Расширительный бак

Расширение теплоносителя. Вода при нагреве расширяется, и коэффициент расширения — это относительный прирост объёма при переходе от температуры заполнения к максимальной:

Для воды при нагреве с 10 до 80 °C это около 2,9 %, с 10 до 95 °C — около 3,9 %.

Объём бака получается делением объёма расширения на коэффициент эффективности — долю бака, которая реально может заполниться теплоносителем при росте давления от зарядного до максимального:

Единица в знаменателе — переход от избыточного давления к абсолютному: газ в баке подчиняется закону Бойля именно по абсолютному давлению.

Давление зарядки должно быть не меньше статического давления столба теплоносителя над баком плюс небольшой запас, иначе при остывании системы верхние точки окажутся без давления и туда подсосёт воздух:

Максимальное рабочее давление принимают ниже настройки предохранительного клапана, чтобы клапан не срабатывал в нормальном режиме: для клапанов до 3 бар обычно на 0,5 бар ниже, для более высоких — на 10 %.

Резервный объём — небольшой запас теплоносителя, который остаётся в баке даже в холодной системе. Он компенсирует мелкие утечки и не даёт мембране работать в крайнем положении. Производители рекомендуют 0,5 % объёма системы, но не менее 3 л.

• Расчёт для закрытой системы с мембранным баком. Для открытого расширительного сосуда он не нужен: там объём принимают из других соображений.
• Плотность взята для воды при атмосферном давлении. Сжимаемостью воды под рабочим давлением пренебрегается — она на порядки меньше теплового расширения.
• Газ в баке считается идеальным, процесс — изотермическим. При быстром нагреве процесс ближе к адиабатическому, и давление растёт чуть сильнее расчётного.
• Предполагается, что бак стоит на обратке, где теплоноситель холоднее. Мембраны большинства баков не рассчитаны на длительную работу при высокой температуре.
• Поправка на гликоль вводится вручную. Раствор гликоля расширяется сильнее воды, но насколько именно — зависит от концентрации и от состава конкретного теплоносителя.

• Максимальная температура — это не рабочая. Считать нужно по той температуре, до которой теплоноситель может дойти при отказе автоматики, то есть по уставке аварийного термостата (обычно 95–100 °C), а не по комфортным 60 °C. Расчёт по рабочей температуре занижает бак примерно вдвое, и при аварийном перегреве сбросит предохранительный клапан.
• Давление зарядки проверяют на снятом баке. Заводская зарядка обычно 1,5 бар и почти никогда не совпадает с нужной. Если бак не перезарядить под конкретную систему, весь этот расчёт не имеет значения: эффективный объём окажется совсем другим.
• Разница P_max и P₀ решает всё. При P₀ = 1,5 и P_max = 2,0 коэффициент эффективности всего 0,17, и бак нужен почти вшестеро больше объёма расширения. Именно поэтому в высоких зданиях расширительные баки такие крупные.
• Объём системы. Ошибка в объёме переходит в объём бака линейно. Забытая обратка — двукратная ошибка.
• Гликоль. Стандартную поправку взять неоткуда: у разных теплоносителей она разная. Значение из паспорта конкретной жидкости всегда лучше любого коэффициента по умолчанию.
• Расширительный бак не заменяет предохранительный клапан и не отменяет его. Это два разных устройства, и в закрытой системе нужны оба.