Применение мембранных баков в инженерных системах

Мембранные расширительные баки (экспанзоматы) предназначены для компенсации изменения объема теплоносителя в системе отопления при его нагревании–охлаждении, а также для поддержания постоянного давления в системе горячего и холодного водоснабжения.

Конструкция расширительных баков

Экспанзомат представляет собой шарообразную или цилиндрическую стальную емкость, разделенную на две части эластичной мембраной: в одной части находится воздух или газ под давлением, другая – заполняется жидкостью.

Корпус бака, как правило, изготавливается из легированной коррозионно-стойкой листовой стали с лакокрасочным покрытием с наружной стороны. Реже встречаются экспанзоматы с корпусом из нержавеющей стали. Данные баки не получили широкого распростра-нения ввиду высокой стоимости.

Принцип работы расширительного бака состоит в том, что при повышении температуры жидкости (повышении давления) избыток объема жидкости направляется в бак, растягивая мембрану и повышая давление в воздушной полости. При остывании жидкости (снижении давления) мембрана сокращается, выталкивая жидкость в систему. Это позволяет избегать возникновения избыточного давления при разогреве теплоносителя в системе отопления, а также гасить гидроудары в системе холодного и горячего водоснабжения, для которых характерны частые скачки давления при открытии/закрытии водоразборных кранов (включении/отключении насоса).

Основные технические характеристики баков:

• объем, л;
• орабочая температура, °C;
• определьная температура, °C/мин;
• орабочее давление, МПа;
• околичество циклов расширения–сокращения мембраны;
• огарантийный срок от сквозной коррозии корпуса бака;
• определьная концентрация этиленгликоля в теплоносителе, %.

Расширительные баки подразделяются:

• по конструкции:
  а) фланцевые, со сменной мембраной,
  б) диафрагменные, со стационарной мембраной (рис. 1).

Диафрагменный расширительный бак со стационарной мембраной

В последнее время наибольшее распространение получили фланцевые баки со сменной мембраной как более универсальные и простые в эксплуатации, так как их конструкция позволяет заменить поврежденную мембрану, сохранив корпус бака, что немаловажно для баков большого объема.

Диафрагменные баки в основном применяются в системах небольшого объема ввиду дешевизны и меньших габаритов;

• по способу установки:
  а) вертикального исполнения для настенного монтажа с рабочим патрубком, расположенным сверху. Данное исполнение характерно для баков небольшого объема (5–50 л),
  б) вертикального исполнения для напольного монтажа с рабочим патрубком, расположенным снизу. Данное исполнение характерно для баков большого объема (50 л и более),
  в) горизонтального исполнения для баков большого объема, устанавливаемых в помещениях с ограниченной высотой;

• по назначению:
  а) для закрытых систем отопления,
  б) для систем горячего водоснабжения,
  в) для систем холодного водоснабжения (гидроаккумуляторы),
  г) для систем холодоснабжения.

В закрытых системах отопления могут применяться как диафрагменные, так и фланцевые баки с мембраной из бутилкаучука. Данный материал обладает улучшенными характеристиками по сопротивлению высокой температуре и давлению: температура – до 120 °C, давление – до 16 МПа.

В системах горячего водоснабжения применяются баки фланцевого типа с мембраной, выполненной из пищевой резины, предотвращающей контакт питьевой воды с металлом и изменение ее качественных характеристик.

В гидроаккумуляторах для холодного водоснабжения применяются фланцевые баки с мембраной из пищевой резины с улучшенными характеристиками эластичности для более полного гашения гидравлических ударов и поддержания стабильного давления в системе водоснабжения.

Мембранные баки в нормативных документах

Согласно СП 30.13330.2012 «Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01–85*» водонапорные и гидропневматические баки питьевой воды, а также баки-аккумуляторы надлежит изготовлять из металла с наружной и внутренней антикоррозионной защитой. При этом для внутренней антикоррозионной защиты следует применять материалы, прошедшие санитарно-эпидемиологическую экспертизу и имеющие соответствующее разрешение. Для баков-аккумуляторов систем горячего водоснабжения тепловую изоляцию следует предусматривать по расчету.

Гидропневматические баки должны быть оборудованы подающей, отводящей и спускной трубами, а также предохранительными клапанами, манометром, датчиками уровня и устройствами для пополнения и регулирования запаса воздуха.

Бак для закрытых систем отопления

Гидропневматические баки надлежит устанавливать в помещениях, где расстояние от верха баков до перекрытия и между баками и до стен не менее 0,6 м.

