Мембранный бак и несколько «закрытых собак»

Мембранный бак и несколько «закрытых собак»

Под маркой VALTEC российский рынок систем отопления и водоснабжения использует на сегодняшний день баки для отопления тип VRV и баки для систем водоснабжения VAV. При кажущейся простоте конструкции бака особенностей его правильного подбора и включения большое количество. Именно о них и хотелось поговорить в настоящей статье.

Мембранные баки подразделяются на расширительные баки, использующиеся в системах отопления и горячего водоснабжения, а также на гидроаккумуляторы, 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 системы отопления

Назначение расширенного бака. Основная задача мембранного расширительного бака в системе отопления - компенсировать увеличение объема воды вследствие ее температурного расширения.

При нагреве воды от 0 до 100°С вода увеличит свой объем по сравнению с первоначальным на 4,33%.


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.

Изменение давления при температурном расширении без учета деформации элементов системы можно рассчитать по формуле:

, где

- коэффициент температурного расширения воды, 1/°С;

- изменение температуры воды, °С;

- коэффициент объемного сжатия воды, 1/Па.

Расчеты показывают, что в жесткой замкнутой системе изменение давления составляет порядка 3 бар/°С.

Если учитывать деформации труб, то результаты получатся следующие:

- при стальных и медных трубопроводах - в среднем 2,2 бар /°С;

- при полимерных и металлополи-мерных трубопроводах - в среднем 1,2 бар /°С

Как работает расширительный мембранный 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 уменьшаются, давление азотной подушки возвращает теплоноситель обратно в систему, не давая давлению в системе снизиться ниже настроечного уровня.

Внутренняя поверхность корпуса мембранного расширительного бака в условиях эксплуатации зачастую является зоной возможного выпадения конденсата. При наличии в газовой подушке кислорода неизбежно начнется интенсивная коррозия металла корпуса бака. Именно поэтому производителями закачивается в бак нейтральный азот, а не атмосферный воздух, содержащий водяные пары и кислород.

Подкачивая в газовую полость воздух, пользователь невольно сокращает срок службы мембранного бака.

Место подключения расширительного мембранного бака Valtec к системе отопления

Давление в точке подключения мембранного бака к системе всегда равно статическому давлению в данной точке при данных температурных параметрах.

Доказать приведенное выше высказывание очень просто.

Если допустить, что давление в точке подключения бака изменяется, то придется признать, что объем теплоносителя в баке тоже изменился. А этого быть не может, т.к. взяться лишнему теплоносителю в замкнутой системе неоткуда, да и бесследно исчезнуть он тоже никак не мог.

Надо отметить, что это правило распространяется только на систему с одним расширительным баком.

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.

При выборе места присоединения расширительного бака следует помнить, что, чем выше давление в системе отопления, тем меньше вероятность ее завоздушивания.

Если мембранный бак присоединяется к системе непосредственно после циркуляционного насоса, следует проверить, чтобы перед насосом сохранялся антикавитационный запас подавлению.

При размещении мембранного бака в гравитационной системе отопления на верхней магистрали, его следует смещать от главного стояка в сторону отопительных стояков, чтобы исключить паразитное влияние на циркуляцию остывающего в баке теплоносителя. Главный стояк необходимо оснастить воздухоотводчиком и предохранительным клапаном.

Рис.1

Рис.2

Теплоноситель должен поступать в мембранный бак сверху. В этом случае отсутствует вероятность попадания воздуха в жидкостный отсек бака. Если это требование выполнить невозможно, рекомендуется соблюдать ряд правил:

- точка подпитки должна находиться как можно ближе к точке подключения бака;

- при заполнении системы теплоносителем использование автоматических воздухоотводчиков для выпуска воздуха не допускается (они должны быть закрыты). Выпуск воздуха из системы должен осуществляться через специальные штуцеры с кранами (рис. 1) или комбинированные краны с дренажом и ручным воздухоотводчиком (рис. 2);

- по возможности, следует использовать мембранные баки, имеющие верхний патрубок для присоединения возду-хоотводчика к жидкостной полости.

Подбор расширительного мембранного бака Valtec

Достаточный объем мембранного расширительного бака рекомендуется определять по формуле:

С - общий объем теплоносителя в системе отопления, л. Включает в себя объем воды в трубах, котле, радиаторах и других элементах системы. Этот объем подсчитывается по фактической емкости каждого элемента системы.

