Первоначально следует разделить все рассматриваемые баки на два основных типа:
Первый тип — устройства, предназначенные для компенсации избыточного объема теплоносителя в отопительных системах, а также температурного расширения воды. Это расширительные баки . При нагреве котла температура жидкости-теплоносителя в нем повышается. При нагреве жидкость расширяется. Это приводит к увеличению ее объема примерно на 0,3 % на каждые 10 °С. Поэтому при увеличении температуры на 70 °С первоначальный объем теплоносителя увеличится примерно на 3 %. Жидкость практически несжимаема и если система отопления не будет оснащена дополнительным устройством, позволяющим куда-то деться этому объему, то неизбежно произойдет ее разрушение. Для исключения этого и применяются расширительные баки.
Второй тип баков — это баки для воды (гидроаккумуляторы). Это устройства, встраиваемые в поддерживающую давление гидросистему, обеспечивают постоянную готовность системы к работе под стабильным давлением. Гидроаккумулятор предотвращает необходимость включения насоса каждый раз, когда того требует система.
Таким образом гидроаккумулятор поддерживает давление в системе, поставляя дополнительный объем воды в систему до требуемого уровня.
Также мембранные баки могут применяться для предотвращения разрушения системы от гидравлического удара. Это явление возникает в трубопроводах при внезапном отключении или включении насоса, быстром открытии или закрытии крана. Нагрузки могут многократно превышать статические и это может привести к разрушению трубопроводов, резьбовых соединений или сантехнических устройств. Чтобы избежать этого и учитывая, что объемные изменения при колебаниях давления небольшие, предлагается использовать расширительные баки небольшой емкости — 0,2 литра.
Также баки могут использоваться и как емкости с огнегасящей жидкостью в системах пожаротушения, и как резервные баки в тех случаях, когда отключается электричество.
Внешне гидроаккумуляторы очень похожи на расширительные баки систем отопления. Однако назначение и условия эксплуатации у них другие, следовательно, есть и конструктивные отличия.
Главные отличия заключаются в материале мембраны, а также особенностях расположения воздушной и водяной камер. В качестве материала для мембран гидроаккумуляторов используют пищевую резину. К материалу мембраны расширительных баков обычно не предъявляют таких высоких гигиенических и санитарных требований, поэтому возможно использование других материалов, о которых будет сказано позже.
Типы оборудования
Баки с фиксированной (запрессованной) мембраной.
Служат для бытовой установки и в небольших коммунальных системах. Традиционно используются в отопительных системах. Мембрана — диафрагменная, несменная, жестко закреплена по периметру сечения бака. В одном объеме находится воздух, в другом — теплоноситель. Внешняя поверхность бака покрыта эмалью, а внутренняя поверхность, контактирующая с жидкостью, — эпоксидными влагостойкими красками. В первоначальном положении весь объем бака заполнен воздухом.
Мембрана под воздействием давления воздуха прижата к внутренней поверхности бака. По мере увеличения температуры в системе объем жидкости увеличивается, давление возрастает и теплоноситель поступает в расширительный бак, отжимая мембрану. При этом воздух в противоположной камере бака сжимается.
Недостатком такой конструкции является невозможность замены мембраны в случае ее разрыва или повышенной влагопроницаемости. Однако в системах отопления при их нормальной работе максимальное расширение жидкости происходит только в момент пуска. В других случаях давление меняется плавно, без значительных скачков и колебаний. Поэтому рассматриваемые баки служат довольно долго. Необходимо только перед началом сезона отопления проверять наличие давления воздуха в баке. В отопительных системах большого объема желательно контролировать давление воздуха в расширительном баке с помощью стационарного манометра. Газ в расширительном баке может сжаться только до определенного значения, обусловленного безопасностью (прочностью) системы. В большинстве случаев этот порог достигается установкой предохранительного клапана, отрегулированного на определенное значение давления. В индивидуальных домах эта величина, как правило, составляет 3,5-4 бар.
Фланцевые баки со сменной мембраной.
Мембрана представляет собой продолговатую эластичную «грушу», реже «шар» (Reflex E). Широко используются как в системах отопления, так и водоснабжения. Отличительной особенностью этих баков является то, что жидкость в них целиком находится внутри мембраны и не контактирует с металлической поверхностью бака, следовательно, внутренняя поверхность бака не требует покрытия. Контактирующие с водой части бака выполняются из материалов со специальным покрытием или нержавеющей стали.
Баки бывают горизонтального и вертикального исполнения. Сразу необходимо отметить, что наиболее правильным расположением бака является такое, в каком мембрана при заполнении ее жидкостью нагружается симметрично, и тогда нет дополнительных растягивающих нагрузок, которые могут стать одной из причин разрыва мембраны. При повреждении мембраны ее замена производится через фланец, закрепленный с помощью нескольких болтов. При больших объемах расширительного бака мембрана этого типа закрепляется задним концом к ниппелю через резьбовое соединение для стабилизации заполнения.
Управляемые компрессорами автоматические расширительные системы.
Предназначены для использования в очень больших системах. Дело в том, что в больших системах прослеживается серьезный недостаток мембранных расширительных баков — их габариты. В среднем бак заполняется жидкостью всего на 30-60 %, причем меньшие значения приходятся как раз на баки больших объемов.
Практически это означает, что на больших объектах, где расчетные объемы баков составляют несколько тысяч литров, серьезно встает проблема их размещения. Поэтому для больших объектовиспользуются специальные установки поддержания давления. Они представляют собой безнапорный расширительный бак и узел регулирования давления на основе насосов. При увеличении температуры системы открывается клапан, который набирает излишки теплоносителя из системы в бак, а при ее охлаждении вода из бака насосами закачивается обратно в систему. Таким образом, данные установки могут поддерживать давление в системе в достаточно узких, заранее заданных пределах. Кроме того, безнапорный бак может полностью заполняться теплоносителем, что делает установки поддержания в несколько раз компактнее обычных расширительных баков. Немаловажным является и то, что установки поддержания давления реализуют множество дополнительных функций: автоматическую подпитку системы, деаэрацию теплоносителя и т. д.
Критерии подбора оборудования
Мембрана является одним из основных элементов, влияющих на работоспособность и надежность системы. Именно назначение системы определяет выбор мембраны. Как уже было сказано раньше, внешне мембранные баки для системы отопления и водоснабжения очень похожи и зачастую этим пользуются недобросовестные продавцы, подсовывающие покупателю вместо гидроаккумулятора расширительный бак для отопления. А ведь именно правильный выбор мембраны на 90 % определяет надежность и долговечность работы всей системы.
В системах отопления расширение жидкости, а следовательно, и нагружение мембраны происходит медленно, и в течение всего времени работы системы меняется незначительно. Однако температура эксплуатации может достигать +90 °С. Поэтому главным критерием для выбора материала мембраны для расширительного бака системы отопления является стойкость к температуре и долговечность.
В системах холодного водоснабжения влияние температуры не так важно, так как температура воды в системе не может превышать 30 °С. Главным является динамическая эластичность мембраны, т.к. система может включаться несколько раз в час и быстро нагружаться. При нормальной работе частота ее срабатывания составляет от 5 до 15 раз в час при правильно подобранном объеме гидроаккумулятора. Если объем подобран неправильно, эта величина может увеличиться и до 20-30 раз в час. Конечно, такой режим работы требует надежной, эластичной мембраны, выдерживающей большое количество циклов.
Если бак предназначен для резервирования воды, то необходимамембрана с максимальной эластичностью. Если баки предназначены для питьевой воды, то в конструкции баков применяют материалы, не нарушающие химические и органолептические качества воды. Такие баки должны сопровождаться сертификатом безопасности.
К сожалению, не бывает универсального материала мембран. Если материал эластичен, то он менее долговечен и плохо держит температуру или наоборот. Итак, вот основные моменты, на которые следует обратить внимание при выборе материала и типа мембраны:
-
рабочий диапазон температур;
-
санитарно-гигиенические требования (контакт воды с кожей при работе системы);
-
динамичность работы системы;
-
долговечность;
-
стойкость к диффузии воды.
Самая распространенная поломка в гидроаккумуляторе — разрыв груши. Что же происходит в случае разрыва мембраны? Вода попадает в воздушную полость и контактирует со стенками бака. Конечно же, воду сливают, а мембрану меняют на новую. Однако, как правило, вследствие контакта воды со стенками бака происходит реакция окисления железа, вследствие чего начинается процесс коррозии, разрушающей стенки бака.
Нужно обычно 3-4 года, прежде чем стенки бака полностью проржавеют и он придет в негодность. В этом случае обычно ссылаются на превышение максимально допустимого давления при закачке воздуха. Однако если мастер утверждает, что все рабочие условия были соблюдены, то причину разрыва мембраны следует искать в другом.
Как уже было сказано, мембрана гидроаккумулятора может быть сменная (в виде груши) и запрессованная (диафрагма), разделяющая бак на две части. Большинство производителей баков отмечают достоинства сменных мембран в возможности их замены, что заметно продлевает срок службы бака. Однако, как показывает практика, частота повреждения (разрыва) «мембранной груши» заметно выше, чем у диафрагмы. Это может быть вызвано неравномерностью распределения нагрузок вследствие давления воды по площади «груши».
В результате максимальное натяжение приходится на нижнюю часть и «шейку» груши. В диафрагме давление воды распределяется более равномерно по поверхности, что обеспечивает равномерность нагрузки, а следовательно, и натяжения. Кроме того, из-за невозможности замены диафрагмы она выполняется из более прочного материала, что также снижает вероятность повреждения.
Также многие специалисты отмечают, что на надежность бака в значительной степени влияет материал, из которого изготовлен корпус. Как правило, чем прочнее материал, тем он весит больше, а значит и прослужит дольше. Из этого можно сделать вывод, что баки, которые лучше, весят больше, а значит и стоят дороже. Кроме того, важно правильно подобрать объем мембранных баков. Объем бака для системы отопления выбирается таким образом, чтобы даже при максимальном нагреве системы давление в ней не превышало максимально допустимого. Объем гидроаккумулятора рассчитывается исходя из оптимизации частоты включения подкачивающего насоса.
|