Согласно СП 41-101–95 «Проектирование тепловых пунктов» расширительные баки должны быть цилиндрической формы; для баков с внутренним диаметром корпуса до 500 мм должны приниматься плоские приварные или эллиптические днища, а при диаметре более 500 мм – эллиптические. Расширительные баки должны быть оборудованы предохранительными клапанами.

Предохранительные устройства должны быть рассчитаны и отрегулированы так, чтобы давление в защищенном элементе не превышало расчетное более чем на 10 %, а при расчетном давлении до 0,5 МПа не более чем на 0,05 МПа. Расчет пропускной способности предохранительных устройств должен производиться согласно ГОСТ 24570.

В своде правил СП 31-106–2002 «Проектирование и строительство инженерных систем одноквартирных жилых домов» для компенсации температурных расширений теплоносителя в независимых системах отопления следует предусматривать расширительные баки.

В системе водяного отопления с искусственным побуждением циркуляции теплоносителя могут использоваться открытые или закрытые расширительные баки, располагаемые в помещении теплогенератора. Рекомендуется применять расширительные баки диафрагменного типа с тепловой изоляцией.

Требуемая вместимость бака устанавливается в зависимости от объема теплоносителя в системе отопления.

В СП 41-104–2000 «Проектирование автономных источников теплоснабжения» указано, что для приема излишков воды в системе при ее нагревании и для подпитки системы отопления при наличии утечек в автономных котельных рекомендуется предусматривать расширительные баки диафрагменного типа для системы отопления и вентиляции и для системы котла (первичного контура).

Следует учитывать, что в системе теплоснабжения не допускается применять металлополимерные трубы для расширительного, предохранительного, переливного, сигнального трубопроводов согласно СП 41-102–98 «Проектирование и монтаж трубопроводов систем отопления с использованием металлополимерных труб».

Подбор расширительных баков для систем отопления

Для подбора бака необходимо знать следующие параметры системы:

• объем системы – Q, л;
• гидростатическое давление системы – P_ст, кПа;
• давление срабатывания предохранительного клапана – P_пр, кПа;
• коэффициент теплового расширения теплоносителя – b.

Расчет производится по формуле:

Расчет бака для системы ГВС производится аналогично.

Подбор гидроаккумулятора для системы ХВС

Для подбора бака необходимо знать следующие параметры системы:

• средний расход насоса – Q, м 3 /ч;
• рекомендуемую частоту включения насоса – n, 1/ч.

Расчет производится формуле:

Особенности монтажа расширительных баков

Баки для закрытых систем отопления. Баки, как правило, следует устанавливать на обратной магистрали отопления, на всасывающей линии циркуляционного насоса.

Бак, в обязательном порядке, оборудуется (рис. 2):

• запорным краном с пломбировочным устройством, предотвращающим случайное перекрытие;
• группой безопасности, состоящей из манометра, воздухоотводчика и предохранительного клапана.

В случае, если температура в обратной магистрали отопления может превышать 70 °C, необходимо предусмотреть установку промежуточной емкости для предварительного охлаждения теплоносителя.

Также важно помнить, что диаметр подводящего трубопровода должен быть не менее диаметра присоединительного патрубка расширительного бака.

Если в системе отопления применяется теплоноситель на основе раствора этилен- или пропиленгликоля, то потребуется расширительный бак увеличенного объема из-за большего коэффициента расширения таких растворов.

Установка расширительного бака в системе горячего водоснабжения: 1 – расширительный бак; 2 – предохранительный клапан; 3 – насос; 4 – фильтр; 5 – обратный клапан; 6 – запорный кран

Баки для систем горячего водоснабжения. Такие баки, как правило, следует устанавливать на циркуляционной магистрали, на всасывающей линии циркуляционного насоса в непосредственной близости от источника тепла (бойлер, теплообменник). Бак в обязательном порядке оборудуется (рис. 3):

• запорным краном с пломбировочным устройством, предотвращающим случайное перекрытие;
• группой безопасности, состоящей из манометра, воздухоотводчика и предохранительного клапана.

Баки для систем холодного водоснабжения. Данные баки, как правило, следует устанавливать в нижней точке системы холодного водоснабжения. Бак в обязательном порядке оборудуется (рис. 4):

• запорным краном с пломбировочным устройством, предотвращающим случайное перекрытие;
• группой безопасности, состоящей из манометра, воздухоотводчика и предохранительного клапана;
• обратным клапаном.

