Рассчитать расширительный бак: Расчет объема расширительного бака для закрытой системы отопления

Ниже мы приведем стандартные формулы для расчета объема расширительного бака. Они позволят точно определить, бак какого типа понадобится для вашей отопительной системы.

Потребуются следующие данные:

·         мощность системы;

·         объемы теплоносителя;

·         статическое давление;

·         предварительное давление;

·         максимальное давление;

·         средняя температура системы в процессе работы.

Объем бака рассчитывается таким образом, чтобы при нагреве теплоносителя давление в системе не превышало максимально допустимого значения.

Общая формула:

·         КЕ — объем отопительной системы в целом;

·         Z — постоянное значения расширения жидкости теплоносителя;

·         N — величина эффективности мембранного бака.

Необходимо помнить, что идеальные расчеты, произвести практически невозможно. Ориентировочно объем рассчитывается исходя из значения, что 1 кВт мощности отопительного оборудования равен 15 литрам объема теплоносителя. Тогда средняя мощность для обычного дома равна 44 кВт. По формуле получается КЕ = 15х44 = 660л.
Константа расширения жидкости около 4%, для систем в которых используется обычная вода с максимальной температурой нагрева 95 градусов Цельсия. Если вместе воды закачивается элиленгликоль, то  коэффициент расширения можно вычислить так:

Зачастую результативность работы мембранного бачка указана производителем, но и самому ее рассчитать не сложно:

DV — наибольшее допустимое значения давления в системе, которое равно допустимому давлению предохранительного клапана и для обычных бытовых систем отопления редко превышает показатель в 2,5 — 3 бар.
DS — значения давления начальной зарядки мембранного бака исходя из постоянного значения в пол атмосферы на 5 метров протяженности отопительной системы.

В итоге получается, что если общая площадь помещения, в котором оборудуется система отопления, равна 400 кв. м., максимальная верхняя точка системы равна 5 м, и расчётная мощность оборудования 44 кВт, то требуемый объем бачка при таких значениях будет:

КЕ 44х15=660л.
DV 2,5 бар; DS =0.5 бар
N (2.5 – 0.5) / (2.5+1) = 0.57

K 660×0.04 / 0.57 = 46.2

Исходя из полученных данных, необходимо подбирать расширительный бак для отопления объемом 50 литров, с начальным давление в 0,5 бар.
Также для стандартных элементов отопительной системы существуют стандартные примерные значения:

1.      Радиаторы около 10,5 л.

2.      Теплые полы и другие греющие поверхности 17,0 л.

3.      Конвекторы 7,0 л.

Коэффициент увеличения-расширения объёма воды и водогликолевой смеси в зависимости от температурных показателей:

Таблица примерного расчета 

    расширительного бака

Расширительные баки для отопления — рассчёт объёма воды при нагревании

• Техподдержка
• Статьи
• Архив
• Расчет расширительного бака для отопления

Как известно, подавляющее большинство веществ в природе обладает свойством расширяться с повышением температуры. Соответствующей характеристикой служит коэффициент теплового расширения, отображающий изменение объема среды либо линейных размеров тела при нагреве на 1 °С в условиях постоянного давления (в первом случае говорят о коэффициенте теплового объемного, во втором – линейного расширения).

Рис. 1. Зависимость объема воды от температуры

Коэффициент температурного расширения воды

С увеличением температуры коэффициент объемного теплового расширения воды изменяется неравномерно (рис. 1): в диапазоне от 0 до 4 °С объем воды и вовсе уменьшается (эта особенность играет важную роль в природных водоемах), при дальнейшем нагреве значение коэффициента меняется так, как показано в табл. 1.

Таблица 1

Вот, что это означает на практике. Примерный объем воды в системе отопления индивидуального дома тепловой мощностью 30 кВт составляет 450 л (в ориентировочных расчетах допускается принять 15 л/кВт). В табл. 2 приведены расчеты, показывающие, что при нагреве с 5 до 80 °C увеличение этого объема составит порядка 13 л.

