Мембранный бак для системы отопления: принцип работы и его функции. Расширительный мембранный бак для отопления: конструктивные особенности и принцип работы.

Расширительный мембранный бак — элемент закрытой системы отопления, предназначенный для компенсации теплового расширения теплоносителя и поддержания необходимого давления.

Примечание! Помимо применения в системах отопления, мембранные баки также используются в системах водоснабжения. Они «смягчают» гидроудары, возникающие при включении/выключении насосных станций, а также поддерживают постоянное давление в системе.

Конструкция мембранного бака

Расширительный мембранный бак для отопления представляет собой герметичный стальной корпус цилиндрической формы, покрытый красным эпоксидным лаком (также существуют баки, покрытые синим лаком, но они предназначены для холодной воды). В корпусе расположены 2 камеры: газовая и водяная, которые отделены друг от друга подвижной газонепроницаемой мембраной (диафрагмой), изготовленной из бутилкаучука. Благодаря такому материалу мембрана способна стабильно функционировать при различных температурах (от -10 до +100°C) и совершать до 100 000 циклов.

Мембрана практически полностью исключает взаимодействие теплоносителя и газа. Отсутствие такого взаимодействия позволяет дольше сохранять предварительное давление в газовой камере, что положительно влияет на срок службы бака.

Примечание! Современные высококачественные мембраны не просто вытягиваются под давлением расширяющегося теплоносителя, а как бы «прилипают» к стенкам бака. Такой принцип работы позволяет увеличить срок службы мембраны.

Обе камеры имеют одинаковое давление, что позволяет сохранить герметичность этого участка отопительной системы. Воздушная камера заполняется азотосодержащей смесью. При расширении теплоносителя азот спрессовывается, позволяя теплоносителю «войти» в водяную камеру.

Большинство современных мембранных баков для отопления имеют встроенный в корпус ниппель (схожий с обычным автомобильным), при помощи которого можно «подкачать» воздушную камеру, повысив в ней давление. Это можно сделать самостоятельно в домашних условиях при помощи насоса или компрессора. Однако следует помнить, что закачивать рекомендуется именно азот, а не воздух. Дело в том, что содержащийся в воздухе кислород будет вызывать ускоренную коррозию стенок корпуса бака, что неизбежно сократит срок службы устройства. Азот же является нейтральным и не способствует коррозии.

Корпус бака обладает отводом с внешним резьбовым соединением, который упрощает процесс установки. В зависимости от модели резьба может быть:

У баков низкого давления (от 0,5 до 1,5 бар) – 3/4″ или 1″;
У баков среднего давления (1,5 бар) – 1″;
У баков высокого давления (от 3 бар и выше) – от 1″ до фланцевого соединения Ду 100;

Принцип работы мембранного бака

При запуске системы отопления, теплоноситель нагревается и увеличивается в объеме. Этот избыточный объем перемещается в водяную камеру расширительного бака. После остывания теплоносителя, давление в воздушной камере, выдавливает мембрану, тем самым вытесняя теплоноситель из водяной камеры обратно в отопительный контур.

Помимо этого, как уже было отмечено выше, мембранный бак поддерживает требуемое давление во всей системе отопления. Так например, если где-то произошла несущественная утечка теплоносителя, то во всей системе должно упасть давление, однако этого не происходит, т.к. давление в воздушной камере будет выталкивать мембрану, а с ней и теплоноситель обратно в систему, тем самым создавая ограниченную подпитку.

Мембранный бак с группой безопасности.

Мембрана может быть повреждена в результате неправильной эксплуатации:

Есть вероятность разрыва мембраны в случае, если при заполнении теплоносителем водяной камеры, не было создано необходимое давление в воздушной камере;
Перед спусканием газа из воздушной камеры, необходимо перекрыть и слить теплоноситель из водяной камеры.

Расчет бака

Нагрев на каждые 10°C дает увеличение объема теплоносителя в среднем на 0,3-0,4%. Исходя из этих данных рассчитывается необходимый объем бака.

