Расширительный бак чиллера

Виды расширительных баков и их функции

• Открытые баки: Общаются с атмосферой, позволяя излишкам воды уходить в канализацию и выполнять функции воздухоотделителя и воздухоотводчика.
• Закрытые баки без мембраны: Имеют регулируемое избыточное давление для компенсации увеличения объёма теплоносителя.
• Закрытые мембранные баки: Наиболее эффективны для поддержания давления в системе и компенсации теплового расширения жидкости.

Функции расширительной емкости в замкнутой гидравлической системе

• Компенсация изменения объёма теплоносителя: Воспринимает излишки воды при нагревании и возмещает её убыль при охлаждении.
• Поддержание постоянного давления: Гарантирует стабильность давления в системе, включая поддержание гидростатического давления при выключении насосов.
• Регулирование избыточного давления: Поддерживает давление в системе в пределах заданного диапазона.
• Контроль уровня воды и управление подпиточными насосами: Сигнализирует о состоянии уровня воды и контролирует работу подпиточных насосов.
• Удаление излишков воды и функция воздухоотделителя: В открытых системах расширительный бак удаляет излишки воды и отделяет воздух.

На практике наибольшее применение нашли закрытые расширительные баки с воздушной или газовой «подушкой». Баки герметичны, что способствует уменьшению коррозии в трубопроводной магистрали и элементах системы при ее эксплуатации; обеспечивают в широком диапазоне переменное давление. Применение закрытых расширительных баков уменьшает стоимость монтажа, так как не требуется установка баков в верхних точках системы.

В нерабочем состоянии мембрана находиться в положении — а), при заполнении гидравлической системы теплоносителем мембрана находится в промежуточном положении —

б) при нагревании жидкости увеличивается ее объем и мембрана прогибается до положения —

в) Если объем расширительного бака выбран меньше, чем необходимо, то давление в низших точках системы может превысить максимально допустимое. При понижении температуры теплоносителя давление в высших точках системы может оказаться ниже максимального необходимого.

Объем закрытого расширительного бака зависит от:

• Объема теплоносителя в гидравлической системе;
• Расчетной температуры и свойств теплоносителя в системе;
• Диапазона изменения давления в системе (от минимального до максимального);
• Давления циркуляционного насоса;
• Места расположения расширительного бака.

Форма подбора расширительного мембранного бака для герметичной системы

Пример: при температуре воды 0°С её плотность ρ₀ = 0,9998 кг/дм³, а при 100°С плотность составит ρ₁₀₀ = 0,9583 кг/дм³. Так как удельный объем v обратно пропорционален плотности (v = 1/ρ), то колебание объема воды составит: Δv = v₁₀₀ – v₀=1/ρ₁₀₀ – 1/ρ₀ = 1/0,983 – 1/0,9998 = 1,0435 – 1,0002 = 0,0433. Таким образом, при нагреве воды от 0 до 100°С вода увеличит свой объем по сравнению с первоначальным на 4,33%.

Как работает расширительный бак

Расширительный мембранный бак в системе чиллера играет ключевую роль в поддержании оптимального давления и компенсации теплового расширения рабочей жидкости (часто это вода или хладоноситель). Вот как он работает:

Принцип работы расширительного мембранного бака

• Мембрана внутри бака: Внутри бака находится мембрана (или диафрагма), которая делит его на две части. Одна часть заполнена жидкостью из системы, а другая — газом (обычно это азот).
• Баланс давления: Когда объём жидкости в системе увеличивается из-за нагрева, жидкость вытесняет мембрану в баке, увеличивая его заполненную часть. Это увеличение объёма в баке компенсирует повышение давления в системе. Когда жидкость остывает и её объём уменьшается, мембрана возвращается в исходное положение, выталкивая жидкость обратно в систему.
• Предварительное давление: В газовой части бака поддерживается определённое предварительное давление. Это давление выбирается с учётом характеристик системы и обеспечивает оптимальную работу мембраны для компенсации изменений объёма жидкости.

Роль в системе чиллера

Подбор мембранного расширительного бака

Достаточный объем мембранного расширительного бака рекомендуется определять по формуле:

V_б = C · β_t / (1 – P^a_min / P^a_max), (1)

где C – общий объем теплоносителя в системе отопления, л. Включает в себя объем воды в трубах, котле, радиаторах и других элементах системы. Этот показатель подсчитывается по фактической емкости каждого элемента системы; P^a_min – начальное (настроечное) абсолютное давление в расширительном баке, бар; P^a_max – максимальное абсолютное давление, возможное в расширительном баке, бар.

При расчетах на стадии технико-экономического обоснования допускается принимать удельную емкость системы отопления 15 л/кВт.

Значения коэффициента температурного расширения теплоносителя β_t, соответствующие максимальной разнице температур воды в неработающей и работающей системе, рекомендуется принимать из табл. 3.

Настроечное абсолютное давление вычисляется по формуле:

P^a_min = P^a₀ + P^ст_max – 0,1· (H_Б + h₂ + 1), (2)

где P^a₀ – атмосферное давление, бар; P^ст_max – статическое давление на уровне нижней точки системы, бар; Н_Б – превышение точки врезки бака над нижней точкой системы, м; h₂ – превышение центра бака над точкой врезки, м.

При расположении бака ниже точки врезки h₂ подставляется со знаком «минус».

Абсолютное максимальное давление, возможное в расширительном баке:

P^a_max = P^a₀ + P_ПК + P^ст_Б  – P^ст_ПК – 0,1· h₂, (3)

где P_ПК – давление настройки предохранительного клапана, бар; P^ст_Б – статическое давление на уровне установки предохранительного клапана, бар; P^ст_ПК – статическое давление на уровне врезки в систему мембранного бака, бар.