Рассчитать объем расширительного бака для отопления: Расчет объёма расширительного бака онлайн. Рассчитать давление в расширительном баке.

Разное

Содержание

Расчет расширительного бака отопления

+ отличие между открытым и закрытым бачками

Какой бы расширительный бак в системе отопления вы не выбрали, его следует надежно крепить: вес этого элемента системы отопления может значительно возрастать во время эксплуатации

Итак, в вашей системе отопления находится некоторый объем теплоносителя. Как известно, при нагревании жидкость имеет свойство расширяться, соответственно, ее объем будет расти и его нужно где-то помещать. Чтобы ваша система не стала похожей на бомбу, и используют расширительный бак: в него попадают излишки жидкости.

Конечно, размер расширительного бака в системе отопления будет зависеть от количества теплоносителя в системе, поэтому для каждого отдельного случая его надо рассчитывать отдельно.

«Как же так? – спросят владельцы настенных двухконтурных котлов. – У меня никакого бака нет!» или «Мне специально никто ничего не рассчитывал!» На самом деле такая емкость, конечно, имеется: спрятана в корпусе котла и имеет объем 8-12 литров – почти ведро воды.
Дело в том, что производитель котла позаботился, чтобы рассчитать расширительный бак с запасом. Зная мощность котла, можно предугадать размер помещения, которое он будет отапливать, а также приблизительное количество жидкости в системе. В современных системах отопления, в которых и используют настенные котлы, количество теплоносителя невелико (до 100 литров), поэтому расширительный бак вполне может уместиться в корпусе котла. Конечно, в случае необходимости его можно заменить на более вместительную модель.

Какие бывают типы расширительных баков отопления?

Раньше наиболее распространенными были баки открытого типа. В сущности, это «кастрюля с крышкой» – емкость с ввареной трубой. По ней поступает излишек воды в случае нагрева, и по ней же уходит назад в систему, когда котел выключен и теплоноситель остывает.

Некоторые баки открытого типа оснащают переливом – еще одной трубой наверху, по которой избыток жидкости может уходить, например, в канализацию.

В сущности, можно обходиться и без такого бака, просто установив в самой высокой точке системы «перелив». Однако, тогда придется периодически доливать в систему отопления воду, которая утекла.

Недостатки открытого расширительного бака в системе отопления:

* необходимо устанавливать в самой верхней точке системы

* теплоноситель теоретически может вылиться плюс контакт теплоносителя с открытым воздухом – его испарение и коррозия бака.

Преимущества открытого расширительного бака:

* дешевизна и исключительная надежность вследствие предельно простой конструкции.

Частый вопрос: можно ли использовать в системе с открытым расширительным баком циркуляционный насос?

Да. Вода от этого не станет «выскакивать» наружу – проверено на опыте.

Расширительный бак закрытого типа содержит внутри две полости – ту, в которой циркулирует теплоноситель, и емкость с газом (азот, воздух), разделенные гибкой мембраной. Если объем теплоносителя в системе увеличивается – объем емкости с газом уменьшается. Давление в системе остается практически прежним.

Преимущества закрытого расширительного бака:

* теплоноситель не контактирует с воздухом, т. е. не испаряется, не насыщается кислородом.

* такой бак можно ставить в любом месте системы, а не обязательно в ее самой высокой точке.

Недостатки: 

* высокая цена по сравнению с открытым расширительным баком

* повышенный объем, ведь приблизительно половину бака занимает емкость с газом.

Самый простой способ расчета расширительного бака в системе отопления:

Надо, узнав объем теплоносителя в системе, умножить его на 0,08. Таким образом, мы узнаем, что системе с сотней литров теплоносителя потребуется расширительный бачок объемом около 8 литров.

Как узнать объем теплоносителя?

Вот здесь об этом НАМ ТЕПЛО рассказывает подробно.

Расчет объема расширительного бака для отопления

Расчет объема расширительного бака для отопления

Расширительный бак — важнейший элемент системы водяного отопления. Он предназначен для поглощения избыточного давления. Все дело в том, что при определенной фиксированной массе теплоносителя при изменении его температуры, неизбежно будет менять и давление в системе. От того, насколько верно выбран расширительный бак, будет зависеть работоспособность всей системы отопления.

Итак, принцип работы данного устройства заключается в компенсации переизбытка давления теплоносителя. Поэтому даже небольшой просчет в установке или эксплуатации устройства может привести к выходу из строя всей отопительной системы.

Устройство расширительного бака

Бак разделен на две части, между которыми находится эластичная мембрана. Наверху накачен воздух, создающий начальное давление. Как только бак подключается к сети,  в нижнюю камеру подается вода. Когда эластичная мембрана становится в нулевое, спокойное положение и как бы ложиться на плоскость воды, отопительная система считается полностью заполненной и готовой к запуску.

Автоматическая регулировка давления происходит следующим образом:

При нагреве воды теплоноситель поступает в расширительный бак. Осуществляется воздействие на мембрану: она сокращается, увеличивая внутреннее пространство бака. Таким образом бак принимает избыток теплонесущей жидкости. Как только теплоноситель остывает, мембрана возвращается в первоначальное состояние.

Установка расширительного бака

Открытая система отопления

Установка осуществляется в верхней точке системы, как правило, вверху разгонного коллектора. При этом не требуется установка запорной арматуры.

Закрытая система отопления

Оптимально устанавливать расширительный бак в том месте, где течение воды наиболее близко к ламинарному, а в отопительной системе минимум завихрений. Можно разместить расширительный бак перед циркуляционным насосом.

Как рассчитать объем расширительного бака?

Ниже мы приведем стандартные формулы для расчета объема расширительного бака. Они позволят точно определить, бак какого типа понадобится для вашей отопительной системы.

Потребуются следующие данные:

·         мощность системы;

·         объемы теплоносителя;

·         статическое давление;

·         предварительное давление;

·         максимальное давление;

·         средняя температура системы в процессе работы.

Объем бака рассчитывается таким образом, чтобы при нагреве теплоносителя давление в системе не превышало максимально допустимого значения.

Общая формула:

 K = (KE x Z) / N, где:

·         КЕ — объем отопительной системы в целом;

·         Z — постоянное значения расширения жидкости теплоносителя;

·         N — величина эффективности мембранного бака.

Необходимо помнить, что идеальные расчеты, произвести практически невозможно. Ориентировочно объем рассчитывается исходя из значения, что 1 кВт мощности отопительного оборудования равен 15 литрам объема теплоносителя. Тогда средняя мощность для обычного дома равна 44 кВт. По формуле получается КЕ = 15х44 = 660л.


Константа расширения жидкости около 4%, для систем в которых используется обычная вода с максимальной температурой нагрева 95 градусов Цельсия. Если вместе воды закачивается элиленгликоль, то  коэффициент расширения можно вычислить так:

10% — 4% х 1,1 = 4,4%


20% — 4% х 1,2 = 4,8%

Зачастую результативность работы мембранного бачка указана производителем, но и самому ее рассчитать не сложно:

N= (DV-DS) / ( DV+1), где:

DV — наибольшее допустимое значения давления в системе, которое равно допустимому давлению предохранительного клапана и для обычных бытовых систем отопления редко превышает показатель в 2,5 — 3 бар.


DS — значения давления начальной зарядки мембранного бака исходя из постоянного значения в пол атмосферы на 5 метров протяженности отопительной системы.

В итоге получается, что если общая площадь помещения, в котором оборудуется система отопления, равна 400 кв. м., максимальная верхняя точка системы равна 5 м, и расчётная мощность оборудования 44 кВт, то требуемый объем бачка при таких значениях будет:

КЕ 44х15=660л.

DV 2,5 бар; DS =0.5 бар

N (2.5 – 0.5) / (2.5+1) = 0.57

K 660×0.04 / 0.57 = 46.2

Исходя из полученных данных, необходимо подбирать расширительный бак для отопления объемом 50 литров, с начальным давление в 0,5 бар.


Также для стандартных элементов отопительной системы существуют стандартные примерные значения:

1.      Радиаторы около 10,5 л.

2.      Теплые полы и другие греющие поверхности 17,0 л.

3.      Конвекторы 7,0 л.

Коэффициент увеличения-расширения объёма воды и водогликолевой смеси в зависимости от температурных показателей:

°С

Содержание гликоля, %

 

0

10

20

30

40

50

70

90

0

0,00013

0,0032

0,0064

0,0096

0,0128

0,0160

0,0224

0,0288

10

0,00027

0,0034

0,0066

0,0098

0,0130

0,0162

0,0226

0,0290

20

0,00177

0,0048

0,0080

0,0112

0,0144

0,0176

0,0240

0,0304

30

0,00435

0,0074

0,0106

0,0138

0,0170

0,0202

0,0266

0,0330

40

0,0078

0,0109

0,0141

0,0173

0,0205

0,0237

0,0301

0,0365

50

0,0121

0,0151

0,0183

0,0215

0,0247

0,0279

0,0343

0,0407

60

0,0171

0,0201

0,0232

0,0263

0,0294

0,0325

0,0387

0,0449

70

0,0227

0,0258

0,0288

0,0318

0,0348

0,0378

0,0438

0,0498

80

0,0290

0,0320

0,0349

0,0378

0,0407

0,0436

0,0494

0,0552

90

0,0359

0,0389

0,0417

0,0445

0,0473

0,0501

0,0557

0,0613

100

0,0434

0,0465

0,0491

0,0517

0,0543

0,0569

0,0621

0,0729

            

Калькулятор расчета объема расширительного бака в режиме онлайн

Расширительный бак в отопительной системе является балансировочным элементом. Его основная функция заключается в выравнивании объёма теплоносителя в случае его расширения под воздействием повышенного нагрева, а также поддержании требуемого в системе давления. Однако всегда актуален вопрос: как рассчитать объём расширительного бака отопления. Ведь от этого зависит правильный выбор устройства. Для расчёта лучше использовать калькулятор, который быстро справится с поставленной задачей.

