Особенности функционирования систем отопления: перепад давления между подачей и обраткой

Опубликовано 24 февраля 2015 в 0:28

Любая отопительная схема функционирует при определенных значениях напора и температуры теплоносителя, которые рассчитываются еще на этапе ее проектирования. Однако в процессе эксплуатации возможны ситуации, когда перепад давления в системе отопления отклоняется от нормативного уровня в большую или меньшую сторону и, как правило, требует корректирования для обеспечения эффективности, а в ряде случаев и безопасности.

Рабочее давление в системе теплоснабжения

Рабочим считается давление, величина которого обеспечивает оптимальную работу всего отопительного оборудования (в т.ч. источника отопления, насоса, расширительного бака). При этом оно принимается равным сумме давлений:

• статического – создается столбом воды в системе (в расчетах принимается соотношение: 1 атмосфера (0,1 МПа) на 10 метров);
• динамического – обусловлено работой циркуляционного насоса и конвективным движением теплоносителя при его нагреве.

Понятно, что в разных схемах отопления величина рабочего напора будет отличаться. Так, если для теплоснабжения дома предусмотрена естественная циркуляция теплоносителя (применимо для индивидуального малоэтажного строительства), его значение превысит показатель статического лишь на незначительную величину. В принудительных же схемах его принимают максимально допустимым для обеспечения более высокого КПД.

Следует иметь в виду, что предельные показатели рабочего давления определяются характеристиками элементов системы отопления. К примеру, при использовании чугунных радиаторов оно не должно превышать 0,6 МПа.

Численно величина рабочего напора составляет:

• для одноэтажных строений с открытой схемой и естественной циркуляцией воды–0,1 МПа (1 атмосфера) на каждые 10 м столба жидкости;
• для малоэтажных зданий с закрытой схемой – 0,2-0,4 МПа;
• для многоэтажных домов – до 1 МПа.

Контроль рабочего давления в отопительных схемах

Для нормального безаварийного функционирования системы теплоснабжения необходимо регулярно контролировать величину температуры и напора теплоносителя.

Для проверки последнего обычно применяют деформационные манометры с трубкой Бурдона. Для измерения давлений малой величины могут использоваться их разновидности – диафрагменные приборы.

Необходимо помнить, что после гидроударов такие модели требуется поверять, т.к. они будут показывать завышенные значения при последующих контрольных измерениях.

Рисунок 1 – Деформационный манометр с трубкой Бурдона

В системах, где предусмотрены автоматический контроль и регулирование давления дополнительно используются различные типы датчиков (к примеру, электроконтактные).

Размещение манометров (точки врезки) определяются нормативами: приборы должны быть установлена на наиболее важных участках системы:

• на входе и выходе источника отопления;
• до и после насоса, фильтров, грязевиков, регуляторов давления (при их наличии);
• на выходе магистрали от ТЭЦ или котельной и на вводе ее в здание (при централизованной схеме).

Не стоит пренебрегать этими рекомендациями даже при проектировании небольшого отопительного контура с использованием маломощного котла, т.к. это не только обеспечивает безопасность системы, но и ее экономичность за счет оптимального расхода воды и топлива.

Рисунок 2 – Участок отопительной схемы с установленными манометрами

Для возможности обнуления, продувки и замены приборов без остановки работы системы подключать их рекомендуется через трехходовые краны.

Перепад давления и его значение для функционирования системы отопления

Для оптимального функционирования любой отопительной схемы необходим стабильный и определенной величины перепад давлений, т.е. разность его значений на подаче теплоносителя и обратке. Как правило, она должна составлять 0,1-0,2 МПа.

Если данный показатель меньше, это свидетельствует о нарушении движения теплоносителя по трубопроводам, в результате чего вода проходит через радиаторы, не нагревая их в требуемой степени.

В случае превышения величины перепада указанного выше значения можно говорить о «застое» системы, одной из причин которого является завоздушивание.

Следует отметить, что резкие изменения напора негативно сказываются на работоспособности отдельных элементов отопительной схемы, зачастую выводя их из строя.

