При нагревании вода расширяется: от +10 до +80 °C её объём растёт на 2,87 %, до +90 °C — на 3,56 %, до +100 °C — на 4,31 %. Значит, система отопления на 100 литров при прогреве до 80 °C «выдавливает» почти 3 литра воды, и их должен принять расширительный бак. Ниже — полная таблица по температурам, данные для антифризов и порядок расчёта бака.
Рассчитать онлайн
- Объём расширительного бака — по объёму системы или мощности котла, для воды и этиленгликоля.
- Объём системы отопления — сколько теплоносителя в трубах, радиаторах, котле и тёплом полу.
- Температура воды после смешивания.
Почему вода расширяется неравномерно
Большинство жидкостей расширяются при нагреве примерно одинаково на каждый градус. Вода — исключение. Её плотность максимальна при +4 °C (999,97 кг/м³). При охлаждении ниже +4 °C вода снова расширяется, а при замерзании её объём резко увеличивается примерно на 9 % — поэтому лёд разрывает трубы и радиаторы. От +4 °C и выше объём растёт, но всё быстрее: коэффициент объёмного расширения при +20 °C около 2,1·10⁻⁴ 1/°C, а при +100 °C — около 7,5·10⁻⁴ 1/°C, в три с половиной раза больше.
Отсюда практический вывод: считать расширение как «коэффициент × разницу температур» с одним постоянным коэффициентом нельзя. Ошибка будет большой в любую сторону. Правильно брать прирост объёма из таблицы плотности.
Таблица расширения воды при нагревании
Прирост объёма считается по плотности: ΔV/V = ρ(t₀) / ρ(t) − 1. В таблице три точки отсчёта: +4 °C (максимальная плотность), +10 °C (холодная вода из водопровода, так систему обычно заполняют) и +20 °C (заполнение в тёплом помещении).
| Температура, °C | Плотность, кг/м³ | Прирост объёма от +4 °C, % | от +10 °C, % | от +20 °C, % |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 999,84 | 0,01 | −0,01 | −0,16 |
| 4 | 999,97 | 0,00 | −0,03 | −0,18 |
| 10 | 999,70 | 0,03 | 0,00 | −0,15 |
| 20 | 998,21 | 0,18 | 0,15 | 0,00 |
| 30 | 995,65 | 0,43 | 0,41 | 0,26 |
| 40 | 992,22 | 0,78 | 0,75 | 0,60 |
| 50 | 988,04 | 1,21 | 1,18 | 1,03 |
| 60 | 983,20 | 1,71 | 1,68 | 1,53 |
| 70 | 977,76 | 2,27 | 2,24 | 2,09 |
| 80 | 971,79 | 2,90 | 2,87 | 2,72 |
| 90 | 965,31 | 3,59 | 3,56 | 3,41 |
| 95 | 961,89 | 3,96 | 3,93 | 3,78 |
| 100 | 958,35 | 4,34 | 4,31 | 4,16 |
Для расчёта отопления чаще всего используют столбец «от +10 °C»: система заполняется холодной водой, а рабочая температура теплоносителя в котловом контуре 70–90 °C. Для тёплого пола и низкотемпературных систем (35–55 °C) расширение в несколько раз меньше.
Сколько литров добавится в системе отопления
Та же таблица в литрах — удобно прикинуть объём, который примет расширительный бак.
| Нагрев от +10 °C до, °C | На 100 л системы, л | На 200 л, л | На 300 л, л |
|---|---|---|---|
| 50 | 1,18 | 2,36 | 3,54 |
| 60 | 1,68 | 3,36 | 5,03 |
| 70 | 2,24 | 4,49 | 6,73 |
| 80 | 2,87 | 5,74 | 8,62 |
| 90 | 3,56 | 7,13 | 10,69 |
| 95 | 3,93 | 7,86 | 11,79 |
Пример: в доме 150 м² с радиаторами и котлом в системе обычно 150–250 литров теплоносителя. При нагреве до 80 °C расширится 4,3–7,2 литра. Бак должен принять этот объём и не дать давлению подняться до срабатывания предохранительного клапана.
Как расширяются антифризы
Незамерзающие теплоносители на основе этиленгликоля и пропиленгликоля расширяются сильнее воды, и разница растёт с концентрацией. Производители приводят такие ориентиры для нагрева от +20 до +90 °C на 100 литров теплоносителя:
| Теплоноситель | Расширение на 100 л при нагреве 20→90 °C, л | Больше, чем у воды |
|---|---|---|
| Вода | 3,4 | — |
| Этиленгликоль 35 % | 4,0 | на 18 % |
| Этиленгликоль 40 % | 4,1 | на 21 % |
| Этиленгликоль 45 % | 4,2 | на 24 % |
| Пропиленгликоль 40 % | 4,8 | на 41 % |
| Пропиленгликоль 45 % | 5,1 | на 50 % |
Точные значения зависят от марки теплоносителя и указаны в его паспорте — по возможности берите их оттуда. Если паспорта нет, для гликолевых смесей увеличьте объём бака минимум на четверть (этиленгликоль) или наполовину (пропиленгликоль) по сравнению с расчётом для воды.
Расширение в разных системах отопления
| Система | Температура подачи, °C | Прирост объёма от +10 °C, % | На 100 л, л |
|---|---|---|---|
| Водяной тёплый пол | 35–45 | 0,41–0,75 (при 30–40 °C) | 0,4–0,8 |
| Тёплый пол с котлом на 50 °C | 50 | 1,18 | 1,2 |
| Радиаторы с конденсационным котлом | 55–60 | 1,68 (при 60 °C) | 1,7 |
| Радиаторы с газовым котлом | 70–80 | 2,24–2,87 | 2,2–2,9 |
| Твердотопливный котёл | до 90–95 | 3,56–3,93 | 3,6–3,9 |
Для твердотопливного котла бак считают по максимальной температуре, которую котёл может дать при перегреве, — 95 °C, а не по «обычному» режиму. У газового котла автоматика ограничивает температуру, и расчёт по 80–85 °C оправдан.
