Внутреннее пространство всех элементов системы отоп­ления (труб, отопительных приборов, арматуры, оборудо­вания и т. д.) заполнено водой. Получающийся при запол­нении объем воды в процессе эксплуатации системы пре­терпевает изменения: при повышении температуры воды он увеличивается, при понижении — уменьшается. Соот­ветственно изменяется внутреннее гидростатическое дав­ление. Однако эти изменения не должны отражаться на работоспособности системы отопления и, прежде всего, не должны приводить к превышению предела прочности лю­бых ее элементов. Поэтому в систему водяного отопления вводится дополнительный элемент — расширительный бак (см. рис. 6.1—6.6).

Расширительный бак может быть открытым, сообщаю­щимся с атмосферой, и закрытым, находящимся под пере­менным, но строго ограниченным избыточным давлением.

В крупных системах водяного отопления группы зда­ний расширительные баки не устанавливают, а гидроста­тическое давление регулируется при помощи постоянно действующих подпиточных насосов. Эти насосы также воз­мещают обычно имеющие место потери воды через неплот­ные соединения труб, в арматуре, приборах и других ме­стах систем.

Поэтому расширительные баки применяют в системах водяного отопления одного или нескольких зданий при их тепловой мощности, ограниченной 6 МВт, когда потери воды еще не вызывают необходимости постоянного дей­ствия подпиточных насосов на тепловой станции.

Основное назначение расширительного бака — прием1 прироста объема воды в системе, образующегося при ее нагревании. При этом в системе поддерживается опреде­ленное гидростатическое давление. Кроме того, бак пред­назначен для восполнения убыли объема воды в системе при небольшой утечке и при понижении ее температуры,

Для сигнализации об уровне воды в системе и управления действием подпиточных приборов. Через открытый бак удаляется вода в водосток при переполнении системы. В отдельных случаях (см., например, рис. 6.4) открытый бак может служить воздухоотделителем и воздухоотвод - чиком.

Рис. 6.20. Открытый расширительный бак с Патрубками для присоединения труб I — расширительной; 2 «■» переливной; контрольной; 4 »-» циркуляционной; б Патрубок с пребкой

К НАСОСУ

ОБРАТНАЯ МАГИСТРАЛЬ

Рис. 6.21. Присоединение открытого расширительного бака к обратной магистра­ли в системе отопления с ручным контролем (а) и с автоматизированными сигнали- Аацией и регулированием уровня воды в баке (б) 1 — расширительный бак; 2, 3, 4, 5 — расширительная, циркуляционная, конт­рольная, переливная трубы; б и 7 — реле верхнего и нижнего уровней воды в баке, соединенные трубой 4' о баком

.5

Расширительные баки имеют ряд недостатков: они гро­моздки, в связи с чем затрудняется нх размещение в зда­ниях и увеличиваются бесполезные теплопотери в системах отопления. При открытых баках возможно при излишнем охлаждении воды в них поглощение воздуха из атмосферы, что вызывает внутреннюю коррозию стальных труб и при­
боров. Требуется также прокладка в зданиях специальных соединительных труб (см., например, рис. 6.3).

Открытый расширительный бак (рис. 6.20) размещают Над верхней точкой системы (на расстоянии не менее 1 м) в чердачном помещении или в лестничной клетке и покры­вают тепловой изоляцией. Иногда устанавливают неизоли­рованный бак в специальном утепленном боксе (будке). Однако при этом повышается стоимость монтажа, увели­чиваются теплопотери (вследствие развития поверхности охлаждения) и, как следствие, абсорбция воздуха водой.

Баки изготовляют цилиндрическими из листовой стали; сверху их снабжают люком для осмотра и окраски. В кор­пусе бака имеется несколько патрубков: патрубок 1 пред­назначен для присоединения расширительной трубы, по которой вода поступает в бак; патрубок 4 у дна — для циркуляционной трубы, через которую отводится охла­дившаяся вода, обеспечивая циркуляцию в баке; патрубок 3 для контрольной (сигнальной) трубы Dy20 и патрубок 2 Для соединения бака с переливной трубой, сообщающейся С атмосферой.

Соединительные трубы открытого расширительного бака показаны на рис. 6.21. В насосной системе отопления рас­ширительную и циркуляционную трубы присоединяют к общей обратной магистрали, как правило, близ всасываю­щего патрубка циркуляционного насоса (см. § 7.1) на рас­стоянии I (рис. 6.21, а) не менее 2 м для надежной цирку­ляции воды через бак.