Способы регулирования рабочего давления и обеспечения стабильности его перепада на подаче и обратке

1. Прежде всего, необходимо помнить, что оптимальная работа системы теплоснабжения, в т.ч. создание требуемого давления в ней, зависит от корректности проектирования, в частности, гидравлических расчетов, и монтажа магистралей и трубопроводов, а именно:
   — подающая магистраль в большинстве схем должна располагаться наверху, обратная, соответственно, внизу;
   — для изготовления розливов следует использовать трубы диаметром 50-80 мм, для стояков – 20-25 мм;
   — подводка к приборам отопления может выполняться из тех же труб, из которых выполнены стояки, или на шаг меньше.

Занижать сечение обвязки радиаторов допускается только при наличии перед ними перемычки.

Рисунок 3 – Перемычка перед радиатором отопления

Рисунок 4 – Мембранный расширительный бак

Расширительный бак, объем которого обычно принимается равным около 10 % от общего объема системы, может монтироваться в любой части контура. Однако специалисты рекомендуют устанавливать его на прямом участке трубопровода обратки перед циркулярным насосом (при его наличии).

Для предотвращения ситуации, когда емкости устройства не хватает при продолжающемся росте давления, в схемах предусмотрено использование предохранительного клапана, выводящего из системы излишки теплоносителя.

Рисунок 5 – Регулятор давления

Поиск причин падения и повышения перепада давления

Отклонение давления в большую или меньшую сторону от нормативного требует установления причины этого явления и ее устранения.

Падение давления в схеме теплоснабжения

Если падает давление в системе отопления, то с большей долей вероятности можно говорить об утечке теплоносителя. Наиболее уязвимыми являются имеющиеся швы, стыки и соединения.

Для проверки этого отключают насос и следят за изменениями статического давления. При продолжающемся снижении напора необходимо найти поврежденный участок. Для этого рекомендуется последовательно отключать различные участки контура, а после определения точного места, производят ремонт или замену изношенных элементов.

Если же статическое давление остается стабильным, причина снижения напора связана с неисправностью или насоса, или отопительного оборудования.

Следует иметь в виду, что кратковременное падение давления может быть обусловлено особенностью работы регулятора, который с определенной периодичностью перепускает часть воды из подачи в обратку. В случае, когда радиаторы отопления прогреваются равномерно и до требуемой температуры, можно говорить, что перепад был связан с указанным выше циклом.

Среди других возможных причин можно назвать:

• удаление воздуха через воздушники, в результате чего уменьшается объем теплоносителя в системе;
• снижение температуры воды.

Повышение давления в системе

Подобная ситуация наблюдается при замедлении или остановке движения теплоносителя в отопительном контуре. Наиболее вероятными причинами этого являются:

• возникновение воздушной пробки;
• загрязнение фильтров и грязевиков;
• особенности функционирования регулятора давления или неправильная настройка его работы;
• постоянная подпитка теплоносителя вследствие сбоя автоматики или некорректно отрегулированных задвижек на подаче и обратке.

Нужно отметить, что нестабильность давления наиболее часто отмечается во вновь запущенных системах и связана с постепенным удалением воздуха. Это может считаться нормой, если после доведения объема теплоносителя и давления до рабочих значений, которое продолжается от нескольких дней до нескольких недель, никакие отклонения не фиксируются.
В противном случае следует говорить о неправильно произведенном гидравлическом расчете, в частности, принятом объеме расширительного бака.

Перепад давления в системе отопления: необходимый для циркуляции минимум

В статье мы затронем проблемы, связанные с давлением и диагностируемые манометром. Мы построим ее в форме ответов на часто задаваемые вопросы. Обсуждаться будет не только перепад между подачей и обраткой в элеваторном узле, но и падение давления в системе отопления закрытого типа, принцип работы расширительного бака и многое другое.

Давление — не менее важный параметр отопления, чем температура.

Центральное отопление

Как работает элеваторный узел

На входе элеватора стоят задвижки, отсекающие его от теплотрассы. По их ближним к стене дома фланцам проходит раздел зон ответственности между жилищниками и поставщиками тепла. Вторая пара задвижек отсекает элеватор от дома.