При расчетах на стадии технико-экономического обоснования допускается принимать удельную емкость системы отопления 15 л/КВт;

- коэффициент температурного расширения теплоносителя. соответствующий максимальной разнице температур воды в неработающей и работающей системе;

- начальное(настроечное) абсолютное давление в расширительном баке, бар;

- абсолютное максимальное давление, возможное в расширительном баке, бар.

Настроечное абсолютное давление вычисляется по формуле:

где

— атмосферное давление. бар;

- статическое давление на уровне нижней точки системы, бар;

Н2 — превышение точки врезки бака над нижней точкой системы, м;

h2 - превышение центра бака над точкой врезки. м. При расположении бака ниже точки врезки h2 подставляется со знаком «минус».

Абсолютное максимальное давление, возможное в расширительном баке:

где

- давление настройки предохранительного клапана, бар;

- статическое давление на уровне установки предохранительного клапана, бар;

- статическое давление на уровне врезки в систему мембранного бака, бар.

Как показывает анализ формулы 1, оптимальный выбор объема расширительного мембранного бака напрямую связан с оптимальной настройкой предохранительного клапана. Обычно клапан 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»

Установка расширительного бака недостаточного объема или некорректный монтаж могут стать причиной неправильной работы системы отопления и даже выхода ее из строя.

Настроечное давление бака не должно быть ниже гидростатического давления на уровне центра бака более, чем на 1 метр водяного столба (0,1 бар). 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 атм. то заполнять систему нужно до давления на уровне центра бака, не превышающего 1,6 бар. 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.

Некоторое количество теплоносителя в баке, обеспеченное его «недокачкой» до гидростатического на 1 м в. ст. необходимо на тот случай, когда произойдет охлаждение залитого теплоносителя. Например: если система заполнялась днем при температуре воды +20°С и котел по каким-либо причинам не был запущен, при ночном охлаждении теплоносителя его объем уменьшится, что может привести к разряжению в верхних точках системы и интенсивному подсосу воздуха через воздухоотводчики.

В двух одинаковых системах, различающихся только по типу теплоносителя, расширительный бак большего объема потребуется в той системе, где используется незамерзающий теплоноситель на основе гликоля (этиленгликоля, пропиленгликоля).

Это утверждение следует из формулы 1, которая показывает, что коэффициент расширения у гликолей несколько выше, чем у воды.

Таким образом, при переходе с водяной системы на систему с гликолем, возможно, потребуется замена бака на больший типоразмер или установка дополнительного расширительного бака.

Сигналом к тому, что система нуждается в баке большей емкости, служит частое срабатывание предохранительного клапана.

Диаметр подводящей линии к мембранному расширительному баку должен быть не менее:

, мм, (4)

где

- мощность котла, Вт;

- объем воды в котле, л;

с - теплоемкость теплоносителя, Дж/кг К.

Мембранные баки VALTEC для систем ГВС

Основное отличие мембранных баков для систем водоснабжения заключается в том, что вода в баке не должна соприкасаться со стенками корпуса бака, что допускается в системах отопления. Поэтому мембрана этих баков всегда выполняется 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 системы ведется по формуле 1. Подсчет объема воды в системе ведется с учетом воды, содержащейся в трубопроводах и водонагревателе или теплообменнике.

Конструкция некоторых водонагревателей предусматривает наличие демпфирующей воздушной подушки в замкнутом объеме самого водонагревателя. Объем этой подушки обуславливается высотой расположения выпускной трубы ГВС.

Рис. 4. Пример установки расширительного бака в системе горячего водоснабжения:

1-расширительный бак, 2-предохранительный клапан, 3- насос, 4- фильтр,

5-обратный клапан, 6- запорный кран

Количество воздуха, содержащегося в демпфирующей подушке, должно также учитываться при подборе расширительного бака ГВС.

Мембраные баки VALTEC для систем ХВС (гидроаккумуляторы)

Функции и принцып работы гидроаккумуляторов

Основные функции гидроаккумулятора в системах холодного водоснабжения следующие:

- снижение количества включений насоса;

- демпфирование гидроударов и пульсаций воды при работе насоса;

- поддержание давления в системе в заданном диапазоне;

- подача воды потребителям в период «пиковых» нагрузок, которые выше производительности насоса.