Процент расширения теплоносителя (воды) в зависимости от температуры нагрева:

Важно! Любой мембранный бак для отопления оснащается шаровым краном со сливом, который позволяет перекрыть поступление теплоносителя к баку. Это необходимо для осуществления быстрой, удобной замены бака в случае его выхода из строя.

Расширительный бак открытого типа

В настоящий момент данная разновидность расширительных баков практически не используется, т.к. имеет следующие недостатки:

Открытый расширительный бак.

Теплоноситель находиться в постоянном контакте с воздухом, что приводит к завоздушиванию системы и появлению воздушных пробок. Поэтому необходимо регулярно удалять воздух или требуется . В противном случае, воздух может привести к коррозии отдельных элементов системы отопления, а также к снижению теплоотдачи отопительных приборов;
Из-за постоянного нахождения теплоносителя в контакте с воздухом, происходит его испарение. Приходиться регулярно добавлять теплоноситель в систему;
Циркулирующие по отопительной системе воздушные микропузырьки создают неприятные шумы в трубах и радиаторах, а также приводят к преждевременному износу деталей . К тому же, микропузырьки «снижают характеристики» циркуляционного насоса;
В отличии от мембранного бака, который может быть установлен в любой точке системы (рядом с котлом, в подвале,…), расширительный бак открытого типа устанавливается только в наивысшей точке. Это приводит к удорожанию системы, т.к. необходимо использовать дополнительные трубы и фитинги для монтажа бака в верхней точке.

Мембранный расширительный бак – это устройство, которое позволяет сглаживать скачки давления в системах водоснабжения и отопления.

Устройство мембранного бака

Внешне мембранный бак выглядит как герметичная бочка с фланцем для подключения к трубопроводу.

Мембранный бак – это герметичный сосуд, в котором есть два отсека, разделённых гибкой мембраной:

воздушный отсек содержит воздух под определенным постоянным давлением
водяной отсек соединяется с системой водоснабжения или отопления, в него поступает вода под разным давлением

Отсеки разделены эластичной мембраной, которая способна сжиматься и растягиваться, изменяя тем самым соотношение между объемами одного и второго отсеков. Отсек с воздухом имеет вентиль с ниппелем, через которое можно изменять давление воздуха, тем самым регулируя работу мембранного бака. Именно от давления воздуха будет зависеть, какой объём воды и под каким давлением сможет поступать в водяной отсек.

Принцип работы мембранного расширительного бака

Когда давление воды в системе возрастает, водяной отсек бака расширяется и заполняется большим объемом воды, а отсек с воздухом сжимается. При уменьшении объёма давление воздуха возрастает до тех пор, пока не уравновесит давление воды. Когда давление в системе падает (и становится меньше, чем давление воздуха), под действием давления воздуха мембрана сокращается, отсек с водой уменьшается, выталкивая воду обратно в систему, восполняя потери давления. Расширительный мембранный бак будет «отдавать» воду в систему до тех пор, пока давление воды и воздуха не уравновесят друг друга.

Мембранный расширительный бак в системах отопления

Известно, что вода при нагревании увеличивается в объёме (примерно на 4% при нагреве до 90 градусов), поэтому в замкнутых системах отопления необходимо использовать расширительные баки, которые будут компенсировать расширение воды. Размер расширительного бака должен соответствовать отопительной системе: объем бака должен быть таким, чтобы «погасить» расширение всей воды, находящейся в системе отопления. Если не использовать расширительный бак, то при нагреве воды давление в трубах возрастёт слишком сильно, это может привести к повреждению труб и отопительного оборудования.

Мембранный бак в качестве гидроаккумулятора

В системах водоснабжения расширительный бак используется в качестве , который позволяет накаливать некоторое количество воды под давлением, а затем использовать её для водоснабжения. При этом для подачи воды используется запасённое в гидроаккумуляторе давление без включения насоса. Так гидроаккумулятор позволяет реже включать насос и тем самым продлить срок его службы.

Так же как и в системе отопления мембранный бак компенсирует расширение воды при подаче горячего водоснабжения.

