ВОЗДУХ И ЕГО РОЛЬ В СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ

В системах центрального отопления, особенно водяного, скопления воздуха (точнее газов) нарушают циркуляцию теплоносителя (12.3) и вызывают шум (12.4) и коррозию (12.5) стали. Воздух в системы отопления попадает различными путями:

- частично остается в свободном состоянии при заполнении их теплоносителем; - подсасывается в процессе эксплуатации неправильно сконструированной и смонтированной системы;

- вносится водой при заполнении и эксплуатации в растворенном (точнее, поглощенном, абсорбированном) виде. В системе с деаэрированной водой появляется водород с примесью других газов;

- проникает через стенки пластиковых труб в результате кислородной диффузии

Подсос воздуха в неправильно сконструированную систему отопления происходит в соединениях, которые находятся в части системы с давлением ниже

атмосферного.

Количество свободного воздуха, остающегося в трубах и приборах при их заполнении, не поддается учету, но этот воздух в правильно сконструированных и смонтированных системах удаляется в течение нескольких дней эксплуатации.

Подсоса воздуха можно избежать путем создания избыточного давления в неблагоприятных точках системы.

Количество растворенного воздуха, вводимого в системы при периодических добавках воды в процессе эксплуатации, определяется в зависимости от содержания воздуха в подпиточной воде. Холодная водопроводная вода может содержать свыше 30г воздуха в 1 т воды, подпиточная деаэрированная вода из теплофикационной сети должна содержать менее 1г. Поэтому всегда следует стремиться к заполнению и подпитке систем отопления деаэрированной водой.

Количество растворенного воздуха (газа), переходящего в свободное состояние, зависит от температуры и давления в системе отопления. Приведем зависимость растворимости (насыщающей концентрации) кислорода воздуха от температуры чистой воды при атмосферном давлении (98,1 кПа):

Температура воды, С5 30 50 70 90 95

Растворимость кислорода воздуха

Ра, г/т ……..33 20 15 11 5 3

Следовательно, повышение температуры воды сопровождается значительным понижением содержания в ней растворенного кислорода, а также других газов, и в тех местах систем водяного отопления, где горячая вода находится под давлением, близким к атмосферному, из растворенного в свободное состояние переходит наибольшее количество газов.

Повышение давления задерживает переход абсорбированного газа в свободное состояние. Зависимость растворимости газа в воде от давления с достаточной точностью выражается законом Генри (12.2), согласно которому абсорбируемое количество газа пропорционально его давлению (при данной температуре), т. е. может быть представлена в виде

(12.1)

где pa — растворимость газа в воде при атмосферном давлении, г/т;

ра и pi — парциальное давление газа (абсолютное) в воде соответственно при атмосферном и повышенном гидростатическом давлении.

Влияние повышения гидростатического давления на растворимость газа в воде видно из следующего примера. В системе водяного отопления восьмиэтажного здания (высота системы 23м) наибольшая растворимость воздуха в воде при температуре 95° С составит по формуле (12.1)

где 84,6 кПа —упругость водяных паров (12.3) при температуре 95 °С;

239,1 и 13,5—парциальное давление воздуха соответственно при абсолютном повышенном (323,7 кПа) и атмосферном (98,1 кПа) давлении.

В такой системе отопления растворенный воздух, вво­димый с подпиточной водой, не сможет перейти в свободное состояние в нижней ее части. Так как в подпиточной воде содержание воздуха не более 1 г/м3. Это произойдет лишь при достаточном понижении гидростатического давления в верхней части системы.

Воздух в свободном состоянии занимает в системах водяного отопления значительный объем. Например, в системе вместимостью 7м³ воды воздух, выделяющийся при нагревании воды из водопровода от 5 до 95° С, будет иметь объем:

Такой объем воздуха может образовать воздушную «пробку» в трубе Dy50 протяженностью около 100м, что нарушит циркуляцию (12.4) теплоносителя. Этот пример подтверждает настоятельную необходимость удаления свободного воздуха из систем отопления.

Растворенный в воде воздух имеет около 33% кислорода. Поэтому «водяной» воздух более опасен в коррозионном отношении для стальных труб, нагревательных приборов и оборудования, чем атмосферный, в котором содержится около 21% кислорода (по объему).

При эксплуатации систем отопления с деаэрированной водой в течение отопительного сезона при сравнительно малой коррозии металла могут появиться значительные скопления водорода. В воде происходит медленная химическая реакция с образованием гидрата закиси железа Fe(OH)₂. В горячей воде гидрат закиси железа превращается в окалину—магнетит (осадок, имеющий вид черных частичек) с выделением водорода.

3Fe(OH)₂«Fe₃0₄+2H₂0+H₂ (12.2)

При коррозии, например, 1 см³ железа выделяется 1л водорода.

Форма газовых скоплений в воде в свободном состоянии различна. Лишь пузырьки с диаметром сечения не более 1мм имеют форму шара. С увеличением объема пузырьки сплющиваются, принимая эллипсоидную и грибовидную форму.

В вертикальных трубах пузырьки газа могут всплывать, находиться во взвешенном состоянии и, наконец, увлекаться потоком воды вниз.

В горизонтальных и наклонных трубах пузырьки газа занимают верхнее положение. Мельчайшие пузырьки задерживаются в нишах шероховатой поверхности труб. Более крупные пузырьки (объемом 0,1 см³ и более) в зависимости от уклона труб и скорости движения воды как бы катятся вдоль «потолочной» поверхности труб в виде прерывистой ленты. С увеличением скорости движения воды до 0,6 м/с начинается дробление газовых скоплений, пузырьки в верхней части труб, отрываясь от их поверхности, двигаются по криволинейным траекториям. При скорости движения воды более 1 м/с мелкие пузырьки постепенно распространяются по всему сечению труб — возникает газо-водяная эмульсия.

Направление движения пузырьков свободного воздуха в воде зависит от соотношения воздействующих на них сил — подъемной архимедовой силы и силы сопротивления движению.

Рассмотрим состояние идеального воздушного пузырька — шарика диаметром d в потоке воды, движущемся сверху вниз. Подъемная сила Р, Н, действующая на пузырек, направлена вверх

(12.3)

где V — объем пузырька;

γвод и γвоз — удельный вес, Н/м³, соот­ветственно воды и воздуха.

При движении со скоростью v в потоке воды, обладающем скоростью w, пузырек испытывает силу сопротивления всплыванию

(12.4)

где сx — коэффициент сопротивления.

При P=R скорость v=0 и пузырек находится в потоке во взвешенном состоянии. Скорость w свободного потока, не ограниченного стенками трубы, при которой пузырек газа «витает» в воде, носит названиескорости витания (12.6),или критической скорости движения воды

При P>R пузырек «всплывает» против течения воды и перемещается в верхние части системы.

При P<.R, т. е. при скорости движения потока, превышающей критическую, пузырек газа уносится потоком воды и в системе отопления перемещается в нижние ее части.

Критическая скорость потока воды, связанная с обычными геометрическими размерами воздушных скоплений в системах водяного отопления, составляет в вертикальных трубах 0,20—0,25 м/с, в наклонных и горизонтальных трубах 0,10—0,15 м/с. Скорость всплывания пузырьков в воде не превышает скорости витания.

Проследим за состоянием газов и образованием их скоплений в вертикальных системах водяного отопления.

Газы переходят из растворенного состояния в свободное по мере уменьшения гидростатического давления: в главном стояке с горячей водой при смешанной разводке, в отдельных стояках — при нижней. Свободные пузырьки и скопления газов движутся по течению или против него в зависимости от скорости потока воды и уклона труб. Газы собираются в высших точках системы, а при высокой скорости движения захватываются потоком и по мере понижения температуры и повышения гидростатического давления в нижних частях системы вновь абсорбируются водой.

Следовательно, чтобы воздух, растворённый в воде, не переходил в свободное состояние при уменьшении гидростатического давления, необходимо, чтобы скорость воды в вертикальных трубопроводах при движении воды сверху-вниз была более 0,25 м/с.

12.2 МЕРОПРИЯТИЯ ПО УДАЛЕНИЮ ВОЗДУХА

Установим теперь совокупность мероприятий для сбора и удаления газов изсистем водяного отопления.

1 При выполнении проектных работ необходимо:

- предусматривать уклоны трубопроводов;

- в верхних точках системы отопления размещать воздуховыпускные устройства;

- диаметры вертикальных трубопроводов при движении воды в них принимать такими, чтобы скорость воды в них была не менее 0,25 м/c.

2 При монтажных работах:

- прокладывать трубопроводы строго соблюдая уклоны;

- надёжно крепить трубопроводы;

- монтировать предусмотренные воздуховыпускные устройства.

3 При эксплуатации системы отопления:

- заполнять и подпитывать систему отопления только дэаерированной водой;

- периодически выпускать воздух их ручных воздуховыпускных устройств;

- не реже 2 раз в год проверять крепления трубопроводов и уклоны.

В системахс верхней и смешанной разводкой необходимо обеспечивать движение свободных газов к точкам их сбора. Точки сбора газов (и удаления их в атмосферу) следует назначать в наиболее высоко расположенных местах систем. Скорость движения воды в точках сбора должна быть менее 0,10 м/с;

Длина пути движения воды с пониженной скоростью выбирается с учетом всплывания пузырьков и скопления газов для последующего их удаления.

Конкретно магистралям придают определенный уклон в желательном направлении и устанавливают проточные воздухосборники (рис. 12.1)—вертикальные или горизонтальные.

Минимально необходимый внутренний диаметр dв, мм, воздухосборника определяют исходя из скорости движения воды в нем менее 0,10 м/с по формуле

dв=2G⁰’⁵, (12.5)

где G — расход воды, кг/ч.

Выбранный диаметр воздухосборника должен превышать диаметр магистрали по крайней мере в 2 раза. Длину горизонтального воздухосборника делают в 2—2,5 раза больше его диаметра. Из воздухосборников газы удаляются в атмосферу периодически при помощи ручных спускных кранов или автоматических воздухоотводчиков (рис. 12.2).

В большинстве известных конструкций автоматических воздухоотводчиков (так называемых вантузов) поплавково-клапанного типа используются внутреннее гидростатическое давление для закрывания клапана (прижимания золотника клапана к седлу воздушной трубки) и масса поплавка для его открывания.

Рис 12.1. Проточные воздухосборникиа — вертикальный на главном стояке; б — горизонтальный на магистрали; 1 — главный стояк 2 - магистрали; 3 - труба ДуРис.

Рис. 12.2, Схемы установки воздухосборников и воздухоотводчикова - с горизонтальным проточным воздухосборником; б – с вертикальным непроточным воздухосборником; в - автоматический воздухоотводчик; г - не­проточный воздухосборник; 1 - магистраль; 2 - воздухосборник; 3 - воздухоотводчики; 4 -запорные краны; 5 - ручные воздуховыпускные краны; 6 - воздушная линия; 7 — поплавок; 8 — упор; 9 — пружинный клапан, 10 - защитный колпак

На рис. 12.2, в показан воздухоотводчик с пружинным воздуховыпускным клапаном. Если в пространстве между корпусом и поплавком собирается воздух, то поплавок опускается. При этом сжимается пружина в клапане и для воздуха открывается выход в атмосферу. Поступающая при этом в корпус вода поднимает поплавок и с помощью пружины клапан закрывается.

В системах с «опрокинутой» циркуляцией воды и верхним расположением обратной магистрали, в гравитационной системе с смешанной разводкой для отделения и удаления газов используют расширительные баки с открытой переливной трубой.

В системахводяного отопления с нижней разводкой обеих магистралей газы, концентрирующиеся в колончатых радиаторах или в греющих трубах конвекторов, установленных на верхнем этаже, удаляют в атмосферу периодически при помощи ручных и автоматических воздушных кранов 1 (рис. 12.3, а) или централизованно через специальные воздушные трубы 2 и 3 (рис.12.3, г).

Распространен ручной бессальниковый воздушный: кран Dy l5 с поворотным игольчатым штоком (рис. 12.3, ж). Кран ввертывают в пробку радиаторов или тройник на подводке к конвекторам. Однако более совершенны автоматические воздушные краны, работа которых основана на свойстве сухого материала пропускать воздух и задерживать его при увлажнении.

При централизованном удалении газов воздушные трубы стояков соединяются горизонтальной воздушной линией (рис. 12.3,г) с петлей для устранения циркуляции воды в воздушной линии (рис. 12.3 д, е). Для периодического выпуска воздуха в воздушной петле помещают вертикальный воздухосборник со спускным краном (рис. 12.2, б и 12.3 д). Для непрерывного удаления воздуха воздушную петлю присоединяют к соединительной трубе открытого расширительного бака (рис.12.3e)

Особенно важны мероприятия по сбору и удалению воздушных скоплений при «подпитке» систем водопроводной водой. В этом случае при нижнем расположении магистралей колончатые радиаторы на верхнем этаже присоединяют по схеме снизу—вниз (см. рис. 12.3, а), конвекторы снабжают воздушными кранами или применяют централизованное удаление воздуха (см. рис. 12.3, г).

При подпитке систем отопления деаэрированной водой небольшие скопления газов в трубах и приборах на верхнем этаже устраняются сами по себе, если предусматривать повышение скорости движения воды в них до 0,30 м/с и более. Уносимые при этом газы будут абсорбироваться водой в нижней части стояков — в зоне повышенного гидростатического давления. Это вполне осуществимо в вертикальных однотрубных системах, и тогда возможно одностороннее — по унифицированной схеме — присоединение труб к отопительным приборам на верхнем этаже здания (см. рис. 12.3, б).

Поглощение воздуха водой протекает сравнительно быстро в отопительных приборах на нижних этажах зданий, где растворимость воздуха возрастает благодаря увеличению гидростатического давления. По наблюдениям процесс обезвоздушивания радиаторов, присоединенных к трубам по схеме снизу—вниз (см. рис.12.3, а), при значительном гидростатическом давлении практически заканчивается в течение 2—3 сут без открывания воздушных кранов. Поэтому при обеспечении достаточной растворимости газов трубы можно присоединять к приборам по схеме, изображенной на рис. 12.3 в, способствующей повышению плотности теплового потока приборов.

В вертикальных однотрубных системах многоэтажных зданий с П-образными и бифилярными стояками наверху каждого стояка можно устанавливать только один воздушный кран и пользоваться им только при спуске воды из стояка. При наполнении же системы воздух можно удалять в основании нисходящей части стояков путем выдавливания его водой.

В системах парового отопления воздух находится в свободном состоянии. В паропроводах пар вытесняет воздух в нижние части систем к конденсатным трубам. Удельный вес воздуха приблизительно в 1,6 раза больше, чем удельный вес пара: при температуре 100 °С соотношение составляет 9 Н/м3 к 5,7 Н/м3, чем объясняется скопление воздуха над поверхностью конденсата. Так как растворимость воздуха в конденсате незначительна из-за высокой температуры конденсата, воздух остается в свободном состоянии.

В горизонтальных и наклонных самотечных конденсатных трубах воздух перемещается над уровнем конденсата, в напорных конденсатных трубах — в виде пузырьков и водо-воздушной эмульсии.

В паровых системах низкого давления воздух удаляют в атмосферу через специальные воздушные трубы, установленные в нижней части системы.

В паровых системах высокого давления воздух захватывается конденсатом, движущимся с высокой скоростью. Водо-воздушная эмульсия по трубам попадает в закрытый конденсатный бак (12.11), где воздух отделяется от конденсата и периодически отводится в атмосферу через специальную воздушную трубу.

Рис.12.3 Способы удаления воздуха из систем водяного отопления с нижней разводкой

а, б, в — через воздушный кран 1; г, д — через воздушные трубы 2 и 3 с петлей 5 и непроточный воздухосборник 4; е — через от­крытый расширительный бак 6; ж — деталь ручного крана о отвертываемым игольчатым штоком; I—1 — верхний уровень воды в стояках и баке

12.3 Расширительныe бакИ системы водяного отопления

Внутреннее пространство всех элементов системы отопления (труб, отопительных приборов, арматуры, оборудования и т. д.) заполнено водой. Получающийся при заполнении объем воды в процессе эксплуатации системы претерпевает изменения: при повышении температуры воды он увеличивается, при понижении — уменьшается. Соответственно изменяется внутреннее гидростатическое давление.

Однако эти изменения не должны отражаться на работоспособности системы отопления и, прежде всего, не должны приводить к превышению предела прочности любых ее элементов. Поэтому в систему водяного отопления вводится дополнительный элемент — расширительный бак.

Расширительный бак может быть открытым, сообщающимся с атмосферой, и закрытым, находящимся под переменным, но строго ограниченным избыточным давлением.

В крупных системах водяного отопления группы зда­ний расширительные баки не устанавливают, а гидростатическое давление регулируется при помощи постоянно действующих подпиточных насосов. Эти насосы также возмещают обычно имеющие место потери воды через неплотные соединения труб, в арматуре, приборах и других местах систем.

Поэтому расширительные баки применяют в системах водяного отопления одного или нескольких зданий при их тепловой мощности, ограниченной 6 МВт, когда потери воды еще не вызывают необходимости постоянного действия подпиточных насосов на тепловой станции.

Основное назначение расширительного бака — прием прироста объема воды в системе, образующегося при ее нагревании. При этом в системе поддерживается определенное гидростатическое давление за счёт удаления излишков воды через переливную трубу. Кроме того, бак предназначен для восполнения убыли объема воды в системе при небольшой утечке и при понижении ее температуры, для сигнализации об уровне воды в системе и управления действием подпиточных насосов. Через открытый бак удаляется вода в водосток при переполнении системы. В отдельных случаях открытый бак может служить воздухоотделителем и воздухоотводчиком.

Pиc.12.4 Открытый, расширительный бак с патрубками для присоединения труб

1 — расширительной; 2 — переливной; 3 - контрольной: 4 — циркуляционной; 5 патрубок с пробкой

Рис.12.5 Присоединение открытого расширительного бака к обратной магистрали в системе отопления с ручным контролем (а) и с автоматизированными сигнализацией и регулированием уровня воды в баке (б)

1 — расширительная бак; 2, 3, 4, 5 — расширительная, циркуляционная, контрольная, переливная трубы; 6 и 7 — реле верхнего и нижнего уровней воды в баке, соединенные трубой 4' с баком

Открытые расширительные баки имеют ряд недостатков: они громоздки, в связи с чем затрудняется их размещение в зданиях и увеличиваются бесполезные теплопотери в системах отопления. При открытых баках возможно при излишнем охлаждении воды в них поглощение воздуха из атмосферы, что вызывает внутреннюю коррозию стальных труб и приборов. Требуется также прокладка в зданиях специальных соединительных труб.

Открытый расширительныйбак (рис. 12.4) размещают над верхней точкой системы (на расстоянии не менее 1м) в чердачном помещении или в лестничной клетке и покрывают тепловой изоляцией. Иногда устанавливают неизоли­рованный бак в специальном утепленном боксе (будке). Однако при этом повышается стоимость монтажа, увеличиваются теплопотери (вследствие развития поверхности охлаждения) и, как следствие, абсорбция воздуха водой.

Баки изготовляют цилиндрическими из листовой стали; сверху их снабжают люком для осмотра и окраски. В корпусе бака имеется несколько патрубков: патрубок 1 предназначен для присоединения расширительной трубы, по которой вода поступает в бак; патрубок 4 у дна — для циркуляционной трубы, через которую отводится охладившаяся вода, обеспечивая циркуляцию в баке; патрубок 3 для контрольной (сигнальной) трубы Dy20 и патрубок 2 для соединения бака с переливной трубой, сообщающейся с атмосферой.

Соединительные трубы открытого расширительного бака показаны на pиc.12.5. В насосной системе отопления расширительную и циркуляционную трубы присоединяют к общей обратной магистрали, как правило, близ всасываю­щего патрубка циркуляционного насоса на расстоянии l (рис.7.2. а) не менее 2м для надежной циркуляции воды через бак.

Свободный конец сигнальной трубы выводят к раковине в тепловом пункте и снабжают запорным вентилем. Вытекание воды при открывании вентиля должно свидетельствовать о наличии воды в баке, а следовательно, и в системе (уровень воды не должен быть ниже показанного на рис.12 4 штрих-пунктирной линией). В малоэтажных зданиях короткая контрольная труба надежно обеспечивает сигнализацию о наличии или отсутствии воды в расширительном баке. В многоэтажных зданиях вместо длинной контрольной трубы, искажающей информацию о действительном уровне воды в системе, устанавливают на расширительном баке два реле уровня, соединенных последовательно трубой 4' (рис.12.5 б) с баком. Реле нижнего уровня предназначено для сигнализации (светом или звуком) об опасном падении уровня воды в баке, а также для включения подпиточной установки (клапана или насоса). Реле верхнего уровня служит для прекращения подпитки системы отопления.

Переливную трубу, как и контрольную, в малоэтажных зданиях выводят к раковине в тепловом пункте (см. рио.12.5 а). В крупных зданиях переливную трубу отводят к ближайшему водосточному стояку из чугунных труб.

Полезный объем расширительного бака, ограниченный высотой hп (см. рис.12. 4), должен соответствовать приросту — увеличению объема воды, заполняющей систему отопления, при ее нагревании до средней расчетной температуры. Изменение объема воды при нагревании в небольшом температурном интервале определяется по уравнению Гей-Люссака

Vt=Vo(1+βt). (12.6)

Отсюда увеличение объема воды в системе отопления ∆Vc может быть выражено формулой

∆Vc=∆βtVc (12.7)

где Vc —объем воды в системе при начальной температуре, м³(л); вычисляют в зависимости от объема воды в основных элементах системы, приходящегося в среднем на единицу ее тепловой мощности;

∆t — изменение температуры воды от начальной до средней расчетной, °С; β — среднее значение коэффициента объемного расширения воды (β=0,0006 1/°С).

Полезный объем расширительного бака Vпол, cоответствующий увеличению объема воды в системе ∆Vc, определяют по формуле:

Vпол=kVc (12.8)

Общий объем воды в системе отопления при начальной температуре Vс., л, определяют по формуле:

Vc=(Vпр+Vкал+Vтр+Vкот)Qc (12.9)

Где: Vпр, Vкал. Vтр. Vкот ^— объем воды, л/кВт, соответственно в приборах, калориферах, трубах, котлах, приходящийся на 1 кВт тепловой мощности системы отопления (дан в Справочнике проектировщика в зависимости от расчетной температуры горячей воды);

qс—тепловая мощность системы водяного отопления, кВт.

Например, в насосной системе отопления с местной котельной н конвекторами «Комфорт» тепловой мощностью 232 кВт полезный объем расширительного бака при tг=95 °С, вычисленной по формулам (12.7) и (12.8), составит Vпол=0,045 (0,65+6,9+2,6) 232=106 л.

Полезный объем бака в значительной степени зависит от вида отопительных приборов. Наибольшим он будет при использовании чугунных радиаторов глубиной 90мм (в нашем примере его потребуется увеличить до 234л). Кроме того, на объем бака влияет вид выбранной системы отопления. Так, для однотрубной системы насосного водяного отопления с конвекторами требуется открытый расширительный бак, имеющий полезный объем примерно в 3 раза меньший, чем для двухтрубной системы с радиаторами. Это объясняется сокращением вместимости не только отопительных приборов, но и труб уменьшенной длины.

Закрытый расширительный бак(12.10) с воздушной или газовой (если используется азот или другой газ, отделенный от воды мембраной) «подушкой» герметичен, способствует уменьшению коррозии труб и приборов, может обеспечить в широком диапазоне переменное давление в системе отопления.

На рис. 12.6, а изображена установка в помещении теплового центра закрытого бака без мембраны с регулируемым избыточным давлением. Давление в баке поддерживается либо сжатым воздухом от специального компрессора (вариант 1), или инертным газом из баллона со сжатым газом (вариант 2). Действие компрессора автоматизируется.

На рис. 12.6 б дана установка подвесного бака с упругой мембраной, разделяющей две среды — воду и инертный газ. Присоединение бака показано после котла, как это принято в зарубежной практике, когда циркуляционный насос включается в подающую магистраль системы отопления. Начальное давление газа в баке может быть и атмосферным, и избыточным (например, 50 кПа); в последнем случае мембрана до нагревания воды в системе отопления прилегает к стенкам верхней половины бака.

Но при начальном атмосферном давлении в надмембранном пространстве возможно попадание воздуха в подмембранное пространство при эксплуатации системы отопления.

Рис. 12.6 Установка закрытого расширительного бака без мембраны(а) и с мембраной (б)

1 — воздушный компрессор (1-й вариант); 2 — баллон с инертным газом (2-й ва­риант); 3 — расширительный бак; 4 — редукционный клапан; 5 — датчик давления; 6 — предохранительный клапан; 7 — водомерное стекло; 8 — соединительная труба; 9 — инертный газ; 10 — мембрана; 11 — вода; 13 — воздушный кран; 13 — котел

При нагревании избыток объема воды поступает в бак, сжимая воздух или газ, находящийся в нем (вода действует подобно поршню). При этом повышается давление как в баке, так и в системе в целом. Если объем бака или воздуха (газа) в нем окажется слишком мал, давление в низших точках системы может превысить максимально допустимое. В связи с этим потребуется во избежание аварии выпустить часть воды из системы через предохранительный клапан (показан на рис. 12.6).

С другой стороны, при понижении температуры воды давление в высших точках системы может оказаться ниже минимально необходимого для предупреждения таких недопустимых явлений как вскипание воды или подсос воздуха из атмосферы. Следовательно, объем закрытого расширительного бака строго обусловлен допустимым диапазоном изменения гидравлического давления в системе. Объем бака зависит также от объема и расчетной температуры воды в системе, от давления циркуляционного насоса и места включения насоса в теплопровод по отношению к теплообменнику и точке присоединения бака.

Рис.12.7 Присоединение закрытого расширительного бака 2 к обратной магистрали системы водяного отопления перед циркуляционным насосом 3 и теплообменником1

Полезный объем закрытого расширительного бака определяют по формуле

(12.10)

где ∆Vc — увеличение объема воды в системе при нагревании; определяют по формуле (12.7); Рa — абсолютное давление в баке до первого поступления воды (в том числе атмосферное давление); Рмин — абсолютное давление в баке при наполнении системы водой (минимально необходимое давление воды в баке при минимальном уровне — см. рис. 12.6 а); Рмакс — абсолютное давление в баке при повышении температуры воды до расчетной и заполнении бака водой (максимально допустимое давление воды в баке при максимальном уровне — см. рис. 12.6 а).

Минимально необходимое давление воды в закрытом расширительном баке равно гидростатическому давлению Р2 на уровне установки бака с некоторым запасом Рверх для создания избыточного давления в верхней точке сис­темы, которое позволит избежать подсоса воздуха из атмо­сферы или вскипания воды (особенно, если tг>100 °С):

Рмин=Рa+Р2+Рверх (12.11)

Максимально допустимое давление воды в баке при обычном присоединении его к обратной магистрали системы перед всасывающим патрубком циркуляционного насоса (pиc. 12.7) принимают в зависимости от рабочего давления Рраб, допустимого для элементов системы отопления в низшей ее точке (например, для чугунного котла), уменьшенного на сумму давления насоса ∆Рн и гидростатического давления Р1, связанного с расстоянием h1 от уровня воды в баке до низшей точки системы:

Рмакс=Ра+Рраб-(∆Рн-Р1) (12.12)

Давления Р1 и Р2 пропорциональны вертикальным расстояниям h1 и h2 на рис.

Объем закрытого расширительного бака при начальном давлении в нем, равном атмосферному, получается больше объема открытого бака. Использование сжатого воздуха для повышения давления а сверх атмосферного (для «зарядки» бака) позволяет уменьшить объем закрытого бака. Объем закрытого расширительного бака уменьшается также при переносе его в верхнюю часть здания и присоединении там к магистрали системы отопления.

Современная конструкция бака представляет собой стальной цилиндрический сосуд, разделенный на две части резиновой мембраной: одна часть предназначена для воды системы отопления, вторая заполнена газом под давлением. В Чехии, например, выпускаются баки с давлением газа 50, 100 и 150 кПа для систем отопления зданий высотой до 15м, рассчитанные на максимальное рабочее давление в системах 350 кПа.

Место присоединения закрытого расширительного бака к теплопроводам выбирают с учетом сохранения его гидравлической связи с действующей частью системы при нормальном использовании клапанов, задвижек и прочей запорной арматуры в другой отключаемой части системы отопления.

Закрытые расширительные баки, помещаемые непосредственно в тепловых пунктах зданий или на тепловых станциях, в значительной степени лишены недостатков открытых баков. Однако для сокращения их объема путем искусственного увеличения внутреннего давления требуются дополнительное оборудование и затрата электрической энергии.