Что можно и что нельзя делать с расширительным бачком
При нагревании воды пространство, необходимое для каждой молекулы, увеличивается. Любая попытка воспрепятствовать этой экспансии будет встречена огромными силами. Если прочный металлический контейнер полностью заполнить жидкой водой и закрыть от атмосферы, в нем будет происходить быстрое увеличение давления по мере нагревания воды. Если этому давлению позволить расти, этот контейнер в конечном итоге лопнет, в некоторых случаях сильно.
Для предотвращения такого результата замкнутые гидросистемы оснащаются расширительным бачком. Резервуар обеспечивает «подушку» из воздуха — жидкости с высокой сжимаемостью, которую расширяющаяся вода может вытолкнуть, не создавая значительного повышения давления в системе. Думайте о воздухе в резервуаре как о пружине. Когда вода в системе расширяется, эта «пружина» сжимается. Когда вода остывает и сжимается, «пружина» возвращается в исходное состояние.
Рисунок 1 Стандартный расширительный бак
В старых системах часто использовались «стандартные» расширительные баки, в которых воздух и вода находятся в непосредственном контакте. Этот тип расширительного бака обычно подвешивается к потолку технического помещения. Это позволяет воздуху, выпущенному из первоначальной загрузки системы водой, двигаться вверх в резервуар. Пример такого резервуара показан на рисунке 1.
Несмотря на свою функциональность, стандартные расширительные баки значительно больше современных расширительных баков мембранного или баллонного типа. Как таковые они дороже, тяжелее и требуют больше места для установки. Если они не оснащены надлежащей арматурой, они также могут со временем наполниться водой и стать «заболоченными». Они редко используются в современных гидравлических системах, особенно в жилых или небольших коммерческих зданиях.
РАЗДЕЛЕНИЕ ВОЗДУХА И ВОДЫ
Сегодня в расширительном баке, наиболее часто используемом для водяных систем отопления или охлаждения, используется очень гибкая диафрагма из бутилкаучука или EPDM для полного разделения воздуха и воды внутри бака. Эта диафрагма соответствует внутренней стальной поверхности резервуара, когда воздушная сторона находится под давлением, как показано на рисунке 2.
Рис. 2 Мембрана из EPDM разделяет воздух и воду в резервуаре
Когда вода в системе нагревается и расширяется в резервуар, диафрагма деформируется и перемещается в сторону удерживаемой воздушной камеры. Давление воздуха в баке увеличивается, а вместе с ним и давление воды в системе. Однако, если размер бака правильный, повышения давления в системе недостаточно, чтобы открыть предохранительный клапан, даже когда вся вода в системе достигает максимальной температуры.
Размеры мембранных расширительных баков можно определить с помощью таблиц или программного обеспечения. Подробная процедура определения размеров расширительных баков диафрагменного типа приведена в ссылке 1, а также в ряде других отраслевых публикаций. Ключевые понятия:
1. Создание давления на воздушной стороне бака, чтобы сравняться со статическим давлением воды в месте расположения расширительного бака и перед добавлением воды в систему. Это предотвращает частичное сжатие воздуха в баке холодной водой. Диафрагма начинает сжиматься только при повышении температуры воды.
2. Размер резервуара должен быть таким, чтобы давление на предохранительном клапане системы было на 5 фунтов на квадратный дюйм ниже номинального давления открытия клапанов, когда вся жидкость в системе имеет максимально ожидаемую температуру. Запас в пять фунтов на квадратный дюйм предотвращает «подтекание» предохранительного клапана, когда давление приближается к номинальному давлению открытия.
Даже когда расширительный бачок имеет правильный размер, особенности установки могут повлиять на его способность функционировать должным образом и обеспечить многолетнюю службу.
ДО
Рисунок 4 Монтаж расширительного бака мембранного типа
1. Выполните откачку: Деталь, которая когда-то была понята и уважаема в индустрии гидравлики, но постепенно потеряла приоритет по сравнению с другими «удобствами» упаковки или установки, заключается в подключении расширительного бака к контуру гидравлических трубопроводов рядом с входом циркуляционного насоса. Это сводит к минимуму перепад давления между точкой, где бак соединяется с контуром, т. е. точкой, где давление не меняется при включении циркуляционного насоса, и входом в циркуляционный насос. Это позволяет добавить дифференциальное давление, создаваемое циркуляционным насосом, к статическому давлению в системе. Повышенное давление в системе помогает защитить циркуляционный насос от кавитации и часто обеспечивает более тихую работу. Это также увеличивает способность вентиляционных отверстий выбрасывать воздух из системы. На рис. 3 показаны несколько приемлемых вариантов размещения резервуара.
