Расширительный бак  предназначен для компенсации колебаний объёма воды образующихся при изменении её температуры в замкнутом контуре системы отопления. Вода — несжимаемая жидкость и при нагреве увеличивает свой удельный объём. В замкнутом контуре системы отопления нагрев воды и последующий за ним прирост объёма, повлечёт за собой существенное повышение давления способное разрушить элементы системы отопления. При разогреве системы отопления избыточный объём воды поступает в расширительный бак растягивая мембрану и сжимая воздух, а в момент охлаждения дефицитный объём вытесняется из бака сжатым воздухом. Незначительные утечки теплоносителя в системе отопления, также компенсируются водой вытесняемой из расширительного бака, если резервный объём предусмотрен при его расчёте.

Сфера применения:
Расширительные баки устанавливают в системах отопления и водоснабжения, на котельных и просто в замкнутых контурах с подводом тепла к воде.В системах отопления мембранные расширительные баки устанавливают при тепловой мощности менее 6МВт, так как в системах большей мощности, как правило, постоянные утечки воды требуют круглосуточной работы подпиточных насосов.

Достоинства :
 - Возможность установки в любой точке системы отопления.
 - Вода не контактирует с воздухом и не насыщается кислородом способствующим коррозии элементов системы отопления.

Недостатки:
 - Высокая цена по сравнению с баками открытого типа.
 - Больший объём по сравнению с открытыми расширительными баками.
 - Давление в системе отопления колеблется в зависимости от температуры теплоносителя (при максимальной температуре — максимальное давление).

Устройство и конструкция расширительного бака

   Устройство расширительного бака — герметичный стальной сосуд, разделённый эластичной водонепроницаемой мембраной на две части. В одной части предусмотрен патрубок для подключения к системе отопления, а вторая часть заполнена газом (обычно азотом). В газовой части предусмотрен ниппель необходимый для создания начального давления. В мембранных расширительных баках вода не контактирует с воздухом, что существенно снижает её коррозионную активность, а давление в баке и в системе отопления может колебаться в широком диапазоне. Закрытые баки неприхотливы к монтажу, они могут устанавливаться горизонтально или вертикально, иметь плоский или цилиндрический корпус, стоять на ножках или крепиться на стене. Мембрана может быть сменной или не сменной. Цена расширительных баков со сменной мембраной, выше цены бака такого же объёма но с несъёмной мембраной, за то в случае разрыва мембраны не потребуется замена всего бака. Кроме того, в расширительных баках со сменной мембраной вода не контактирует с внутренней поверхностью бака, что является дополнительной защитой от коррозии. Бутиловая мембрана применяется в расширительных баках для воды с температурой от -10°C до +100°C и отличается меньшей эластичностью, чем у каучуковой, но большей долговечностью. EPDM мембрана из этилен пропилена устанавливается при температуре воды от -10°C до +100°C и также, как каучуковая - не исключает диффузию воды.Каучуковая мембрана применяется как правило в гидроаккумуляторах для воды с температурой от -10°C до +50°C, она эластична и недолговечна, а со временем возможна диффузия воды. Расширительные баки каучуковой мембраной, как правило не комплектуются. Мембранные расширительные баки широко применяются в современных системах отопления и практически вытеснили открытые расширительные сосуды.

Достоинства мембранных расширительных баков:
 - Исключает поглощение водой воздуха
 - Устанавливается в любом месте системы отопления
 - Неприхотлив к монтажу и имеет массу различных конструкций
 - Широкий диапазон допустимых давлений в системе отопления

Недостатки мембранных расширительных баков:
 - Возможен разрыв мембраны
 - Необходим предохранительный клапан
 - Давление в системе отопления изменяется в зависимости от температуры воды
 - Цена мембранных расширительных баков больше чем у открытых емкостей

   Конструкция расширительного бака открытого типа — стальная ёмкость с люком в верхней части, двумя патрубками в нижней и одним в средней части бака. Две трубки в нижней части необходимы для создания циркуляции воды через бак, а трубка в средней части необходима для контроля уровня воды и выводится через кран в дренаж. Безнапорные расширительные баки применялись в системах водяного отопления с самого начала их существования, устанавливались они на чердаках или лестничных клетках зданий.