Как пользоваться калькулятором расчёта

Всё же объём является основой выбора. Объёмный параметр устройства зависит от некоторых показателей, влияющих на его изменения. А именно:

  • чем больше объём теплового носителя в системе обогрева закрытого типа, тем больших габаритов стоит покупать бак;
  • чем нагрев теплового носителя выше, тем больше вместимость устройства;
  • чем давление теплового носителя выше (берётся возможный коэффициент), тем меньших габаритов ёмкость возможно покупать.

Это главные особенности. Теперь самое время совершить расчёт объёма расширительного бака отопления. Удобнее всего сделать это в режиме онлайн при помощи калькулятора. Всё, что от вас требуется – это заполнить форму в электронном калькуляторе и нажать расчёт.

Немного о типах расширительных баков

Эти устройства, как и сами системы отопления, разделяют на открытые и закрытые. Баки открытого типа отличаются большими габаритами и относительно низкой эффективностью, поэтому они не очень востребованы на рынке на сегодняшний день.

Устройства закрытого типа – это непроницаемые баки, разделённые внутри резиновой мембраной. Внизу циркулирует тепловой носитель, который изменяется в объёме за счёт повышения градуса. Вверху находится воздух, который закачивается туда на самом производстве. Давление воздуха изнутри равно 1,5 атмосфер.

По законам физики вода при нагревании увеличивает объём, её излишки заполняют нижнюю часть расширительного бака. При всём вода давит на мембрану, что поднимается до определённой отметки. Воздушные массы, которые давят сверху, создают в закрытой отопительной системе давление в 1,5 атмосфер, а это – необходимое условие качественной её работы.

При выборе расширительного бака обращаем внимание на следующие моменты:

  1. Форма бачка может быть округлой (баллонного типа) либо плоской.
  2. В нём применяется стойкая к температурам резина как мембрана. Она может быть диафрагмовая либо плоская.
  3. Выбор расширительного бака стоит делать, взяв за основу мембрану, а именно срок её службы и устойчивость к нужному давлению. Помните и о температурном нагреве теплоносителя, что будет контактировать с мембраной.
  4. Процессы диффузии тоже не самым лучшим образом могут сказываться на её качестве.

Если вам помог калькулятор, то добавьте его в закладки, чтобы не потерять! Сочетание клавиш CTRL+D вам в этом поможет.

Схема расчета расширительного бака для системы водного отопления

Расширительный бак на стене

Содержание

Автономные образцы водяного отопления — существенный источник жизнеобеспечения домашнего хозяйства.

Учитывая конструкцию строения, применяемый энергоноситель, а также установленные цели, схематический план монтажа разнится, но стержневая основа всегда неизменна.

Расширительный мембранный бак — один из таковых. Это устройство, оберегающее от чрезмерного повышенного давления. Как произвести расчеты по установке мембранного бака, рассказывается в этой статье.

Виды баков в системах отопления и их функции

Принцип работы

В любой системе при отоплении есть установленная величина теплоносителя, как правило, для этого используются вода.

В ходе нагревательного процесса жидкость расширяется, ее избыток выводится в расширительный бак. Соответственно происходит выравнивание давления.

На рынке сейчас представлены расширительные баки, делящиеся на две категории: закрытые и открытые. Последние весьма объемны и во многом неэффективны.

В связи с этим они выходят из употребления. Более практичный вариант пользуется заслуженным признанием профессионалов.

Закрытый тип мембранного бака — это сферическая или плоская емкость. Они довольно герметичны. Внутри полость — это две половины термостойкой мембранной баллонного или диафрагменного вида.

Баки функционируют таким образом, что из-за высокой температуры расширяющийся теплоноситель оказывается в баке, эластичная мембрана удлиняется, занимаемый воздухом объем убавляется. Соответственно давление увеличивается.

При выборе бака нужно учитывать, отвечает ли наибольшее допустимое давление параметрам диапазона давления. Очень важно учесть качество мембраны, ее характеристики (срок службы, постоянство при диффузии, диапазон рабочих температур, пригодность гигиеническим нормам). Также немаловажно выполнить подбор бака для нагревания требуемого объема.

Как рассчитать необходимый объем бака

Работа бака при изменяемом объеме

Расчет мембранного бака насущен для выявления его объёма, наименьшего диаметра соединительной теплотрассы, первоначального напора газовой площади и первоначального давления.

Ошибка при применении сложной методики, может привести к многократной активации защитного клапана и ряду другим неполадкам. Однако существуют взаимосвязь между баковой емкостью и действующими характеристиками в отношении оной.

Так, чем больше предельно дозволенное сжатие, тем будет меньше необходимый размер. Значительнее наибольшая температура жидкости — крупнее величина бака. При большей ёмкости — крупнее объём бака. В зависимости от уменьшения высоты, вычисляемой от места фиксации бака вплоть до верхнего предела, уменьшается его объём.

В соответствии со специальной формулой выполняется расчет. Прежде всего, следует исходить из совокупной величины теплоносителя.

С учетом производительности существующего котла, численности и типов отопительных агрегатов производится его расчет. Пример: конвектор – 7 л / кВт, теплое покрытие — 17 л / кВт, радиатор — 10,6 л / кВт.

Мембранные баки нужны для возмещения водной емкости и для наполнения мелких потерь теплоносителя. Поэтому в баке определен запас воды — эксплуатационный размер. Например, объём жидкости составляет три процента от ёмкости системы отопления.

Для более точного расчета мембранного расширительного бака в системе отопления применяется формула:

Объем бака (V)= (Vсис* k) / D

где:

  • Vсис – это весь объем воды в системе отопления
  • k – коэффициент увеличения теплоносителя (для воды, нагретой до 95°С, — 4%)
  • D – эффективность мембранного бака.

Чтобы вычислить D, можно использовать формулу:

D = ( Pmax – Pнач ) / ( Pmax + 1 ), где Pmax – это самое большое давление.

На него происходит наладка страховочного клапана. Pнач – первоначальный воздушный пресс камеры.

Выбор бака выполняется с учётом температурных показателей и его прочности. Давление вкупе с температурой в точке подключения не может быть больше максимально возможных показателей.

Объем в итоге равен или больше объёма, принятого при расчёте. Отрицательных результатов при завышении сверхрасчётного объёма нет.

Расширительный бак (20 — 25 л) как правило используют вместе с насосом. Мощность последнего до 1,2 кВт. Насосы с мощностью уже до 2 кВт следует применять с баками объемом 50 — 60 л. В продаже есть баки с объемом в пределах 100 — 200 л. Они применяются как запасные емкости, в тех случаях, когда подача воды ненадолго прерывается.

Кстати: Используя гликолевую смесь как теплоноситель, рекомендуется монтаж бака с величиной вполовину больше расчётного.

Важно иметь ввиду, что баки с диаметром, превышающим 750 миллиметров и с высотой больше 1,5 метра, возможно, не пролезут в дверь. В этом случае потребуется установка нескольких мембранных баков с меньшей емкостью.

В материале было выяснено, как произвести расчет емкости, не прибегая к непосредственным услугам специалистов при установке расширительного бака. Однако если процедура сложна, риск допустить ошибку весьма большой, то лучше воспользоваться советом специалиста.

подбор типа, формула и методика вычислений

Ёмкости для расширения воды (или экспанзоматы) используются для поддержания давления в системе отопления на заданном уровне, что исключает возможность возникновения непредвиденных (аварийных) ситуаций. Эти бачки могут иметь два различных исполнения: открытое и закрытое. К особенностям изделий открытого вида следует отнести наличие непосредственного контакта жидкости с атмосферой. В бачках закрытого типа теплоноситель изолирован от воздуха, а при расширении занимает дополнительный объём за счёт сжатия газа, отделённого от него гибкой мембраной.

Не забудь поделиться с друзьями!

Содержание статьи

Устройство расширительного бачка

Устройство расширительной ёмкости определяется её типом, а также особенностями обслуживаемой системы. Так, в оборудовании открытого типа расширение теплоносителя компенсируется за счёт поглощения избытков жидкости в свободных пространствах бака, предназначенных специально для этих целей.

Закрытые ёмкости выполняются в виде герметичного баллона, который разделён посредством мембраны на две механически изолированные части. При решении выбрать такую модель нужно иметь в виду, что в одну из них под давлением закачивается газ, а другая выполняет функцию приёмника теплоносителя.

По мере охлаждения жидкости в системе её объём уменьшается, вследствие чего она выдавливается из бачка газом, восполняя образовавшийся недостаток. При её нагреве наблюдается обратный процесс, при котором теплоноситель расширяется и занимает свободное место в баке, ограничиваемое давлением сжатого газа.

В отличие от закрытых бачков, резервуары открытого типа имеют определённые ограничения, связанные с местом их установки. Они должны монтироваться в верхних частях помещения, что обеспечивает возможность движения носителя самотёком при снижении его объёма. Независимо от типа и особенностей таких устройств перед их выбором потребуется обязательный расчёт основных показателей расширителя.

Исходные данные

Расчет расширительного бака возможен лишь при наличии следующих исходных данных:

  • минимальный диаметр подводящей трубы;
  • величина нормального давления в ёмкости для расширения;
  • среднее (рабочее) давление в отопительной системе.

Такой расчёт может быть произведён программным или обычным (ручным) способом. В результате пользователь должен получить значение ёмкости расширителя, удовлетворяющее характеристикам отопительной системы и конструктивным особенностям самого бака.

Важно! При использовании программного метода онлайн-калькулятора результат имеет большую погрешность, не всегда приемлемую с практической точки зрения. К тому же эта услуга чаще всего платная.

Из-за указанных недостатков при выборе способа расчёта удобнее ориентироваться на ручной подход, реализуемый с помощью обычных формул. В основу этого метода заложен принцип зависимости параметров жидкости от её температуры.

Формула для расчёта

В соответствии с указанным выше принципом воспользуемся следующей формулой и рассчитаем объем расширительного бака для отопления:

V бака = (V сист. * К) / N, где:

V сист. – общий объём трубопроводов отопительной системы.

К – коэффициент, учитывающий особенности используемого носителя.

N – показатель, определяющий эффективность работы бачка.

Известные методики расчёта отопительной системы частного дома предполагают следующие подходы. Согласно одному из них в трубы сначала закачивается вода или гликолевый антифриз, после чего всё это сливается с последующим измерением объёма слитой жидкости.