2. Установите бак вертикально с подключением вверху: Расширительные баки диафрагменного типа также лучше всего устанавливать вертикально так, чтобы соединение с трубопроводом находилось вверху. Это снижает нагрузку на соединение резервуара по сравнению с горизонтальной установкой. Это также позволяет предотвратить попадание воздуха из трубопровода на водяную сторону расширительного бака при первом заполнении системы. Рисунок 4 иллюстрирует различия.
3. Проверьте давление воздуха: Важно убедиться, что давление со стороны воздуха в баке равно статическому давлению, которое будет присутствовать на соединении бака, когда система заполнена холодной жидкостью. Большинство производителей заявляют, что их резервуары предварительно заряжены до 12 фунтов на квадратный дюйм. Не думайте, что это всегда верно или правильно. Двенадцать фунтов на квадратный дюйм подходит для систем, в которых верхняя часть трубопровода находится примерно на 16 футов выше входа в расширительный бак (при условии, что статическое давление 5 фунтов на квадратный дюйм желательно в самой верхней части системы, чтобы обеспечить надлежащее функционирование вентиляционных отверстий). В более высоких трубопроводных системах требуется более высокое давление воздуха, чтобы предотвратить частичное сжатие диафрагмы до того, как жидкость нагреется. Рассчитайте статическое давление на входе в бак по формуле 1.
Па = правильное давление со стороны воздуха (psi)
H = расстояние от соединения расширительного бака до верхней части трубопровода (в футах)
Dc = плотность «холодной» жидкости в системе при температуре приблизительно 60F (фунт/фут3).
5 = желательное статическое давление 5 фунтов на кв. дюйм в верхней части системы для работы с воздухоотводчиком
144 = константа преобразования единиц измерения
Например: если верхняя часть контура трубопровода находится на высоте 25 футов над соединением с расширительным баком и предполагается, что система заполнена водой, правильное давление со стороны воздуха в баке будет следующим:
Возьмите шинный манометр со шкалой от 0 до 30 фунтов на квадратный дюйм и велосипедный насос или небольшой воздушный компрессор. Используйте их для установки расчетного давления со стороны воздуха перед заполнением системы жидкостью.
4. Планируйте заранее: Срок службы расширительного бака зависит от рабочей температуры системы, давления, химического состава жидкости и содержания кислорода. Некоторые резервуары выходят из строя, когда в диафрагме возникает утечка. Это обычно приводит к тому, что бак наполняется жидкостью и становится «водяным». Вы можете проверить это, вдавив шток клапана Шредера. Если из бака выходит струйка жидкости, бак подгорел. Резервуары также могут иметь протечки в их тонком стальном корпусе. Единственный вариант – новый бак. Именно тогда вы оцените наличие шарового клапана, который может изолировать резервуар от остальной части системы. Без этого клапана вам, возможно, придется слить несколько галлонов жидкости из системы только для того, чтобы открутить неисправный бак и вкрутить новый.
5. Рассмотрите вариант оверсайзинга: Типичные расчеты размера мембранного расширительного бака определяют минимальный объем бака. Использование бака большего размера, хотя, вероятно, и более дорогого, вполне допустимо. Это уменьшает изменения давления в системе при изменении температуры жидкости.
6. Запланируйте самые низкие температуры жидкости: В большинстве систем водяного отопления размер расширительного бака и наддув со стороны воздуха основаны на предположении, что холодная жидкость используется для заполнения системы в диапазоне температур от 45F до 60F. Это нормально. Однако, когда расширительный бак используется в контуре солнечного коллектора или в системе снеготаяния, раствор антифриза иногда будет намного холоднее, возможно, даже ниже 0F. Если диафрагма резервуара полностью расширяется относительно стальной оболочки при температуре жидкости около 45°F, любое дальнейшее охлаждение жидкости может вызвать отрицательное давление в системе и возможный приток воздуха из вентиляционного отверстия поплавкового типа. Ссылка 2 ниже объясняет, как исправить эту возможность. Идея состоит в том, чтобы добавить достаточное количество жидкости в бак во время повышения давления в контуре, чтобы диафрагма не расширялась полностью внутри бака до тех пор, пока вся жидкость в системе не достигнет минимально возможной температуры.
7. Отрегулируйте растворы антифриза: Растворы пропилена или этиленгликоля имеют более высокие коэффициенты расширения по сравнению с водой. Чем выше концентрация антифриза, тем больший объем расширения требуется. Увеличение объема воды, нагретой с 60F до 180F, составляет около трех процентов. Увеличение объема 50-процентного раствора пропиленгликоля, нагретого с 60°F до 180°F, составляет около 4.5%. Это следует учитывать при выборе размера резервуаров для таких систем, как снеготаяние, солнечная тепловая энергия или других применений, в которых используются растворы антифриза на основе гликоля. Опять же, методы в Ссылке 1 могут приспособиться к этому.
