4.1. Расширительные баки и баки ГВС
Объем расширительного бака для системы отопления зависит от общей емкости системы. Его следует подбирать так, чтобы полезный объем бака был не меньше температурного расширения теплоносителя.
Исходными данными при расчете расширительного мембранного бака будут являться:
1) Объем теплоносителя (воды) в системе, Vсист, л. Данная величина может быть вычислена в зависимости от мощности системы.
2) Статическая высота (статическое давление). Высота столба жидкости в системе, находящегося под баком. Один метр столба жидкости создает давление 0,1 бара.
3) Предварительное давление расширительного мембранного бака, Рпредв – давление газа в газовой камере пустого расширительного мембранного бака при комнатной температуре. Эта величина должна равняться статическому давлению, создаваемому столбом жидкости в системе после ее заполнения. Таким образом, до введения системы в работу, давление газа в баке компенсирует статическое давление столба жидкости, в результате чего мембрана бака находится в равновесии и бак еще не заполнен.
4) Максимальное давление, Рмакс – максимальное давление в системе в месте установки расширительного мембранного бака.
5) Средняя температура системы, Тср, °С – средняя температура системы в процессе ее работы.
Порядок расчета
1) Определяется коэффициент расширения жидкости Красш (прирост объема, %) при ее нагреве (охлаждении) от 10 °С (принимается, что система заполняется при температуре 10 °С) до средней температуры системы. Для определения этого коэффициента используются диаграммы 1 и 2.
Диаграмма 1. Температурное расширение воды в % при ее нагреве (охлаждении) от 10 °С до средней температуры системы
Диаграмма 2. Температурное расширение смеси воды и этиленгликоля в % при ее нагреве (охлаждении) от 10 °С до средней температуры системы
2) Определяется объем расширения Vрасш – объем жидкости, вытесняющейся из системы при ее нагреве от 10 °С до средней температуры системы.
Vрасш= Vсист · Красш(л)
3) Определяется коэффициент заполнения расширительного мембранного бака (коэффициент эффективности) Кзап – при заданных условиях работы, который показывает максимальный объем жидкости (в процентах от полного объема расширительного мембранного бака), который может вместить бак. Все давления в формуле – абсолютные.
Кзап = (Рмакс– Рпредв) / Рмакс
4) Определяется потребный полный объем V расширительного мембранного бака и вводится коэффициент запаса 1,25.
V = (Vрасш· 1,25) / Кзап (л)
5) Выбирается модель расширительного мембранного бака с округлением в сторону ближайшего целого.
Пример
Исходные данные:
Объем воды в системе:
Vсист = 1200 л.
Температура: Т = 90/70 °С.
Статическая высота: 5 м.
Максимальное давление: 3 бар.
Бойлер установлен в подвале.
Расчет:
1) Vрасш= 1200 · 2,89 (по диаграмме)= 34, 68 л
2) 
3) 
Может быть рекомендован бак 80 л, т. е. объем расширительного бака при использовании воды в качестве теплоносителя равен 6–7 % от объема системы.
Для простоты расчетов можно использовать таблицу коэффициентов заполнения фирмы Zilmet (табл. 2). В ней показано, какая часть бака действительно заполнена теплоносителем.
Табл. 2. Коэффициенты заполнения расширительного бака
Данный пример расчета подходит не только к расширительным бакам отопления, но также может применяться при выборе баков ГВС и солнечных установок.
4.2. Подбор баков-аккумуляторов
Есть житейское правило: «Чем больше объем бака, тем лучше». В то же время существуют методики точного подбора и расчета объема баков на основе европейских норм UNI 9182.
Метод используется для расчета объема гидроаккумулятора на основании средней производительности насоса (соответствующей максимальному расходу воды Qmax) и минимальных и максимальных значений динамического давления (с учетом разницы уровней, потерь и т. д.).
Vt= 16,5 · Qmax · PmaxvPmin/(a · ΔP · Pprec)
Vt – объем гидроаккумулятора в литрах.
Qmax – средняя производительность насоса, равная максимальному расходу воды (в литрах/ мин).
а – максимально допустимое число запусков насоса в час (значение, рекомендуемое производителем насоса).
Pmax – максимальное абсолютное давление, на которое настроено реле давления, равное относительному давлению + 1Атм.
Pmin – минимальное абсолютное давление, на которое настроено реле давления, равное относительному давлению + 1Атм, которое не должно быть ниже, чем (высота строения в метрах)/10 + 1Атм.
ΔP – разность Pmax и Pmin
Pprec – абсолютное давление газа в гидроаккумуляторе, которое никогда не должно превышать Pmin.
Для оптимальной работы гидроаккумулятора необходимо, чтобы Pprec < Pmin. Рекомендуется, чтобы:
Pprec + 0,5 бар = Pmin.
Пример: определить объем гидроаккумулятора для системы с реле давления, отрегулированным на минимальное давление 2,5 бар и максимальное – 4,5 бар при требуемом расходе воды 105 л/мин.
Q max = 105 л/мин;
a = 12;
P max = 4,0 + 1 = 5,0 АТА;
P min = 2,0 + 1 = 3,0 АТА;
ΔP = 5,0–3,0 = 2 АТА;
P prec = 3,0–0,5 = 2,5 АТА;
V t =16,5 · 105 · 5,0 · 3,0 / 12 / 2 / 2,5 = 433,13 л
4.3. Компенсаторы гидравлических ударов
Как уже говорилось, гидравлические удары в системе являются следствием работы насосной техники и трубопроводной арматуры. Давление в сетях при гидроударах может достигать 10–15 бар. В нашей стране для поглощения гидроударов применялись вибровставки и сильфонные компенсаторы, но для защиты бытовой техники разработаны баки-компенсаторы. Их подбор производится на основе инструкции UNI 9182 Европейского Союза.
Превышение давления при гидроударе:
Ризб = 2 · ρ · V · e /t
ρ – плотность жидкости, кг/м3;
V – линейная скорость жидкости в трубопроводе;
е – длина участка трубопровода;
t – время остановки насоса или закрытия крана.
Пример: Пусть Ризб = 9,4 бара, тогда объем гидрокомпенсатора:
;
где:
Vr – расчетный объем гидрокомпенсатора;
Vводы – объем воды, прошедший за время остановки насоса;
Рраб – рабочее давление системы, бар;
Рмах – максимально допустимое давление, бар;
Рмах = Ризб + Рраб = 9,4+4 = 13,4 бара
Если Р мах = 13,4 бар, а производительность насоса 0,7л/с при времени закрытия крана/остановки насоса 1,5 с, то (средний расход 1,05 л)
#f4.png ;
Следовательно, необходим гидрокомпрессор объемом 6 литров.