Дополнительная информация: для оценки этой величины можно воспользоваться специальным прибором (расходомером) или ёмкостью известного объёма.

Более простой вариант расчёта основывается на использовании следующих опытных данных. Известно, что на единицу мощности котельной установки приходится ёмкость труб отопления, равная примерно 15 литрам. С учётом этого при имеющемся в частном доме котле мощностью 30 киловатт общий показатель для всей системы будет равен 450 литрам.

Величину коэффициента (К) можно подобрать в специальных справочниках (для воды его значение составляет 4%). Эффективность бачка (N) обычно указывается в прилагаемых к изделию документах. Ее можно рассчитать также по формуле:

(Р1-Р2)/(Р1+1), где Р1 – максимальное давление для предохранительного клапана, а Р2 – давление внутри бачка (обычно 1,5 бар). При Р1=8 бар получаем N=0,72, а V бака=25 л.

Можно также исходить из того, что объем воды в системе при нагреве увеличивается на 5-10%. В результате получаем диапазон от 23 до 45 л.

На практике расширительный бак на 25 л может быть установлен при мощности насоса 1,2 кВт. Можно использовать несколько небольших баков вместо одного очень объемного.

Особенность мембранного бака

При подборе расширительного бака необходимо обратить внимание на следующие особенности мембранных изделий. Поступающие в продажу экспанзоматы этого класса могут оснащаться мембранами двух типов: заменяемой и несменной (фиксированной).

Спецификой первой из этих моделей является то, что поступающий в расширительный бачок теплоноситель располагается в границах мембранного объёма, не имея контакта со стальной поверхностью самого изделия. При необходимости ремонта или замены перегородки доступ к ней обеспечивается через специальный фланец, фиксируемый на корпусе двумя болтовыми соединениями.

В изделиях второго типа внутренняя полость бачка посредством жёстко закреплённой на основании (фиксированной) диафрагмы делится на две части, расположенные внутри корпуса изделия. Снять такую мембрану с расширительного бака нельзя, но рвется она от превышения давления значительно реже.

В заключение обзора отметим, что при выборе того или иного типа бачка в первую очередь должен учитываться объём обслуживаемой им системы, определяющий суммарную массу циркулирующего в ней теплоносителя.

объем, коэффициент заполнения и правила монтажа своими руками

Незаменимым элементом любой отопительной системы является бак расширения. Расширительный бак выполняет функцию стабилизации давления внутри системы за счет увеличения ее общего объема. Теплоноситель при нагревании расширяется, поднимая давление в емкостях системы; при избыточном давлении самые ненадежные элементы системы ломаются, что влечет за собой поломку всей системы отопления. Чтобы такого не произошло, необходимо произвести расчет расширительного бака, который позволит использовать систему для отопления без поломок.

Типы баков

Расширительные баки могут быть двух типов – отрытые и закрытые. Для бака первого типа не требуется никаких расчетов, по сути это наполовину заполненное теплоносителем ведро, установленное в самой высокой части отопительной системы, с отверстием, через которое при расширении теплоносителя выходит излишек воздуха. Открытые баки считаются устаревшими и имеют ряд недостатков, поэтому целесообразнее браться за расчет и установку расширительного бака закрытого типа.

Расширительный бак закрытого типа устанавливается в системах, оснащенных насосом, который отвечает за циркуляцию воды в системе отопления. Бак закрытого типа представляет собой емкость, разделенную на две части эластичной мембраной. В нижней части бака находится теплоноситель, а в верхней находится воздух.

При нагревании системы отопления теплоноситель расширяется и его излишки поднимаются в нижнее отделение расширительного бака. Далее мембрана поднимается вверх, сжимая воздушную камеру и тем самым сохраняя уровень давления системы в норме. Когда температура теплоносителя понижается, снижается и давление в системе, что влечет за собой понижение уровня теплоносителя в баке.

После установки бака его верхняя камера заполняется воздухом при помощи автонасоса, давление в воздушной камере должно быть равно начальному давлению во всей системе.

Расчет мембранного бака

Устройство мембранного расширительного бака

При проектировке отопительной системы важно рассчитать требуемый объем расширительного бака и коэффициент его заполнения. Для того чтобы высчитать, какую емкость должен занимать расширительный бак системы отопления, необходимо рассчитать объем излишков теплоносителя при нагревании и коэффициент заполнения нижней части бака. Объем всего бака (Vбака) равен максимальному количеству излишков нагретого теплоносителя (Vрасш) разделенному на коэффициент заполнения бака расширения (f). Отсюда получаем формулу:

Чтобы сделать расчет излишков теплоносителя при нагревании (Vрасш), следует объем всей системы (Vсист), не учитывая бак расширения, умножить на коэффициент объемного расширения выбранного теплоносителя (β). Имеем:

Vсист – объем всех частей системы – радиаторов, труб, котла и т.д. Если вы не можете точно подсчитать объем системы отопления, можно приблизительно высчитать объем по потребляемой мощности котла в расчете 1 кВатт = 14 литров.

Коэффициент объемного расширения теплоносителя (β) рассчитывается исходя из максимальной температуры нагрева жидкости. Необходимый вам коэффициент объемного расширения воды можно посмотреть в уже готовых таблицах и графиках.

Расчет коэффициента заполнения бака

Коэффициент заполнения расширительного бака

Формула расчета

Коэффициент заполнения бака показывает максимальный процент заполнения бака жидкостью. Сделать расчет коэффициента можно по формуле:

Рмакс – максимальный показатель давления в системе. Желательно использовать максимальную величину давления при срабатывании клапана предохранения.

Ргаза – начальное давление воздуха в воздушной камере бака, которое приблизительно равно начальному давлению во всей системе обогрева. Чтобы рассчитать требуемое давление в камере используйте формулу:

Символами Ргидр обозначается гидростатическое давление в системе. Сила гидростатического давления обусловлена разницей высот жидкости в верхних и нижних частях отопительной системы. Чтобы совершить расчет гидростатического давления в системе, используется формула:

ρ – плотность теплоносителя, измеряется в г/см³. Плотность воды – 1 г/см³.

hгидр – расстояние от самой нижней до самой верхней точки отопительной системы, измеряется в метрах.

Необходимо учесть, что объем расширительного бака должен быть заполнен теплоносителем не более, чем наполовину, в противном случае это грозит преждевременным выходом из строя отопительной системы. Если бак устанавливается после циркулярного насоса, то осуществлять расчет следует по этой формуле:

Рнасоса – это давление, которое создается циркулярным насосом в системе.

Особенности установки

Преимущество закрытых расширительных баков отопления заключается в том, что они могут быть установлены в любом месте отопительной системы. Однако рациональнее устанавливать бак перед циркулярным насосом, в самой нижней точке обратной ветки. В зависимости от объема мембранного бака при подключении к системе необходимо использовать трубы соответствующего размера, но не меньше PN20. В месте, где бак стыкуется с трубой, желательно поставить клапан, который стравит воздух из подводящей трубы. Перед запуском отопительной системы важно создать в баке давление, равное давлению в системе.

Существует два типа закрытых расширительных баков – с заменяемой мембраной и с мембраной несменной. Баки со сменной мембраной, или фланцевые баки, отлично справляются с большим давлением в системе. Мембрану при повреждении можно легко заменить, не тратясь на покупку нового расширительного бака. Баки с несменной мембраной стоят значительно дешевле фланцевых, но не предназначены для стабилизации давления в больших системах. Такие баки часто используются в системе обогрева небольших частных домов.

объем, коэффициент заполнения и правила монтажа своими руками

Незаменимым элементом любой отопительной системы является бак расширения. Расширительный бак выполняет функцию стабилизации давления внутри системы за счет увеличения ее общего объема. Теплоноситель при нагревании расширяется, поднимая давление в емкостях системы; при избыточном давлении самые ненадежные элементы системы ломаются, что влечет за собой поломку всей системы отопления. Чтобы такого не произошло, необходимо произвести расчет расширительного бака, который позволит использовать систему для отопления без поломок.

Типы баков

Расширительные баки могут быть двух типов – отрытые и закрытые. Для бака первого типа не требуется никаких расчетов, по сути это наполовину заполненное теплоносителем ведро, установленное в самой высокой части отопительной системы, с отверстием, через которое при расширении теплоносителя выходит излишек воздуха. Открытые баки считаются устаревшими и имеют ряд недостатков, поэтому целесообразнее браться за расчет и установку расширительного бака закрытого типа.

[nggallery id=211]

Расширительный бак закрытого типа устанавливается в системах, оснащенных насосом, который отвечает за циркуляцию воды в системе отопления. Бак закрытого типа представляет собой емкость, разделенную на две части эластичной мембраной. В нижней части бака находится теплоноситель, а в верхней находится воздух.

При нагревании системы отопления теплоноситель расширяется и его излишки поднимаются в нижнее отделение расширительного бака. Далее мембрана поднимается вверх, сжимая воздушную камеру и тем самым сохраняя уровень давления системы в норме. Когда температура теплоносителя понижается, снижается и давление в системе, что влечет за собой понижение уровня теплоносителя в баке.

После установки бака его верхняя камера заполняется воздухом при помощи автонасоса, давление в воздушной камере должно быть равно начальному давлению во всей системе.

Расчет мембранного бака

Устройство мембранного расширительного бака. Нажмите на фото для увеличения.

При проектировке отопительной системы важно рассчитать требуемый объем расширительного бака и коэффициент его заполнения. Для того чтобы высчитать, какую емкость должен занимать расширительный бак системы отопления, необходимо рассчитать объем излишков теплоносителя при нагревании и коэффициент заполнения нижней части бака. Объем всего бака (Vбака) равен максимальному количеству излишков нагретого теплоносителя (Vрасш) разделенному на коэффициент заполнения бака расширения (f). Отсюда получаем формулу:

Чтобы сделать расчет излишков теплоносителя при нагревании (Vрасш), следует объем всей системы (Vсист), не учитывая бак расширения, умножить на коэффициент объемного расширения выбранного теплоносителя (β). Имеем:

Vсист – объем всех частей системы – радиаторов, труб, котла и т.д. Если вы не можете точно подсчитать объем системы отопления, можно приблизительно высчитать объем по потребляемой мощности котла в расчете 1 кВатт = 14 литров.