При регулировке давления в газовой полости следует учитывать, что для предотвращения коррозии внутренней поверхности корпуса бака, на заводе газовая полость заполняется инертным газом, как правило, осушенным азотом. Соответственно, при необходимости повышения давления в газовой полости или при заполнении газовой полости после замены мембраны рекомендуется использовать технический азот. Это позволит избежать окисления неокрашенной стенки бака с влагой атмосферного воздуха и кислородом.

Вариант установки расширительного бака: 1 – манометр; 2 – обратный клапан; 3 – шахта, колодец с водой; 4 – регулирующий вентиль; 5 – шкаф управления; 6 – мембранный расширительный бак для водоснабжения; 7 – манометр; 8 – предохранительный клапан; 9 – подача воды к оборудованию; 10 – вертикальный многоступенчатый насос

Наиболее распространенные неисправности баков

1. Разрыв мембраны. Основными признаками являются: срабатывание предохранительного клапана из-за превышения допустимого давления при расширении теплоносителя; появление резких скачков давления в системе горячего и холодного водоснабжения, частые включения–отключения скважинного насоса в системе холодного водоснабжения; поступление воды из золотника воздушного ниппеля. Следует заменить мембрану, если бак фланцевого типа или бак целиком, если он диафрагменный.
2. Отсутствие наполнения бака водой. Следует проверить давление в воздушной камере. Оно не должно превышать значений, указанных в паспорте бака для расчетного давления в системе.
3. Течь в корпусе бака. Необходима замена бака.

Сервисное обслуживание расширительных баков

Как правило, обслуживание расширительных баков заключается в следующем:

1. Проверка давления в воздушной части мембраны.
2. Проверка контрольно-измерительных приборов группы безопасности (манометра, предохранительного клапана, воздухоотводчика).
3. Проверка запорной арматуры.
4. Внешний осмотр корпуса бака на предмет коррозии.

Поделиться статьей в социальных сетях:

Мембранный бак для водоснабжения: функции и применение

Представитель интересующего нас семейства— горизонтальный гидроаккумулятор

Наша сегодняшняя тема — баки мембранные для систем водоснабжения. Мы выясним, как они устроены и в каких целях используются, а также познакомимся с несколькими схемами включающих их систем. Приступим.

А ты кто такой

Устройство мембранного бака для водоснабжения не отличается сложностью: он состоит из тонкостенной стальной емкости (из черной стали с эмалевым покрытием, реже — из нержавеющей стали), разделенной грушевидной мембраной на два отсека. Один предназначен для воды, второй — для воздуха. Водяной отсек снабжен патрубком для подключения к водопроводу, воздушный имеет ниппель для накачки.

Обратите внимание: воздушный отсек в заводских условиях часто заполняется азотом. Бескислородная среда препятствует коррозии стальных стенок.

Наряду с воздухом бачок может быть наполнен азотом

Производители нередко используют цветовую маркировку изделий.

Преобладают два вида окраски:

1. Мембранный бак для горячего водоснабжения и отопления окрашивается в красный цвет;

Расширительные бачки для ГВС и отопления чаще всего окрашиваются в красный цвет

1. Мембранный бак для холодного водоснабжения обычно синий.

Однако: такой маркировки придерживаются далеко не все изготовители этих изделий. Автору статьи встречались черные, серые, голубые и зеленые бачки.

Небесно-голубой мембранный бак для системы водоснабжения — модель WAV от Wester

Бак мембранный Reflex для систем водоснабжения и отопления окрашен в серый цвет

Функции

Зачем используются баки мембранные для водоснабжения?

Они могут выполнять несколько функций:

• Создавать запас воды. Сжатый воздух в воздушном отсеке гидроаккумулятора создает избыточное давление, обеспечивающее корректную работу санитарной и бытовой техники;

Отключения воды? Не, не слышали

• Экономить ресурс насоса (обеспечивающего автономную подачу воды или повышающего ее напор), делая его включения более редкими. Максимальная нагрузка на механику и обмотку насоса создается при его запуске, поэтому срок службы оборудования обратно пропорционален количеству циклов включения и выключения;

На фото — Reflex DE: мембранный бак для систем водоснабжения работает в паре с погружным скважинным насосом

• Компенсировать температурное расширение воды при ее нагреве. Увеличение объема жидкости в замкнутом пространстве приводит к стремительному росту давления, угрожающему целостности водопровода и бойлера;

Расширительный бачок обеспечивает безопасную работу бойлера косвенного нагрева

Справка: на входе накопительного водонагревателя всегда монтируется обратный клапан, исключающий сброс нагретой воды и осушение нагревательного элемента при отключении магистрального водопровода. Именно клапан делает объем, ограниченный бойлером и водопроводом ГВС, замкнутым.