Контрольную трубу выводят к раковине в тепловом пункте и снабжают запорным вентилем. Вытекание воды при открывании вентиля должно свидетельствовать о на­личии воды в баке, а следовательно, и в системе (уровень воды не должен быть ниже показанного на рис. 6.20 штрих - пунктирной линией). В малоэтажных зданиях короткая контрольная труба надежно обеспечивает сигнализацию о наличии или отсутствии воды в расширительном баке. В многоэтажных зданиях вместо длинной контрольной трубы, искажающей информацию о действительном уровне воды в системе, устанавливают на расширительном баке два реле уровня, соединенных последовательно трубой 4' (рис. 6.21, б) с баком. Реле нижнего уровня предназначено для сигнализации (светом или звуком) об опасном падении уровня воды в баке, а также для включения подпиточной установки (клапана или насоса). Реле верхнего уровня служит для прекращения подпитки системы отопления.

Переливную трубу, как и контрольную, в малоэтаж­ных зданиях выводят к раковине в тепловом пункте (см. рис. 6.21, а). В крупных зданиях переливную трубу от­водят к ближайшему водосточному стояку из чугунных труб.

Полезный объем расширительного бака, ограниченный высотой ha (см. рис. 6.20), должен соответствовать при­росту — увеличению объема воды, заполняющей систему отопления, при ее нагревании до средней расчетной тем­пературы. Изменение объема воды при нагревании в не­большом температурном интервале определяется по урав­нению Гей-Люссака

Vt=v о (1 + Р0-

Отсюда увеличение объема воды в системе отопления АУС может быть выражено формулой

Лкс=рд/кс, (6.21)

Где У0 —объем воды в системе при начальной температуре, м3(л); вычисляют в зависимости от объема воды в основных элементах системы, приходящегося в среднем на единицу се тепловой мощ­ности; At — изменение температуры воды от начальной до средней расчетной, °С; {3 — среднее значение коэффициента объемного рас­ширения воды (Р=^),000б 1/°С).

Полезный объем расширительного бака 17Пол, соот­ветствующий увеличению объема воды в системе определяют по формуле

VBOa=kVc, (6.22)

Где (табл. 6.2).

Таблица 6.2. Объемное расширение воды, нагреваемой в системе отопления (в долях первоначального объема) Наполнение системы Расчетная температура горячей воды в системе, "С Водой 95 105 130 135—150 Из водопровода (в сред­нем 5 °С) Из 1еиловой сети (40— 45 СС) 0,045 0,024 0,051 0,027 0,070 0,035 0,084 0,042

Общий объем воды в системе отопления при начальной температуре Ус, л, определяют по формуле

Ve=(V„p+V«,+ Vtp+V,0T)Qe. (6-23)

Где Vnp, Ккал. ^тр> ^кот — объем воды, л/кВт, соответственно в приборах, калориферах, трубах, котлах, приходящийся иа 1 кВт тепловой мощности системы отопления (дан в Справочнике проек­тировщика в зависимости от расчетной температуры горячей воды); Qc — тепловая мощность системы водяного отопления, кВт.

Например, в насосной системе отопления с местной котельной и конвекторами «Комфорт» тепловой мощностью 232 кВт полезный объем расширительного бака при Tr— =95 °С, вычисленной по формулам (6.22) и (6.23), составит УПол=0,045 (0,65+6,9+2,6) 232=106 л.

Полезный объем бака в значительной степени зависит от вида отопительных приборов. Наибольшим он будет при использовании чугунных радиаторов глубиной 90 мм (в нашем примере его потребуется увеличить до 234 л). Кроме' того, на объем бака влияет вид выбранной системы отоп­ления. Так, для однотрубной системы насосного водяного отопления с конвекторами требуется открытый расшири­тельный бак, имеющий полезный объем примерно в 3 раза меньший, чем для двухтрубной системы с радиаторами. Это объясняется сокращением вместимости не только ото­пительных приборов, но и труб уменьшенной длины (см. табл. 6.1).

Закрытый расширительный бак с воздушной или газовой (если используется азот или другой газ, отделенный от воды мембраной) «подушкой» герметичен, способствует уменьшению коррозии труб и приборов, может обеспечить в широком диапазоне переменное давление в системе отоп­ления.

На рис. 6.22, а изображена установка в помещении теп­лового центра закрытого бака без мембраны с регулиру­емым избыточным давлением. Давление в баке поддержи­вается либо сжатым воздухом от специального компрес­сора (вариант 1), или инертным газом из баллона со сжатым газом (вариант 2). Действие компрессора автоматизируется.