Коэффициент объемного расширения теплоносителя (β) рассчитывается исходя из максимальной температуры нагрева жидкости. Необходимый вам коэффициент объемного расширения воды можно посмотреть в уже готовых таблицах и графиках.

Расчет коэффициента заполнения бака

Коэффициент заполнения расширительного бака. Нажмите на фото для увеличения.

Формула расчета

Коэффициент заполнения бака показывает максимальный процент заполнения бака жидкостью. Сделать расчет коэффициента можно по формуле:

Рмакс – максимальный показатель давления в системе. Желательно использовать максимальную величину давления при срабатывании клапана предохранения.

Ргаза – начальное давление воздуха в воздушной камере бака, которое приблизительно равно начальному давлению во всей системе обогрева. Чтобы рассчитать требуемое давление в камере используйте формулу:

Символами Ргидр обозначается гидростатическое давление в системе. Сила гидростатического давления обусловлена разницей высот жидкости в верхних и нижних частях отопительной системы. Чтобы совершить расчет гидростатического давления в системе, используется формула:

ρ – плотность теплоносителя, измеряется в г/см³. Плотность воды – 1 г/см³.

hгидр – расстояние от самой нижней до самой верхней точки отопительной системы, измеряется в метрах.

Необходимо учесть, что объем расширительного бака должен быть заполнен теплоносителем не более, чем наполовину, в противном случае это грозит преждевременным выходом из строя отопительной системы. Если бак устанавливается после циркулярного насоса, то осуществлять расчет следует по этой формуле:

Рнасоса – это давление, которое создается циркулярным насосом в системе.

Особенности установки

Преимущество закрытых расширительных баков отопления заключается в том, что они могут быть установлены в любом месте отопительной системы. Однако рациональнее устанавливать бак перед циркулярным насосом, в самой нижней точке обратной ветки. В зависимости от объема мембранного бака при подключении к системе необходимо использовать трубы соответствующего размера, но не меньше PN20. В месте, где бак стыкуется с трубой, желательно поставить клапан, который стравит воздух из подводящей трубы. Перед запуском отопительной системы важно создать в баке давление, равное давлению в системе.

[nggallery id=212]

Существует два типа закрытых расширительных баков – с заменяемой мембраной и с мембраной несменной. Баки со сменной мембраной, или фланцевые баки, отлично справляются с большим давлением в системе. Мембрану при повреждении можно легко заменить, не тратясь на покупку нового расширительного бака. Баки с несменной мембраной стоят значительно дешевле фланцевых, но не предназначены для стабилизации давления в больших системах. Такие баки часто используются в системе обогрева небольших частных домов.

Оцените статью:

Поделитесь с друзьями!

Назад к основам: расширительные баки

Обязательно используйте все ресурсы, доступные техническим специалистам, если не знаете, как правильно рассчитать размер расширительного бачка. Производители, представители производителей и оптовые торговцы — все это хорошие места для начала.

Рой Коллвер

Вода расширяется при нагревании. Внутри закрытого контейнера или системы трубопроводов внутреннее давление будет быстро расти, потому что вода несжимаема в реальных условиях. Моя первая иллюстрация дает одну паузу, чтобы рассмотреть влияние на компоненты гидравлической системы, если не будет учтено увеличение объема воды.Необходимость добавления предохранительного клапана сброса давления к любой системе трубопроводов с замкнутым контуром очевидна из этой диаграммы.

Для устранения избыточного объема воды можно использовать предохранительный клапан, но в этом случае система будет терять жидкость при каждом цикле нагрева / охлаждения, что потребует автоматического добавления свежей подпиточной воды. Это пустая трата воды и постоянное добавление агрессивного кислорода.
Воздух поддается сжатию, и специалисты поняли, что воздушный карман достаточного размера в системе с замкнутым контуром сжимается в объеме, обеспечивая место для дополнительной воды.Не рекомендуется иметь воздушные карманы внутри котлов или распределительных трубопроводов, поэтому расширительный бак был разработан как временная «стоянка» для избыточного объема воды, когда система горячая. Это позволяет рециркулировать его обратно в систему трубопроводов каждый раз, когда он снова остывает.

Требуемое давление
Минимальное давление в рабочей гидравлической системе определяется давлением холодного заполнения. Обычно это давление, необходимое для проталкивания воды в верхнюю часть нагревательных контуров, плюс достаточное дополнительное давление (обычно пять фунтов на квадратный дюйм) для правильной работы вентиляционных отверстий в верхней части.Каждое повышение давления на один фунт / кв. Дюйм поднимет водяной столб на 2,31 фута. Чтобы рассчитать давление холодного заполнения вашей системы, умножьте высоту сверху вниз на 0,433, чтобы получить фунт / кв. Дюйм внизу, а затем добавьте пять фунтов на квадратный дюйм.

«Имейте в виду, что многие методы делают предположения относительно некоторых из вышеперечисленных параметров и будут иметь встроенные факторы, в результате которых будет получен резервуар на один размер больше, чем предполагает математика».

Максимальное давление в системе устанавливается выбором предохранительного клапана.Выберите набор клапанов, чтобы начать слив жидкости до того, как давление может возрасти до опасного уровня. Тридцать фунтов на квадратный дюйм — обычное значение для жилых и малоэтажных коммерческих зданий; достаточно высокий, чтобы избежать высвобождения при нормальных условиях эксплуатации, и достаточно низкий, чтобы избежать повреждения компонентов.

Ранние системы были открыты для атмосферы и позволяли нагретой воде расширяться в открытый резервуар в самой высокой точке системы. Это было элегантное решение, но, к сожалению, оно позволяло воздуху проникать в систему и способствовать кислородной коррозии.Изобретение полностью закрытой системы за счет добавления резервуара с «воздушной подушкой» в основном решило проблему кислородной коррозии, но требовались очень тщательная конструкция, специальные фитинги и компоненты, а также рабочие параметры, чтобы воздух этих резервуаров не растворялся в воздухе. воды.

Это приведет к коррозии, и залив резервуар сделает его бесполезным. Они должны были быть наполнены достаточным количеством воды, чтобы сжать воздух до давления холодного наполнения, и при этом иметь достаточно места, чтобы можно было припарковать нагретую воду по мере ее увеличения в объеме.Эти резервуары также могут становиться большими и громоздкими, и их необходимо устанавливать над котлом, как правило, между балками пола. Вы обнаружите, что они все еще используются сегодня, и если вы найдете один и не знаете, как с ним справиться, спросите такого старожила, как я.

Сделаем это по-старому
В 1950-х годах расширительный бачок с мембраной появился на полках оптовых торговцев и быстро стал популярным выбором. Нагревательная жидкость удерживалась гибким резиновым барьером (диафрагмой) в одной половине стального резервуара, и воздух больше не контактировал с греющей жидкостью, что почти исключало кислородную коррозию.Воздушная сторона бака должна была быть предварительно заполнена воздухом при желаемом давлении наполнения системы, что сделало их намного меньше по размеру, чем исходные амортизирующие баки. Также были разработаны расширительные бачки баллонного типа. Они полностью отделили теплоноситель от стали резервуара. Гибкий баллон был похож на сверхмощный баллон с теплоносителем. Предварительная зарядка воздушной стороны баллона сжимала баллон, в то время как нагревание жидкости приводило к заполнению и растяжению баллона по мере необходимости. Обратитесь к многочисленным иллюстрациям, сопровождающим эту статью, для получения дополнительной информации о том, как работают эти устройства, и некоторых правил их правильного применения.

Размер имеет значение
Определение размеров расширительных баков не представляет особой сложности, но требует некоторых усилий со стороны проектировщика или специалиста по обслуживанию для сбора правильной информации.
Это должно включать:
1. Объем жидкости в системе, включая котел, трубопроводы и другие компоненты — это сложная часть, которая занимает некоторое время.
2. В документации котла или паспортной табличке должно быть указано содержание воды, и вы можете найти диаграммы, которые покажут объем на фут для различных размеров и типов труб.
3. Возможно, вам придется оценить объем некоторых других компонентов, таких как воздушные сепараторы и коллекторы с малыми потерями, но у них также должна быть документация с этой информацией.
После того, как вы все это добавите, вы будете готовы ввести число в дополнение к типу жидкости (процентное содержание гликоля — если есть), температуре холодного заполнения, максимальной температуре, начальному давлению холодного заполнения и конечному давлению. .
После сбора этой информации доступно несколько методов выбора.Имейте в виду, что многие методы делают предположения относительно некоторых из вышеперечисленных параметров и будут иметь встроенные факторы, которые в конечном итоге приведут к тому, что резервуар на один размер больше, чем предполагает математика. Это не обязательно проблема, так как небольшой увеличенный размер расширительного бачка не окажет негативного влияния на работу системы и может считаться «хорошей страховкой» для тех из нас, кто может столкнуться с математическими трудностями.
У многих производителей есть онлайн-калькуляторы на своих веб-сайтах — используйте их. Есть действительно хорошие бесплатные, но имейте в виду, что программа выберет один из собственных продуктов.Не думайте, что их бак подходит для другой марки того же размера.
Представители производителей и местные оптовые торговцы — еще один эффективный ресурс для определения размера расширительного бачка.

Калькулятор размера расширительного бака

| Онлайн

О калькуляторе

Расширительный бак в системе отопления используется для поддержания давления в системе на стабильном уровне. Наш калькулятор позволяет оценить объем расширительного бачка исходя из объема теплоносителя или емкости оборудования.Напомним, что оптимальное давление в системах отопления частного дома — 1-2 бар. Теоретическая основа расчета:

V резервуар = (V сумма × e) / ((P max — P o ) × (P max + 1))

  • V сумма — Объем системы отопления;
  • е — объемный коэффициент расширения;
  • P max — максимальное давление;
  • P o — начальное давление.

Какой размер расширительного бачка мне нужен?