ЧТО НЕ НУЖНО
Как обычно, список всех «нельзя» по своей сути будет включать противоположное всем «можно». Тем не менее, есть еще несколько «нельзя», которые выделяются.
1. Не сочетайте сталь и кислород: Не используйте стандартный расширительный бак с кожухом из углеродистой стали в любых системах с открытым контуром, таких как системы, использующие питьевую воду для передачи тепла к водяным нагревателям, что является плохой идеей по ряду других причин. Повышенное содержание растворенного кислорода в воде в системе с открытым контуром по сравнению с системой с замкнутым контуром ускорит коррозию тонкой оболочки резервуара из углеродистой стали. Это ограничение также относится к системам с замкнутым контуром, в которых используются небарьерные трубки PEX или другие материалы, которые могут способствовать диффузии кислорода в системе. Расширительные баки с внутренней полимерной обшивкой следует использовать в тех случаях, когда могут присутствовать более высокие уровни растворенного кислорода.
Рисунок 5 Расширительный бак, установленный рядом с гидроразделителем
2. Не заполняйте его грязью: Не устанавливайте расширительные баки непосредственно под гидроразделителями. Это позволит грязи, собранной на дне сепаратора, попасть в расширительный бачок. Со временем это может привести к выходу из строя диафрагмы. Если резервуар должен быть рядом с гидравлическим сепаратором, лучше всего установить его через тройник в любой трубе, соединяющейся с нижними боковыми соединениями на сепараторе, как показано на рисунке 5.
3. Не перегревайте его: По возможности избегайте размещения расширительных баков в непосредственной близости от очень горячей воды. При нагреве корпуса резервуара за счет теплопереноса (кондукции и конвекции) давление воздуха в резервуаре увеличивается. При прочих равных условиях это увеличивает давление в системе по сравнению с ситуацией, когда корпус резервуара более холодный. Это может привести к протечке редукционного клапана. Можно расположить бак в нескольких футах от того места, где трубка из бака соединяется с системой. Держите резервуар ниже этой точки соединения, чтобы уменьшить миграцию тепла за счет конвекции.
4. Не создавайте несколько точек подключения: Можно использовать два или более расширительных бака с общим объемом одного бака большего размера. Однако эти резервуары должны подключаться к общей трубе, которая имеет единую точку подключения в системе. Избегайте подключения нескольких резервуаров к разным частям одного и того же трубопровода. Это может вызвать неожиданные колебания давления в зависимости от того, где расположены циркуляционные насосы относительно резервуаров.
Рисунок 6 Система ремней фиксирует корпус резервуара
5. Не оставляйте его уязвимым для ударов: Небольшой расширительный бачок, свисающий с верхних соединений ½ дюйма, может легко погнуться в результате случайного удара, например, если кто-то встанет из согнутого положения и ударит по бачку. Спросите меня, откуда я это знаю… Если бак должен быть установлен в уязвимом месте, используйте систему ремней, чтобы прикрепить корпус к твердой поверхности, как показано на рис. 6. Некоторые производители расширительных баков предлагают комплекты ремней или другое оборудование для надлежащей поддержки бака. корпус танка.
В дополнение к уведомлению об обвязке оба бака имеют изолирующие шарики и достаточно места для доступа к воздушному клапану Шредера внизу. Оба резервуара подключены параллельно к общей трубе, что позволяет использовать единую точку подключения к контуру.
6. Не предполагайте совместимость: Убедитесь, что выбранный вами расширительный бачок совместим с жидкостью, используемой в системе. Мембраны из комбинированного бутилкаучука/EPDM или полностью из EPDM, как правило, совместимы с растворами гликоля и растворами метанола или этанола, которые иногда используются в геотермальных контурах заземления. Однако разные поставщики резервуаров используют разные материалы и имеют разные температурные ограничения для этих материалов. Всегда лучше получить разрешение от производителя резервуара на совместимость жидкости.
Расширительные бачки выполняют простую, но очень нужную функцию. Следуйте этим советам, чтобы заставить их работать так, как задумано. <>
ДЛЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО КОНТЕНТА, КАК ЭТОТ ПОСЕТИТЕ: 10 деталей для расширительных баков
Джон Зигенталер, дипломированный инженер, выпускник Политехнического института Ренсселера по машиностроению и лицензированный профессиональный инженер. Он имеет более чем 35-летний опыт проектирования современных водяных систем отопления. Последняя книга Зигенталера — «Отопление с использованием возобновляемых источников энергии» (дополнительную информацию см. на сайте www.hydronicpros.com).
Рекомендации
1. Современное водяное отопление, 3-е изд., Джон Зигенталер, Cengage Publishing 2012, ISBN -13: 978-1-4283-3515-8
2. Отопление с использованием возобновляемых источников энергии, Джон Зигенталер, Cengage Publishing 2017, ISBN -13: 978-1-2850-7560-0