Подающий трубопровод всегда вверху, обратка — внизу. Сердце элеваторного узла — узел смешения, в котором расположено сопло. Струя более горячей воды из подающего трубопровода вливается в воду из обратного, вовлекая ее в повторный цикл циркуляции через контур отопления.

Регулируя диаметр отверстия в сопле, можно менять температуру смеси, поступающей в батареи отопления.

Строго говоря, элеватор — не помещение с трубами, а вот этот узел. В нем вода с подачи смешивается с водой обратного трубопровода.

Какой перепад между подающим и обратным трубопроводами трассы

• В штатном режиме работы он составляет около 2-2,5 атмосфер. Типично в дом поступает 6-7 кгс/см2 на подаче и 3,5-4,5 на обратке.

Обратите внимание: на выходе из ТЭЦ и котельной перепад больше. Его снижают как потери за счет гидравлического сопротивления трасс, так и потребители, каждый из которых представляет собой, упрощенно говоря, перемычку между обеими трубами.

• Во время испытаний на плотность насосы накачивают в оба трубопровода не менее 10 атмосфер. Испытания проводятся холодной водой при перекрытых входных задвижках всех подключенных к трассе элеваторов.

Какой перепад в системе отопления

Перепад на трассе и перепад в системе отопления — две абсолютно разные вещи. Если давление обратки до и после элеватора не отличается, то вместо подачи в дом поступает смесь, давление которой превышает показания манометра на обратке всего на 0,2- 0,3 кгс/см2. Это соответствует перепаду высоты в 2-3 метра.

Этот перепад тратится на преодоление гидравлического сопротивления розливов, стояков и отопительных приборов. Сопротивление определяется диаметром каналов, по которым движется вода.

Какого диаметра должны быть стояки, розливы и подводки к радиаторам в многоквартирном доме

Точные значения определяются гидравлическим расчетом.

В большинстве современных домов применяются следующие сечения:

• Розливы отопления делаются из трубы ДУ50 — ДУ80.
• Для стояков используется труба ДУ20 — ДУ25.
• Подводка к радиатору делается либо равной диаметру стояка, либо на шаг тоньше.

Нюанс: занижать диаметр подводки относительно стояка при монтаже отопления своими руками можно только при наличии перемычки перед радиатором. Причем врезана она должна быть в более толстую трубу.

На фото — более здравое решение. Диаметр подводки не занижен.

Что делать, если температура обратного трубопровода слишком мала

В таких случаях:

1. Рассверливается сопло. Его новый диаметр согласуется с поставщиком тепла. Увеличенный диаметр не только поднимет температуру смеси, он увеличит и перепад. Циркуляция через отопительный контур ускорится.
2. При катастрофической нехватке тепла элеватор разбирается, сопло изымается, а подсос (труба, соединяющая подачу с обраткой) глушится.
   В систему отопления поступает вода из подающего трубопровода напрямую. Температура и перепад давлений резко увеличиваются.

Обратите внимание: это крайняя мера, на которую можно пойти только при риске разморозки отопления. Для нормальной работы ТЭЦ и котельных важна фиксированная температура обратки; заглушив подсос и сняв сопло, мы поднимем ее как минимум на 15-20 градусов.

Что делать, если температура обратки слишком велика

1. Штатная мера — заварить сопло и рассверлить его заново, уже меньшим диаметром.
2. Когда нужно срочное решение без остановки отопления — перепад на входе в элеватор уменьшается с помощью запорной арматуры. Это можно сделать входной задвижкой на обратке, контролируя процесс по манометру.
   У этого решения есть три недостатка:

• Давление в системе отопления вырастет. Мы ведь ограничиваем отток воды; нижнее давление в системе станет ближе к давлению подачи.
• Износ щечек и штока задвижки резко ускорится: они будут находиться в турбулентном потоке горячей воды с взвесями.
• Всегда есть вероятность падения изношенных щечек. Если они полностью перекроют воду, отопление (прежде всего подъездное) будет разморожено в течение двух-трех часов.

Давление контролируется по манометру на обратке. Перепад уменьшается до 0,5-1 кгс/см2, не меньше.

Зачем нужно большое давление в трассе

Действительно, в частных домах с автономными системами отопления используется избыточное давление всего в 1,5 атмосферы. И, разумеется, большее давление означает, куда большие расходы на более прочные трубы и питание нагнетающих насосов.

Необходимость в большем давлении связана с этажностью многоквартирных домов. Да, для циркуляции нужен минимальный перепад; но ведь воду нужно поднять до уровня перемычки между стояками. Каждая атмосфера избыточного давления соответствует водяному столбу в 10 метров.

Зная давление в трассе, нетрудно вычислить максимальную высоту дома, который может быть отоплен без применения дополнительных насосов. Инструкция по расчету проста: 10 метров умножаются на давление обратки. Давление обратного трубопровода в 4,5 кгс/см2 соответствует водяному столбу в 45 метров, что при высоте одного этажа в 3 метра даст нам 15 этажей.

К слову, горячее водоснабжение подается в многоквартирных домах из того же элеватора — с подачи (при температуре воды не выше 90 С) или обратки. При недостатке давления верхние этажи останутся без воды.

Автономное отопление

Зачем нужен расширительный бачок

Расширительный бак отопления вмещает избыток расширившегося теплоносителя при его нагреве. Без расширительного бака давление может превысить прочность трубы на разрыв. Бак состоит и стальной бочки и мембраны из резины, которая отделяет воздух от воды.

Воздух, в отличие от жидкостей, хорошо сжимается; при увеличении объема теплоносителя на 5% давление в контуре благодаря воздушной емкости вырастет незначительно.

Объем бака обычно берется примерно равным 10% общего объема отопительной системы. Цена этого устройства невелика, так что покупка не будет разорительной.

Правильный монтаж бачка — подводкой вверх. Тогда в него не попадет лишний воздух.

Почему в закрытом контуре уменьшается давление

Почему падает давление в системе отопления закрытого типа?

Ведь воде некуда деться!

• При наличии в системе автоматических воздушников через них будет выходить растворенный на момент заполнения в воде воздух.
  Да, он составляет небольшую часть объема теплоносителя; но ведь большого изменения объема и не нужно, чтобы манометр отметил изменения.
• Пластиковые и металлопластиковые трубы могут незначительно деформироваться под влиянием давления. В сочетании с высокой температурой воды этот процесс ускорится.
• В системе отопления падает давление при снижении температуры теплоносителя. Тепловое расширение, помните?
• Наконец, незначительные утечки легко увидеть лишь в централизованном отоплении по ржавым следам. Вода в замкнутом контуре не столь богата железом, да и трубы в частном доме чаще всего не стальные; поэтому увидеть следы мелких течей в том случае, если вода успевает испаряться, почти невозможно.

Чем опасно падение давления в замкнутом контуре

Выходом из строя котла. В старых моделях без термоконтроля — вплоть до взрыва. В современных старших моделях часто присутствует автоматический контроль не только температуры, но и давления: когда оно падает ниже порогового значения, котел сообщает о неполадке.

В любом случае лучше поддерживать давление в контуре на уровне примерно полутора атмосфер.

Последствия взрыва отопительного котла.

Как замедлить падение давления

Чтобы не подпитывать систему отопления раз за разом каждый день, поможет простая мера: поставьте второй расширительный бак большего объема.

Внутренние объемы нескольких бачков суммируются; чем больше суммарное количество воздуха в них — тем меньшее падение давления вызовет уменьшение объема теплоносителя на, скажем, 10 миллилитров в сутки.

Несколько расширительных бачков можно подключить параллельно.

Где поставить расширительный бак

В общем-то, большой разницы для мембранного бака нет: он может быть подключен в любой части контура. Производители, однако, рекомендуют подключать его там, где течение воды максимально близко к ламинарному. При наличии в системе циркуляционного насоса отопления бачок можно смонтировать на прямом участке трубы перед ним.

Заключение

Надеемся, что интересовавший вас вопрос не остался без внимания. Если это не так — возможно, нужный ответ вы сможете найти в видео в конце статьи. Теплых зим!