Достоинства безнапорных расширительных баков
 - Простая конструкция
 - Выполняет функцию воздухосборника и воздухоотводчика
 - Низкая цена - по сравнению с мембранным расширительным баком

Недостатки открытых расширительных баков
 - Обязательная тепловая изоляция
 - Монтаж в верхней точке системы отопления
 - Соединение тремя трубами с тепловым пунктом
 - Насыщение воды кислородом и как следствие высокая коррозионная активность

Принцип работы расширительного бака

   Принцип работы расширительного бака — рассмотрен на примере напорного мембранного бака подключённого к замкнутому контуру системы отопления. Вода при нагреве увеличивает свой удельный объём. Так, например, при температуре в 20°C один килограмм воды занимает объём в 1,002 дм3 (литра), а при температуре в 90°C увеличивается в объёме до 1,036 дм? (литра). То есть, каждый килограмм воды при нагреве от комнатной температуры 20°C, до максимальной для системы отопления температуры 90°C, увеличил свой объём на 3,4%. Вода — несжимаемая жидкость, поэтому даже незначительный прирост объёма в замкнутом контуре системы отопления станет причиной существенного роста давления способного разрушить её элементы. Функция расширительного бака в системе отопления заключается в поглощении избыточного объёма воды в момент разогрева и вытеснении дефицитного объёма в момент охлаждения.
   Давление в холодной системе отопления, равно давлению в расширительном баке и равно начальному эксплуатационному давлению. В этот момент, большая часть бака заполнена газом. При нагреве в замкнутом контуре вода расширяется и давление в системе отопления увеличивается, прирост объёма попадает в бак, мембрана растягивается и уменьшает долю воздушного пространства подобно поршню (воздух сжимается). В это время давление в расширительном баке, а соответственно и в системе отопления — увеличивается. При достижении температурой воды максимального значения, давление в системе отопления и в расширительном баке поднимается до максимального допустимого значения.
   С понижением температуры объём воды в системе отопления уменьшается, а давление снижается и ранее принятая вода выталкивается из бака сжатым воздухом. Доля воздушного пространства в объёме расширительного бака увеличивается — воздух выталкивает воду. В случае незначительных утечек воды - давление в системе, а соответственно и в расширительном баке — снижается и сжатый воздух выталкивает резервный объём воды, тем самым осуществляя подпитку системы отопления. Следует отметить, что эффективная работа расширительного бака в системе отопления, может быть обеспечена лишь при правильном его расчёте и квалифицированной настройке.

Технические характеристики расширительных баков

Начальное давление газового пространства — избыточное давление в газовой полости расширительного бака в момент его поставки. В зависимости от условий эксплуатации давление газового пространства может быть увеличено с помощью автомобильного компрессора или уменьшено спуском газа через ниппель.

Максимальное давление — максимальное избыточное давление в расширительном баке, при котором гарантирована длительная безаварийная работа. Давление срабатывания предохранительного клапана установленного возле расширительного бака должно быть меньше, либо равно максимальному давлению.

Объём расширительного бака — объём внутренней полости разделённый герметичной эластичной мембраной на две части. Объём воды запасённой в баке всегда меньше объёма бака, так как, одна полость всегда заполнена газом.

DN — номинальный диаметр присоединительного патрубка.

Расчёт расширительного бака

  Расчёт расширительного бака выполняют для определения его объёма, минимального диаметра присоединительного трубопровода, начального давления газового пространства и начального эксплуатационного давления в системе отопления. Методика расчёта расширительных баков непроста, но в целом можно установить такую зависимость между объёмом бака и влияющими на него параметрами:
 - Чем больше ёмкость системы отопления, тем больше объём расширительного бака.
 - Чем выше максимальная температура воды в системе отопления, тем больше объём бака.
 - Чем выше максимально допустимое давление в системе отопления, тем меньше объём.
 - Чем меньше высота от места установки расширительного бака до верхней точки системы отопления, тем меньше объём бака.
Так как, расширительные баки в системе отопления необходимы не только для компенсации изменяющегося объёма воды но и для пополнения незначительных утечек теплоносителя — в расширительном баке предусматривают некоторый запас воды, так называемый эксплуатационный объём. В выше приведенном алгоритме расчёта заложен эксплуатационный объём воды в размере 3% от ёмкости системы отопления.

