8 | 200 | 333 | 3/4 | ||
| VAV 12 | 12 | 280 | 323 | 3/4 | ||
| VAV 24 | 24 | 280 | 523 | 3/4 | ||
| VAV 50 | 50 | 365 | 683 | 3/4 | ||
| VAV 80 | 80 | 410 | 795 | 3/4 | ||
| VAV 100 | 100 | 495 | 809 | 3/4 | 3/4x1/2 | |
| VAV 150 | 150 | 495 | 1079 | 3/4 | 3/4x1/2 | |
| VAO 24 | 24 | 280 | 297 | 523 | 1 | |
| VAO 50 | 50 | 365 | 382 | 595 | 1 | |
| VAO 80 | 80 | 410 | 427 | 728 | 1 | |
| VAO 100 | 100 | 495 | 517 | 730 | 1 | 3/4x1/2 |
| VAO 150 | 150 | 495 | 517 | 1000 | 1 | 3/4x1/2 |
Номенклатура и габаритные размеры
| Марка | Объем, л | D, мм | Н, мм | Dу |
| VRV 8 | 8 | 200 | 333 | 3/4 |
| VRV 12 | 12 | 280 | 323 | 3/4 |
| VRV 18 | 18 | 280 | 423 | 3/4 |
| VRV 24 | 24 | 280 | 523 | 3/4 |
| VRV 35 | 35 | 365 | 473 | 3/4 |
| VRV 50 | 50 | 365 | 605 | 3/4 |
| VRV 80 | 80 | 410 | 735 | 3/4 |
| VRV 100 | 100 | 495 | 809 | 3/4 |
| VRV 150 | 150 | 495 | 1079 | 3/4 |
Нормативные требования к мембранным бакам
| Требование норматива | Норматив |
| 4.34. Расширительные баки должны быть цилиндрической формы; для баков с внутренним диаметром корпуса до 500 мм должны приниматься плоские приварные или эллиптические днища, а при диаметре более 500 мм – эллиптические. | СП 41-101-95 |
| 4.35. Расширительные баки должны быть оборудованы предохранительными клапанами. | |
| 4.47. Предохранительные устройства должны быть рассчитаны и отрегулированы так, чтобы давление в защищенном элементе не превышало расчетное более чем на 10 %, а при расчетном давлении до 0,5 МПа – не более чем на 0,05 МПа. Расчет пропускной способности предохранительных устройств должен производиться согласно ГОСТ 24570. | |
| 7.2.6.1. Для компенсации температурных расширений теплоносителя в независимых системах отопления следует предусматривать расширительные баки. | СП 31-106-2002 |
| 7.2.6.2. В системе водяного отопления с искусственным побуждением циркуляции теплоносителя могут использоваться открытые или закрытые расширительные баки, располагаемые в помещении теплогенератора. Рекомендуется применять расширительные баки диафрагменного типа с тепловой изоляцией. | |
| 7.2.6.3. Требуемая вместимость бака устанавливается в зависимости от объема теплоносителя в системе отопления. | |
| 5.19. Для приема излишков воды в системе при ее нагревании и для подпитки системы отопления при наличии утечек в автономных котельных рекомендуется предусматривать расширительные баки диафрагменного типа. | СП 41-104-2000 |
| 3.4. Не допускается применять металлополимерные трубы для расширительного, предохранительного, переливного, сигнального трубопроводов. | СП 41-102-98 |
| 13.14. Водонапорные и гидропневматические баки питьевой воды, а также бакиаккумуляторы надлежит изготовлять из металла с наружной и внутренней антикоррозионной защитой; при этом для внутренней антикоррозионной защиты следует применять материалы, разрешенные Главсанэпиднадзором России. Для баков-аккумуляторов систем горячего водоснабжения тепловую изоляцию следует предусматривать по расчету. | СНиП 2.04.01-85* |
| 13.17. Гидропневматические баки должны быть оборудованы подающей, отводящей и спускной трубами, а также предохранительными клапанами, манометром, датчиками уровня и устройствами для пополнения и регулирования запаса воздуха. | |
| 13.10. Запас воды в баках-аккумуляторах, устраиваемых в бытовых зданиях и помещениях промышленных предприятий, следует определять в зависимости от времени их заполнения в течение смены, принимаемого при числе душевых сеток: 10–20 – 2 ч; 21–30 – 3 ч; 31 и более – 4 ч. |
Подробно рассмотрен расширительный бак для водоснабжения, принцип работы и устройство, виды и особенности. Предъявлены критерии выбора расширительного бака, рассмотрены недостатки и основное назначение.
Рисунок 1: Виды расширительных баков
Самое важное условие в системе водоснабжения - это оптимальная поддержка давления воды. Для обеспечения правильного давления в расширительных баках используют компенсаторы, чтобы выровнять нагрузки на трубы и оборудование. Вода используется не только в технических, но и в пищевых целях, поэтому бак и мембрана с внутренней стороны изготовлены из специального материала, который не меняет вкус и запах воды. Этот материал должен соответствовать санитарно-гигиеническим требованиям и обязательно должен быть сертификат качества. Расширительный бак для систем водоснабжения компенсирует гидравлические удары, что в значительной степени увеличивает срок службы насосов и трубопровода.