Таблица 2

Чтобы принять дополнительный объем жидкости, образующийся при ее нагревании, систему отопления оснащают расширительным баком (экспанзоматом). Раньше в этом качестве широко использовались открытые (с доступом атмосферного воздуха) резервуары, размещаемые в верхней точке системы – как правило, на чердаке дома. Такое решение, хотя применяется и сегодня, не соответствует современным требованиям к элементам отопительных систем, и предпочтение отдано мембранному расширительному баку: его можно устанавливать в любом месте дома (в том числе – непосредственно в котельной), в нем не происходит попадания кислорода в теплоноситель (т.е. исключается основной фактор коррозии оборудования), а рабочая жидкость не теряется из-за испарения.

Если в открытой системе отопления тепловое расширение воды приводит к увеличению ее объема с перемещением образующегося «излишка» в расширительный бак, то в замкнутом трубопроводе результатом окажется повышение давления.

Значение Δp прямо пропорционально коэффициенту теплового расширения и обратно пропорциональна коэффициенту объемного сжатия воды (зависит от давления, в диапазоне 1–25 бар – 49,51∙10^-11 Па, в гидравлических расчетах принимают равным 4,9 ∙10^-10 Па):

Δp = β_t • Δt / β_v, Па.

Представленные в табл. 3 результаты расчетов показывают, каким значительным является увеличение давления при нагреве воды на 75 °C в замкнутом трубопроводе – в разы выше давления разрушения полнобиметаллического радиатора, не говоря уже о других элементах отопительной системы. Поправка на деформацию труб и оборудования уменьшит это значение, но не изменит ситуации кардинально.

Таблица 3

Конструкция расширительных баков

Помимо обязательности расширительного бака, полученные цифры показывают важность его правильного подбора (при недостаточном объеме неизбежно разрушение мембраны), а также необходимость компенсации теплового расширения воды в замкнутом трубопроводе даже при относительно небольшом перепаде температур. Например, аварийная ситуация может возникнуть в системе холодного водоснабжения квартиры при самопроизвольном нагреве поступившей воды до комнатной температуры и закрытом кране на вводе.

Существуют две основные конструкции мембранных расширительных баков. Наиболее простая – с диафрагменной (лепестковой) мембраной, наглухо зафиксированной в месте соединения полукорпусов. Такие модели имеют меньшую стоимость и применяются достаточно широко, однако обладают недостатками, основные из которых – контакт теплоносителя с материалом корпуса и невозможность ремонта при повреждении мембраны. Баки второго типа оборудуется сменной мембраной – баллонной либо сферической, помещаемой в корпус через горловину с фланцем (рис. 2). Они ремонтопригодны, исключают коррозию металлических стенок от соприкосновения с рабочей средой, характеризуются более полным заполнением внутреннего пространства корпуса (полезный объем), чем экспанзоматы с диафрагменной мембраной.

Pис. 2. Конструкция расширительных баков со сменной мембранойVRV

Принцип работы у мембранных баков обоих типов одинаковый: внутренний объем резервуара разделен эластичной перегородкой на две полости – воздушную и водяную. При нагреве жидкости в системе и увеличении ее объема происходит заполнение водяной полости с растяжением мембраны и сжатием газа (воздуха или азота) в пространстве между ней и корпусом. При остывании теплоносителя имеют место обратные процессы – сжатие жидкости и мембраны, расширение газа.

Давление воздушной подушки настраивается таким образом, чтобы при неработающей системе отопления статическое давление теплоносителя в ней было компенсировано, и мембрана находилась в равновесном состоянии (подробнее читайте в статье о расчете и размещении мембранного бака). Обычно в продажу мембранные расширительные баки поступают с предварительно настроенным давлением в 1,5 бара. Для возможности регулирования и поддержания предварительного давления мембранный бак оснащают ниппелем.