  1. Введите объем / мощность вашей системы отопления.
  2. Выберите тип охлаждающей жидкости
  3. Введите коэффициент расширения жидкости.
  4. Введите начальное давление.
  5. Введите максимальное давление.

Коэффициент расширения воды

° С Коэффициент расширения ° С Коэффициент расширения
0 0,00013 6510 0.00027 70 0,0227
20 0,00177 75 0,0258
30 0,00435 80 0,0290

0,0290

80 0,0290
50 0,0121 90 0,0359
55 0,0145 95 0,0396
60 0.0171 100 0,0434

Коэффициент расширения водно-гликолевой смеси

° С Гликоль,%
0 10 10 10 50 70 90
0 0,00013 0,00320 0,00640 0,00960 0,01280 0,01600 0.02240 0,02880
10 0,00027 0,00340 0,00660 0,00980 0,01300 0,01620 0,02260 0,01620 0,02260 0,029 0,01440 0,01760 0,02400 0,03040
30 0,00435 0,00740 0.01060 0,01380 0,01700 0,02020 0,02660 0,03300
40 0,00780 0,01090 0,01410 0,017 0,017 0,01410 0,017 0,017 0,01210 0,01510 0,01830 0,02150 0,02470 0,02790 0,03430 0.04070
60 0,01710 0,02010 0,02320 0,02630 0,02940 0,03250 0,03870 0,04490 0,03870 0,04490 0,038 0,0118 0,0115 0,0115 0,01 0,03780 0,04380 0,04980
80 0,02900 0,03200 0,03490 0.03780 0,04070 0,04360 0,04940 0,05520
90 0,03590 0,03890 0,04170 0,04450 0,04170 0,04450 0,070

0,040 0,04650 0,04910 0,05170 0,05430 0,05690 0,06210 0,07290

Книга — Imera

Выбор
и размер

Необходимо правильно подобрать расширительный бак с учетом объема.

Например, нагрев воды с 0 ° C до 100 ° C увеличивает ее объем примерно на 4,5%. Это означает, что внутри системы должно быть пространство, способное удерживать избыточный объем воды. Это пространство — расширительный бачок.

Увеличение объема воды поглощается резервуаром. Это означает, что объем бака должен быть больше, чем общее возможное расширение системы отопления.

Объем можно рассчитать по следующей формуле:

Где:
e = коэффициент расширения воды; это разница между расширением воды при максимальной температуре
и расширением воды при минимальной температуре, когда система не работает
(обычно Tmax = 90 ° C и Tmin = 10 °, поэтому e = 0,0359 ; см. таблицу ниже).
C = общая мощность системы (обычно от 10 до 20 литров на каждые 1000 ккал / ч мощности котла).

Для расчета точного размера устанавливаемого резервуара используйте следующую формулу:

In, где:
η = внутренний объем резервуара
Pi = давление предварительной зарядки резервуара (бар)
Pf = максимальное заданное давление на предохранительном клапане с учетом разницы в высоте между клапаном и резервуаром (бар).

Пример

Системные данные: e = 0,0359 C = 400 литров Pi = 1,5 бар Pf = 3 бар

В любом случае мы примем меру, наиболее близкую к расчетному значению

9010 9010 0
Температура воды (° C) Коэффициент расширения
0 0,00013
10 0,00025
20 0,00174 30 0,0042

40 0,00782
50 0,01207
55 0,01450
60 0,01704
70 0,02269
75 0,02580
80 0,02899
85 0,03240
95 0,03960
100 0,04343

Расширительные баки | Котлы Rite Есть два основных типа…

Существует два основных типа расширительных баков: компрессионный и баллон / диафрагма. Компрессионный бак (также называемый обычным стальным баком) всегда устанавливается горизонтально где-то над котлом — чем выше расположение, тем меньше бак. Баки-дозаторы / диафрагмы имеют кольцевое основание, которое находится на полу, поэтому их намного легче установить на место. Компрессионный бак не имеет внутренних деталей и обычно сбоку мерного стекла показывает количество воздуха в баке. Баллоны / мембранные баки имеют внутренний баллон из бутилкаучука, прикрепленный к водяному патрубку системы.Этот баллон окружен воздухом в резервуаре, который предварительно заполнен сжатым воздухом под давлением, равным самому высокому статическому давлению воды в системе плюс 5 фунтов на квадратный дюйм. Компрессионные резервуары и резервуары-дозаторы являются резервуарами полной приемки, а мембранные резервуары — резервуарами частичной приемки, что важно только тогда, когда дело доходит до определения размеров резервуаров для системы. Баки-дозаторы имеют сменные баллоны на случай их разрыва, а мембранные баки — нет. Баллоны / мембранные баки имеют пределы температуры 240 F.Для систем, работающих при этой температуре, может использоваться компрессионный бак ASME с надлежащим номинальным давлением и температурой, или в некоторых случаях может использоваться трубопроводная система с тепловым ответвлением для рассеивания тепла и поддержания в баллонах / мембранных баках ниже 240 F.

Как правило, системы отопления в одно- или двухэтажных зданиях могут иметь более дешевый компрессорный бак. Когда котельные находятся в нижней части более высоких зданий, резервуары-дозаторы будут лучшим выбором, потому что они могут быть на 75% меньше, чем резервуары сжатия из-за их способности предварительной зарядки.Кроме того, чем больше компрессионный резервуар, тем больше он будет весить (резервуар плюс 8,3 фунта на галлон воды внутри) и тем больше будет стоить его проектирование и надежное подвешивание.

Как узнать, исправен ли расширительный бачок? Ответ: Следите по манометру бойлера, как нагревается система. Если давление заметно возрастает, значит, резервуар (а) малоразмерный (б) заболоченный (компрессионный резервуар) (в) разорванный баллон (баллон / мембранный резервуар) (г) недостаточно предварительно заряжен (баллон / диафрагма) или (д) клапан закрытый изолирующий расширительный бак от системы.

Местоположение: Расширительный бак всегда должен присоединяться к системе на стороне всасывания системного насоса, а не на стороне нагнетания насоса. Это также называется точкой отсутствия изменения давления в системе. Точка подключения баков компрессионного типа к системе должна находиться выше воздухоотделителя (если он есть) или воздухоотводящего фитинга на котле, если сепаратор не был поставлен. В трубопроводе между выходом горячей воды из котла и всасывающей стороной насоса необходимо установить воздухоотделители.

Следует ли заполнить систему и создать избыточное давление до заправки баков-дозаторов / мембран воздухом? Нет, эти резервуары должны быть предварительно заполнены воздухом перед заполнением системы и созданием давления. Большинство баков-дозаторов / диафрагм предварительно заправлены воздухом под давлением 12 фунтов на квадратный дюйм. Подрядчик должен проверить давление воздуха в резервуаре и добавить давление воздуха (при необходимости) на 5 фунтов на квадратный дюйм сверх максимального статического давления в системе. Статическое давление можно найти, разделив общую высоту системы в футах на 2.31. Добавьте 5 фунтов на квадратный дюйм к статическому давлению, и это давление, до которого должен быть предварительно заряжен бак. Напишите этот номер на баке для использования в будущем. При проведении полугодовых испытаний давления воздуха в резервуаре, отсоедините резервуар от системы, слейте воду до тех пор, пока давление воды в резервуаре не станет нулевым, затем проверьте давление воздуха в резервуаре с помощью клапана Шредера и при необходимости добавьте воздух.

Определение размеров расширительных баков: Требуется следующая информация: (a) Общее количество галлонов системы (котел + трубопровод + нагревательные змеевики).(b) Температура воды в заливке (для большинства применений используйте 40-50 градусов по Фаренгейту). (c) Максимальная рабочая температура горячей воды. (d) Настройка предохранительного клапана котла (большинство новых водогрейных котлов Rite имеют настройку предохранительного клапана 125 PSI). (e) Статическое давление в месте расположения расширительного бака после заполнения системы холодной водой (используйте 1 фунт / кв. дюйм на каждые 2,31 фута трубопровода системы над расширительным баком). Эти числа затем вводятся в нашу программу определения размеров, чтобы определить модель резервуара, которая вам нужна для работы.

Воздух в системе: Воздух может вызывать стук и стук внутри котла при его возгорании.Хотя это скорее раздражает, чем вредно, увлеченный воздух также действует как изолятор и снижает эффективность котла. Поэтому важно удалить воздух из системы. В расширительных баках сжатия воздух находится в прямом контакте с водой. В баллонах с диафрагмой / диафрагмой воздух не находится в прямом контакте с водой. Почему это важно? Потому что, когда система остынет, объем воды уменьшится. Кроме того, если вода находится в прямом контакте с воздухом, она будет поглощать больше воздуха по мере того, как становится холоднее.В системах с компрессионными баками этот воздух может вернуться в основной трубопровод и пройти обратно через котел, пока не достигнет воздухоотделителя, где он будет отделяться и следовать по трубопроводу обратно в расширительный бак, где он и должен быть. Не устанавливайте автоматические вентиляционные отверстия в системах с компрессионными баками, так как удаление этого воздуха в конечном итоге приведет к уменьшению объема воздуха в баке до тех пор, пока его не станет недостаточно, чтобы быть эффективным, или он станет заболоченным. Манометрические стеклянные уплотнения и клапанные уплотнения на компрессионных резервуарах также могут быть медленным путем выхода воздуха и в конечном итоге привести к потере воздушной подушки резервуара.Системное соединение с компрессорным баком всегда должно осуществляться с помощью фитинга B&G Airtrol, который действует как ловушка, помогая удерживать воздух в баке. Если система все время остается горячей, усадки и попадания воздуха обратно в систему не произойдет. Системы, использующие компрессионные баки, называются системами контроля воздуха.

Системы

, в которых используются баки-дозаторы / мембраны, называются системами удаления воздуха или удаления воздуха. В этой системе используются воздушные сепараторы и ручные или автоматические вентиляционные отверстия для удаления воздуха из системы.

Нужен ли мой водонагреватель расширительный бак? Миннеаполис-Сент. Пол сантехник Answers

Хотя это звучит так, будто вы устанавливаете больше горячей воды, расширительный бак на самом деле служит другой цели: он помогает сбросить давление в системе горячего водоснабжения.