Устройство расширительного бака
Внутри расширительного бака стоит резиновая мембрана, которая разделяет бак на две камеры: в одну камеру накачивают воздух, а другая камера остается пустой. В пустую камеру после установки и запуска отопления, начнется поступления теплоносителя. В другой камере, где накачен воздух, будет восстанавливаться необходимый объем. Когда жидкость охлаждается, то она вытесняется обратно в систему водоснабжения. Таким образом, в трубах держится постоянный, необходимый напор, именно поэтому система работает всегда стабильно, отсутствуют перегрузки и скачки давления.
Рисунок 2: Размеры расширительных баков
Вода, попавшая из скважины, находится под давлением, а мембрана в это время увеличивается, объем воздуха уменьшается, при этом создается некоторое давление. Насос отключается, когда давление достигает необходимого уровня. Вода расходуется, соответственно давления падает, а насос включается, чтобы поддерживать давление. Недостаток расширительного бака - нерациональный метод временного хранение воды. Голландцы стали первыми, кто предложил использовать расширительные баки с мембраной. На сегодняшний день закрытые расширительные баки весьма эстетичны и имеют различный дизайн.
Рисунок 3: Расширительный бак в действии
Мембранный расширительный бак для водоснабжения тоже имеет недостаток, который заключается в том, что у такой конструкции нельзя заменить мембрану. Если система отопления работает нормально, то жидкость расширяется, когда запускается вода, а в остальном колебания давлений проходят плавно. Мембрана такого бака изготовлена из качественного материала и служит очень долго.
Рисунок 4: Мембранный расширительный бак для водоснабжения
Совет! Не стоит забывать проверять давления воздуха перед каждым отопительным сезоном. Для систем, которые имеют большие объемы, лучше всего использовать стационарный манометр. (См. также: )
С помощью мембранного расширительного бака идет компенсация гидродинамического удара, что намного сокращается частоту работы насосов. Такая конструкция увеличивает срок службы и экономит электричество. Когда нагревается или охлаждается теплоноситель, то система сохраняется в целостности. Это компенсирует объем изменений и именно для этого устанавливается мембранный расширительный бак. Даже во время отключения электроэнергии резервные баки имеют функцию пожаротушения. Использовать мембранные баки можно не только в бытовых системах, но и в промышленных, так как рабочее давление рассчитано до 16 бар. Гидроаккумуляторы могут быть горизонтальными и вертикальными, открытыми и закрытыми. Помимо этого они разнятся по объему воды и рабочему давлению.
Объем бака
Для того чтобы узнать объем бака нужно просчитать по формулам первоначальное давление воздуха в баке и рабочее давление, при максимальной нагрузке. Но покупателю достаточно будет знать, что объем бака составляет 1 к 10 от объема теплоносителя, который расположен в системе.
Рисунок 5: Расчет объема расширительного бака
Важно! Если не правильно подобран объем бака, то система отопления не прослужит долго. Даже при самой высокой температуре нагрева, давление в системе отопления ни в коем случае не должно превышать допустимое. (См. также: )
Расширительный бак для водоснабжения, инструкция установки прилагается к каждому баку. Там и нужно посмотреть особенности выбора расширительного бака в зависимости от потребностей и характеристик отопительной системы.
Расширительные баки открытого типа
Их устанавливают на самых высоких точках системы отопления: на крышах зданий или чердаках. Тепловое расширение теплоносителя не дает возможности вскипать воде и если произошла утечка, то система отопления пополняется водой. На сегодняшний день баки открытого типа мало где устанавливаются, потому что они имеют некоторые недостатки:- слишком большая конструкция;
- устанавливается на высокой точке системы отопления, а для этого необходимо приобретать дополнительные трубу (будут потери тепла); (См. также: )
- в систему отопления через бак попадает воздух, образуется коррозия на приборах отопления и на системах отопления некоторых частей;
- не может стабильно работать при высоком давлении.
Рисунок 6: Схема расширительного бака
- Корпус;
- Уровень воды;
- Труба холодной воды;
- Спускная труба;
- Клапан предохранительный;
- Запорный вентиль;
- Верхняя точка в стояке трубопровода.
Расширительные баки закрытого типа применяют:
- в системе отопления, которая работает с автономными источниками теплоты;
- в системе отопления, которая подключена к централизованным сетям, составленным по независимым схемам;
- в системе, которая подключена к солнечному коллектору и насосам;
- в системе, подключенной к холодному и горячему водоснабжению.
Выбор расширительного бака
Выбирать расширительный бак нужно с учетом всех особенностей системы. Сначала нужно подобрать необходимый объем, выбрать конструкцию, определиться с материалом мембраны. Так же стоит обратить внимание на вес изделия, именно поэтому показателю можно определить качество надежности и долговечности расширительного бака. Лучшего приобретать известные марки, так как они смогут обеспечить системе отопления долгую эксплуатацию и не допускать поломки в системе. Установка расширительного бака для водоснабжения и цена на него порадуют каждого, кому нужно установить такой бак.Использование материалов разрешено только при наличии индексируемой ссылки на страницу с материалом.