Материалами для изготовления мембран в настоящее время служат различные эластомеры – натуральная каучуковая (используется при изготовлении баков для холодного водоснабжения) и синтетическая резина – бутиловая, стирол-бутадиеновая (SBR), нитрил-бутадиеновая (NBR), а также этилен-пропилен-диен-мономер (EPDM), хорошо зарекомендовавший себя в инженерных системах различного назначения. Мембраны из EPDM эластичны, термостойки, гигиеничны и долговечны (ресурс оценивается в 100 тыс. циклов динамического нагружения), поэтому широко применяются в баках для отопления и водоснабжения, включая питьевое. В нормально работающих системах отопления мембраны экспанзоматов не подвержены резким динамическим воздействиям (изменение объема теплоносителя происходит достаточно плавно), поэтому основными требования к ним являются термическая стойкость и долговечность. EPDM как нельзя лучше отвечает этим критериям.

Производство мембран расширительных баков нормируются европейским стандартом DIN 4807-3 «Расширительные емкости, мембраны из эластомеров для расширительных баков. Технические требования и испытания» (Expansion vessels; elastomer membranes; requirements and testing).

На рис. 3 показаны сменные мембраны из EPDM. Их крепление к фланцу бака осуществляется с помощью контрфланца с приваренным присоединительным штуцером и дырчатым рассекателем струи по центру. В случае порыва мембраны (если такое все же произошло) ее несложно извлечь, чтобы заменить на новую или отремонтировать (повреждение можно заклеить самостоятельно или обратиться в ближайший шиномонтаж для вулканизации).

Рис. 3. Сменные EPDM-мембраны для расширительных баков

Корпус мембранного расширительного бака, как правило, изготавливают из пластичной углеродистой стали методом холодной глубокой штамповки с последующей покраской эпоксидной эмалью. Внутреннюю поверхность экспанзоматов со сменной мембраной обычно не окрашивают, и чтобы исключить риск ее коррозии при выпадении конденсата, в воздушную полость на заводе закачивают химически нейтральный азот.

Как правило, вертикальные баки емкостью от 50 л оборудуют опорами-ножками для напольной установки. Модели меньшего объема (обычно – до 35 л включительно) подвешивают непосредственно на трубопровод или крепят к стене с помощью специальных кронштейнов (консолей).

В табл. 4 приведены характеристики мембранных расширительных баков VALTEC VRV.

Таблица 4. Технические характеристики расширительных баков VALTEC

Удобный монтаж экспанзоматов в системах мощностью до 44 кВт обеспечивает группа безопасности расширительного бака VT. 495 (рис. 4), представляющая собой полую стальную оцинкованную консоль с фланцем для крепления к стене и предустановленным комплектом сантехнических устройств из предохранительного клапана, автоматического воздухоотводчика и манометра. Имеются также два резьбовых патрубка – для подключения группы к системе и подсоединения расширительного бака. Габариты консольной группы безопасности позволяют подвешивать непосредственно к ней расширительные баки размером до 50 л включительно.

Рис. 4. Группа безопасности расширительного бака VT.495

Важным и полезным аксессуаром для расширительных баков систем отопления и ГВС является также разъемный сгон-отсекатель VT.538, позволяющий отсоединять мембранные баки от трубопровода без его опорожнения.

Уважаемые читатели! С момента публикации этой статьи в ассортименте нашей компании, практике применения оборудования, нормативных документах могли произойти изменения. Предлагаемая вам информация полезна, однако носит исключительно ознакомительный характер.

Распечатать статью:
Расчет расширительного бака для отопления

© Правообладатель ООО «Веста Регионы», 2010
Все авторские права защищены. При копировании статьи ссылка на правообладателя и/или на сайт www.valtec.ru обязательна.

Расчетные формулы расширительного бака – оборудование

Расширительные баки являются необходимой частью всех закрытых гидравлических систем для контроля как минимального, так и максимального давления во всей системе. Расширительные баки предусмотрены в закрытых гидравлических системах, чтобы (1) принимать изменения объема воды в системе по мере изменения плотности воды в зависимости от температуры, чтобы поддерживать давление в системе ниже пределов номинального давления оборудования и компонентов системы трубопроводов. Кроме того, (2) поддерживайте положительное манометрическое давление во всех частях системы, чтобы предотвратить утечку воздуха в систему. (3) Поддерживайте достаточное давление во всех частях системы для предотвращения закипания, включая кавитацию в регулирующих клапанах и подобных сужениях. (4) Поддерживать требуемый чистый положительный напор на всасывании (NPSHR) на всасывании насосов.

Последние два пункта обычно применимы только к высокотемпературным (приблизительно выше 210°F [99°C]) системам горячего водоснабжения. Для большинства приложений HVAC необходимо учитывать только первые два пункта.

1 Стили танков

2 Формулы размеров

Типы баков

Существует четыре основных типа расширительных баков:

Вентилируемые или открытые стальные баки

Поскольку открытые баки вентилируются, они должны располагаться в самой высокой точке системы. Температура воды не может превышать 212°F (100°C), а контакт открытого воздуха с водой приводит к постоянной миграции воздуха в систему, вызывая коррозию. Соответственно, больше эта конструкция практически не используется.

Закрытые стальные резервуары

Некоторые производители также называют резервуары из простой стали или компрессионные резервуары.

Это тот же тип бака, что и вентилируемый бак, но с вентиляционной крышкой. Это позволяет размещать бак в любом месте системы и работать при более высоких температурах. Но они по-прежнему имеют контакт воздух/вода, что приводит к коррозии, а иногда и к постепенной потере воздуха из резервуара по мере его поглощения водой.

Если бак этого типа не предварительно заправлен до минимального рабочего давления перед подключением к системе, он также должен быть больше, чем предварительно заправленные баки. Соответственно, эта конструкция также почти не используется больше.

Мембранные баки

Это была первая конструкция компрессионного бака, которая включала барьер воздух/вода (гибкая мембрана для устранения миграции воздуха) и была разработана для предварительной зарядки (чтобы уменьшить размер бака). Гибкая диафрагма обычно прикрепляется к боковой части резервуара ближе к середине и не подлежит замене в полевых условиях; в случае разрыва диафрагмы бак необходимо заменить.

Баки-дозаторы

Баки-дозаторы используют баллонообразный баллон для приема расширенной воды. Пузыри часто рассчитаны на весь объем аквариума, что называется «полным приемным» пузырем, чтобы избежать повреждения пузырей в случае их заболачивания. Как правило, баллоны можно заменить в полевых условиях. В настоящее время это самый распространенный тип больших коммерческих расширительных баков.

Формулы определения размера

Общая формула для определения размера резервуара, уравнение 1 (с именами переменных, скорректированными в соответствии с именами, используемыми в этой статье), исходя из основных принципов, предполагающих законы идеального газа:

`V_(t)=(V_(s)(E_(w)-E_(p)))/((P_(s)T_(c))/(P_(i)T_(s))-(P_( s)T_(h))/(P_(max)T_(s))-E_(wt)[1-(P_(s)T_(c))/(P_(max)T_(s))]+E_ (т))-0,02В_(с)`

Где

V _t = общий объем бака

V _s = объем системы

P _s = начальное давление, когда вода впервые начинает поступать в бак, абсолютное

precharge) абсолютное давление

P _max = максимальное давление, абсолютное

E _w = удельный коэффициент расширения воды в системе из-за повышения температуры = (ν _ч /ν _c -1)

v _ч = удельный объем воды при максимальной температуре , Т.

v _c = удельный объем воды при минимальной температуре, Tc.

E _p = единичный коэффициент расширения трубопровода и других компонентов системы в результате повышения температуры = 3α(T _h -T _c )

α = коэффициент расширения трубопроводов и других элементов системы, на градус

T _h = максимальная средняя температура воды в системе, градусы абс.

T _c = минимальная средняя температура воды в системе, градусы абс.