Подбор расширительных баков

   Подбор расширительного бака следует выполнять с учётом его температурныx и прочностных характеристик. Давление и температура в месте подключение бака не должны превышать максимально допустимых значений.
   Объём расширительного бака должен быть больше или равен объёму, полученному в результате расчёта. Негативных последствий от завышения объёма, сверх расчётного - нет.
   Если установка расширительных баков предусматривается в помещении, то следует учесть что сосуды диаметром более 750 мм и высотой более 1,5м могут не пройти в дверной проём, а для их перемещения потребуются средства механизации. В таком случае лучше отдать предпочтение не одному, а нескольким мембранным бакам меньшей ёмкости.
При использовании в качестве теплоносителя гликолевых смесей рекомендуется подобрать расширительный бак с объёмом на 50% превышающим расчётный.
Первый признак неправильно рассчитанного расширительного бака или невыполненной его настройки — это частое срабатывание предохранительного клапана.

Схема подключения расширительного бака

Схема подключения расширительного бака в систему отопления должна включать:
- Отключающий запорный кран — для дренажа бака и проверки начального давления газового пространства.
- Дренажный кран — для спуска воды из бака.
- Манометр для контроля давления в месте подключения расширительного бака
- Предохранительный клапан — для защиты системы отопления и от аварийного превышения давления.

  Расширительные баки для системы отопления применяют в зданиях с автономными источниками тепла и зданиях подключённых к тепловой сети по независимой схеме.
  Подключают расширительный бак, перед всасывающим патрубком циркуляционного насоса, при этом на участке между местом подключения бака и насосом не должно быть элементов вносящих существенное гидравлическое сопротивление. Такая схема подключения обеспечивает стабильное избыточное давление в системе отопления независимо от теплового и гидравлическогое режима. Подключение выполняют с использованием разборных свинчиваемых соединений, так как в процессе эксплуатации может потребоваться отключение бака для проведения ремонта.
  Ещё одна особенность мембранных расширительных баков это рост давления в системе отопления с ростом температуры воды. Поэтому бак должен быть рассчитан таким образом, чтобы при максимальной температуре воды давление не превысило максимально допустимого, а при минимальной - не стало меньше давления необходимого для заполнения системы отопления. Исключить колебания давления в системе отопления с изменением температуры, можно установив расширительный бак, давление в газовой полости которого поддерживается компрессором.
   Расширительный бак для котла необходим только в том случае, если котёл присоединён к замкнутому контуру, не сообщающемуся с атмосферой, он защищает котёл и подключённую к нему систему отопления или горячего водоснабжения от превышения давления выше максимально допустимого значения. Котлы малой мощности (до 30 кВт), как правило, серийно комплектуются расширительными баками, а вот для котлов большей мощности их необходимо подбирать отдельно.

Настройка давления в расширительном баке

Настройку давления в расширительном баке следует выполнять в такой последовательности.
1. Заполните форму приведенную в разделе Расчёт расширительного бака и в результате расчёта вы получите все параметры необходимые для настройки бака с перечнем емкостей удовлетворяющих заданным условиям.
2. Расширительные баки поставляются предварительно заполненные газом. Перед подключением бака к системе отопления установите в нём начальное давление газового пространства в соответствии со значением приведенным в результатах расчёта. Для этого может понадобиться либо сбросить давление, спустив газ через ниппель, либо с помощью компрессора, через тот же ниппель накачать его.
3. Подключите бак к системе отопления и медленно заполните её водой, до тех пор пока давление в системе не сравняется с давлением газового пространства расширительного бака.
4. Включите циркуляционный насос и продолжайте заполнять систему водой до тех пор, пока в месте подключения расширительного бака не установится - начальное эксплуатационное давление. В это время в бак попадёт резервный эксплуатационный объём воды.
5. После включения источника тепла и выхода в режим работы с максимальной температурой, каждый килограмм теплоносителя увеличится в объёме на величину удельного приращения объёма, приведенную в результатах расчёта, а в расширительный бак попадёт теплоноситель в объёме равном полезной ёмкости бака. В это время, давление в баке повысится до максимального рабочего давления приятого при его расчёте.