Если вам интересно, нужен ли вам расширительный бак, вот итоги: Если в вашем доме есть система с «замкнутым» контуром, тогда вам понадобится расширительный бак.

Мы знаем, что у вас, вероятно, есть еще вопросы.

В этом блоге мы объясним следующее:

Что такое система с обратной связью (и почему для нее требуется расширительный бак)

Как проверить, что у вас есть система водоснабжения с обратной связью

Хочу Minneapolis-St. Пол сантехник для установки вам расширительного бачка? Мы можем сделать это для вас!

Назначить встречу сегодня

Что такое замкнутая система

Дома имеют водопроводную систему открытого или закрытого типа. Замкнутая система предотвращает протекание воды в обратном направлении.

Это означает, что вода, попадающая в ваш дом, не может вернуться в городские сети, когда она попадает в трубы вашего дома. По очевидным причинам, связанным со здоровьем, в новых домах обычно используется замкнутая система, а это значит, что, скорее всего, вам понадобится расширительный бак.

Почему для замкнутой системы требуется расширительный бак

Когда вода нагревается внутри водонагревателя, вода расширяется и давление внутри резервуара увеличивается. Это называется тепловым расширением .

Расширенная вода повышает давление внутри бака; которые, если их не остановить, могут привести к взрыву водонагревателя.

В открытой водопроводной системе вода может выходить так, как она поступила в водонагреватель, через впускной патрубок холодной воды. Однако, поскольку система с обратной связью создает единственный путь для входа воды (но не выхода), этой дополнительной воде нужно будет куда-то уйти.

Вот здесь-то и вступает в дело расширительный бак. Когда давление внутри вашего водонагревателя становится слишком высоким, дополнительный объем воды уходит в расширительный бак, чтобы сбросить давление в основном баке.

Поскольку это значительно увеличивает срок службы вашего бака, большинство производителей требуют, чтобы у вашего водонагревателя был расширительный бак, чтобы гарантия действовала.

Теперь мы поможем вам узнать, как определить, есть ли у вас система с обратной связью.

Как проверить, что у вас замкнутая система

Если вы хотите перепроверить и убедиться, что у вас есть система с обратной связью, поищите устройство для предотвращения обратного потока на водопроводной магистрали вашего дома.

Вот почему. Устройство предотвращения обратного потока предотвращает выход воды из водопровода вашего дома, что является верным признаком того, что в вашем доме установлена ​​система водопровода с обратной связью.

Итак, где вы можете найти это устройство предотвращения обратного потока?

К основному запорному клапану воды всегда подключено устройство предотвращения обратного потока. Обычно главный запорный кран воды можно найти в подвале или по периметру дома.

Устройства предотвращения обратного потока различаются по конструкции, но некоторые из них выглядят как большой круглый компонент в середине трубы.

Примечание. Если вам не удается найти устройство предотвращения обратного потока, обратитесь за помощью к специалисту.

Нужен расширительный бачок? Позвольте сантехнику Twin Cities установить его для вас

Назначить встречу сегодня

Мы обслужили Миннеаполис-Стрит. Жители Павла более 100 лет следят за тем, чтобы их потребности в сантехнике были удовлетворены. Мы можем предоставить вам предварительную и честную оценку стоимости установки расширительного бачка и, как правило, выполним работу в тот же день.

Посетите нашу страницу сантехнических услуг, чтобы увидеть другие сантехнические услуги, которые мы предлагаем.

Термическое расширение твердых тел и жидкостей

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определите и опишите тепловое расширение.
  • Рассчитайте линейное расширение объекта с учетом его начальной длины, изменения температуры и коэффициента линейного расширения.
  • Рассчитайте объемное расширение объекта с учетом его исходного объема, изменения температуры и коэффициента объемного расширения.
  • Рассчитать термическое напряжение на объекте с учетом его исходного объема, изменения температуры, изменения объема и модуля объемной упругости.

Рис. 1. Подобные термические компенсаторы на мосту Окленд Харбор-Бридж в Новой Зеландии позволяют мостам изменять длину без потери устойчивости.(Источник: Ингольфсон, Wikimedia Commons)

Расширение спирта в градуснике — один из многих часто встречающихся примеров теплового расширения , изменения размера или объема данной массы в зависимости от температуры. Горячий воздух поднимается вверх, потому что его объем увеличивается, что приводит к тому, что плотность горячего воздуха меньше плотности окружающего воздуха, вызывая подъемную (восходящую) силу на горячий воздух. То же самое происходит со всеми жидкостями и газами, вызывая естественный теплоперенос вверх в домах, океанах и погодных системах.Твердые тела также подвергаются тепловому расширению. Например, железнодорожные пути и мосты имеют компенсаторы, позволяющие им свободно расширяться и сжиматься при изменении температуры.

Каковы основные свойства теплового расширения? Во-первых, тепловое расширение явно связано с изменением температуры. Чем больше изменение температуры, тем больше будет гнуться биметаллическая полоса. Во-вторых, это зависит от материала. В термометре, например, расширение спирта намного больше, чем расширение содержащего его стекла.

Какова основная причина теплового расширения? Как обсуждается в «Кинетической теории: атомное и молекулярное объяснение давления и температуры», повышение температуры означает увеличение кинетической энергии отдельных атомов. В твердом теле, в отличие от газа, атомы или молекулы плотно упакованы вместе, но их кинетическая энергия (в виде небольших быстрых колебаний) отталкивает соседние атомы или молекулы друг от друга. Это проталкивание от соседа к соседу приводит в среднем к немного большему расстоянию между соседями и в сумме увеличивает размер всего тела.Для большинства веществ в обычных условиях нет предпочтительного направления, и повышение температуры увеличит размер твердого вещества на определенную долю в каждом измерении.

Линейное тепловое расширение — тепловое расширение в одном измерении

Изменение длины Δ L пропорционально длине L . Зависимость теплового расширения от температуры, вещества и длины резюмируется в уравнении Δ L = αL Δ T , где Δ L — изменение длины L , Δ T — величина изменение температуры, а α — коэффициент линейного расширения , который незначительно изменяется в зависимости от температуры.

В таблице 1 приведены типичные значения коэффициента линейного расширения, которые могут иметь единицы 1 / ºC или 1 / K. Поскольку размеры кельвина и градуса Цельсия одинаковы, значения α и Δ T могут быть выражены в кельвинах или градусах Цельсия. Уравнение Δ L = αL Δ T является точным для небольших изменений температуры и может использоваться для больших изменений температуры, если используется среднее значение α .

Таблица 1. Коэффициенты теплового расширения при 20ºC
Материал Коэффициент линейного расширения α (1 / ºC) Коэффициент объемного расширения β (1 / ºC)
Твердые вещества
Алюминий 25 × 10 6 75 × 10 6
Латунь 19 × 10 6 56 × 10 6
Медь 17 × 10 6 51 × 10 6
Золото 14 × 10 6 42 × 10 6
Чугун или сталь 12 × 10 6 35 × 10 6
Инвар (железо-никелевый сплав) 0.9 × 10 6 2,7 × 10 6
Свинец 29 × 10 6 87 × 10 6
Серебристый 18 × 10 6 54 × 10 6
Стекло (обычное) 9 × 10 6 27 × 10 6
Стекло (Pyrex®) 3 × 10 6 9 × 10 6
кварцевый 0.4 × 10 6 1 × 10 6
Бетон, Кирпич ~ 12 × 10 6 ~ 36 × 10 6
Мрамор (средний) 2,5 × 10 6 7,5 × 10 6
Жидкости
эфир 1650 × 10 6
Спирт этиловый 1100 × 10 6
Бензин 950 × 10 6
Глицерин 500 × 10 6
Меркурий 180 × 10 6
Вода 210 × 10 6
Газы
Воздух и большинство других газов при атмосферном давлении 3400 × 10 6

Пример 1.Расчет линейного теплового расширения: мост Золотые Ворота

Главный пролет моста Золотые Ворота Сан-Франциско составляет 1275 м в самые холодные дни. Мост подвергается воздействию температур от до от 15ºC до 40ºC. Каково изменение его длины между этими температурами? Предположим, что мост полностью стальной.

Стратегия

Используйте уравнение линейного теплового расширения Δ L = α L Δ T , чтобы рассчитать изменение длины, Δ L .{\ circ} \ text {C} \ right) = 0,84 \ text {m} \\ [/ latex]

Обсуждение

Это изменение длины заметно, хотя и невелико по сравнению с длиной моста. Обычно он распространяется на многие компенсаторы, поэтому расширение в каждом стыке невелико.

Тепловое расширение в двух и трех измерениях

Объекты расширяются во всех измерениях, как показано на рисунке 2. То есть их площадь и объем, а также их длина увеличиваются с температурой.Отверстия также увеличиваются с увеличением температуры. Если вы прорежете отверстие в металлической пластине, оставшийся материал расширится точно так же, как если бы заглушка все еще была на месте. Заглушка станет больше, а значит, и отверстие должно стать больше. (Представьте, что кольцо соседних атомов или молекул на стенке дыры отталкивает друг друга все дальше друг от друга при повышении температуры. Очевидно, что кольцо соседей должно становиться немного больше, поэтому дыра становится немного больше).

Тепловое расширение в двух измерениях

Для небольших изменений температуры изменение площади Δ A определяется как Δ A = 2αAΔ T , где Δ A — это изменение площади A , Δ T — изменение температуры , а α — коэффициент линейного расширения, который незначительно меняется в зависимости от температуры.

Рис. 2. В общем, объекты расширяются во всех направлениях при повышении температуры. На этих чертежах исходные границы объектов показаны сплошными линиями, а расширенные границы — пунктирными линиями. (а) Площадь увеличивается из-за увеличения как длины, так и ширины. Увеличивается и площадь круглой пробки. (b) Если заглушку удалить, оставшееся отверстие становится больше с повышением температуры, как если бы расширяющаяся заглушка все еще оставалась на месте. (c) Объем также увеличивается, потому что все три измерения увеличиваются.