Использование расширительного бака для защиты от гидроудара

При резком включении насоса, подающего воду, а так же при резком перекрытии трубопровода возникает – скачок давления, который может повредить как трубопровод, так и оборудования. Расширительный бак в этом случае сработает как демпфер: под действием избыточного давления мембрана растянется, объём водяного отсека увеличится, а давление упадёт.

В системах отопления и водоснабжения применяется много приборов. Одним из главных является мембранный бак. С его помощью происходит сглаживание перепадов давления. Мембранный бак для системы отопления, принцип работы которого основан на улучшении качества отопительной системы, состоит из герметичной бочки с фланцем.

Таким способом он подключается к трубопроводной системе.

Устройство мембранного бака

Оборудование представлено в виде герметичного сосуда, разделенных на два раздела:

Воздушный отдел включает воздух под давлением.
Водяной отдел крепится к отоплению. Он пропускает через себя воду различного давления.

Эластичная мембрана разделяет отделы, благодаря чему она изменяется по форме. Поэтому меняются объемы этих отсеков. Отдел с воздухом содержит вентиль с ниппелем, благодаря чему меняется давление. С его помощью регулируется функционирование мембранного бака.

Давление воздуха влияет на поступление воды, а также объем и давление.

Принцип работы

При увеличении водяного отсека происходит расширение бака. В результате он наполняется большим количеством воды. А отдел с воздухом приобретает меньшие размеры. Затем давление воздуха уменьшается, благодаря чему уравновешивается давление воды. При уменьшении давления в системе происходит сокращение мембраны, после чего восполняется потерянное давление.

Подача воды в мембранном баке будет происходить до того, пока воздух и вода по давлению не будут уравновешены.

Функции мембранного бака

Для отопительной системы. Нагревание воды ведет к увеличению ее объема, из-за чего требуется применение расширительных баков. С их помощью происходит компенсация расширения воды. По размеру прибор должен соответствовать системе отопления: объем «погашает» расширение воды. Если отсутствует мембранный бак, то нагрев ведет к появлению дефектов в системе отопления. В результате может выйти из строя вся система.
В устройстве водоснабжения мембранный бак применяется вместо гидроаккумулятора, благодаря которому накапливается вода, после чего происходит ее расход по назначению. Для работы применяется давление, присутствующее в гидроаккумуляторе, а насос в этом случае не требуется. Поскольку насос функционирует редко, то продлевается его срок эксплуатации. В качестве гидроаккумулятора он выполняет функцию компенсации воды при подключении горячей воды.
Функция предохранения от гидроудара. Если резко включать насос для подачи воды, то такое перекрытие ведет к появлению гидроудара. Он предполагает перепад давления, из-за чего выходит из строя трубопровод и весь механизм. Мембранный бак будет выполнять функцию защиты: из-за большого давления произойдет растяжение мембраны, водяной отдел будет большим, а давление снизится.

Использование такого оборудования полезно во многих сферах работы оборудований. Поэтому очень важно его присутствие в отопительной системе.

Для любой закрытой системы отопления необходимо предусмотреть устройство для компенсации расширения теплоносителя. Это необходимо для сохранения целостности труб, радиаторов и теплообменника котла. Помимо стандартного воздухоотводчика обязательно монтируются баки мембранные для систем отопления: установка, расчет, принцип работы которых напрямую влияют на эффективность нагрева жилого дома.

Назначение и особенности мембранных баков для отопления

Сначала необходимо узнать функциональные качества этого устройства. При нагреве воды в трубах происходит естественное расширение и повышение давления. Если значение превышает нормированную величину — необходим механизм стабилизации. Именно для этого предназначены баки мембранные для систем отопления, которые могут отличаться по техническим и конструктивным характеристикам.

Они представляют собой герметичную емкость, разделенную на 2 области — водяную и воздушную камеры. Между ними располагается эластичная мембрана. Для подключения водяной предусмотрен соответствующий патрубок, а в воздушной камере располагается система нагнетания давления. Принцип работы расширительного мембранного бака для системы отопления заключается в увеличении полезного объема в результате смещения эластичной мембраны в сторону воздушной камеры. Для этого необходимо подключить водяной патрубок к трубе отопления, а в воздушной камере создать давление, величина которого не должна превышать номинальное для системы отопления.