Установка и монтаж расширительного бака

   Установка расширительного бака должна выполняться квалифицированными специалистами в соответствии с проектом и инструкцией производителя. Ниже приведены общие рекомендации касающиеся монтажа расширительных баков закрытого типа (мембранных).
Требования к монтажу:
 - Для проведения технического обслуживания на подводящем трубопроводе должна быть установлена запорная арматура защищённая от случайного закрытия.
 - На участке между запорной арматурой и присоединительным патрубком расширительного бака следует установить дренажный кран, для спуска воды из бака и проверки начального давления газового пространства.
 - Подключение бака к трубопроводу рекомендуется выполнять через свинчиваемое или фланцевое соединение, так как в процессе эксплуатации может потребоваться отключение бака от системы для проведения ремонта.
 - Вблизи места подключения расширительного бака должен быть установлен манометр и предохранительный клапан.
 - На ответвлении, которое соединяет расширительный бак с системой отопления, не допускается установка фильтров и обратных клапанов.
 - Элементы бака не должны испытывать статической нагрузки от подводящих трубопроводов или другого оборудования.
 - Параметры рабочей среды в месте установки бака не должны выходить за пределы параметров установленных изготовителем.
 - Перед подключением к системе отопления, в расширительном баке следует создать начальное давление газового пространства в соответствии со значением полученным расчётом. Расчёт всех необходимых параметров вы найдёте в разделе сайта, <Расчёт расширительного бака>.

Требования к установке:

 - Не допускаются изменения в конструкции бака.
 - Не допускается монтаж расширительного бака с внешними повреждениями.
 - Площадка предусмотренная для установки расширительного бака должна выдерживать вес бака заполненного на 100% водой.
 - В помещении следует предусмотреть возможность слива воды из бака, при необходимости.
 - Помещение в котором предусматривается установка расширительного бака должно быть отапливаемым. Замерзание воды недопустимо.
 - Масса и габариты расширительных баков объёмом более 750 литров могут затруднить монтаж, обязательно проверьте, пройдёт ли ёмкость в дверные проёмы и учтите, что его масса будет исчисляться сотнями килограмм.
 - Предусмотреть защиту ёмкости от воздействия влаги и механических повреждений.

Обслуживание расширительного бака

 - Раз в пол года проверка внешних повреждений, на наличие коррозии, вмятин и подтеканий. В случае выявления внешних повреждений необходимо установить и устранить причину их возникновения.
 - Раз в пол года проверка начального давления газового пространства Pг, на соответсвие расчётному значению. Рассчитать начальное давление газового пространства можно в разделе сайта Расчёты.
 - Раз в пол года проверка целостности мембраны и при выявлении её нарушения произвести замену (если она заменяемая).
 - При длительном бездействии расширительного бака, его необходимо хранить в сухом помещении, предварительно слив из него всю воду.
   Проверка начального давления газового пространства в расширительном баке. Чтобы проверить начальное давление газового пространства необходимо отключить бак от системы отопления, дренировать из него воду и к ниппелю газовой полости подключить манометр. Если давление ниже установленного при настройке - через тот же ниппель бак следует накачать компрессором (возможно автомобильным).
   Проверка целостности мембраны. Если во время проверки давления газового пространства после дренирования воды через дренажный кран пошёл воздух, а давление в газовой полости упало до атмосферного — пробита мембрана.

Ремонт расширительного бака

   Если в результате диагностики было обнаружено повреждение мембраны, её необходимо заменить. Клеить мембрану не рекомендуется, так как циклическое растяжение-сжатие, разрушающе для клееных соединений.
Порядок замены мембраны :
 - Отсоедините расширительный бак от системы отопления и дренируйте его.
 - Сбросьте давление газовой полости через ниппель в верхней части бака.
 - Демонтируйте фланец мембраны, который находится в области патрубка для присоединения трубопровода. Отвинчивая гайку в верхней части корпуса (при её наличии) освободите держатель мембраны.
 - Извлеките мембрану из отверстия в нижней части корпуса.
 - Проверьте внутреннюю поверхность корпуса на предмет загрязнений и коррозии, при наличии удалите их и промойте поверхность водой. После высушите корпус расширительного бака.
 - Помните, мембрана не маслостойкая, поэтому маслосодержащие вещества не должны использоваться для антикоррозионной защиты внутренней поверхности корпуса.
 - Вставьте держатель мембраны в отверстие в верхней части устанавливаемой мембраны, (если крепление предусмотрено конструкцией бака).  - Вверните болт в держатель мембраны, вставьте мембрану в корпус и введите держатель в отверстие в днище корпуса. Зафиксируйте держатель мембраны гайкой.
 - Смонтируйте на корпус фланец мембраны.
 - Установите предварительное давление воздуха в расширительном баке. Проверьте на утечки и присоедините бак к системе отопления.

Замена частей допускается лишь оригинальными запчастями от производителя бака.
Заполнять воздушную камеру лучше всего инертным газом, например азотом.
Прежде чем удалить газ из воздушной камеры следует слить из бака воду.
Ресурс службы расширительного бака снижается при максимальных значениях и перегрузках, а так же вне диапазона указанных температур.

Требования норм, касающиеся расширительных баков

   Ниже собраны требования норм и правил касающиеся подбора, монтажа и эксплуатации расширительных баков. Приведенный перечень нормативных требований не является исчерпывающим, и со временем будет расширяться. Выдержки взяты из нормативных документов регулирующих порядок проектирования, монтажа и эксплуатации инженерных систем жилых, общественных и административно бытовых зданий. В разделе не приведены требования норм и правил которые относятся к Расширительным бакам применяемым в промышленности и технологических установках.

Правила технической эксплуатации тепловых установок и сетей

Пункт 6.3.77 — Раздел 6.3 Тепловые сети — Глава 6 Распределение и преобразование тепловой энергии

Заполнение и подпитка тепловых сетей, систем теплоснабжения осуществляется деаэрированой, химически очищенной водой.
Качество воды в тепловой сети и воды для подпитки должно соответствовать требованиям пункта 6.8.
Подпитка должна быть автоматизирована, а для контроля на подпиточном трубопроводе устанавливают расходомер-регистратор или счётчик воды. Подпитку водой систем отопления и вентиляции, подключённых по независимой схеме, следует осуществлять из обратного трубопровода тепловой сети. Расширительный бак оборудуют системой автоматизированного контроля уровня воды со звуковой и световой сигнализацией в тепловом пункте.

СНиП 2.04.05 Отопление вентиляция и кондиционирование

Пункт 3.36 — Глава 3 Отопление

Прокладка транзитных трубопроводов систем отопления не допускается через помещения убежищ, электротехнические помещения и пешеходные тоннели.
На чердаках допускается установка расширительных баков систем отопления с тепловой изоляцией из негорючих материалов.

Пункт 3.43 — Глава 3 Отопление

   Удаление воздуха из систем отопления при теплоносителе воде и из конденсатопроводов, заполненных водой, следует предусматривать в верхних точках, при теплоносителе паре - в нижних точках конденсационного самотечного трубопровода.
В системах водяного отопления следует предусматривать, как правило, проточные воздухосборники или краны. Непроточные воздухосборники допускается предусматривать при скорости движения воды в трубопроводе меньше 0,1 м/с.
Воздух следует удалять, как правило, через автоматические воздухоотводчики.
Системы водяного отопления с автономными теплогенераторами и системы, присоединенные к тепловой сети по независимой схеме, должны быть оборудованы устройствами для компенсации температурного расширения воды открытого или закрытого типа. При оборудовании системы компенсирующей емкостью закрытого типа необходимо утанавливать на трубопроводе системы предохранительный клапан.

Благодарность за предоставленные материалы:
http://www.ktto.com.ua