На рис. 6.22, б дана установка подвесного бака с упру­гой мембраной, разделяющей две среды — воду и инертный газ. Присоединение бака показано после котла, как это принято в зарубежной практике, когда циркуляционный

1 — воздушный компрессор (1-й вариант); 2 — баллон с инертным газом (2-й ва­риант); 3 — расширительный бак; 4 — редукционный клапан; 5 — датчик дав­ления; 6 — предохранительный клапан; 7 — водомерное стекло; 8 — соедини­тельная труба; 9 — инертный газ; 10 — мембрана; 11 — вода; 12 — воздушный Кран; 13 — котел

Насос включается в подающую магистраль системы отоп­ления. Начальное давление газа в баке может быть и ат­мосферным, и избыточным (например, 50 кПа); в последнем случае мембрана до нагревания воды в системе отопления прилегает к стенкам верхней половины бака.

При нагревании избыток объема воды поступает в бак, сжимая воздух или газ, находящийся в нем (вода действует подобно поршню). При этом повышается давление как в баке, так и в системе в целом. Если объем бака или воздуха (газа) в нем окажется слишком мал, давление в низших точках системы может превысить максимально допустимое. В связи с этим потребуется во избежание аварии выпустить часть воды из системы через предохранительный клапан (показан на рис..6.22).

С другой стороны, при понижении температуры воды давление в высших точках системы может оказаться ниже минимально необходимого для предупреждения таких недопустимых явлений как вскипание воды или подсос воздуха из атмосферы. Следовательно, объем закрытого расширительного бака строго обусловлен допустимым диа­пазоном изменения гидравлического давления в системе. Объем бака зависит также от объема и расчетной темпера­туры воды в системе, от давления циркуляционного насоса
И места включения насоса в теплопровод по отношению к теплообменнику и точке присоединения бака (см. § 7.2).

Полезный объем закрытого расширительного бака оп­ределяют по формуле

Pi

А1/р (6.24)

Pa

РМин Рмакс

Где AV0 — увеличение объема воды в системе при нагревании; определяют по формуле (6.21); ра— абсолютное давление в баке до первого поступления воды (в том числе атмосферное давление); Рмпн — абсолютное давление в баке при наполнении системы водой (минимально необходимое давление воды в баке при минимальном уровне — см. рис. 6.22, а); рМакс — абсолютное давление в баке при повышении температуры воды до расчетной и заполнении бака водой (максимально допустимое давление воды в баке при макси­мальном уровне — см. рис. 6.22, а).

Минимально необходимое давление воды в закрытом расширительном баке равно гидростатическому давлению Рг на уровне установки бака с некоторым запасом рверх Для создания избыточного давления в верхней точке сис­темы, которое позволит избежать подсоса воздуха из атмо­сферы или вскипания воды (особенно, если ^Г>Ю0 °С):

РМии = Ра +Р2+Рверх. (6-25)

Я6ДВОД ^ТЕПЛОВОЙ Энергии

Рис. 6.23. Присоединение закрытого расши­рительного бака 2 к обратной магистрали си­стемы водяного отопления перед циркуля­ционным насосом з н теплообменником I

Максимально допустимое давление воды в баке при обычном присоединении его к обратной магистрали систе­мы перед всасывающим патрубком циркуляционного на­соса (рис. 6.23) принимают в зависимости or рабочего дав­ления ррай, допустимого для элементов системы отопления в низшей ее точке (например, для чугунного котла), умень­шенного на сумму давления насоса Ара и гидростатического
давления связанного с расстоянием ht от уровня воды в баке до низшей точки системы:

Рмакс=Ра+Рраб —(ДРн+Р1)- (6-26)

Давлений р и р2 пропорциональны вертикальным рас­стояниям ^ и h2 на рис. 6.23.

Объем закрытого расширительного бака при начальном давлении в нем, равном атмосферному, получается больше объема открытого бака. Использование сжатого воздуха для повышения давления рл сверх атмосферного (для «зарядки» бака) позволяет уменьшить объем закрытого бака. Объем закрытого расширительного бака уменьшается также при переносе его в верхнюю часть здания и присоединении там к магистрали системы отопления.

Современная конструкция бака представляет собой стальной цилиндрический сосуд, разделенный на две части резиновой мембраной: одна часть предназначена для воды системы отопления, вторая заполнена газом под давлением. В ЧСФР, например, выпускаются баки с давлением газа 50, 100 и 150 кПа для систем отопления зданий высотой до 15 м, рассчитанные на максимальное рабочее давление в системах 350 кПа.

Место присоединения закрытого расширительного бака к теплопроводам выбирают с учетом сохранения его гидрав - лической связи с действующей частью системы при нор­мальном использовании клапанов, задвижек и прочей за­порной арматуры в другой отключаемой части системы отопления.

Закрытые расширительные баки, помещаемые непосред­ственно в тепловых пунктах - зданий или на тепловых стан­циях, в значительной степени лишены недостатков откры­тых баков. Однако для сокращения их объема путем искус­ственного увеличения внутреннего давления требуются до­полнительное оборудование и затрата электрической энер­гии.