T _s = начальная температура воздуха в баке перед наполнением, градусы абс.0043 t = удельный коэффициент расширения расширительного бака из-за повышения температуры

Последний член (0,02 Vs ) учитывает дополнительный воздух от десорбции из растворенного в воде воздуха. Это уравнение можно упростить до уравнения ниже , игнорируя малые члены и предполагая, что температура резервуара остается близкой к начальной температуре заполнения (как правило, хорошее предположение, при условии отсутствия изоляции на резервуаре или подсоединенных к нему трубопроводов, что является общепринятым и рекомендуемым). практика):

`V_(t)=(V_(s)[((v_(h))/(v_(c))-1)-3alpha(T_(h)-T_(c))])/((P_(s ))/(P_(i))-(P_(s))/(P_(max)))`

Это уравнение включает оценку расширения системы трубопроводов. Этот член также относительно мал, и коэффициенты расширения трудно определить, учитывая различные материалы в системе, но он включен в приведенное выше уравнение, поскольку он включен в уравнения расчета размеров в справочнике ASHRAE. Этот термин также включен в некоторые, но не в большинство, программы выбора производителей расширительных баков. Большинство производителей консервативно игнорируют этот член, поскольку он мал и не больше, чем члены, уже проигнорированные в приведенном выше уравнении. Игнорирование этого термина приводит к приведенному ниже уравнению:

`V_(t)=(((v_(h))/(v_(c))-1)V_(s))/((P_(s))/(P_(i))-(P_(s) )/(P_(max)))`

Числитель — это объем расширившейся воды, V _e , так как она нагревается от минимальной до максимальной температуры, поэтому уравнение можно записать:

`V_(t)=(V_(e))/((P_(s))/(P_(i))-(P_(s))/(P_(max)))`

Где:

`V_(e)=(v_(h)//v_(c)-1)V_(s)`

Уравнение может быть дополнительно упрощено в зависимости от типа используемого резервуара.

Резервуар с вентиляцией

Для вентилируемых резервуаров все давления одинаковы, а доминатор ограничивается 1, поэтому размер резервуара представляет собой просто объем расширенной воды:

`V_(т)=V_(е)`

Закрытый резервуар (без предварительной зарядки)

Для невентилируемых резервуаров из простой стали начальное давление обычно равно атмосферному давлению при пустом резервуаре (без предварительной зарядки). Затем бак подключается к добавочной воде, которая создает давление в баке до давления наполнения за счет вытеснения воздуха из системы, по существу теряя часть объема бака. Таким образом, уравнение размера:

`V_(l)=(V_(e))/((P_(a))/(P_(i))-(P_(a))/(P_(max)))`

Где, P _a = атмосферное давление

Предварительно заправленный резервуар

Для любого резервуара, предварительно заправленного до требуемого начального давления, включая должным образом заправленные мембранные и баллонные резервуары, а также включая закрытые резервуары из простой стали, если они предварительно заполнены, P _s равно P _i , поэтому уравнение размера сводится к:

`V_(t)=(V_(e))/(1-(P_(i))/(P_(max)))`

Обратите внимание, что это уравнение применимо только тогда, когда бак предварительно заправлен до требуемого P _и . Резервуары заправлены на заводе до стандартной предварительной зарядки 12 фунтов на кв. дюйм (83 кПа изб.).

Закрытый резервуар

Для получения более высокого желаемого давления предварительной заправки можно сделать специальный заказ на заводе или подрядчик должен увеличить давление с помощью сжатого воздуха или ручного насоса. Но нередки случаи, когда этим пренебрегают. Это упущение можно компенсировать, определив размер резервуара по приведенному ниже уравнению (при условии атмосферного давления на уровне моря):

`V_(t)=(V_(e))/((26,7)/(P_(i))-(26,7)/(P_(max)))`

(12 фунтов на кв. дюйм изб./26,7 фунтов на кв. дюйм абс. [83 кПа изб./184 кПа абс.] предварительная заправка). Это увеличит размер бака по сравнению с правильно предварительно заправленным баком.

Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением-2015, раздел VI

Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением-2015, раздел VI, включает уравнения для определения размеров (как и UMC и IMC, которые извлекают уравнения дословно), как показано в уравнении ниже , с измененными переменными, чтобы они соответствовали используемым в этой статье:

`V_(t)=(V_(s)(0,00041T_(h)-0,0466))/((P_(a))/(P_(i))-(P_(a))/(P_(max)) )`

Сравнивая знаменатель этого уравнения с уравнением для закрытого резервуара (без предварительной зарядки), эта формула явно предназначена для определения размера резервуара без предварительной зарядки; это переоценит размер предварительно заряженного бака. Числитель соответствует кривой V _e ; он предполагает минимальную температуру 65°F (18°C) и точен только в диапазоне средней рабочей температуры от 170°F до 230°F (от 77°C до 110°C). Таким образом, это уравнение нельзя использовать для очень высокотемпературной горячей воды (например, 350°F [177°C]), воды конденсатора замкнутого цикла или систем с охлажденной водой .

 Автор: Steven T. Taylor, PE 

Насколько полезен был этот пост?

Нажмите на звездочку, чтобы оценить!

Средний рейтинг / 5. Количество голосов:

Голосов пока нет! Будьте первым, кто оценит этот пост.

Сожалеем, что этот пост не был вам полезен!

Давайте улучшим этот пост!

Расскажите, как мы можем улучшить этот пост?

Размеры и конструкция расширительных баков

Размер расширительного бака

Калькулятор размера расширительного бака

Примечания:

• Общий объем системы включает содержание воды во всех змеевиках, трубах и оборудовании.
• Если температура неизвестна, допускается максимальная температура 30 °C для охлажденной воды и минимальная температура 15 °C для воды отопления.
• Все входные данные должны быть заполнены точно для правильного расчета и выбора.
• Для любого применения, кроме HHW, CHW или CCW, пожалуйста, свяжитесь с автоматическим нагревом для выбора.

Статические расширительные баки поставляются с предварительным давлением 150 кПа.

Тщательный расчет объема расширительного бака имеет решающее значение для правильного функционирования системы.

Расширительные баки бывают разных размеров. Выбор подходящего размера зависит от нескольких факторов, таких как давление воды, общая пропускная способность системы и температура воды, поступающей в систему и выходящей из нее. Используя эти параметры, рекомендуемый стандартный размер обычно определяется с помощью диаграмм или программного обеспечения.

Первым шагом является оценка коэффициента расширения с помощью приведенной ниже таблицы и диаграммы. По оси абсцисс отображаются значения, представляющие собой разницу между температурой воды в холодной системе (при выключенном нагреве) и максимальной рабочей температурой. С другой стороны, ось Y отображает соответствующие коэффициенты расширения.

Оценка коэффициента расширения по разнице между температурой холодной воды в системе и максимальной рабочей температурой.

После получения коэффициента расширения объем расширительного бака можно рассчитать по закону Бойля.

Система отопления

Формула расчета расширительного бака следующая (на основе закона Бойля):

где:

Vu =	Общий полезный объем бака = Vi-Vf
Vi =	Начальный объем
Vf =	Окончательный том
е =	Коэффициент расширения
Пи =	Начальное давление наддува (абсолютное) сосуда. Это давление не должно быть ниже гидростатического давления в точке подключения бака к системе.
Pf =	Максимальное рабочее давление (абсолютное) предохранительного (предохранительного) клапана. (с учетом разницы уровней между сосудом и предохранительным клапаном.)
С =	Общий объем воды в системе в литрах: котел, трубопроводы, радиаторы и т. д. (в общем приближении C составляет от 4 до 8 литров на каждый кВт мощности котла)

Примечание. Расчеты должны выполняться в абсолютном давлении
, например, 100 кПа = 200 кПа абс.

В стандартных системах отопления:

Система охлаждения

Формула определения размера сосуда следующая (на основе закона Бойля):

В стандартных системах охлаждения:

Пример:

С =	500 литров
Пи =	150 кПа (250 кПа абс. No related posts. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт