Рисунки карандашомРасширительный бачок для отопления закрытого типа: устройство и принцип действия
Система отопления, являясь сложной инженерной конструкцией, состоит из множества элементов, имеющих различное функциональное назначение. Расширительный бачок для отопления — одна из важнейших частей контура отопительной системы.
Для чего необходим расширительный бачок в системе отопления?
При нагревании теплоносителя, в котле и контуре системы отопления значительно повышается давление ввиду температурного увеличения объёма теплонесущей жидкости. Учитывая, что жидкость является практически несжимаемой средой, а отопительная система герметична, данное физическое явление может привести к разрушению котла или трубопроводов. Проблему можно было бы решить установкой простого клапана, который может стравливать избыточный объём горячего теплоносителя во внешнюю среду, если бы не один немаловажный фактор.
Жидкость при охлаждении сжимается и на место сброшенного теплоносителя в контур отопления проникнет воздух. Воздушные пробки – головная боль любой системы отопления, из-за них циркуляция в сети становится невозможной. Поэтому необходимо спускать воздух из радиаторов отопления. Постоянное же добавление нового теплоносителя в систему весьма затратно, подогрев холодной воды обходится гораздо дороже подогрева теплоносящей жидкости, пришедшей в котёл по обратному трубопроводу.
Эту проблему решает установка так называемого расширительного бака, который представляет собой резервуар, подключённый к системе одной трубой. Избыточное давление в расширительном бачке отопления компенсируется его объёмом и позволяет обеспечить стабильную работу контура. Внешне бачки расширительные для системы отопления, исходя из результатов расчёта и вида отопительного контура, различны по своим форме и размеру. В настоящее время выпускаются баки различных форм, от классических цилиндрических баков до так называемых «таблеток».
Виды отопительных систем
Существуют две схемы отопительных сетей здания — открытая и закрытая. Открытая (самотёчная) система отопления используется в централизованных отопительных сетях и позволяет напрямую забирать воду на потребности горячего водоснабжения, что невозможно в частном домостроении. Такой прибор располагают в верхней точке контура отопительной системы. Помимо нивелирования перепадов давления расширительный бачок отопления выполняет функцию естественной сепарации воздуха из системы, так как имеет возможность сообщения с наружной атмосферой.
Таким образом, конструктивно такое устройство представляет собой компенсационный бак системы отопления, не находящийся под давлением. Иногда по ошибке открытой могут называть систему с гравитационной (естественной) циркуляцией теплонесущей жидкости, что в корне неверно.
При более современной закрытой схеме применяют расширительный бачок системы отопления закрытого типа со встроенной внутренней мембраной.
Иногда такой прибор могут называть расширительный бачок вакуумный для отопления, что тоже справедливо. Такая система предусматривает принудительную циркуляцию теплоносителя, воздух из контура при этом отводится через специальные краны (клапаны), установленные на отопительных приборах и вверху трубопроводов системы.
Устройство и принцип действия
Мембраны бывают следующих типов:
- баллонного, при этом внутри резинового баллона находится теплоноситель, снаружи – воздух или азот под давлением;
- в виде диафрагмы, делящей внутренний объем расширительного бака для закрытой системы отопления на две части – с водой и закачанным воздухом или газом.
Давление газа настраивается для каждой системы в индивидуальном порядке, который описывает прилагаемая к таким приборам как расширительный бачок для отопления закрытого типа инструкция. Некоторые производители в конструкции своих расширительных баков предусматривают возможность замены мембраны. Такой подход несколько повышает первоначальную стоимость прибора, зато впоследствии, при разрушении или повреждении мембраны стоимость её замены будет ниже цены нового расширительного бака.
С практической точки зрения форма мембраны никак не влияет на эффективность работы приборов, следует лишь отметить, что в баллонный расширительный бак закрытого типа для отопления вмещается несколько больший объём теплонесущей жидкости.
Принцип работы их также одинаков – при росте давления воды в сети за счёт расширения при нагревании, мембрана растягивается, сжимая находящийся по другую сторону газ и позволяет попасть внутрь бака излишкам теплоносителя. При остывании и, соответственно, падении давления в сети, процесс проходит в обратном порядке. Таким образом, регуляция постоянного давления в сети происходит в автоматическом режиме.
Нужно заострить внимание на том, что если купить расширительный бачок системы отопления наугад, без необходимого расчёта, то стабильности работы отопительной сети будет добиться весьма сложно. При значительно большем, чем необходимо, размере бака не будет создаваться требуемое для системы давление. В случае же если бак будет размера меньше требуемого, то он не сможет вместить избыточный объём теплонесущей жидкости, что может вылиться в создание аварийной ситуации.
Расчёт расширительных баков
Чтобы провести расчет расширительного бака для отопления закрытого типа сначала необходимо посчитать общий объём системы, складывающейся из объёмов трубопроводов контура, отопительного котла и приборов отопления. Объёмы котла и радиаторов отопления указываются в их паспортах, а объём трубопроводов определяется методом умножения площади внутреннего поперечного сечения труб на их протяжённость. Если в системе присутствуют трубопроводы разных диаметров, то следует определить их объёмы по отдельности, а затем сложить.
Дальнейший для таких приборов, как расширительный бачок для отопления закрытого типа расчет проводится по формуле V = (Vс х k) / D, где:
Vс – объём теплонесущей жидкости в системе отопления,
k – коэфф. объёмного теплового расширения, принимаемый для воды 4%, для 10% этиленгликоля – 4,4%, для 20% этиленгликоля – 4,8%;
D — показатель эффективности мембранного блока. Обычно он указывается производителем или его можно определить по формуле: D = (Рм – Рн) / (Рм +1), где:
Рм – максимально возможное давление в сети отопления, обычно оно равно предельному рабочему давлению предохранительного клапана (для частных домов редко превышает значения 2,5 – 3 атм.)
Рн – давление начальной накачки воздушной камеры расширительного бака, принимается как 0,5 атм. на каждые 5 метров высоты контура отопительной системы.
В любом случае следует считать, что расширительные бачки для отопления должны обеспечивать увеличение объёма теплоносителя в сети в пределах 10%, то есть при объёме теплоносящей жидкости в системе 500 л., объём вместе с баком должен составлять 550 л. Соответственно, необходим бачок расширительный системы отопления объёмом не менее 50 литров. Такой метод определения объёма весьма приблизителен и может вылиться в излишние затраты на покупку расширительного бака большего объёма.
В настоящее время в интернете появились онлайн калькуляторы для расчёта расширительных бачков. В случае использования для подбора оборудования таких сервисов, необходимо провести расчеты минимум на трёх сайтах, чтобы определить, насколько корректен алгоритм вычисления того или иного интернет-калькулятора.
Производители и цены
В настоящее время проблема купить бачок расширительный для отопления заключается лишь в правильном подборе типа и объёма прибора, а так же в финансовых возможностях покупателя. На рынке представлен широкий выбор моделей приборов как отечественных, так и иностранных производителей. Однако следует отметить, что если на такие приборы как расширительный бачок закрытого типа для отопления цена при покупке будет гораздо ниже, чем у основных конкурентов, то от такого приобретения лучше отказаться.
Невысокая стоимость указывает на ненадёжность производителя и низкое качество используемых при его изготовлении материалов. Зачастую таковой является продукция из Китая. Как и на все остальные товары, на качественный расширительный бачок для отопления цена не будет иметь значительной разницы порядка двух – трёх раз. Добросовестные производители используют примерно одинаковые материалы и разница в цене схожих по параметрам моделей порядка 10-15% обусловливается лишь локацией производства и ценовой политикой продавцов.
Хорошо зарекомендовали себя в этом сегменте рынка отечественные производители. Установив современные технологические линии на своём производстве они добились выпуска продукции, по своим параметрам не уступающей лучшим мировым брендам при более низкой стоимости.
Следует учитывать, что важно не только расширительный бак для отопления закрытого типа купить, требуется также правильная его установка.
Имея необходимые навыки при соблюдении инструкции возможна его самостоятельная установка. Если же у мастера остаются какие-либо сомнения на счёт своих познаний, то лучше всего обратиться к профессионалам для гарантированно стабильной работы сети отопления и исключения возможных неисправностей.
Расширительный бак для системы отопления, давление, принцип работы
В системе отопления очень важным элементом является расширительный бак для отопления. Служит такое устройство для того чтобы принимать излишки теплоносителя в тот момент, когда он расширяется, таким образом предотвращая разрывание трубопровода и кранов.
Расширительный бак для отопления
Принцип функционирования расширительного бака для отопления состоит в следующем: когда температура теплоносителя поднимается на 10 градусов, то объем его увеличивается примерно на 0,3%. Так как жидкость – не сжигается, то появляется излишнее давление, которое нужно компенсировать. Именно для этого и устанавливается расширительный бак.
Виды расширительных баков
В различных системах отопления применяются разные виды расширительных баков. Раньше в системах, не имеющих циркуляционных насосов, использовался открытый расширительный бак для отопления. Но такие баки имели множество недостатков, поэтому в настоящее время их применяют очень редко. Из-за того, что в такой расширительный бачок для отопления попадает воздух, появляется коррозия, а также жидкость испаряется быстрее и ее необходимо постоянно пополнять. Такой бак должен быть поставлен в самой верхней точке системы отопления, а это не всегда можно легко и просто реализовать.
Открытый расширительный бак для отопления
В таких системах отопления, где носитель тепла циркулирует с помощью насоса, ставится закрытый расширительный бак для отопления, расчет здесь делается на то, что это герметичная емкость, которая обладает эластичной мембраной внутри. Мембрана (баллонная или диафрагменная) разделяет бачок на две части. В одну часть закачивается воздух или инертный газ под давлением, а другая часть предназначена для излишков теплоносителя. Мембрана внутри бака – эластичная, поэтому при попадании теплоносителя туда объем воздушной камеры становится меньше, давление в ней растет, таким образом компенсируя высокое давление в отопительной системе. При остывании же совершается обратный процесс.
Устройство закрытых расширительных баков
Закрытый расширительный бачок для отопления плоский бак может быть фланцевым (иметь сменную мембрану) и с несменной мембраной. Второй вид пользуется достаточно большим спросом из-за относительно низкой стоимости. Но фланцевые расширительные баки во многом лучше – давление здесь может быть больше, а если разорвется мембрана, то можно ее заменить.
Фланцевый расширительный бак системы отопления может быть как вертикальным, так и горизонтальным.
Здесь жидкость, когда поступает в бак, не имеет контакта с металлической поверхностью, так как находится внутри мембраны. Если мембрана повреждается, заменить ее можно через фланец.
Вертикальные и горизонтальные фланцевые бачки
Баки, в которых не предусмотрена сменная мембрана, она закрепляется жестко по всему периметру. Диафрагма с самого начала прижата к внутренней поверхности, так как объем расширительного бака для отопления полностью заполнен газом. После этого давление в расширительном баке отопления увеличивается, а жидкость идет вовнутрь. Когда система запускается, давление может резко повыситься, поэтому именно в этот момент мембрана может повредиться.
Рекомендуем к прочтению:
Выбор расширительного бака
Выбор расширительного бака для отопления – это ответственное дело. При этом следует обязательно уделить внимание не только на его типу и размеру, но и на мембране – важны такие показатели: устойчивость к процессу диффузии, диапазон рабочей температуры, долговечность, соответствие санитарным требованиям.
Сегодня на рынке представлен большой спектр, расширительных баков для системы отопления.
Кроме этого, необходимо определить соотношение границ диапазона давления, которое предельно допустимо. Обязательно нужно уточнить перед покупкой бака, соответствует ли он существующим нормам качества и безопасности.
Расчет объема бака
Прежде всего, определим зависимость необходимого объема и параметров, которые на него влияют. При расчетах нужно учитывать, что чем более будет емкость отопительной системы и чем выше максимальная температура носителя тепла в ней, тем бак должен быть больше. Чем выше допустимое давление в расширительном бачке отопления, тем он может быть меньше. Конечно же, методика расчета достаточно сложная, поэтому лучше проконсультироваться со специалистом. Ведь ошибка в выборе расширительного бака может вызвать частое срабатывание клапана предохранения или другие неприятности.
Расчет объема производится по специальной формуле. Здесь основная величина – это суммарный объем теплоносителя, который присутствует в отопительной системе. Вычисляется эта величина с учетом мощности котла, количества и типов отопительных устройств. Приблизительные значения: радиатор – 10.5 л/кВт, система теплый пол – 17 л/кВт, конвектор – 7 л/кВт.
Чтобы произвести более точный расчет такого устройства, как вакуумный расширитель для отопления, применяется формула: Объем бака = (Объем воды системы отопления * Коэффициент расширения теплоносителя) / Эффективность расширительного бака. Коэффициент расширения для воды равняется 4% при ее нагреве до 95 градусов. Для определения эффективности бака применяется еще одна формула: Эффективность бака = (Наибольшее давление в системе – Первоначальное давление в воздушной камере) / (Наибольшее давление в системе + 1).
Коэффициенты полезного объема расширительного бака
Таким образом, вакуумный расширительный бак отопления подбирается с учетом характеристик прочности и температуры, которые не должны быть выше допустимых показателей в месте подключения. Объем бака может либо равняться, либо быть больше того результата, который получился в итоге вычислений.
Установка расширительного бака
Монтаж расширительного бака системы отопления делается в соответствии с проектом и инструкцией. Лучшим вариантом для вас будет, чтобы это осуществил специалист. Если такой возможности нет, то хотя бы проконсультируйтесь с ним. Установка расширительный бак для отопления, если он открытого типа, производится в самой верхней точке системы отопления. Закрытый бак можно ставить практически в любом месте, но не непосредственно после насоса.
Рекомендуем к прочтению:
Один из вариантов установки расширительного бачка в систему отопления
Необходимо особое внимание уделить такому вопросу, как крепление расширительного бака отопления, так как масса бака, который заполнен водой, существенно увеличивается. Также важный момент – это возможность и удобство обслуживание бака, свободный доступ к нему.
Обслуживание расширительного бака
Нельзя преуменьшать роль такого устройства, как расширительный бачок системы отопления инструкция этого прибора предоставляет перечень правил его обслуживания. К ним относят:
- Один раз в полгода необходимо проверять бак на внешние повреждения – коррозию, вмятины, подтеки. Если вдруг такие повреждения найдены, то обязательно нужно устранить их причину.
- Один раз в полгода нужно проверять начальное давление газового пространства на соответствие расчетному показателю.
- Один раз в полгода проверяется целостность мембраны. В случае обнаружения ее нарушения нужно заменить ее (если такая возможность предусмотрена).
- Если бак не будет использоваться долгое время, то нужно держать его в сухом месте, слив из него воду.
Далее о том, как проверить расширительный бак отопления – его начальное давление газового пространства. Для этого следует отключить бак от отопительной системы, дренировать с него воду, к ниппелю газовой полости подключить манометр. Если давление ниже, чем то, которое было установлено тогда же, когда происходила настройка расширительного бака для отопления – через этот же ниппель бак нужно накачать компрессором.
Показания манометров при правильной работе расширительного бака
Проверка целостности мембраны – это тоже важный момент. Если вдруг во время проверки давления газового пространства после того, как вы дренировали воду, через дренажный кран идет воздух, а давление в газовой полости уменьшилось до атмосферного – то мембрана пробита.
Чтобы заменить мембрану, нужно пройти несколько этапов. Первым делом, бак отсоединяется от отопительной системы, затем его нужно дренировать. Далее давление газовой полости сбрасывается через ниппель. Фланец мембраны демонтируется. Находится он в области патрубка для соединения с трубами. Мембрана, входящая в устройство расширительного бака для отопления, извлекается из отверстия внизу корпуса.
Затем нужно проверить внутреннюю часть корпуса, чтобы там не было загрязнений и коррозии, если они есть – нужно их удалить и промыть водой, после чего высушить. Чтобы убрать коррозию, нельзя использовать средства, включающие масла! Держатель мембраны вставляется в отверстие вверху мембраны. Болт вворачивается в держатель мембраны, она ставится в корпус, а держатель отводится в отверстие в дно корпуса. Затем держатель фиксируется гайкой. После этого на корпус ставится фланец мембраны.
Расширительные бачки для системы отопления закрытого типа
Автор Монтажник На чтение 10 мин. Просмотров 61 Обновлено
В подавляющем числе индивидуальных домов собственникам приходится самостоятельно решать проблемы выбора вида и монтажа автономной отопительной системы. Большинство хозяев отдают предпочтение варианту с принудительной циркуляцией теплоносящей жидкости, в котором нашли применение специальные расширительные бачки для системы отопления закрытого типа.
Перед выбором расширительного (накопительного, мембранного) гидробака полезно изучить его принцип действия, правила подбора объема и настройки. Также важно исполнять рекомендации специалистов по монтажу расширительного резервуара, установить его правильно и в нужном месте отопительного контура.
Рис. 1 Примеры применения расширительных бачков
Разновидности бытовых отопительных систем с жидким теплоносителем
Существует множество различных вариантов отопления индивидуальных домов. Помещения можно обогревать электрическими конвекторами, тепловыми насосами, нагревательными электрокабелями, плитами, пленками, получать тепловую энергию при помощи солнечных батарей.
Однако в повседневной реальности в силу ряда причин большинство потребителей используют водонагревательные котлы, теплоноситель от которых направляют в контуры теплых полов или на радиаторные теплообменники. При этом различают следующие два основных вида гидравлических отопительных систем.
Рис. 2 Схема гравитационной системы
Самотечная
В самотечных (гравитационных) системах, как следует из названия, циркуляция отопительной жидкости по контуру происходит естественным путем.
Связано это с простым физическим законом, согласно которому нагретая вода имеет более низкую плотность, чем холодная. В итоге, после подогрева в котле, она выталкивается холодными водными массами и поднимается вверх.
Нагретый тепловой носитель заполняет расширительный бачок и растекается вниз по контуру с теплообменными радиаторами. Самотечная система имеет следующие особенности:
- Накопительный бак для поддержки напора делают с открытой крышкой. В итоге наблюдается постоянное испарение жидкости и ее приходится регулярно пополнять, что создает значительные эксплуатационные неудобства.
- В открытой системе отопления нельзя использовать недорогую ядовитую незамерзающую жидкость этиленгликоль. В качестве незамерзайки придется применять пропиленгликоль, стоимость которого в два раза выше, или обходиться обычной дистиллированной водой.
- Рабочий напор в самотечных системах редко превышает показатель в 1 бар и требует для его получения поднятого на высоту в 10 м от котла гидробака. Этого явно недостаточно для длинных отопительных контуров с радиаторными теплообменниками и тем более теплых полов. В итоге в самотечную систему отопления часто устанавливают дополнительный циркуляционный электронасос.
- Скорость движения теплоносителя в гравитационных контурах невелика, поэтому для обеспечения хорошей теплопередачи требуется использование трубопроводов больших диаметров в 32 или 40 мм.
Рис. 3 Бачки гравитационных систем
Статья по теме:
Отопление в частном доме из полипропиленовых труб – нюансы, расчет. Возможно будет интересно подробнее почитать про организацию системы отопления из полипропиленовых труб в частном доме.
- Трубопровод в гравитационных системах отходит к теплообменным приборам сверху вдоль стен, что не способствует повышению эстетичного внешнего вида помещений.
- Если расширительный бак в системе отопления открытого типа находится на чердаке, и он не отапливается, его придется хорошо утеплять для снижения тепловых потерь.
- Также процесс нагрева воды сопровождается некоторым шумом, что ухудшает комфортность проживания в жилых комнатах.
- Так как тепловой носитель контактирует с воздухом, он насыщается кислородом. Это приводит к ускоренной коррозии металлических элементов котла, запускает процессы разложения незамерзающих жидкостей.
- Весомым преимуществом гравитационной системы можно считать возможность ее работы при отсутствии электроэнергии, однако и это утверждение является не совсем корректным, так как большинство нагревательных котлов не могут нормально функционировать при отсутствии электричества.
- Более важное достоинство заключается в верхнем расположении расширительного бака в открытой системе. Благодаря этому эффективно решается проблема отвода воздуха и можно обойтись без ряда воздухоотводчиков. Это позволяет сэкономить некоторые финансовые средства.
Рис. 4 Закрытая схема
Закрытого типа
При рассмотрении открытой системы отопления были приведено довольно много недостатков, которые имеет такая схема подключения. Это привело к широкому использованию другой схемы с закрытым гидробаком и принудительной подачей рабочего тела.
В закрытой системе отопления тепловой носитель не имеет контакта с окружающей средой, что позволило получить следующие ее особенности:
- Теплоносителем может являться вода или любой вид ядовитых незамерзаек – они не могут покинуть пределы контура.
- Применение для перемещения теплового носителя циркуляционного насоса позволило регулировать скорость потока и соответственно варьировать время обогрева помещений. Связано это с тем, что практически каждый циркуляционник имеет 3 положения переключения скоростей.
- Получение любого давления в системе не вызывает каких-либо сложностей. В контур просто нагнетают жидкость с рабочим напором, который контролируют манометром.
- Закрытый гидробак имеет гибкую и эластичную мембрану, что существенно снижает последствия гидравлических ударов.
- Нагрев теплоносящей жидкости в контуре не сопровождается повышенными шумами.
- Так как трубопровод отходит от котла снизу и не поднимается вверх, его можно прокладывать под полом или снизу вдоль стен. Это не портит внешний эстетичный вид помещений в отличие от гравитационных систем.
- Считается, что система с принудительной циркуляцией не может работать при отсутствии электроэнергии. Однако выходом из положения может быть использование бензиновых генераторов, которые способны длительное время вырабатывать электроток при его отсутствии, потребляемый в основном работающими электронасосами.
Рис. 5 Конструкция и материалы изготовления отопительных гидробаков
Зачем нужен расширительный бак
Не стоит путать бак для системы отопления с гидравлическим аккумулятором, который нашел применение в системах индивидуального водоснабжения, невзирая на то, что они выполняют примерно одинаковые функции. Разница между этими приборами заключается и в их названии: первый вид собирает расширившуюся в объеме рабочую среду, а второй ее аккумулирует (накапливает) в своем резервуаре.
Расширительный бак для систем отопления играет следующую роль:
- Общеизвестно, что при нагревании вода становится менее плотной, что при сохранении той же массы приводит к ее увеличению в объеме. Если нагреть 100 литров воды с температурой в 20 °С до 90 °C, то ее объем вырастет на 3,5 литра. Именно сбор увеличившейся в объеме жидкости – главное назначение расширительного бака.
- Как и гидравлический аккумулятор в водопроводной магистрали, расширительный бак препятствует повреждению оборудования, трубопроводов, арматуры от гидроударов.
- Закрытый расширительный гидробак стабилизирует давление во всем контуре при различных температурных параметрах рабочего тела, препятствует его резким перепадам.
Рис. 6 Устройство и функционирование мембранного бачка
Устройство расширительного бака и принцип его работы
Чтобы не вводить покупателя в заблуждение, расширительные баки выпускают красного цвета. Приборы от некоторых производителей и зарубежных поставщиков иногда имеют другие цвета – белый, серый, черный.
Типовой расширительный бак конструктивно выполнен в виде двух запрессованных друг с другом половинок, основной материал изготовления которых – углеродистая сталь, покрытая эпоксиполиэфиром или иными лакокрасочными материалами.
Между ними расположено эластичное полотно (мембрана), выдерживающая температурные нагрузки до 100 °С. Материалом изготовления большинства мембран выступает EPDM (этилен-пропилен-диеновый термополимерный каучук).
Конструкция бака может быть разборной или не разборной в зависимости от производителя. Поэтому у не разборных моделей при повреждении мембраны резервуар придется менять.
В зависимости от емкости, гидробаки имеют конструктивное исполнение для подвешивания на стену или установки в напольное положение на ножки. Их объем может колебаться в довольно широких пределах от нескольких единиц до многих сотен литров.
Спереди типового резервуара находится резьбовой штуцер (обычно размером 3/4 дюйма), посредством которого производят подключение расширительного бака к системе отопления. Сзади емкости расположен ниппель, из которого производится закачка или спуск воздуха.
Также на рынке можно встретить конструкции в виде двух приплюснутых половинок, их подсоединительный штуцер и ниппель размещаются сбоку на одной стороне.
Принцип работы расширительного бака довольно прост. Увеличившаяся в объеме, как результат нагревания, жидкость затекает в бак и давит на мембрану. Она прогибается внутрь и обеспечивает таким образом постоянный напор в системе. Охлаждаясь, теплоноситель уменьшается в объеме и выдавливается мембраной обратно в контур.
Рис. 7 Расширительные бачки для системы отопления закрытого типа бренда Valtec их характеристики и размеры
Статья по теме:
Расширительные бачки для системы отопления закрытого типа – правила выбора
При покупке мембранного расширительного бака руководствуются следующими соображениями.
Главным критерием его выбора служит объем резервуара. Так как нагретая вода расширяется примерно на 3,5%, при заполнении измеряют количество залитой в контур жидкости и из этих данных находят требуемую емкость гидробака.
Следует учитывать и то, что расширительный бачок для увеличения срока службы мембраны не должен заполняться в полном объеме. Также при использовании незамерзаек их тепловое расширение немного выше, чем у обычной дистиллированной воды.
Поэтому общепринято подбирать объем гидробака в 10% от количества теплового носителя.
Не стоит забывать и о том, что некоторые котлы оснащены внутренним небольшим расширительным бачком. В этом случае внешний мембранный бак выбирают чуть меньшей емкости с учетом внутреннего котлового.
Рис. 8 Схема правильного монтажа мембранного гидробака
Как установить расширительный бак в системе отопления
Перед тем, как подключить расширительный бак, необходимо выставить правильное давление воздуха внутри его емкости относительно напора в отопительном контуре.
Для этих целей руководствуются следующим алгоритмом действий:
- По паспортным данным находят максимум давления отопительной жидкости в котле. К примеру, если оно равно 3 бара, то в системе отопления закрытого типа должен поддерживаться напор приблизительно в 2 раза ниже, то есть 1,5 бара. Соответственно в гидробаке внутреннее давление воздуха на мембрану должно быть на 10 – 15% ниже, то есть необходима его настройка примерно на 1,3 бара.
- Давление воздуха внутри бака проверяют измерительным прибором, для чего откручивают защитную крышку с заднего ниппеля и приставляют к нему манометр. Если нужно, воздух спускают или подкачивают его ручными автомобильным, велосипедным насосом.
Установка расширительного бака в системе отопления должна осуществляться по следующим правилам:
- Резервуар располагают в месте, удобном для его демонтажа, техобслуживания и проведения ремонтных работ.
- Основной вариант, куда крепить бачок – близлежащая стена, вдоль которой проложен трубопровод.
- Напольные приборы не должны располагаться вплотную к стене.
Правильное месторасположение мембранного бака – непосредственно перед циркуляционным электронасосом и как можно ближе к нему.
- Сам циркуляционник следует подключать в линию обратки. Таким образом, насос непосредственно всасывает жидкость из накопительного резервуара и проталкивает ее далее по контуру.
Преимущества такого расположения – одинаковое давление на любых участках отопительного контура, а также более высокий эксплуатационный срок оборудования из-за пониженной температуры рабочей среды. Стоит отметить, что если монтаж расширительного бака системы отопления произведен после циркуляционного электронасоса, напор теплового носителя на разных участках отопительной магистрали может отличаться. - Расположение расширительного бачка строго по вертикали резьбовым подсоединительным патрубком вниз наиболее предпочтительно. Это предотвратит собирание в нем жидкости и увеличит эксплуатационный срок, снизит вероятность засорения проходного канала грязью.
- Для ремонта и обслуживания мембранного бака с возможностью его снятия, прибор в систему отопления подключают через отсечной шаровой вентиль.
Рис. 9 Стоимость и разновидности баков
Расширительные бачки для системы отопления закрытого типа играют важную роль в любой закрытой отопительной системе. На рынке реализуют широкий ряд подобных приборов различных объемов, нужные параметры которых довольно просто рассчитать самостоятельно. При монтаже следует установить давление воздуха внутри расширительного резервуара чуть ниже напора в контуре отопления и соблюдать пару простых правил при расположении прибора на трубопроводе и в пространстве.
Принцип работы расширительного бака
Принцип работы расширительного бака
Расширительный бак предназначен для поддержания давления в системе подачи воды.
Чаще всего для водоснабжения используется закрытое оборудование мембранного типа.
Оно представляет собой емкость, внутри которой установлена резиновая мембрана. Она делит устройство на две камеры: воздушную и водную.
После запуска системы электронасос заполняет последнюю водой.
Объем воздушной камеры при этом уменьшается.
Чем меньше объем воздуха в баке, тем выше давление.
В качестве расширительного бака для системы водоснабжения используется конструкция мембранного типа.
Резиновая диафрагма делит устройство на две камеры: воздушную и водную
Как только оно превысит запрограммированную отметку, насос будет автоматически отключен. Включится же он только после того, как давление упадет ниже минимальной запрограммированной отметки, при этом вода начнет поступать из водяной камеры бака. Цикл «выключение-включение» повторяется автоматически. Давление в системе можно проверить по манометру, который может быть установлен на оборудовании. Устройство можно настроить, выбрав предпочитаемый диапазон рабочего давления.Установленный в системе водоснабжения мембранный расширительный бак выполняет сразу несколько функций:
- Поддерживает давление при отключенном насосе.