Гидроаккумулятор работает следующим образом: при включении насоса вода закачивается в бак до максимально установленного значения, после чего насос отключается благодаря срабатыванию реле давления. В течение периода водоразбора объем воды в баке уменьшается, падает и давление в баке. При падении давления до минимально установленного значения насос включается и цикл повторяется.

Правильно подобранный гидроаккумулятор продлевает срок службы насосного оборудования.

Если к гидроаккумулятору присоединить компрессор, поддерживающий постоянное давление в воздушной полости, то получится гидропневмостанция, напор на выходе которой будет постоянным, независимо от разбора воды.

Как правило, производительность насоса подбирается по максимальному требуемому расходу. Грамотно подобрав гидроаккумулятор, можно снизить производительность насоса до среднесуточной часовой производительности. При этом дефицит подаваемой насосом воды в «пиковые» периоды будет покрываться из гидроаккумулятора.

Подбор гидроаккумулятора

Большинство производителей мембранных баков рекомендуют объем гидроаккумулятора рассчитывать по формуле:

- средний расход насоса, равный расчетному расходу воду в системе, л/мин;

- избыточное давление выключения насоса, установленное на реле давления, бар;

- избыточное давление включения насоса, установленное на реле давления, бар;

— избыточное давление предварительной накачки воздушной полости бака, как правило принимаемое (-0,5), бар; - максимально допустимое число включений насоса, указываемое в паспорте насоса (обычно =12—15), 1/час.

Пример.

Требуется определить объем гидроаккумулятора для системы с расчетным расходом 22 л/мин, при максимальных и минимальных давлениях на реле соответственно 4,5 бар и 2,5 бар.

Принимается бак VALTEC VAV80

По российским СНиП 2.04.01 -85, объем гидроаккумулятора должен подсчитываться по формуле:

м?

где - номинальная часовая подача насоса, м?/час. = 6—10 1/час.

Полезный объем воды в водяной полости гидроаккумулятора определяется по формуле:

Пример.

Требуется определить объем воды в гидроаккумуляторе VALTEC VAV80 с, при максимальных и минимальных давлениях на реле соответственно 4,5 бар и 2,5 бар

Особенности монтажа гидроаккумулятора

Гидроаккумулятор необходимо снабдить предохранительным клапаном, который должен устанавливаться на подводящем трубопроводе, не далее чем 1м от бака. Как вариант, допускается подключение к верхнему патрубку бака, соединенному с водяной полостью, группы безопасности, включающую в себя предохранительный клапан, воздухоотводчик и манометр.

Диаметр подводки к гидроаккумулятору должен быть не меньше диаметра магистрали, к которой она присоединяется.

Требования к материалу мембраны гидроаккумуляторов по длительной прочности гораздо выше, чем для расширительных баков, т.к. здесь мембрана работает в условиях частых знакопеременных нагрузок.

В то же время требования к термической стойкости материала мембраны в гидроаккумуляторах ниже, чем у расширительных баков.

Рис. 5. Пример установки гидроаккумулятора в системе холодного водоснабжения со скважинным насосом:

1-мембранный бак (гидроаккумулятор), 2-обратный клапан, 3-запорный кран, 4 - реле давления, 5 - прибор управления насосом, 6 - группа безопасности (предохранительный клапан, манометр, воздухоотводчик)

Признаком неисправности гидроаккумулятора (разрыв мембраны, снижение давления воздушной подушки) служат частые циклы включения/выключения насоса.

Технические характеристики и номенклатура мембранных баков VALTEC

Мембранные баки VALTEC как для отопления, так и для водоснабжения снабжены сменной мембраной камерного типа. Это значит, что в этих баках исключен контакт жидкости со стенками бака. В случае износа или повреждения мембрана может быть заменена.

Нормативные требования к мембранным бакам

Замена мембран в баках производится в следующем порядке:

- перекрыть участок системы, на котором находится бак и слить с него воду;

- отсоединить бак от подводящего трубопровода;

- разболтить контрфланец и снять его;

- через открывшееся отверстие бака вынуть мембрану;

- продуть внутреннюю полость бака сжатым воздухом;

- подготовить к установке новую мембрану, для чего присыпать ее наружную поверхность тальком;

- произвести подкачку воздуха газовой подушки до расчетного значения, и присоединить бак к системе.

По материалам сайта: http://www.stroyka.ru