Установка мембранного бака в системе отопления имеет следующие преимущества:

Автоматическая стабилизация критического расширения теплоносителя;
Отсутствие потерь воды за счет испарения;
Возможность установки как для системы с дистиллированной водой, так и с антифризом;
Простой монтаж и замена мембраны при превышении срока ее эксплуатации.

Но как правильно подобрать мембранный бак для отопления, принцип работы которого настолько прост? Для этого сначала необходимо ознакомиться с его разновидностями.

Мембранный бак для отопления по принципу работы схож с аналогичным для системы водоснабжения. Но конструкция последнего не рассчитана на высокие температуры. Производители маркируют их синим цветом, а отопительные – красным.

Виды мембранных баков

На первый взгляд конструкция устройства довольно проста. Однако для различных систем нагрева со специфическими техническими характеристиками следует подбирать правильную модель мембранного расширительного бака для отопления. Рассмотрим наиболее популярные модели, которые можно устанавливать как в бытовой, так и в промышленной системе.

Фиксированный бак

Их особенностью является то, что мембранный бак для отопления по инструкции не разборной. т.е. эластичная мембрана не может быть демонтирована и заменена на новую. Несмотря на такой, казалось бы недостаток, эти модели имеют одно существенное преимущество — доступную стоимость. Именно поэтому они устанавливаются для не больших систем отопления с относительно стабильным давлением в трубах. Зачастую расчет мембранного бака для отопления подразумевает неизменный показатель давления в воздушной камере, который производитель указывает дополнительно. Но если есть вероятность превышения критического показателя расширения теплоносителя — необходимо устанавливать другой тип конструкции.

Фланцевые со сменной мембраной

Для установки новой мембраны в конструкции предусмотрен фланец, на которой она монтируется. Таким образом можно регулировать объем мембранного бака для отопления, устанавливать эластичные примочки с различными показателями упругости. Подобные модели монтируются для систем отопления с большой вероятностью превышения давления в трубах. В первую очередь это относится к твердотопливным котлам, где невозможна оперативная регулировка уровня нагрева воды. Баки могут изготавливаться горизонтального и вертикального типа. Для замены мембраны необходимо снять фланец, демонтировать старую и на ее место установить новую. Наиболее популярным производителем подобных моделей является компания Wester, мембранный бак для отопления, который можно встретить и в небольшом частном доме, и в системе нагрева производственного цеха.

Полезный объем мембранного отопительного бака зависит от его формы. Для больших систем лучше всего выбирать цилиндрические конструкции, а плоские модели будут оптимальны для отопления с малой протяженностью труб.

Расчет мембранного бака

Однако выбор конструкции не является единственным параметром баков мембранных для системы отопления. Важной величиной является объем в одной камере, а именно — коэффициент ее заполнения. Правильный расчет мембранного бака для отопления невозможен без следующих параметров:

Общий объем теплоносителя в системе — С. Как известно из школьного курса физики при повышении температуры на каждые 10 градусов жидкость увеличивается на 0,3%. Именно это в первую очередь повлияет на объем заполнения бака;
Максимальное и минимальное значение давления в системе. Зачастую критическое значение не превышает 5 атм;
Коэффициент заполнения (Кзап). Она напрямую зависит от показателей давления в трубах. В таблице можно найти требуемое значение для определенного мембранного бака. В инструкции же производитель указывает номинальную величину коэффициента заполнения.

Также следует учитывать коэффициент расширения для воды Е, который равен 0,034 при 85°С. Далее расчет выполняется по формуле. Предположим, что общий объем системы отопления составляет 410 л, минимальное давление равно 1 атм, а максимальное – 3,5 атм. Коэффициент заполнения тогда будет равен 0,55, а полезный объем бака равен.

Это оптимальная расчетная величина объема мембранного бака для отопления. В случае необходимости она может быть изменена в сторону увеличения, но не более, чем на 15%.

Точный расчет объема мембранного бака для отопления рекомендуется делать только после ознакомления с инструкцией от производителя. В ней указаны все необходимые данные для вычислений, а также возможные погрешности и отклонения.

Этапы установки бака

Для квалифицированной установки мембранного бака в систему отопления необходимо, чтобы помещение соответствовало эксплуатационным условиям. Температура в нем не должна опускаться ниже 0 градусов при стабильном показателе влажности. Нужно определить место монтажа, так как системе свойственны перепады давления во время ее запуска. Поэтому не рекомендуется установка расширительных мембранных баков для отопления сразу после котла на выходной трубе.

Следующим критерием является отсутствие завихрения потоков воды, которые могут симулировать превышение давления. Лучше всего монтировать баки мембранные для систем отопления на обратной трубе перед циркуляционным насосом. Технология установки заключается в выполнении следующих этапов:

Врезка в трубопровод. Обычно диаметр патрубка расширительного бака составляет 3/4. Поэтому в обратной трубе нужно установить соответствующий канал с резьбой;
Установке не должны препятствовать предметы или элементы системы. Внешняя механическая нагрузка на бак исключается;
В качестве прокладок лучше всего использовать паронитовые модели, так как они хорошо выдерживают давление и высокие температуры;
Мембранный расширительный бак для отопления обязательно комплектуется воздушным клапаном. Он необходим для стабилизации и регулировки давления в воздушной камере.

Каждый раз при запуске закрытой системы отопления на мембрану будет воздействовать повышенный показатель давления. Поэтому рекомендуется не реже 1 раза в 2 года проверять состояние и в случае надобности выполнять ее замену.

Это типичная схема установки, которая не учитывает особенности конкретной системы отопления и ее составляющих элементов. Во время монтажа следует избегать частых ошибок, которые могут привести к неправильному функционированию баков мембраны для систем отопления. Прежде всего — установка максимального значения давления в воздушной камере. Она должна быть меньше расчетного критического на 10-15%. В противном случае мембрана не будет расширяться в сторону камеры, что приведет к порыву труб и выходу из строя радиаторов отопления. Чтобы избежать этого необходимо установить манометр, что рекомендует компания Wester, чьи мембранные баки для отопления характеризуются высокой надежностью.

Для установки мембранного бака в систему отопления необходимо убедиться в отсутствии такового в котле отопления. Если же его объема будет недостаточно по расчетам – можно монтировать дополнительный бак.

Прежде всего необходимо определиться с конструкцией мембранного расширительного бака, предназначенного для отопления. Если не ожидаются критические скачки давления, общий объем теплоносителя мал — можно выбрать недорогую модель фиксированного типа. Во всех других случаях необходимы баки мембранные для систем отопления разборного типа, так как намного дешевле поменять эластичную мембрану,чем всю конструкцию. Помимо этого при выборе следует учитывать такие факторы:

Толщина металла корпуса. Она должна составлять не менее 1 мм;
Защитное внутреннее и внешнее покрытие. Так как все баки мембранные, рассчитанные для систем отопления, изготавливаются из металла — коррозионные процессы не должны повлиять на их целостность;
Уменьшение тепловых потерь за счет дополнительного изоляционного слоя. Относительно большой объем водяной камеры может негативно сказаться на снижении температуры воды в трубах. Если в конструкции не предусмотрен теплоизоляционный слой — его можно сделать самостоятельно, используя вспененный полиэтилен или аналогичный материал;
Обращать внимание на конструкцию. По инструкции мембранный бак для отопления может быть горизонтального или вертикального типа. Установка в другом положении запрещена.

И самое главное — следует приобретать модели только проверенных производителей. К ним можно отнести расширительные баки для отопления компании Wester. Наряду с ней хорошими показателями качества характеризуется продукция компаний Zilmet (Италия), Aquasystem (Италия) и Sprut (Китай). Их средняя стоимость составляет от 2 до 5 тыс. рублей в зависимости от объема.

Несмотря на хорошие эксплуатационные качества дополнительно к расширительным мембранным бакам системы отопления устанавливается спускной предохранительный клапан. Если значение давления в трубах превысит критическое даже для расширительного бака — клапан удалит излишки воды.