Тепловое расширение в трех измерениях

Изменение объема Δ V очень близко к Δ V = 3 α V Δ T . Это уравнение обычно записывается как Δ V = βV Δ T , где β — коэффициент объемного расширения и β ≈ 3α. Обратите внимание, что значения β в таблице 1 почти точно равны 3α.

Обычно объекты расширяются с повышением температуры.Вода — самое важное исключение из этого правила. Вода расширяется с повышением температуры (ее плотность уменьшается на ), когда она находится при температуре выше 4ºC (40ºF). Однако он расширяется с при понижении температуры , когда она находится между + 4ºC и 0ºC (от 40ºF до 32ºF). Вода самая плотная при + 4ºC. (См. Рис. 3.) Возможно, самым поразительным эффектом этого явления является замерзание воды в пруду. Когда вода у поверхности охлаждается до 4ºC, она становится плотнее, чем оставшаяся вода, и поэтому опускается на дно.Этот «оборот» приводит к образованию более теплой воды у поверхности, которая затем охлаждается. В конце концов, пруд имеет постоянную температуру 4ºC. Если температура в поверхностном слое опускается ниже 4ºC, вода становится менее плотной, чем вода внизу, и, таким образом, остается наверху. В результате поверхность водоема может полностью промерзнуть. Лед поверх жидкой воды обеспечивает изолирующий слой от резких зимних температур наружного воздуха. Рыба и другие водные животные могут выжить в воде с температурой 4ºC подо льдом из-за этой необычной характеристики воды.Он также обеспечивает циркуляцию воды в пруду, что необходимо для здоровой экосистемы водоема.

Рис. 3. Плотность воды как функция температуры. Обратите внимание, что тепловое расширение на самом деле очень мало. Максимальная плотность при + 4ºC только на 0,0075% больше, чем плотность при 2ºC, и на 0,012% больше, чем при 0ºC.

Установление соединений: соединения в реальном мире — заполнение бака

Рис. 4. Поскольку при повышении температуры газ расширяется больше, чем бензобак, летом нельзя проехать столько миль на «пустом», как зимой.(Источник: Гектор Алехандро, Flickr)

Различия в тепловом расширении материалов могут привести к интересным эффектам на заправочной станции. Один из примеров — капание бензина из только что залитого бака в жаркий день. Бензин начинается при температуре земли под заправочной станцией, которая ниже, чем температура воздуха наверху. Бензин охлаждает стальной бак при его наполнении. И бензин, и стальной бак расширяются, когда они нагреваются до температуры воздуха, но бензин расширяется намного больше, чем сталь, и поэтому он может перелиться через край.

Эта разница в расширении также может вызвать проблемы при интерпретации показаний датчика бензина. Фактическое количество (масса) бензина, оставшегося в баке, когда манометр показывает «пустой», летом намного меньше, чем зимой. Бензин имеет тот же объем, что и зимой, когда горит лампочка «долейте топлива», но из-за того, что бензин расширился, масса меньше. Если вы привыкли зимой пробегать еще 40 миль на «пустом месте», будьте осторожны — летом вы, вероятно, выбегаете намного быстрее.

Пример 2. Расчет теплового расширения: газ по сравнению с газовым баллоном

Предположим, ваш стальной бензобак объемом 60,0 л (15,9 галлона) заполнен бензином, поэтому температура и бака, и бензина составляет 15,0 ° C. Сколько бензина вылилось к тому времени, когда они нагрелись до 35,0ºC?

Стратегия

Бак и бензин увеличиваются в объеме, но бензин увеличивается больше, поэтому количество пролитого является разницей в изменении их объема. (Бензобак можно рассматривать как твердый стальной.) Мы можем использовать уравнение для объемного расширения, чтобы рассчитать изменение объема бензина и бака.

Решение
  1. Используйте уравнение объемного расширения для расчета увеличения объема стального резервуара: Δ V с = β с V с Δ T .
  2. Увеличение объема бензина определяется следующим уравнением: Δ V газ = β газ V газ Δ T .
  3. Найдите разницу в объеме, чтобы определить количество разлитого V разлив = Δ V газ — Δ V с .

В качестве альтернативы мы можем объединить эти три уравнения в одно уравнение. (Обратите внимание, что исходные объемы равны.)

[латекс] \ begin {array} {lll} {V} _ {\ text {spill}} & = & \ left ({\ beta} _ {\ text {gas}} — {\ beta} _ {\ text {s}} \ right) V \ Delta T \\ & = & \ left [\ left (\ text {950} — \ text {35} \ right) \ times {\ text {10}} ^ {- 6} / ^ {\ circ} \ text {C} \ right] \ left (\ text {60} \ text {.{\ circ} \ text {C} \ right) \\ & = & 1 \ text {.} \ text {10} \ text {L} \ end {array} \\ [/ latex]

Обсуждение

Это значительное количество, особенно для резервуара объемом 60,0 л. Эффект такой поразительный, потому что бензин и сталь быстро расширяются. Скорость изменения тепловых свойств обсуждается в главе «Тепло и методы теплопередачи».

Если вы попытаетесь плотно закрыть резервуар, чтобы предотвратить переполнение, вы обнаружите, что он все равно протекает либо вокруг крышки, либо в результате разрыва резервуара.Сильное сжатие расширяющегося газа эквивалентно его сжатию, и как жидкости, так и твердые тела сопротивляются сжатию с чрезвычайно большими силами. Чтобы избежать разрыва жестких контейнеров, в этих контейнерах есть воздушные зазоры, которые позволяют им расширяться и сжиматься, не нагружая их.

Термическое напряжение

Термическое напряжение создается в результате теплового расширения или сжатия (обсуждение напряжения и деформации см. В разделе «Эластичность: напряжение и деформация»). Термическое напряжение может быть разрушительным, например, когда бензин разрывает бак при расширении.Это также может быть полезно, например, когда две части соединяются вместе путем нагревания одной при производстве, затем надевания ее на другую и охлаждения комбинации. Термический стресс может объяснить многие явления, такие как выветривание скал и тротуаров из-за расширения льда при замерзании.

Пример 3. Расчет теплового напряжения: давление газа

Какое давление будет создано в бензобаке, рассмотренном в примере 2, если температура бензина повысится с 15?От 0 ° C до 35,0 ° C без возможности расширения? Предположим, что модуль объемной упругости B для бензина составляет 1,00 × 10 9 Н / м 2 .

Стратегия

Чтобы решить эту проблему, мы должны использовать следующее уравнение, которое связывает изменение объема Δ V с давлением:

[латекс] \ Delta {V} = \ frac {1} {B} \ frac {F} {A} V_0 \\ [/ latex]

, где [латекс] \ frac {F} {A} \\ [/ latex] — давление, V 0 — исходный объем, а B — объемный модуль упругости рассматриваемого материала.Мы будем использовать количество пролитого в Примере 2 как изменение объема Δ V .

Решение
  1. Измените уравнение для расчета давления: [латекс] P = \ frac {F} {A} = \ frac {\ Delta {V}} {V_0} B \\ [/ latex].
  2. Вставьте известные значения. Модуль объемной упругости для бензина составляет B = 1,00 × 10 9 Н / м 2 . В предыдущем примере изменение объема Δ V = 1,10 л — это количество, которое может разлиться. Здесь V 0 = 60.7 \ text {Pa} \\ [/ latex].
Обсуждение

Это давление составляет около 2500 фунтов / дюйм 2 , , что на больше, чем может выдержать бензобак.

Силы и давления, создаваемые термическим напряжением, обычно такие же большие, как в приведенном выше примере. Железнодорожные пути и дороги могут деформироваться в жаркие дни, если у них нет достаточных компенсационных швов. (См. Рис. 5.) Линии электропередач провисают больше летом, чем зимой, и в холодную погоду они лопнут, если провисания недостаточно.Трещины в оштукатуренных стенах открываются и закрываются по мере того, как дом нагревается и остывает. Стеклянные сковороды треснут при быстром или неравномерном охлаждении из-за различного сжатия и создаваемых им напряжений. (Pyrex® менее чувствителен из-за своего малого коэффициента теплового расширения.) Сосуды под давлением ядерных реакторов находятся под угрозой из-за чрезмерно быстрого охлаждения, и хотя ни один из них не вышел из строя, некоторые из них охлаждались быстрее, чем считалось желательным. Биологические клетки разрываются при замораживании продуктов, что ухудшает их вкус.Повторные оттаивания и замораживания усугубляют ущерб. Даже океаны могут быть затронуты. Значительная часть повышения уровня моря в результате глобального потепления происходит из-за теплового расширения морской воды.

Рис. 5. Термическое напряжение способствует образованию выбоин. (кредит: Editor5807, Wikimedia Commons)

Металл регулярно используется в человеческом теле для имплантатов бедра и колена. Большинство имплантатов со временем необходимо заменять, потому что, помимо прочего, металл не сцепляется с костью.Исследователи пытаются найти более качественные металлические покрытия, которые позволили бы соединить металл с костью. Одна из проблем — найти покрытие с коэффициентом расширения, аналогичным коэффициенту расширения металла. Если коэффициенты расширения слишком разные, термические напряжения во время производственного процесса приводят к трещинам на границе раздела покрытие-металл.

Другой пример термического стресса — во рту. Зубные пломбы могут расширяться иначе, чем зубная эмаль. Может вызывать боль при поедании мороженого или горячем напитке.В наполнении могут образоваться трещины. На смену металлическим пломбам (золото, серебро и др.) Приходят композитные пломбы (фарфор), которые имеют меньший коэффициент расширения и ближе к зубам.

Проверьте свое понимание

Два блока, A и B, сделаны из одного материала. Блок A имеет размеры л, × , ширина × , высота = , длина × 2, , длина × , длина , а блок B имеет размеры 2, , длина, × 2, , длина, × 2, , длина, .Если температура изменится, что будет

  1. изменение объема двух блоков,
  2. изменение площади поперечного сечения l × w и
  3. изменение высоты h двух блоков?

Рисунок 6.