- Защищает систему от возможного гидравлического удара, спровоцированного перепадами напряжения в сети или попаданием в трубопровод воздуха.
- Сохраняет под давлением некоторое количество воды.
- Защищает насосное оборудование от преждевременного износа.
Использование расширительного бака дает возможность при малом водопотреблении не включать насос, а покрывать потребности в воде за счет жидкости, хранящейся в баке.
Типы мембранных баков
Существует два основных типа расширительного мембранного оборудования.
Прибор со сменной мембраной
Главная отличительная особенность – возможность замены мембраны. Она вынимается через специальный фланец, который держится на нескольких болтах. При этом нужно учесть, что в приборах большого объема для стабилизации мембраны ее дополнительно закрепляют задней частью к ниппелю. Еще одна особенность устройства в том, что вода, заполняющая бак, остается внутри мембраны и не контактирует с внутренней частью бака. Что оберегает металлические поверхности от коррозии, а саму воду от возможного загрязнения и существенно продляет срок эксплуатации оборудования. Выпускаются такие модели, как в горизонтальном, так и в вертикальном исполнении.
Устройства со сменной мембраной отличаются более долгим сроком службы, поскольку наиболее уязвимый элемент системы можно заменить и вода не соприкасается с металлическим корпусом прибора.
Устройство со стационарной диафрагмой
В таких устройствах внутренняя часть бака разделена на две части жестко закрепленной мембраной. Она не подлежит замене, следовательно, при выходе ее из строя, оборудование придется менять. В одной части устройства содержится воздух, в другой – вода, которая напрямую контактирует с внутренней металлической поверхностью прибора, что может провоцировать ее быструю коррозию. Для предотвращения разрушения металла и загрязнения воды внутренняя поверхность водной части бака покрывается специальной краской. Однако такая защита не всегда долговечна. Выпускаются устройства горизонтального и вертикального типов.
Устройство мембранного бака
Начнем с того, что конструктивно аппараты, предназначенные для отопления и водоснабжения (гидроаккумуляторы), имеют некоторые отличия и путать их между собой нельзя.
В то же время принцип работы мембранного бака одинаков вне зависимости от его конструкции.
Общее устройство подобных резервуаров следующее: внутри герметичного металлического корпуса цилиндрической формы находится резиновая мембрана (в народе – «груша»).
Она бывает двух типов:
- в виде диафрагмы, разделяющей внутреннее пространство примерно пополам;
- в виде груши, своим основанием прикрепленной к входному патрубку для воды.
Примечание. Второй тип мембран подлежит замене, для этого надо раскрутить фланец патрубка. Первый тип заменить нельзя, только вместе с корпусом.
Различие между сосудами для разных систем состоит в том, что мембранные расширительные баки для систем отопления наполняются теплоносителем, контактирующим изнутри с металлическими стенками. В емкостях для водоснабжения вода никогда не соприкасается с металлом, а в некоторых моделях даже предусмотрена промывка «груши». Данные модификации рекомендованы к применению в сетях питьевого водоснабжения.
Еще одно отличие заключается в том, что мембраны для расширительных баков для воды изготавливаются:
- из пищевой резины;
- приспособленными к более высокому давлению, чем для отопительных.
Соответственно, «груша» в резервуаре для систем отопления адаптирована для работы при более высокой температуре. Сам же принцип действия аппаратов прост: под воздействием внешних сил (теплового расширения или воздействия насоса) емкость наполняется водой и растягивает мембрану до известных пределов. Увеличение «груши» с другой стороны ограничивает воздух, находящийся под определенным давлением. Для создания этого давления устройство бака предусматривает специальный золотник.
Когда внешнее воздействие прекращается и давление в сети трубопроводов падает из-за водоразбора или остывания теплоносителя, то мембрана постепенно выталкивает воду обратно в систему.
Расширительный бак для отопления
Виды расширительных баков
В различных системах отопления применяются разные виды расширительных баков.
Раньше в системах, не имеющих циркуляционных насосов, использовался открытый расширительный бак для отопления.
Но такие баки имели множество недостатков, поэтому в настоящее время их применяют очень редко.
Из-за того, что в такой расширительный бачок для отопления попадает воздух, появляется коррозия, а также жидкость испаряется быстрее и ее необходимо постоянно пополнять.
Такой бак должен быть поставлен в самой верхней точке системы отопления, а это не всегда можно легко и просто реализовать.
Открытый расширительный бак для отопления
В таких системах отопления, где носитель тепла циркулирует с помощью насоса, ставится закрытый расширительный бак для отопления, расчет здесь делается на то, что это герметичная емкость, которая обладает эластичной мембраной внутри. Мембрана (баллонная или диафрагменная) разделяет бачок на две части. В одну часть закачивается воздух или инертный газ под давлением, а другая часть предназначена для излишков теплоносителя. Мембрана внутри бака – эластичная, поэтому при попадании теплоносителя туда объем воздушной камеры становится меньше, давление в ней растет, таким образом компенсируя высокое давление в отопительной системе. При остывании же совершается обратный процесс.
Устройство закрытых расширительных баков
Закрытый расширительный бачок для отопления плоский бак может быть фланцевым (иметь сменную мембрану) и с несменной мембраной.
Второй вид пользуется достаточно большим спросом из-за относительно низкой стоимости. Но фланцевые расширительные баки во многом лучше – давление здесь может быть больше, а если разорвется мембрана, то можно ее заменить.
Фланцевый расширительный бак системы отопления может быть как вертикальным, так и горизонтальным.
Здесь жидкость, когда поступает в бак, не имеет контакта с металлической поверхностью, так как находится внутри мембраны. Если мембрана повреждается, заменить ее можно через фланец.
Вертикальные и горизонтальные фланцевые бачки
Баки, в которых не предусмотрена сменная мембрана, она закрепляется жестко по всему периметру. Диафрагма с самого начала прижата к внутренней поверхности, так как объем расширительного бака для отопления полностью заполнен газом. После этого давление в расширительном баке отопления увеличивается, а жидкость идет вовнутрь. Когда система запускается, давление может резко повыситься, поэтому именно в этот момент мембрана может повредиться.
Обслуживание расширительного бака
- Один раз в полгода необходимо проверять бак на внешние повреждения – коррозию, вмятины, подтеки. Если вдруг такие повреждения найдены, то обязательно нужно устранить их причину.
- Один раз в полгода нужно проверять начальное давление газового пространства на соответствие расчетному показателю.
- Один раз в полгода проверяется целостность мембраны. В случае обнаружения ее нарушения нужно заменить ее (если такая возможность предусмотрена).
- Если бак не будет использоваться долгое время, то нужно держать его в сухом месте, слив из него воду.
Показания манометров при правильной работе расширительного бака
Схемы подключения гидробаков
Для системы горячего водоснабжения установку расширительного бака проводят на участке циркуляционной магистрали, всасывающей линии насоса, ближе к водонагревателю.
Бак оборудуется:
- манометром, предохранительным клапаном, воздухоотводчиком — группа безопастности;
- запорным клапаном с устройством, которое предотвращает случайное перекрытие.
В водопроводной системе, где присутствует водонагревательное оборудование, устройство берет на себя выполнение функций расширительного бака.
Схема установки в системе ГВ: 1 – гидробак; 2 – предохранительный клапан; 3 – насосное оборудование; 4 – элемент фильтрации; 5 – обратный клапан; 6 – кран запорный
В системе ХВ главное правило при установке гидроаккумулятора — монтаж в начале обвязки, ближе к насосу. В схеме подключения обязательно присутствуют:
- обратный и запорный клапан;
- группа безопасности.
Схемы подключения могут быть очень разными. Поключенный гидробак нормализует работу оборудования, уменьшая количество включений насоса за единицу времени и этим продлевая срок его службы.
Схема монтажа в системе ХВ со скважиной: 1 – бак; 2 – обратный клапан; 3 – кран запорный; 4 – реле для регулировки давления; 5 – прибор управления насосным оборудованием; 6 – группа безопасности
В схеме с повысительной насосной станцией один из насосов работает постоянно. Такая система устанавливается для домов или зданий с высоким водопотреблением. Гидробак здесь служит в для нейтрализации скачков давления, а для аккумулирования воды устанавливают емкость как можно большего объема.
Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.
Для чего нужен расширительный бак в системе отопления частного дома
Чтобы разобраться, для чего нужен расширительный бак, следует ознакомиться с принципом работы и основными функциями такого резервуара. Не владея этой информацией, можно ошибочно подумать, что элемент не представляет особой ценности и просто занимает место в комнате. Однако на практике он выполняет массу важных задач и является незаменимой составляющей отопительной системы.
СодержаниеПоказать
Расширительный бачок в открытой системе
Источник фото: moskva.tiu.ru
За счет простоты монтажа, доступной стоимости и высоких показателей КПД расширительный бак в системе отопления открытого типа пользуется большой популярностью.
Преимущества открытых вариантов заключаются в следующем:
- Простота конструкции. В некоторых случаях для обустройства обогрева не нужно приобретать дополнительные материалы, а рабочий резервуар можно хранить в гараже.
- Открытые системы лишены проблемы появления избыточного давления, поскольку они связываются с атмосферой. Это избавляет от необходимости покупать предохранительный клапан.
- К другим плюсам относится возможность использования бака для отведения воздуха.
Кроме плюсов, открытая система имеет и минусы. В первую очередь, это необходимость монтажа бака в самой высокой точке. Для этого важно позаботиться о хорошем утеплении чердачного перекрытия, иначе жидкость в резервуаре замерзнет при отрицательных температурах.
Принцип работы
Чтобы понять, зачем нужен расширительный бак, следует оценить его эксплуатационные характеристики, специфику работы и тонкости самостоятельного монтажа. В жидкостных системах отопления роль теплоносителя выполняет вода.