• Гасить гидроудары. Монтаж мембранного бака водоснабжения делает эксплуатацию водопровода более безопасной: воздух в нем исполняет роль демпфера.

Гидроудар может привести к повреждению труб и сантехники

Расчет

Как выполняется расчет мембранного бака для водоснабжения?

Начнем с небольшого отступления.

Нужно понимать, что в процессе эксплуатации бачок заполняется водой не полностью. Часть его объема занята воздухом. Соотношение полного и эффективного объема зависит от давления накачки (давления в воздушном отсеке в отсутствие воды) и давления в водопроводе.

Обычно, эффективная ёмкость бачка составляет 30-60% от полного объёма. К примеру, бак мембранный для водоснабжения 100 литров, фактически вмещает в себя не больше 60 литров жидкости.

Коэффициент полезного объема в зависимости от давления воздуха и воды

Гидроаккумулятор Wester WAV 100 на практике вмещает не больше 60 литров воды

Если установка мембранного бака водоснабжения нужна для создания запаса воды (в том числе при работе насоса), действует простое правило: больше — лучше. А вот если устройство используется для компенсации температурного расширения при нагреве жидкости, системе необходим более точный расчет.

При нагреве с 10 до 100 градусов по шкале Цельсия вода увеличивает свой объем на 4,34%.

Зависимость между увеличением температуры и объема воды

Казалось бы, все просто: мембранный расширительный бак для водоснабжения должен иметь объем, равный 4-5% от объема бойлера.

Однако мы упускаем пару нюансов:

1. Как мы только что выяснили, мембранные расширительные баки для горячего водоснабжения вмещают гораздо меньшее по сравнению со своим полным объемом количество воды;
2. Следует учитывать объем как бойлера, так и водопровода: жидкость в нем тоже нагревается с сопутствующим нагреву увеличением объема.

С учетом этих тонкостей мембранный расширительный бак для систем водоснабжения должен иметь объем в 10% от объема бойлера.

Расширительный бачок должен быть 10 раз меньше бойлера

Давление

Каким должно быть давление в мембранном баке системы водоснабжения?

Нормой считаются 1,2-1,7 атмосферы для бачков объемом 20-25 литров и 1,8-2 атмосферы для больших объемов. Однако давление зарядки гидроаккумулятора нельзя рассматривать в отрыве от оборудования, которое работает в одной упряжке с ним.

Приведем конкретный пример. Предположим, что гидроаккумулятор подключен к насосу с автоматическим реле давления. Реле включает насос при давлении 1,5 кгс/см2 и выключает при 3 кгс/см2.

Автоматическое реле для насоса

Давление накачки бачка равно 1,7 атмосферы.

Что будет происходить при работе такой системы:

1. По мере расхода воды давление в системе будет падать;
2. В момент, когда в бачке останется несколько миллилитров воды, оно опустится до 1,7 атмосферы (давления накачки);
3. После того, как воздух вытеснит из гидроаккумулятора всю воду, датчик давления зарегистрирует его мгновенное падение с 1,7 кгс/см2 до нуля, и лишь тогда реле включит насос. С практической стороны это означает, что подача воды будет осуществляться с кратковременными перерывами.

Между прочим: при наличии в системе насоса с плавным пуском перебои могут длиться 5-10 секунд.

Неправильно подобранное давление в гидроаккумуляторе приведет к перебоям в подаче воды

Отсюда — практическая инструкция: давление в гидроаккумуляторе должно быть незначительно (примерно на 10%) ниже давления включения автоматического реле.

Как накачиваются мембранные расширительные баки для водоснабжения и гидроаккумуляторы? Как замеряют давление в них?

Обе операции осуществляются через стандартный автомобильный ниппель. Автор использует для накачки велосипедный насос или автомобильный компрессор с манометром.

Накачка воздуха в гидроаккумулятор с помощью автомобильного компрессора

Обратите внимание: ниппель часто скрыт под металлической или пластиковой крышкой. Она защищает его от загрязнений или случайного стравливания находящегося под давлением воздуха.

Ниппель закрыт откручивающейся пластиковой крышкой

Неисправности и ремонт

Что ломается в мембранных бачках и можно ли устранить их неисправности своими руками? Типовая неисправность у этих устройств одна — разрыв эластичной мембраны.

На фото хорошо виден разрыв мембраны гидроаккумулятора

Она непрерывно деформируется в процессе эксплуатации и рано или поздно выходит из строя.

• Если гидроаккумулятор используется в качестве резервного источника воды, ее напор при перекрытом вводе падает сразу после открытия крана;
• Если гидроаккумулятор работает в системе с насосом и автоматическим реле, на разрыв мембраны указывают частые (при каждом открытии крана) включения насоса;
• Неисправные баки расширительные мембранные для систем водоснабжения выдает срабатывание предохранительного клапана и слив воды в дренаж.

Полезно: чтобы убедиться в наличии неисправности, нажмите на шток воздушного ниппеля. Если оттуда капает вода — мембрана лопнула.

К счастью, мембраны для расширительных баков для водоснабжения продаются отдельно от них. Для замены в большинстве случаев достаточно отсоединить бачок от водопровода и, открутив несколько болтов, снять фланец под соединительным патрубком.

Для доступа к мембране нужно открутить болты и снять фланец со стороны патрубка для подключения к водопроводу

Мембранный бак Reflex для водоснабжения вскрыт для замены мембраны

Схемы

Как подключить гидроаккумулятор или расширительный бачок? Подключение баков мембранных для водоснабжения вполне предсказуемо зависит от выполняемых ими функций.

Резервная емкость

Функция мембранного бачка: создание резерва воды.

Подключение: к любой точке водопровода после ввода. Ввод должен быть укомплектован обратным клапаном, исключающим сброс воды при отключении и сбросе магистрального водопровода.

Гидроаккумулятор подключен к водопроводу ХВС

Скважина

Функция: бачок исполняет роль ресивера, позволяя насосу простаивать при небольшом расходе воды.

Подключение: гидроаккумулятор присоединяется к любой точке водопровода после насоса и обратного клапана.

Схема подачи воды из скважины

Клапан может монтироваться на двух участках системы:

1. В случае погружного насоса — на его выходном патрубке;

Обратный клапан на выходном патрубке погружного насоса

1. В случае поверхностного насоса — на всасывающей трубе.

Обратите внимание: в последнем случае клапан обычно дополняется фильтром механической очистки.

Клапан с фильтром

Насосная станция

Насосная станция — комплекс оборудования, включающий реле давления, гидроаккумулятор и поверхностный насос (см. Как подобрать насосную станцию). Она используется для подачи воды из открытого водоема, неглубокой скважины или накопительного бака. Гидроаккумулятор подключен к насосу (как правило, гибкой подводкой); к водопроводу присоединяется выходной патрубок насосной станции.

Вот ключевые особенности ее монтажа:

• Всасывающая труба должна иметь как минимум такой же внутренний диаметр, как всасывающий патрубок станции;
• На всасывающей трубе должен стоять обратный клапан;

Обратный клапан стоит на всасывающем патрубке

• Если насосная станция используется для подачи воды из наполняющейся через поплавковый клапан резервной емкости, между врезками выхода станции и заливного клапана емкости на вводе должен стоять еще один обратный клапан.

Борьба с гидроударами

Функция: гашение гидроударов.

Подключение: на вводе ХВС и/или ГВС без дополнительной арматуры. При коллекторной разводке труб мембранные бачки небольшого объема подключаются к коллекторам водоснабжения.

Бачок для гашения гидроударов установлен на коллекторе

Температурное расширение

Функция: мембранные расширительные баки для горячего водоснабжения компенсируют расширение воды при росте температуры и исключают опасное увеличение давления в бойлере.

Подключение: к водопроводу ГВС сразу после бойлера.

Расширительный бак подключен к водопроводу ГВС рядом с бойлером

На входном патрубке водонагревателя должно стоять два клапана:

1. Обратный. Его функции уже упоминались: он предотвращает слив нагретой воды в водопровод ХВС;
2. Предохранительный. Он дублирует функцию расширительного бачка на случай разрыва его мембраны и сбрасывает в дренаж избыток воды при критическом росте давления.

Односторонний предохранительный клапан для бойлера совмещает функции двух элементов арматуры

Заключение

Надеемся, что нам удалось удовлетворить любознательность читателя. Узнать больше о том, как функционирует система водоснабжения с мембранным баком, вам поможет видео в этой статье. Успехов!