Как узнать объём воды в системе
Без объёма системы коэффициент расширения бесполезен. Три способа:
- По паспортам. Сложите объём теплообменника котла, секций радиаторов (у алюминиевых и биметаллических 0,15–0,45 л на секцию, у чугунных 1–1,5 л — точное значение в паспорте), бойлера косвенного нагрева и труб. Литров в метре трубы: внутренний диаметр 16 мм — 0,2 л, 20 мм — 0,31 л, 26 мм — 0,53 л, 32 мм — 0,8 л.
- По счётчику воды. Запишите показания перед заполнением системы и после — самый точный способ для уже смонтированной системы.
- По мощности котла. Грубая оценка — 13–15 литров на каждый киловатт мощности для систем с радиаторами. Точнее считать калькулятором объёма системы.
Как рассчитать расширительный бак по коэффициенту расширения
Мембранный бак заполнен воздухом или азотом под давлением. Когда вода расширяется, она заходит в бак и сжимает газ. Чем больше разница между начальным и максимальным давлением, тем больше воды бак может принять. Расчёт в три шага:
- Объём расширения: Vₑ = Vсист × e, где e — прирост объёма из таблицы (в долях, 3,56 % = 0,0356).
- Коэффициент эффективности бака: Df = (Pmax − P₀) / (Pmax + 1), где P₀ — начальное давление в системе (не ниже давления газа в баке), Pmax — давление срабатывания предохранительного клапана минус небольшой запас; давления в барах избыточных, единица в знаменателе переводит их в абсолютные.
- Номинальный объём бака: Vбака = Vₑ / Df. Результат округляют вверх до ближайшего типоразмера (8, 12, 18, 24, 35, 50 л).
| Объём системы, л | Нагрев | Расширение, л | P₀ / Pmax, бар | Df | Объём бака, л | Типоразмер |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 100 | 10 → 90 °C | 3,56 | 1,5 / 3,0 | 0,375 | 9,5 | 12 |
| 200 | 10 → 80 °C | 5,74 | 1,5 / 3,0 | 0,375 | 15,3 | 18 |
| 300 | 10 → 90 °C | 10,69 | 1,0 / 2,5 | 0,429 | 24,9 | 35 |
Отсюда распространённое правило «бак — 10 % от объёма системы»: при 80–90 °C и перепаде давлений 1,5 бар оно даёт близкий результат. Для антифриза, высокой температуры или малого запаса по давлению правило занижает объём. Надёжнее считать по формуле или калькулятором расширительного бака.
Что будет, если расширению некуда деться
Вода практически не сжимается. В полностью заполненной закрытой системе без бака нагрев на несколько градусов поднимает давление на единицы бар. Сработает предохранительный клапан котла (обычно 3 бар) и сбросит воду. После остывания давление упадёт ниже рабочего, в систему начнёт подсасываться воздух, котёл может уйти в ошибку по низкому давлению. Признаки маленького или неисправного бака:
- давление на манометре сильно «гуляет»: холодная система 1,2 бар, горячая — 2,8–3 бар;
- капает предохранительный клапан во время нагрева;
- давление в системе постоянно приходится подкачивать;
- в баке нет давления газа: при нажатии на ниппель идёт вода, а не воздух, — мембрана порвана.
Типичные ошибки
- Один коэффициент на все температуры. Считают «0,0006 на градус» от 10 до 90 °C и получают 4,8 % вместо 3,56 %. Коэффициент растёт с температурой — берите прирост объёма из таблицы.
- Расчёт для воды при заливке антифриза. Пропиленгликоль расширяется в полтора раза сильнее.
- Не учтён объём тёплого пола и бойлера косвенного нагрева. Тёплый пол на 100 м² — это 80–100 литров воды в трубах, змеевик бойлера и буферная ёмкость добавляют ещё. Посчитать весь объём можно калькулятором объёма системы отопления.
- Давление газа в баке не настроено. Если давление в баке выше давления холодной системы, вода в него не заходит; если сильно ниже — бак заполнен водой ещё до нагрева и полезный объём потерян. Давление газа выставляют на 0,1–0,2 бар ниже давления холодной системы.
Частые вопросы
Какой коэффициент расширения воды брать для расчёта бака?
Прирост объёма от температуры заполнения до максимальной рабочей: от +10 до +80 °C — 0,0287, до +90 °C — 0,0356, до +95 °C — 0,0393.
На сколько расширяется вода при нагреве до 90 градусов?
От +4 °C — на 3,59 %, от +10 °C — на 3,56 %, от +20 °C — на 3,41 %. На 100 литров это примерно 3,4–3,6 литра.
Почему вода при 4 °C тяжелее, чем при 0 °C?
При +4 °C плотность воды максимальна — 999,97 кг/м³. При дальнейшем охлаждении молекулы начинают выстраиваться в рыхлую, «льдоподобную» структуру, и объём снова растёт.
Нужно ли учитывать расширение в открытой системе?
Да. В открытой системе расширение принимает открытый бак в верхней точке. Его полезный объём тоже считают по таблице, а сам бак ставят с запасом, чтобы вода не переливалась при максимальной температуре.
Почему трубы с водой разрывает при замерзании?
При превращении в лёд объём воды увеличивается примерно на 9 %, а лёд не сжимается. Если сливать систему нечем или некогда, в неотапливаемых домах используют антифриз.