Решение
  1. Изменение громкости пропорционально исходной громкости. Блок A имеет объем л × 2 л × л = 2 л 3 . Блок B имеет объем 2 л × 2 л × 2 L = 8 л 3 , , что в 4 раза больше, чем у блока A. Таким образом, изменение объема блока B должно быть в 4 раза больше изменения объема блока А.
  2. Изменение площади пропорционально площади. Площадь поперечного сечения блока A составляет л × 2 л = 2 л 2 , , а у блока B 2 л × 2 л = 4 л 2 .Поскольку площадь поперечного сечения блока B вдвое больше, чем у блока A, изменение площади поперечного сечения блока B вдвое больше, чем у блока A.
  3. Изменение высоты пропорционально исходной высоте. Поскольку исходная высота блока B вдвое больше, чем у A, изменение высоты блока B вдвое больше, чем у блока A.

Сводка раздела

  • Термическое расширение — это увеличение или уменьшение размера (длины, площади или объема) тела из-за изменения температуры.
  • Тепловое расширение велико для газов и относительно невелико, но им нельзя пренебречь, для жидкостей и твердых тел.
  • Линейное тепловое расширение: Δ L = α L Δ T , где Δ L — изменение длины L , Δ T — изменение температуры, а α — коэффициент линейного расширение, которое незначительно меняется в зависимости от температуры.
  • Изменение площади из-за теплового расширения составляет Δ A = 2α A Δ T , где Δ A — это изменение площади.
  • Изменение объема из-за теплового расширения составляет Δ V = βV Δ T , где β — коэффициент объемного расширения, а β ≈ 3α. Тепловое напряжение создается, когда ограничивается тепловое расширение.

Концептуальные вопросы

  1. Термические нагрузки, вызванные неравномерным охлаждением, могут легко разбить стеклянную посуду. Объясните, почему Pyrex®, стекло с небольшим коэффициентом линейного расширения, менее восприимчиво.
  2. Вода значительно расширяется при замерзании: происходит увеличение объема примерно на 9%. В результате этого расширения и из-за образования и роста кристаллов при замерзании воды от 10% до 30% биологических клеток разрываются при замораживании материала животного или растительного происхождения. Обсудите последствия этого повреждения клеток для перспективы сохранения человеческих тел путем замораживания, чтобы их можно было разморозить в будущем, когда есть надежда, что все болезни излечимы.
  3. Один из методов обеспечения плотной посадки, например металлического штифта в отверстии в металлическом блоке, заключается в изготовлении штифта немного большего размера, чем отверстие.Затем вставляется колышек, когда температура отличается от температуры блока. Должен ли блок быть горячее или холоднее стержня во время вставки? Поясните свой ответ.
  4. Действительно ли помогает пролить горячую воду на плотную металлическую крышку стеклянной банки, прежде чем пытаться ее открыть? Поясните свой ответ.
  5. Жидкости и твердые тела расширяются с повышением температуры, потому что кинетическая энергия атомов и молекул тела увеличивается. Объясните, почему некоторые материалы сжимаются при повышении температуры.

Задачи и упражнения

  1. Высота монумента Вашингтона составляет 170 м в день при температуре 35 ° C.0ºC. Какой будет его высота в день, когда температура опустится до –10,0ºC? Хотя памятник сделан из известняка, предположим, что его коэффициент теплового расширения такой же, как у мрамора.
  2. Насколько выше Эйфелева башня становится в конце дня, когда температура повышается на 15ºC? Его первоначальная высота составляет 321 м, и можно предположить, что он сделан из стали.
  3. Как изменится длина столба ртути длиной 3,00 см, если его температура изменится с 37?От 0 ° C до 40,0 ° C, если ртуть не ограничена?
  4. Насколько большой следует оставлять компенсационный зазор между стальными железнодорожными рельсами, если они могут достигать максимальной температуры на 35,0 ° C выше, чем при укладке? Их первоначальная длина 10,0 м.
  5. Вы хотите приобрести небольшой участок земли в Гонконге. Цена «всего» 60 000 долларов за квадратный метр! В праве собственности на землю указано, что его размеры составляют 20 м × 30 м. Насколько изменилась бы общая цена, если бы вы измерили посылку стальной рулеткой в ​​день, когда температура была на 20ºC выше нормы?
  6. Глобальное потепление вызовет повышение уровня моря отчасти из-за таяния ледяных шапок, но также из-за расширения воды по мере повышения средней температуры океана.Чтобы получить некоторое представление о величине этого эффекта, рассчитайте изменение длины водяного столба высотой 1,00 км при повышении температуры на 1,00 ° C. Обратите внимание, что этот расчет является приблизительным, потому что потепление океана не равномерно по глубине.
  7. Покажите, что 60,0 л бензина при первоначальной температуре 15,0 ° C расширится до 61,1 л при нагревании до 35,0 ° C, как заявлено в Примере 2.
  8. (a) Предположим, что метрическая штанга из стали и штанга из инвара (сплава железа и никеля) имеют одинаковую длину при 0ºC.Какова их разница в длине при 22,0ºC? (b) Повторите расчет для двух геодезических лент длиной 30,0 м.
  9. (a) Если стеклянный стакан емкостью 500 мл заполнить до краев этиловым спиртом при температуре 5,00 ° C, сколько его жидкости выльется за край, когда его температура достигнет 22,0 ° C? б) Насколько меньше воды могло бы перелиться через край при тех же условиях?
  10. У большинства автомобилей есть резервуар для охлаждающей жидкости для сбора жидкости радиатора, которая может вылиться из-под горячего двигателя. Радиатор сделан из меди и залит на 16.Емкость 0 л при температуре 10,0 ° C. Какой объем радиаторной жидкости переполнится, когда радиатор и жидкость достигнут своей рабочей температуры 95,0ºC, учитывая, что объемный коэффициент расширения жидкости составляет β = 400 × 10 –6 / ºC? Обратите внимание, что этот коэффициент является приблизительным, потому что большинство автомобильных радиаторов имеют рабочие температуры выше 95,0 ° C.
  11. Физик делает чашку растворимого кофе и замечает, что по мере остывания кофе его уровень в стеклянной чашке падает на 3,00 мм.Покажите, что это уменьшение не может быть связано с термическим сжатием, рассчитав снижение уровня, если 350 см3 кофе находится в чашке диаметром 7,00 см, а температура снижается с 95,0 ° C до 45,0 ° C. (Большая часть падения уровня происходит из-за выхода пузырьков воздуха.)
  12. (a) Плотность воды при 0ºC составляет почти 1000 кг / м3 (на самом деле это 999,84 кг / м 3 ), тогда как плотность льда при 0ºC составляет 917 кг / м 3 . Рассчитайте давление, необходимое для предотвращения расширения льда при замерзании, пренебрегая влиянием такого большого давления на температуру замерзания.(Эта проблема дает вам лишь представление о том, насколько велики могут быть силы, связанные с замораживанием воды.) (Б) Каковы последствия этого результата для замороженных биологических клеток?
  13. Покажите, что β ≈ 3α, вычислив изменение объема Δ V куба со сторонами длиной L .

Глоссарий

тепловое расширение: изменение размера или объема объекта при изменении температуры

коэффициент линейного расширения: α, изменение длины на единицу длины при изменении температуры на 1 ° C; константа, используемая при расчете линейного расширения; коэффициент линейного расширения зависит от материала и в некоторой степени от температуры материала

коэффициент объемного расширения: β , изменение объема на единицу объема при изменении температуры на 1 ° C

термическое напряжение: напряжение, вызванное тепловым расширением или сжатием

Избранные ответы на задачи и упражнения

1.{\ circ} \ text {C} \ right) \ right] \\ & = & \ text {61} \ text {.} 1 \ text {L} \ end {array} \\ [/ latex]

9. (а) 9,35 мл; (б) 7,56 мл

11. 0,832 мм

13. Мы знаем, как длина изменяется в зависимости от температуры: Δ L = α L 0 Δ T . Также мы знаем, что объем куба связан с его длиной соотношением V = L 3 , поэтому конечный объем тогда равен V = V 0 + Δ V = ( L 0 + Δ L ) 3 .Подстановка Δ L дает V = ( L 0 + α L 0 Δ T ) 3 = L 0 3 (1 + αΔ T ) 3 .

Теперь, поскольку αΔ T мало, мы можем использовать биномиальное расширение: V L 0 3 (1 + 3αΔ T ) = L 0 3 + 3α L 0 3 Δ T .

Таким образом, запись длины в единицах объемов дает V = V 0 + Δ V V 0 + 3α V 0 Δ T и, следовательно, Δ V = βV 0 Δ T ≈ 3α V 0 Δ T , или β ≈ 3α.


Расширительные баки

и почему они важны — Air Assurance

Если в вашем доме используется бойлер и радиаторы для отопления, расширительные баки являются важным фактором.Гидравлическое отопление обеспечивает энергоэффективный домашний комфорт, поскольку вода, нагретая котлом, циркулирует через радиаторы в каждой комнате. Однако один конкретный физический факт представляет проблему: вода расширяется при нагревании. Поскольку объем воды внутри замкнутой гидронной системы увеличивается с нагревом, монтажному давлению некуда идти, и это может потенциально привести к срабатыванию предохранительных клапанов, перегрузке компонентов системы и снижению надежности. Вот здесь и нужны расширительные баки, чтобы сбросить это давление.

Вот как расширительный бак защищает вашу систему отопления:

  • Подключенный к водопроводу между бойлером и радиаторами, бак разделен на два сегмента: верхняя половина, которая принимает воду, расширяющуюся под действием тепла, и пустая нижняя половина, которая содержит только сжатый воздух.Гибкая резиновая диафрагма разделяет две половины бака.

  • Когда система включается и котел нагревается, объем воды в системе увеличивается. Возникающее в результате повышение давления выталкивает воду в верхнюю половину расширительного бака. Гибкая резиновая диафрагма расширяется вниз, чтобы приспособиться к этому притоку и замедлить давление в системе, предотвращая срабатывание предохранительных клапанов и / или повреждение компонентов.

  • Когда система выключается, вода охлаждается и объем воды в системе уменьшается.Давление воздуха в нижней части расширительного бачка давит на резиновую диафрагму, вытесняя воду из верхней части и возвращая ее в систему.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *