Методика расчета и подбора баков для систем отопления.

Часть 1. Основные понятия

При выборе мембранного расширительного бака необходимо рассчитать следующие параметры: Емкость системы V_syst – это общий объем теплоносителя в системе, включая источники нагрева, радиаторы, трубопровод и т. д.

• Теплогенераторов (котлов, теплообменников и т. д.);
• Буферных баков;
• Транспортных трубопроводов;
• Потребителей тепла (радиаторов, теплых полов, конвекторов и т. д.).

В случае отсутствия проектных данных объем теплоносителя определяется табличным методом, исходя из тепловой мощности системы. Можно воспользоваться приведенными здесь усредненными табличными данными (Таблица № 2).

Для определения средней емкости системы можно умножить показатель тепловой мощности системы в кВт на приведенные в таблице значения. В таблице приведены данные для новых систем. Для более старых систем рекомендуется применять более высокие значения.

Пример:
Тепловая мощность системы — 800 кВт
Отопление осуществляется панельными радиаторами
Ориентировочная емкость системы = 800 х 8,8 = 7040 л

Пример:
Температурный режим системы 90/70 °C.
Для получения коэффициента берем максимальное значение температуры (температура подающей линии) 90 °C. Коэффициент температурного расширения равен при нагреве от 4 °С до 90 °С равен значению 3,47% (по Таблице № 1 или из Графика №1). В таблице и на графике приведены значения процентного увеличения объема воды и водно-гликолевых смесей различной концентрации при увеличении температуры от 4 °C до 105 °C.

При нагревании жидкости в системе ее объем увеличивается. В закрытых системах это приводит к повышению давления. Такое увеличение объема называется объемом расширения. Контроль за объемом в расширительном баке позволяет предотвратить повышение давления. Снижение давления при охлаждении называется сжатием. Объем расширения следует рассчитывать также для систем холодоснабжения.

Объем расширения определяется следующим образом:

V_e = V_syst x n (коэффициент температурного расширения)

Коэффициент температурного расширения находим в Таблице №1 или на Графике №1.

Запас воды в расширительном баке позволяет компенсировать потерю давления в системе, наступающую в результате утечек или дегазации.

Максимальный объем воды, который может поступить в бак со стороны сети теплоснабжения при максимальном расширении.

Общий объем расширительного бака с учетом воды расширения и запаса.

Давление, возникающее в системе в результате воздействия статической высоты системы H_st, от места соединения расширительного бака и самой верхней точки системы, измеренная в метрах водяного столба (10 м вод. ст. = 1 бар). При размещении расширительного бака над системой статическая высота принимается не более 3 м. Значение статического давления необходимо для определения предварительного давления мембранного расширительного бака.

В работающей системе, при высоких температурах в теплоносителе в сочетании с добавками гликоля может быстрее достигаться точка кипения жидкости. В этом случае давление испарения также будет влиять на работу расширительного бака.

Допуск давления предназначен для компенсации разницы между исходными показателями давления и для обеспечения избыточного давления в любой момент эксплуатации на любом участке системы. Рекомендуется добавлять допуск не менее 0,2 бар.

Иногда в проектах нет возможности разместить расширительный бак на обратном трубопроводе оптимальным образом. В этом случае перепады давления в циркуляционном насосе могут оказывать отрицательное или положительное влияние на забор воды расширительным баком.

Давление газа, измеренное на клапане для заправки азота расширительного мембранного бака в месте его установки в системе (при отсутствии в ней теплоносителя) и при температуре окружающей среды.

Исходное давление определяется следующим образом:

P₀ = P_ST + P_D + P_Z + ∆P_насос ( ≥ 0,5 бар, P_Z = 0,2)

Для большинства случаев в расчетах можно использовать упрощенную формулу:

P₀ = P_ST + 0,5

Рекомендуется округление в большую сторону до величины, кратной 0,5 бар.

Установочное давление предохранительного клапана P_SV – это значение давления в системе, при котором происходит открытие клапана в целях сброса излишков теплоносителя и защиты системы от избыточного давления. Чтобы узнать границы точности установочного давления, которые могут влиять на конечное давление, свяжитесь с производителем предохранительного клапана.

Конечное давление P_e – это максимально допустимое давление в системе в месте установки расширительного бака.

Конечное давление определяется следующим образом:

P_e = P_SV + 0,9 (≥ 0,3 бар, предохранительный клапан типа D / G / H)

Эффективность η_G — это соотношение между брутто- и нетто- емкостями бака. Эффективность определяется соотношением между исходным и конечным давлением в абсолютных барах с учетом атмосферного давления (закон Бойля). В случае необходимости можно воспользоваться данными, приведенными в Таблице № 3.

Часть 2. Расчет и подбор мембранного расширительного бака для систем отопления

Расчет расширительного оборудования происходит в несколько шагов:

• Емкость теплоносителя в системе V_syst, л;
• Мощность системы Q_(n,tot), кВт;
• Статическая высота над баком H_st, м;
• Максимальная температура системы t_max, °С;
• Минимальная температура системы t_min, °С (Стандартная величина 4 °C);
• Температура в обратном трубопроводе t_R , °С;
• Установленное давление срабатывания предохранительного клапана P_SV, бар.

Расширение воды в результате изменения температуры можно рассчитать с помощью такой величины, как плотность ρ при минимальной и максимальной температуре теплоносителя: n = 1- (p_(t,max)/p_(t,min))

Шаг 3. Определите объем расширения V_e

Для этого необходимо умножить емкость системы V_syst на коэффициент расширения n:

V_e = V_syst x n

Как правило для того, чтобы компенсировать потери теплоносителя, необходим запас теплоносителя в размере 0,5% от объема системы.

V_wr = V_syst x 0,5%

Однако в случае с небольшими по объему системами даже малая потеря теплоносителя оказывает гораздо более значительное влияние на давление. Поэтому минимальный используемый объем запаса воды составляет 3 литра.

Шаг 5. Определите эффективность η_G

Используйте формулу, приведенную ниже (закон Бойля-Мариотта):

Шаг 6. Определите брутто-емкость расширительного бака V_брутто

Чтобы вычислить брутто-емкость расширительного бака, разделите нетто-емкость на эффективность:

Температура в расширительном баке

Максимально допустимая температура на мембране в расширительном баке обычно составляет 70 °C. В случае необходимости применения мембранного расширительного бака при более высоких показателях температур, в монтажном проекте должна быть предусмотрена промежуточная емкость для обеспечения защиты мембраны расширительного бака от воздействия высокой температуры. Минимально допустимая температура в расширительном баке обычно составляет -10 °C.

Минимальное и максимальное давление при заполнении системы

В этом расчете учтены все ранее упомянутые замечания. При расчете минимально необходимого давления при заполнении системы лучше всего использовать температуру системы на момент ее заполнения. Вычисление максимально допустимого давления при заполнении системы позволяет определить допуск, который необходимо соблюдать при заполнении системы.

Понятия

P_(ini,min) = минимальное давление при заполнении системы

P₀ = исходное давление бака

V_брутто = номинальный объем бака

V_wr = запас воды

V_e = объем расширения при температуре заполнения

∆V_e = Разница объемов расширения при максимальной температуре и температуре заполнения.

Минимальное давление при заполнении системы

Максимальное допустимое давление при заполнении системы

Часть 3. Примеры расчетов расширительных баков для систем отопления

Пример 1: система центрального теплоснабжения

Данные

• Емкость системы V_syst = 340 л
• Мощность котла неизвестна
• Макс. темп. отопления (90 / 70 °C) t_max = 90 °C
• Высота системы = 8 м
• Установочное давление предохранительного клапана P_sv = 3,0 бар
• Расширительный бак и котел размещены над системой.
• Поскольку расширительный бак размещен над системой, статическая высота составляет не более 3 м. Значит: статическая высота H_st = 3 м.

Расчет

При максимальной температуре системы 90 °C коэффициент расширения n = 3,47%

Объем расширения:

V_e = V_syst х n = 340 х 3,47% ≈ 11,80 л

Запас воды:

V_wr = 340 л х 0,5% (≥6) л = 6 л

Исходное давление:

P₀ = H_st/10 + 0,2 = 3/10 + 0,2 = 0,5 бар

Конечное давление:

P_e = 3,0 - 10% = 2,7 бар

Эффективность:

Необходимая брутто-емкость V_брутто расширительного бака:

Выбираем бак с округлением в большую сторону.

Лучший выбор: Бак на 35 литров

Определить допуск давления заполнения системы при 20 °C:

Пример 2: система центрального теплоснабжения

Данные

• Емкость системы неизвестна
• Мощность котла = 280 кВт
• Макс. темп. отопления (80 / 60 °C) = 80 °C
• Высота системы = 12 м
• Установочное давление предохранительного клапана
• P_sv = 3,0 бар
• Расширительный бак и котел размещены под системой
• Элементы системы: только панельные радиаторы

Расчет

Расчетная емкость системы = 280 x 8,8 = 2 464 л

При максимальной температуре системы 80 °С коэффициент расширения n = 2,82%

Объем расширения:

V_e = 2 464 x 2,82 % = 69,48 л

V_wr = 2 464 x 0,5% (≥ 6) = 12,32 л

Статическая высота H_st = 12 м

Исходное давление:

P₀ = (12/10) + 0,2 = 1,4 бар => округление до 1,5 бар

Конечное давление:

P_e = 3,0 - 10% = 2,7 бар

Эффективность:

Необходимая брутто-емкость V_брутто расширительного бака:

Выбираем бак с округлением в большую сторону.

Лучший выбор: Бак на 300 литров.

Определить допуск давления заполнения системы при 20 °C:

Внимание: недостаточный допуск между P_(ini,min) и P_(ini,max) (мин. 0,25 бар)

Вывод: возьмите бак 425 / 1,5 и рассчитайте максимальное давление заполнения снова (= 3.92 бар).

Источники: Технический каталог Flamco 2017, G. Kell 1975, Åke Melinder 2007

Запрещено копирование и переписывание информации с сайта, в том числе частичное, без согласия администрации сайта и указания ссылки на первоисточник.