С помощью специального оборудования она перемещается на большие расстояния и обеспечивает полноценный обогрев построек с разной этажностью и площадью. Это способствует росту спроса на монтаж водяных систем.
Ключевым плюсом открытых систем является возможность функционирования без насосных устройств. Движение теплоносителя выполняется по термодинамическим принципам, поскольку горячая и холодная вода обладают разной плотностью, а трубы расположены под наклоном.
Задача расширительного бака для отопления заключается в автоматической стабилизации давления жидкости и хранении остатков разогретой воды.
Резервуар монтируется выше остальных узлов, а принцип его работы состоит из таких этапов:
- подача. Подогретый теплоноситель перемещается от электрического, твердотопливного или газового котла к радиаторам;
- обратка. Остатки теплой воды попадают в бачок, начинают остывать и возвращаются обратно в котловой агрегат. В результате цикл повторяется.
Если система оснащена однотрубной магистралью, обе процедуры происходят в одной трубе. В двухтрубных типах они независимы.
Где расположить
Поскольку контур открытой системы отопления замкнут, но не изолирован от внешнего воздуха и негерметичен, появление проблемы избыточного давления исключается. При этом расширительный резервуар должен устанавливаться в правильном месте — выше всех остальных узлов. Если не учесть это правило, теплоноситель просто выльется.
Еще высокое размещение способствует эффективному отведению воздуха. В составе жидкости всегда присутствует растворенный воздух, который может переходить в состояние газа и вступать в химическую реакцию с металлическими поверхностями в трубах и теплообменнике.
Чрезмерное скопление газов приведет к забиванию радиатора или целой зоны отопительного контура. Поэтому своевременное устранение пузырьков воздуха является важнейшей задачей.
В некоторых случаях открытые резервуары совмещаются с магистралью обратки, что связано с особенностями конструкции или другими компоновочными соображениями.
Однако они остаются в самой высокой точке контура, к которой подводится труба. При таком монтаже понадобится установить специальные клапаны для отведения газов.
Какой объем бака потребуется
Разобравшись, зачем нужен расширительный бачок в открытой отопительной системе, можно переходить к следующему вопросу — выбору объема резервуара. Строгие ограничения или нормированные правила на этот счет отсутствуют.
Главное — оценить показатели коэффициента расширения жидкости при нагреве, емкость всей системы и оптимальный режим работы, чтобы определить, каким будет конечный объем жидкости.
Согласно простым расчетам, при нагреве 100 л воды до 90°С происходит прирост в 3,5 л, т.е. 5% от общего объема. Однако этого значения часто не хватает, поскольку резервуар должен предварительно заполняться на ¼ своей высоты, чтобы не «заглатывать» воздух.
Еще необходимо учитывать «переменный объем», компенсирующий расширения. На верхней границе фиксируют патрубок перелива, а выше уровня воды оставляют свободное место. Поэтому показатель в 5% является условным, а опытные специалисты рекомендуют придерживаться следующего соотношения — объем резервуара +10% объема системы.
Чтобы определить второй показатель, нужно руководствоваться такими принципами:
- Если монтаж системы выполнен, достаточно провести несколько замеров с помощью специального прибора — водомера. Он позволит определить, какое количество жидкости поместится в расширительный бак для водоснабжения или для отопления частного дома путем обогрева радиаторов. Способ демонстрирует высокую точность, но малоэффективен, поскольку важно получить результат для монтажа водопровода, труб отопления и других узлов.
- Некоторые мастера используют соотношение 15 л на 1 кВт мощности котельной установки. Методика непопулярна из-за большой погрешности.
- Объем отопительной системы можно определить с помощью несложных расчетов. Если проектом предусмотрен монтаж бака с контурами труб разного диаметра, котлом и радиаторами, необходимо совместить объемы всех узлов и получить искомую величину. Изначально, подобный способ может показаться достаточно сложным, но на практике все намного проще. К тому же, в сети можно найти специальные онлайн-калькуляторы, позволяющие получить точные значения за пару минут.
Если расчеты осуществляются для получения оптимального объема бака, то сам резервуар учитывать не нужно.
Расширительный бак для отопления закрытого типа
Основным достоинством резервуара для закрытой системы отопления являются его компактные размеры и возможность монтажа на любом участке контура.
Источник фото: zagr.ru
При монтаже согласно утвержденным нормативам, четкие ограничения в выборе места установки отсутствуют. Однако на многих схемах резервуар располагается возле насоса.
За счет герметичности бака, давление внутри контуров может расти до высокого уровня. Чтобы защитить конструкцию, важно предусмотреть наличие «группы безопасности».
Она состоит из следующих узлов:
- Предохранительный клапан с заданным верхним порогом давления.
- Воздухоотводчик с поддержкой автоматизации.
- Манометр или манометр с термометром для выполнения контрольно-измерительных задач.
Однако необходимость организации «группы безопасности» не является минусом, поскольку она объясняется спецификой работы системы.
К недостаткам баков для закрытых типов относится их дороговизна и необходимость самостоятельной покупки.
Но передовые модели поставляются с уже установленным резервуаром. Это касается агрегатов настенного типа.Устройство и принцип работы
Чтобы определить, какой расширительный бак нужен для отопления, следует изучить устройство и принцип работы конструкций для закрытой отопительной системы. Исполнение подобного резервуара достаточно простое. В зависимости от модели оно может немного отличаться, при этом специфика работы остается одинаковой.
Она подразумевает разделение герметично закрытой жидкости в 2 камерах с помощью специальной эластичной перегородки. Одна часть соединяется с помощью патрубка к контуру системы и называется водяной. Вторая (воздушная) предназначается для организации оптимального давления.
Конструкцией бака предусмотрено наличие таких составляющих:
- Корпус бака.
- Резьбовой патрубок.
- Ниппель или золотник.
- Мембрана.
- Водяная и воздушная камеры.
В качестве корпуса в большинстве случаев используется сборная штампованная конструкция цилиндрической формы (на рынке доступны и другие варианты).
Внутренняя поверхность стенок обладает защитным покрытием против коррозии и эмалевым слоем. Цвет корпуса красный, поскольку в магазинах предлагаются и резервуары-гидроаккумуляторы, которые отличаются синей окраской, оповещающей о невозможности работы с горячей жидкостью.
На резервуаре находится резьбовой патрубок для подключения бака к отопительному контуру. Ведущие производители поставляют в комплекте с резервуаром фитинги и накидную гайку-американку, которая упрощает процесс монтажа.
На противоположной стороне корпуса размещается ниппель или золотник, напоминающий велосипедный. С его помощью выполняется подкачка давления в воздушной камере.
Следующим важным узлом является мембрана, разделяющая внутренний объем бака на 2 отдельные части. В некоторых случаях устанавливается дополнительный мембранный бак, который задействуется при выходе из строя основной мембраны. По такому принципу необходим расширительный мембранный бак.
Источник фото: stroyaqua.com
Для изготовления этой детали используются эластичные материалы с минимальным показателем диффузии. Долгое время их роль выполнял каучук, но из-за недолговечности он потерял свою популярность. В современных устройствах принято закреплять этилен-пропиленовые или бутиловые элементы.
Роль воздушной камеры заключается в создании избыточного давления, которое опускает мембрану вниз и обеспечивает минимальный объем водяной камеры до полного заполнения.
Когда система заполняется жидкостью и включается в работу, контур нагнетает давление, а поверхность мембраны начинает изгибаться — это указывает на увеличение объема водяной камеры.
В зависимости от интенсивности нагрева, степень расширения может быть разной. Излишки теплоносителя перемещаются в водяную камеру бака, где они остывают, приобретают прежний объем, а мембрана отжимается вниз. В результате подобных действий обеспечивается оптимальный баланс давления.
В случае каких-либо сбоев, из-за которых теплоноситель не может больше расшириться, в работу вступает предохранительный клапан, стравливающий излишки и восстанавливающий равновесие.
Нередко мембрана может обладать нетрадиционной формой. Так, в продаже доступны баки баллонного типа, где она представляет собой эластичный баллон с герметично закрепленными краями.
Этот резервуар выполняет роль водяной камеры, а оставшееся пространство используется в качестве воздушной камеры с заданным давлением. В случае расширения жидкости, стенки мембраны начинают растягиваться, и она становится погожей на грушу. При этом объем камер с воздухом уменьшается, а значения давления продолжают расти.
Подобные баки широко востребованы в системе водоснабжения, поскольку они просты в установке и обслуживании. Разбираясь, нужно ли заземлять расширительные бачки, следует учитывать принцип их работы, размещение и функциональные возможности (если узел закреплен возле печи, заземление обязательно).
Какой объем должен быть у расширительного бака в закрытой системе отопления
Источник фото: almaty.satu.kz
На рынке можно найти целые серии баков с разными показателями рабочего объема. Чтобы найти наиболее оптимальный вариант, нужно провести некоторые расчеты, руководствуясь следующей формулой: Vб = Vс × k / D.
Значение Vб указывает на минимальный объем резервуара, Vc — отображает общий объем отопительной системы, а k является показателем коэффициента расширения жидкости.
D — коэффициент эффективности резервуара, который можно определить с помощью такой формулы: D = (1m — Qб)/(Qm + 1).
Qm является верхним показателем допустимого давления в отопительной системе и определяет усилие срабатывания клапана из «группы безопасности.
Qб указывает на предварительно созданное давление в камере воздушного типа. При наличии встроенной подкачки подобный показатель будет указан в технической документации. Иногда уровень давления регулируется автомобильным насосом с манометром.
Чтобы упростить процесс расчета объема, можно воспользоваться специальными онлайн-калькуляторами.
назначение, виды, установка, обслуживание и ремонт
В водяной системе отопления один из компонентов — расширительный бак. Это небольшой резервуар, который отвечает за стабилизацию давления. Без него возможны повреждения труб, радиаторов и других элементов системы. О том, что такое расширительный бак для отопления и как он регулирует давление и поговорим дальше.
Назначение и виды
В системе отопления температура теплоносителя постоянно изменяется, что приводит к изменениям его объема. Ведь известно, что жидкости при нагревании расширяются, при остывании сжимаются. Расширительный бак для отопления как раз и предназначен для того, чтобы принимать на себя излишки жидкости при нагреве (расширении), и возвращать их в систему при остывании. Таким образом он поддерживает стабильное давление в системе отопления.
Расширительный бак для отопления окрашен в красный цвет
Открытого типа
Есть два типа расширительных бачков: открытого и закрытого. Емкости открытого типа используется обычно в самотечных системах (с естественной циркуляцией). Так он называется потому, что представляет собой негерметичную емкость. Это может быть бочка, кастрюля, специально сваренный резервуар. Для того чтобы теплоноситель меньше испарялся, устанавливают крышку, но сама емкость негерметична. Принцип работы открытого расширительного бака прост: это емкость, в которую вытесняется излишек теплоносителя при повышении температуры и подается обратно при остывании.
Расширительный бак открытого типа — любая емкость, например, пластиковая канистра
При расчете баков открытого типа берут солидный запас по объему: можно долить теплоноситель и некоторое время не проверять его уровень. Емкость негерметична, так что идет постоянное испарение жидкости и запас не помешает. В случае недостатка теплоносителя, в систему попадет воздух, что может ее остановить. Последствия могут быть печальными — если сработает автоматика котла (если она есть) — есть вероятность разморозки. Если автоматики нет, котел от перегрева может разорваться. В общем, это тот случай, когда запас действительно оправдан.
Если в систему отопления залита вода, можно сделать автоматической пополнение на основе поплавка от бачка унитаза. Принцип работы точно такой же: при понижении уровня ниже определенной точки открывается подача воды. При достижении нужного уровня, подача перекрывается.
Расширительный бак для отопления открытого типа с поплавком
Плюс такого решения в том, что нет необходимости контролировать количество теплоносителя, возможность завоздушивания минимальна. Минус — надо тянуть водопроводную трубу. Так как открытые систем обычно работают на естественной циркуляции, расширительный бак для отопления ставят в самой верхней точке системы. Очень часто это — чердак, так что трасса получается длинной.
И это еще не все возможные аварийные ситуации. Поплавки, случается, не перекрывают подачу воды. Если такое произойдет с унитазом, вода просто бежит в канализацию. В случае с отоплением вода польется на чердак, затопит дом… Чтобы избежать подобной ситуации, надо сделать контроль перелива. В самом простом случае это ввареный/приделанный на нужном уровне патрубок с подключенным к нему шлангом. Шланг можно вывести в канализацию, но тогда надо придумать еще и сигнализацию переполнения емкости (заодно тогда и снижение уровня ниже критического). Можно шланг просто вывести на метр от дома или запустить в систему водостока. В этом случае видны будут «следы» переполнения и можно будет своевременно отреагировать и без сигнализации. Так что открытый расширительный бак для отопления требует некоторого дооборудования.
Закрытого типа
Расширительный бак для отопления закрытого типа ставится в системы с принудительным движением теплоносителя. В них движение теплоносителя активизируется при помощи циркуляционного насоса. Такие системы работают при повышенном (относительно атмосферного) давлении. Для сохранения этого давления, емкость должна быть герметичной.
Одна из главных функций расширительного бака для закрытой системы отопления — поддержание стабильного давления. Для этого емкость делят на две части. В одной находится воздух или закачанный на заводе инертный газ (обычно аргон). Эта часть герметична, есть выход малого диаметра, в котором установлен золотник (принцип работы такой же, как у велосипедного или автомобильного). Другая камера пуста и имеет выход какого-то сечения. Через этот выход расширительный бак для отопления подключается к трубопроводу. При расширении в эту камеру поступает теплоноситель.
Виды мембранных расширительных баков
Расширительный бак закрытого типа делится на камеры при помощи эластичной резиновой перегородки — мембраны. Бывает она двух видов: в виде диафрагмы (диска) или груши. Разницы особой нет, за исключением того, что грушу проще менять. Так что емкости с грушей более популярны, чем с диафрагмой.
Принцип работы мембранного расширительного бака сложнее, чем открытого. В «сухой» камере создается определенное давление. Оно подбирается в зависимости от рабочего давления в системе, а стандартная заводская настройка — 1,5 Бар. Пока давление в системе ниже чем в расширительном баке, «водяная» часть емкости остается пустой.
Когда оно становится выше, жидкость начинает поступать, мембрана растягивается, повышая давление в «газовой» части бака. Этот процесс происходит до тех пор, пока либо давление в системе не начинает падать (теплоноситель остывает), либо емкость заполняется полностью. Первый случай — это нормальная работа системы отопления, второй — аварийная.
Второй вариант означает, что объема расширительного бака не хватает. И такая ситуация возникает при неправильно подобранном размере (слишком маленький) или при перегреве котла. Чтобы сохранить работоспособность системы в таких ситуациях, ставят аварийные клапана.
Устройство и работа мембранного расширительного бака
Определение объема расширительного бака и его выбор
Для нормальной работы отопления расширительный бак должен иметь достаточный объем. Есть два способа его определения: можно рассчитать по формуле, можно воспользоваться эмпирическими данными.
Объем расширительного бака для отопления выбирается под каждую из систем
Эмпирический путь
Начнем с эмпирического способа. По опыту эксплуатации сделан вывод, что если объем расширительного бака для отопления составляет около 10% от общего объема системы отопления, этого достаточно. Вопрос в том, как определить объем системы. Способов как минимум два:
- Посчитать при заполнении (если заполняется водой и стоит счетчик или при заполнении теплоносителем из канистр — вы точно будете знать, сколько закачали жидкости).
- Высчитать по объему элементов системы. Потребуется найти информацию о том, сколько литров помещается в одном метре трубы, в одной секции радиатора. С этими данными уже можно узнать объем системы отопления.
Объем теплоносителя в трубах разного диаметра
Зная, сколько литров теплоносителя в вашем отоплении, легко рассчитать требуемый объем мембранного бака — он должен быть не менее 10% от этой цифры. В случае с баком открытого типа, реальный объем можно хоть удвоить — меньше вероятность того, что бачок опустеет. По минимуму, стоит добавить половину — вы все равно недольете его, минимум, на 1/3.
Мембранный расширительный бак для отопления берут обычно не слишком завышая расчетную цифру. Дело в том, что чем больше емкость, тем дороже стоит расширитель. И рост цены значительный. Тем не менее, брать меньший не стоит — давление будет «скакать», что приведет к раннему износу компонентов или вообще, останову системы. Наиболее вероятно, что отопление засбоит в морозы, потому что в холодную погоду теплоноситель более горячий, значит — его объем больше. И именно в эти моменты, объема расширительного бака может не хватить. Если вы заметили такие симптомы и расчет подтвердил, что мембранный бачок у вас недостаточного размера, не обязательно менять его на больший. Можно поставить второй. Важно чтобы суммарная емкость их была не менее расчетного значения.
Если в системе антифриз
Антифриз для отопления имеет большее тепловое расширение, чем вода. Причем разные марки имеют различные характеристики. Поэтому, для теплоносителя этого вида, желательно объем расширительного бака предварительно рассчитать.
Тут есть два пути: определить как для воды, сделать поправку на большее тепловое расширение. Оно зависит от процентного содержания этиленгликоля (тосола). На каждые 10% гликоля добавляем 10% объема. То есть:
- 10% этиленгликоля — должны добавить 10% от найденного объема бака для воды;
- 20% этиленгликоля — 20% добавляем и т.д.
Этот расчет обычно оправдан, но можно найти более точные цифры, используя формулу (на рисунке).
Формула расчета объема расширительного бака для системы отопления
После того как вы определились с объемом, пора покупать расширительный бак. Но в магазине они есть разных цветов. Как минимум, есть синие (голубые) и красные. Так вот, мембранный расширительный бак для отопления всегда красного цвета. Синие — для водопровода, причем для холодной воды. Они значительно дешевле, но мембрана там сделана из резины не приспособленной к высоким температурам. Так что в системе отопления прослужит он совсем недолго.
Давление в мембранном баке и его проверка
Чтобы закрытая система отопления работала нормально, в расширительном баке должно быть давление на 0,2-0,5 Бар ниже, чем в системе. Чем больше система, тем больше разница в давлении. Но, как уже говорили, на заводе их накачивают до 1,5 Бар, так что перед установкой расширителя, его лучше проверить и настроить под свою систему отопления.
Золотник часто прячется под пластиковой крышкой
Проверяем давление манометром, подключив его к выходу с золотником. Если давление выше, чем вам надо, немного стравливаем. Сделать это несложно — чем-то тонким нажать на лепесток в ниппеле. Послышится шипение выходящего воздуха. Когда давление достигнет желаемого уровня, освобождаем лепесток.
Если мембранный бачок накачан слишком слабо (такое тоже бывает), его можно накачать обычным насосом. Но удобнее автомобильным, с манометром — сразу можно контролировать давление. После проверки можно устанавливать в систему.
Место установки
Расширительный бак для отопления закрытого типа устанавливается на прямом участке перед циркуляционным насосом. Перед, в том смысле, что насос гонит воду от расширительной емкости, а не в нее. В таком случае расширитель работает более корректно.
Место для установки мембранного расширительного бака
Для установки мембранного бака, монтируют тройник, от него идет труба, к которой подключается емкость. Высота установки не имеет значения. Но перед баком и за ним лучше поставить отсечные краны. Мембрана, выходит из строя раз в несколько лет. Еще чаще приходится его проверять, подкачивать. Чтобы для обслуживания не приходилось останавливать и сливать систему и ставят запорный кран. Его перекрывают и можно бачок снимать, проверять, ремонтировать.
В самой высокой точке
В системах открытого типа, место установки расширительного бака выбирается исходя из других соображений. Его ставят в самой верхней точке системы. В этом случае он работает еще и как воздухосборник. Пузырьки воздуха стремятся вверх, а если в самой верхней точке стоит расширительный бачок, они тут и поднимаются на поверхность, выходя в атмосферу. Так что такой бак намеренно делают негерметичным, чтобы воздух из системы отопления имел возможность выходить естественным путем.
Закрытая система отопления — устройство и принцип действия
Закрытая система отопления — один из двух основных типов систем, в которых движение теплоносителя осуществляется с помощью специального циркуляционного насоса, то есть принудительное. Еще одна из характерных черт этого вида отопления — наличие закрытого расширительного бачка, также называемого мембранным.
Устройство
Однотрубная закрытая система отопления в своей конструкции имеет несколько конструктивных особенностей:
- Котел.
- Циркуляционный насос.
- Радиаторы отопления (батареи).
- Трубопровод.
- Расширительный бачок мембранный.
Принцип работы
Есть закрытая система отопления следующим образом. После того, как одно из основных устройств (бойлер) нагреет теплоноситель, объем жидкости в системе увеличится, которая затем перейдет в расширительный бак. В этом резервуаре есть специальная резиновая мембрана, а сам резервуар по форме напоминает капсулу. Условно расширительный бак можно разделить на две части, одна из которых — водяная камера (в которой образуется избыток воды), а вторая — воздушная (она заполнена азотом, а вся система находится под определенным давлением).
Следует отметить, что закрытая система отопления (схема ее принципа действия указана на втором фото) имеет свойство возврата воды, попавшей в резервуар, при нагревании устройства. В радиаторы он попадает с помощью циркуляционного насоса. И только тогда, когда в трубах мало жидкости. Чтобы исключить возможность газовыделения воды и возврата из расширительного бака в котел и его последующие элементы. В качестве охлаждающей жидкости устройство поддерживает как антифриз, так и обычную воду.Достоинства и недостатки
Одной из основных особенностей закрытой системы отопления, является ее полная изоляция от внешней среды. Таким образом, полностью исключено попадание воздуха внутрь устройства. А это продлевает срок службы всей системы отопления (насос не так сильно страдает от «заглатывания» воздуха сам по себе, отсутствует коррозия, которая могла быть вызвана образованием пузырьков внутри трубопровода). К тому же из-за наличия расширительного бачка нельзя следить за уровнем оставшейся воды в радиаторах.Бак при нагревании котла впитывает воду, а затем при охлаждении возвращает обратно.
Благодаря этому нет образования газов или испарения воды. Также этот вид отопления полезен тем, что имеет возможность контролировать и регулировать температуру в разных комнатах. Однако это реально только при наличии в системе циркуляционного насоса. Лучше всего работать с комнатным термостатом, чтобы можно было полностью контролировать уровень заданной температуры. Из недостатков единственный, пожалуй, минус — это зависимость данной системы от электрической энергии.Однако это сложно назвать минусом. .Глава 3a — Первый закон — Закрытые системы
Глава 3a — Первый закон — Закрытые системы — Энергетика (обновлено 17.01.11)Глава 3: Первый закон термодинамики для Закрытые системы
а) Уравнение энергии для замкнутых систем
Мы считаем, что первый закон термодинамики применен к стационарным замкнутым системам как принцип сохранения энергии. Таким образом, энергия передается между системой и окружающей средой в форма тепла и работы, в результате чего изменяется внутренняя энергия системы.Изменение внутренней энергии можно рассматривать как меру молекулярной активности, связанной с изменением фазы или температуры системы и уравнение энергии представляется в следующем виде:
Тепло (кв.)
Энергия, передаваемая через границу системы в форма тепла всегда возникает из-за разницы температур между системой и ее непосредственным окружением. Мы не будем рассмотреть режим теплопередачи, будь то теплопроводность, конвекция или излучение, таким образом, количество тепла, переданного во время любого процесс будет либо указан, либо оценен как неизвестный уравнение энергии.По соглашению, положительное тепло — это то, что передается из окружающей среды в систему, что приводит к увеличению внутренняя энергия системы
Работа (Вт)
В этом курсе мы рассматриваем три режима работы перенос через границу системы, как показано ниже диаграмма:
В этом курсе мы в первую очередь Граничные работы из-за сжатия или расширения системы в поршневой цилиндр, как показано выше. Во всех случаях мы предполагаем идеальное уплотнение (отсутствие массового расхода в системе и из нее), отсутствие потерь из-за трение и квазиравновесные процессы в том, что для каждого инкрементное движение поршня условия равновесия поддерживается.По соглашению, положительная работа выполняется системой на окружение, а негативная работа — это работа окружения в системе, Таким образом, поскольку отрицательная работа приводит к увеличению внутренней энергии системы, этим объясняется отрицательный знак в над уравнением энергии.
Граничная работа оценивается путем интегрирования силы F умноженное на инкрементное расстояние, перемещенное d x между начальное состояние (1) до конечного состояния (2). Обычно мы имеем дело с поршневое устройство, таким образом, сила может быть заменена поршневой площадь A, умноженная на давление P, что позволяет заменить A. г х при изменении объема d V, следующим образом:
Это показано на следующей схематической диаграмме, где напомним, что интегрирование может быть представлено областью под Кривая.
Обратите внимание, что работа выполнена по пути Функция , а не свойство, поэтому зависит от пути процесса между начальным и конечным состояния. Напомним в Главе 1 , что мы ввели типичный процесс интересных путей:
Изотермический (процесс с постоянной температурой)
Изохорная или Изометрический (процесс постоянного объема)
Изобарический (процесс постоянного давления)
Адиабатический (нет теплового потока в систему или из системы во время процесса)
Иногда бывает удобно оценить конкретную выполненной работы, которую можно представить диаграммой P-v , таким образом, если масса системы m [кг] окончательно имеем:
Отметим, что работа, проделанная системой на окружение (процесс расширения) положительное, и это было сделано на система окружением (процесс сжатия) отрицательна.
Наконец для закрытой системы Вал Работа (за счет лопастного колеса) и Электромонтажные работы (из-за напряжения, приложенного к электрическому резистору или двигатель, приводящий в движение лопастное колесо) всегда будет отрицательным (работа выполняется на система). Положительные формы работы вала, например, из-за турбина, будет рассмотрена в главе 4, когда мы обсудим открытые системы.
Внутренняя энергия (ед.)
Третий компонент нашей замкнутой системы энергетики Уравнение — это изменение внутренней энергии в результате передачи тепла или работы.Поскольку удельная внутренняя энергия является свойством системы, он обычно представлен в таблицах свойств, например в Steam Таблицы . Рассмотрим, например, следующая решенная проблема.
Решенная проблема 3.1 — Отзыв Решенная проблема 2.2 в главе 2а , в котором мы представили постоянную процесс давления. Мы хотим расширить задачу, включив в нее энергию взаимодействия процесса, поэтому мы повторяем это следующим образом:
Два килограмма воды при 25 ° C помещают в Устройство поршневого цилиндра под 3.Давление 2 МПа, как показано на диаграмме (Состояние (1)). К воде добавляется тепло при постоянном давлении до тех пор, пока температура пара достигает 350 ° С (Состояние (2)). Определить работа, выполняемая жидкостью (W), и тепло, передаваемое жидкости (Q) во время этого процесса.
Подход к решению:
Сначала рисуем схему процесса, включающую все соответствующие данные следующие:
Обратите внимание на четыре вопроса справа от диаграмму, которую мы всегда должны спрашивать, прежде чем пытаться решить любую термодинамическая проблема.С чем мы имеем дело — жидкостью? чистая жидкость, например пар или хладагент? идеальный газ? В данном случае это пар, поэтому мы будем использовать таблицы пара для определения различных свойств в различных штатах. Дана масса или объем? Если да, мы будем укажите и оцените уравнение энергии в килоджоулях, а не в удельные количества (кДж / кг). А как насчет энтропии? Не так быстро — мы еще не считали энтальпию (ниже) — терпеливо подождите, пока Глава 6 .
Так как в работе задействован интеграл П. d v ср Считаем удобным набросать схему проблемы P-v как следует:
Обратите внимание на диаграмму P-v , как мы определяем конкретная проделанная работа отображается как область под кривой процесса. Мы также обратите внимание, что в области сжатой жидкости постоянная температура линия по существу вертикальная. Таким образом, все значения собственности в State (1) (сжатая жидкость при 25 ° C) можно определить по насыщенной Жидкие значения таблицы при 25 ° C.
Энтальпия (ч) — новый объект
В следующих тематических исследованиях мы обнаруживаем, что один из основные приложения уравнения энергии замкнутой системы находятся в процессы теплового двигателя, в которых система приближается к идеальному газа, поэтому разработаем соотношения для определения внутренней энергии для идеального газа.Мы также обнаружим, что новое свойство под названием Энтальпия будет полезен как для закрытых систем, так и в частности для открытых систем, таких как компоненты паровых электростанций или холодильные системы. Энтальпия не является фундаментальным свойством, однако представляет собой комбинацию свойств и определяется следующим образом:
В качестве примера использования в закрытых системах, рассмотрим следующий процесс постоянного давления:
Применяя уравнение энергии, получаем:
Однако, поскольку давление постоянно процесс:
Подставляем в уравнение энергии и упрощаем:
Значения удельной внутренней энергии (u) и удельной энтальпия (ч) доступна в Steam Таблицы , однако для идеальных газов это необходимо разработать уравнения для Δu и Δh с точки зрения удельного Тепловые мощности.Мы развиваем эти уравнения в терминах дифференциальную форму уравнения энергии на следующей веб-странице:
специфический Теплоемкости идеального газа
Мы предоставили стоимость недвижимости для различных идеальных газов, включая газовую постоянную и удельную теплоемкость в следующая веб-страница:
Недвижимость различных идеальных газов (при 300 К)
__________________________________________________________________
К части b) Закона Первый закон — Цикл Стирлинга,
К части c) Закона Первый закон — Дизельные двигатели
К части d) Закона Первый закон — Цикл Отто
______________________________________________________________________________________
Инженерная термодинамика, Израиль
Уриэли находится под лицензией Creative
Общедоступное авторское право — Некоммерческое использование — Совместное использование 3.0 США
Лицензия
Расширительный бак — Infogalactic: ядро планетарных знаний
Расширительный бак или Расширительный бак — это небольшой бак, используемый для защиты закрытых (закрытых для атмосферного давления) систем водяного отопления и систем горячего водоснабжения от чрезмерного давления. Бак частично заполнен воздухом, сжимаемость которого смягчает удары, вызванные гидроударами, и поглощает избыточное давление воды, вызванное тепловым расширением.
Описание
Современное судно представляет собой небольшой контейнер или цистерну, разделенную на две части резиновой диафрагмой.Одна сторона подключена к трубопроводу системы отопления и поэтому содержит воду. Другая, сухая сторона, содержит воздух под давлением и обычно клапан Шредера (шток клапана автомобильного типа) для проверки давления и добавления воздуха. Когда система отопления пуста или находится на нижнем пределе нормального рабочего давления, диафрагма прижимается к впускному отверстию для воды; по мере увеличения давления воды диафрагма перемещается, сжимая воздух с другой стороны.
Расширительный бачок более старого типа был больше, ориентирован горизонтально и не имел резиновой диафрагмы, отделяющей воду от воздушного кармана.Этот теперь устаревший стиль будет постепенно переносить воздух из резервуара в самую высокую точку системы из-за растворения воздуха в воде, а затем выхода из раствора в другом месте системы. Это, в свою очередь, требовало регулярного опорожнения расширительного бачка, а также регулярного удаления воздуха из системы для поддержания ее эффективности.
Резиновая диафрагма в современных расширительных баках предотвращает нежелательный перенос воздуха и помогает поддерживать низкий уровень кислорода, уменьшая коррозию в системе.
Внутренние заявки
Если расширительные баки используются в системах горячего водоснабжения (ГВС), бак и диафрагма должны соответствовать требованиям по питьевой воде и должны выдерживать требуемый объем воды.
В прошлом домашние водопроводные системы часто содержали больше воздуха, чем в настоящее время, и захваченный воздух действовал как неочищенный расширительный бак. В новых и модернизированных системах расширительные баки используются чаще, чем в прошлом.
В Великобритании до использования герметичных расширительных баков «открытые» баки устанавливались в пространстве под крышей, чтобы приспособиться к расширению воды; у них был недостаток в том, что они подвергались воздействию холодного воздуха в пространстве под крышей.Это, без эффективной изоляции чердака, может упасть ниже точки замерзания и может привести к замерзанию трубопроводов, питающих резервуар. Однако при хорошей изоляции труб и резервуаров на практике это происходило довольно редко. Хотя такие системы были на удивление безотказными, существуют опасения по поводу пригодности воды из резервуаров на крыше из-за возможности загрязнения. Другой серьезный недостаток заключается в том, что давление воды из резервуара на крыше значительно ниже, чем давление в водопроводной сети, что делает использование смесителей иногда непредсказуемым.
Бытовые водяные системы отопления и охлаждения обычно включают в себя расширительный бак для компенсации изменений давления из-за расширения и сжатия воды, которую они используют для передачи тепла.
В Европе конструкция расширительных баков регулируется стандартом EN 13831 в соответствии с Директивой по оборудованию, работающему под давлением (PED) 97/23 / EC.
Применение в автомобильной промышленности
Расширительный бачок в Saab 901987 года выпуска (коричневый пластиковый резервуар с белой крышкой вверху изображения).
Расширительный бак также используется в системе охлаждения большинства двигателей внутреннего сгорания, чтобы охлаждающая жидкость, антифриз и воздух в системе расширялись при повышении температуры и давления.
Более крупные системы
Подобные устройства используются на крупных насосных станциях, где они могут называться расширительными камерами [1] или гидрофорами, для поддержания равномерного давления и уменьшения воздействия гидроудара.
См. Также
Список литературы
- ↑ Проект насосной станции, Гарр М. Джонс, Роберт Л. Санкс, Баярд Э. Боссерман, Джордж Чобаноглоус, Глава 22, стр. 44 [1], получено 15 мая 2012 г.
| HVAC (Отопление, вентиляция и кондиционирование) | |
|---|---|
| Основные концепции | |
| Технологии | |
| Компоненты | |
| Измерение и контроль | |
| Профессии, ремесла и услуги | |
| Отраслевые организации | |
| Здоровье и безопасность | |
| См. Также | |
термодинамика | Законы, определения и уравнения
Термодинамика , наука о взаимосвязи между теплотой, работой, температурой и энергией. В широком смысле термодинамика занимается передачей энергии из одного места в другое и из одной формы в другую. Ключевой концепцией является то, что тепло — это форма энергии, соответствующая определенному количеству механической работы.
Популярные вопросы
Что такое термодинамика?
Термодинамика — это изучение отношений между теплотой, работой, температурой и энергией.Законы термодинамики описывают, как изменяется энергия в системе и может ли система выполнять полезную работу со своим окружением.
Является ли термодинамика физикой?
Да, термодинамика — это раздел физики, изучающий изменение энергии в системе. Ключевой вывод термодинамики состоит в том, что тепло — это форма энергии, которая соответствует механической работе (то есть приложению силы к объекту на расстоянии).
Тепло не было официально признано формой энергии примерно до 1798 года, когда граф Рамфорд (сэр Бенджамин Томпсон), британский военный инженер, заметил, что при сверлении стволов пушек может выделяться безграничное количество тепла и Количество выделяемого тепла пропорционально работе, выполняемой при токарной обработке тупого расточного инструмента.Наблюдение Рамфорда пропорциональности между выделяемым теплом и проделанной работой лежит в основе термодинамики. Еще одним пионером был французский военный инженер Сади Карно, который ввел концепцию цикла тепловой машины и принцип обратимости в 1824 году. Работа Карно касалась ограничений на максимальный объем работы, которую можно получить от паровой машины, работающей с высокотемпературная теплопередача как движущая сила. Позже в том же веке эти идеи были развиты Рудольфом Клаузиусом, немецким математиком и физиком, в первый и второй законы термодинамики соответственно.
Наиболее важные законы термодинамики:
- Нулевой закон термодинамики. Когда две системы находятся в тепловом равновесии с третьей системой, первые две системы находятся в тепловом равновесии друг с другом. Это свойство делает целесообразным использование термометров в качестве «третьей системы» и определения шкалы температур.
Первый закон термодинамики или закон сохранения энергии. Изменение внутренней энергии системы равно разнице между теплом, добавленным к системе из окружающей среды, и работой, выполняемой системой над своим окружением.
- Второй закон термодинамики. Тепло не передается самопроизвольно из более холодной области в более горячую, или, что то же самое, тепло при данной температуре не может быть полностью преобразовано в работу. Следовательно, энтропия замкнутой системы или тепловая энергия на единицу температуры со временем увеличивается до некоторого максимального значения. Таким образом, все закрытые системы стремятся к состоянию равновесия, в котором энтропия максимальна, а энергия недоступна для выполнения полезной работы.
- Третий закон термодинамики. Энтропия идеального кристалла элемента в его наиболее стабильной форме стремится к нулю, когда температура приближается к абсолютному нулю. Это позволяет установить абсолютную шкалу энтропии, которая со статистической точки зрения определяет степень случайности или беспорядка в системе.
Хотя термодинамика быстро развивалась в 19 веке в ответ на потребность в оптимизации производительности паровых двигателей, широкая общность законов термодинамики делает их применимыми ко всем физическим и биологическим системам.В частности, законы термодинамики дают полное описание всех изменений энергетического состояния любой системы и ее способности выполнять полезную работу со своим окружением.
Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодняЭта статья посвящена классической термодинамике, которая не включает рассмотрение отдельных атомов или молекул. Такие проблемы находятся в центре внимания раздела термодинамики, известного как статистическая термодинамика или статистическая механика, которая выражает макроскопические термодинамические свойства в терминах поведения отдельных частиц и их взаимодействий.Его корни уходят во второй половине XIX века, когда атомные и молекулярные теории материи стали общепринятыми.
Основные концепции
Термодинамические состояния
Применение принципов термодинамики начинается с определения системы, которая в некотором смысле отличается от своего окружения. Например, система может представлять собой образец газа внутри цилиндра с подвижным поршнем, целую паровую машину, марафонца, планету Земля, нейтронную звезду, черную дыру или даже всю Вселенную.В общем, системы могут свободно обмениваться теплом, работой и другими видами энергии со своим окружением.
Состояние системы в любой момент времени называется ее термодинамическим состоянием. Для газа в баллоне с подвижным поршнем состояние системы определяется по температуре, давлению и объему газа. Эти свойства являются характеристическими параметрами, которые имеют определенные значения в каждом состоянии и не зависят от способа, которым система пришла в это состояние. Другими словами, любое изменение значения свойства зависит только от начального и конечного состояний системы, а не от пути, пройденного системой от одного состояния к другому.Такие свойства называются функциями состояния. Напротив, работа, выполняемая при движении поршня и расширении газа, и тепло, которое газ поглощает из окружающей среды, зависят от того, каким образом происходит расширение.
Поведение сложной термодинамической системы, такой как атмосфера Земли, можно понять, сначала применив принципы состояний и свойств к ее составным частям — в данном случае к воде, водяному пару и различным газам, составляющим атмосферу. Выделяя образцы материала, состояниями и свойствами которых можно управлять и управлять ими, можно изучать свойства и их взаимосвязи по мере того, как система изменяется от состояния к состоянию.
.