Рабочее давление в системе отопления: изучаем работу

Какое рабочее давление в системе отопления многоквартирного дома считается нормой? Каким возможно его большое значение? Какие конкретно параметры лучше выставить для автономной системы? Эта статья — о его влиянии и давлении на работу отопительных систем.

Как все устроено

Прежде, чем выяснять, какое давление в системе отопления считается штатным, познакомимся с устройством этих систем.

Автономные системы

К данной категории относятся схемы с естественной циркуляцией (гравитационные) и снабженные циркуляционными насосами отопления.

В первом случае теплоноситель приводится в перемещение трансформацией плотности при нагреве: более утепленные веса вытесняются из котла в верхнюю часть контура более холодными и, проходя радиаторы, отдают им избыточное тепло. Создаваемый расширением напор очень незначителен и в большинстве случаев измеряется в десятых долях метра, соответственно, циркуляция не отличается высокой скоростью.

Во втором случае теплоноситель заставляет двигаться маломощный насос. Он формирует напор от одного до шести-восьми метров, что быстро активизирует перемещение воды либо водно-гликолевой смеси в контуре.

Справка: метр напора соответствует давлению в 0,1 кгс/см2 (1/10 атмосферы).

Автономные отопительные системы делятся еще по одному показателю: они смогут быть открытыми и закрытыми.

• Открытый контур сообщается с атмосферным воздухом при помощи открытого расширительного бака. Соответственно, давление воды в системе отопления соответствует высоте водяного столба над точкой измерения. В случае если уровень воды в расширительном баке на 3 метра выше уровня розлива, давление в розливе будет равняется 0,3 атмосферы.
• Закрытый контур с атмосферой не сообщается, что порождает последовательность неприятностей с компенсацией расширения теплоносителя при нагреве. Для их решения употребляется расширительный бак мембранного типа — емкость, часть количество которой занимает воздушное пространство, отделенный от воды упругой резиновой мембраной. Помимо этого, система комплектуется предохранительным клапаном: он сбрасывает избыток теплоносителя при переполнении бака.

Для закрытой системы отопления различают два связанных с давлением параметра.

1. Давление зарядки расширительного бака отопления. При комнатной температуре воды либо антифриза оно выставляется равным гидростатическому давлению в контуре.

Справка: гидростатическое давление в системе отопления частного дома опять-таки соответствует высоте водяного столба и берется равным 10% его высоты в метрах.

1. Давление срабатывания предохранительного клапана. В большинстве случаев оно выставляется на уровне 2,5 кгс/см2.

Текущее статическое давление в системе отопления при ее работе определяется как числом воды в ней, так и ее температурой. При нагреве манометр по понятным обстоятельствам начинает показывать громадные значения.

Как работает система центрального отопления?

По подающей нитке теплотрассы в дом поступает нагретая ТЭЦ либо котельной вода. По обратной нитке она возвращается обратно, дав часть тепла. Вода в контуре приводится в перемещение перепадом давлений между нитками.

Температура воды в подающем трубопроводе зависит от текущей уличной и связана с ней, так называемым температурным графиком. Вот пример для того чтобы графика.

Уличная температура, С	Температура подающего трубопровода, С
+8	53,2
0	72,4
-5	83,9
-10	95,3
-15	106,5
-20	117,5
-25	128
-30	139,3
-35	150

Температура обратного трубопровода также жестко регламентирована и при большом значении на подаче должна быть равна +70 С. Заниженная температура обратки свидетельствует, что дом недополучает тепло, завышенная — что энергетики несут избыточные затраты.

Но, как легко подметить, перепад температур между подачей и обраткой через чур велик для обычной работы отопления. При таком режиме радиаторы на подающих стояках будут перегреты, а на обратных — еле обеспечат квартиры теплом.

Неприятность решается уникальной конструкцией так именуемого элеваторного, либо теплового узла. Его главный узел — элеватор — является тройником с засунутым в него соплом. Находящаяся под громадным давлением и более тёплая вода подачи поступает через сопло и вовлекает часть более холодной воды из обратки через подсос в повторный цикл циркуляции.

Благодаря данной тонкости в контуре оборачивается громадная масса воды с более стабильной температурой. Приведем еще один температурный график для того же диапазона уличных температур, но уже для поступающей конкретно в батареи смеси.

Уличная температура, С	Температура смеси, С
+8	41,2
0	52,4
-5	58,9
-10	65,3
-15	71,5
-20	77,5
-25	83,5
-30	89,3
-35	95

Кроме отопления, элеваторный узел снабжает дом тёплой водой.

В ветхих зданиях находились только две врезки водоснабжения:

1. На подаче (между элеватором и входной задвижкой).
2. На обратке (между подсосом и входной задвижкой).

То, откуда запитано ГВС, зависит от текущей температуры подачи. При 90С и ниже тёплая вода отбирается с подающего трубопровода, при более больших температурах — с обратного.

Основной недочёт таковой схемы — в том, что в отсутствие водоразбора вода не циркулирует, и до ее нагрева приходится сливать через смеситель пара десятков литров.

Помимо этого: полотенцесушители в ветхих зданиях способна нагреваться лишь при водоразборе в квартире. Они размыкают собой подводку.

Приблизительно с 70-80 годов прошлого века элеваторные узлы обзавелись циркуляционными врезками: и на подаче, и на обратке показалось по две задвижки ГВС. Режимы циркуляции ‘из подачи в подачу’ и ‘из обратки в обратку’ обеспечиваются подпорными шайбами на фланцах между врезками. Диаметр шайбы — приблизительно на миллиметр больше, чем у сопла элеватора.

Что показывает манометр

Так какое давление в системе отопления многоэтажного дома считается нормой?

И что наряду с этим творится в теплотрассе?

• Летом, вне отопительного сезона, статическое давление системы отопления соответствует высоте водяного столба. Для десятиэтажки оно приблизительно равняется 3 кгс/см2, для пятиэтажки — 1,5 кгс/см2.
• При открытых домовых штатной работе и задвижках элеваторного узла давление в системах отопления фактически выравнивается по обратному трубопроводу и в норме равняется 3 — 4 кгс/см2.

Разрешите, но так как избыточное давление в трубах отопления нужно для циркуляции в них. Как же так: контур выравнивается по обратке, но все равно циркулирует?

Все весьма легко: по окончании элеватора манометр продемонстрирует только на 2 метра (0,2 атмосферы) больше, чем на обратном трубопроводе. Да — да, перепад всего в 2 метра приводит в перемещение целый теплоноситель в огромном доме с сотнями радиаторов.

А что с подпорными шайбами? Какой перепад создается на них?

Еще меньше — от полуметра до метра. И его достаточно: так как благодаря более сложной конфигурации утраты давления в системе отопления куда больше, чем в стояках ГВС.

Что же до автострады, то для нее в отопительный сезон нормой считаются приблизительно 8 атмосфер на подаче и 3 на обратке. Но гидравлическое сопротивление труб и подключенные к автостраде ближе к ТЭЦ дома гасят перепад, и до удаленных районов теплоноситель может доходить с параметрами 6/3,5 а также 5/4 кгс/см2.

Наконец, основной вопрос: для чего давление в системе отопления? Так как при заполненной системе теплоноситель в любом случае будет циркулировать, не так ли?

Без избыточного давления водяной столб не имеет возможности встать выше тех самых 10 метров. В многоквартирном доме выше 3 этажей отопление просто не будет работать.

Помимо этого, имеется еще пара тонкостей.

• Непременно контур нужно будет сбрасывать и заполнять. Без избыточного давления это сделать проблематично.
• Необходимо помнить и про горячее водоснабжение. Оно питается от тех же теплотрасс. Без напора тёплая вода не попадет к смесителю.

Какое давление должно быть в системе отопления — мы помой-му разобрались.

А что продемонстрирует манометр в системе ГВС?

• При нагреве холодной воды бойлером либо проточным нагревателем давление тёплой воды будет в точности равняется давлению в магистрали ХВС за вычетом утрат на преодоление гидравлического сопротивления труб.
• При запитке ГВС от обратного трубопровода элеватора перед смесителем будут те же 3-4 атмосферы, что и на обратке.
• А вот при подключении ГВС с подачи давление в шлангах смесителя может быть около внушительных 6-7 кгс/см2.

Практическое следствие: при установке кухонного смесителя своими руками лучше не полениться и установить перед шлангами несколько вентилей. Их цена начинается от полутора сотен рублей за штуку. Эта нехитрая инструкция даст вам возможность при порыве шлангов оперативно перекрыть воду и не мучиться от ее полного отсутствия во всей квартире на протяжении ремонта.

Заключение

Сохраняем надежду, что наш материал окажется нужным читателю. Дополнительную данные о том, как работает система отопления, и какую роль в ее работе делают перепады давления, возможно отыскать в прикрепленном видео. Удач!

Как изменяется давление в системе отопления: прослеживаем процесс от этапа заполнения до циркуляции горячего теплоносителя

Непременным элементом любого комплекса отопительного оборудования являются манометры и предохранительный клапан, соответственно визуализирующие процесс изменения давления в системе отопления и предохраняющие от превышения им предельно допустимой величины.

Манометры служат для контроля данной величины, фиксации ее отклонений от номинальных значений. Снижение их на 0,02 МПа (0,2 ат) является сигналом для поиска утечек теплоносителя или проверки достаточности давления газа (воздуха) в расширительном бачке. Ввод системы в эксплуатацию предваряется обязательным этапом гидроиспытаний повышенным давлением, выявляющих места потенциальных утечек, подлежащих заблаговременному ремонту.

Какое давление показывает манометр?

Эта физическая величина характеризует степень сжатия среды, в нашем случае – жидкого теплоносителя, закачанного внутрь системы отопления. Измерить любую физическую величину означает сравнить ее с некоторым эталоном. Процесс измерения давления жидкого теплоносителя любым механическим манометром (вакуумметром, мановакуумметром) представляет сравнение его текущей величины в точке размещения прибора с атмосферным давлением, играющим роль эталона измерения.

Чувствительные элементы манометров (трубчатые пружины, мембраны, и др.) сами находятся под действием атмосферы. Наиболее распространенный пружинный манометр имеет чувствительный элемент, представляющий один виток трубчатой пружины (см. поз. рисунка ниже). Верхний конец трубки запаян и связан поводком 4 с зубчатым сектором 5, сцепленным с шестеренкой 3, на вал которой насажена стрелка 2.

Устройство пружинного манометра.

Исходное положение трубки-пружины 1, соответствующее нулю шкалы измерения, определяется деформацией формы пружины давлением атмосферного воздуха, заполняющего корпус манометра. Жидкость, поступающая внутрь трубки 1, стремится дополнительно деформировать ее, поднимая верхний запаянный конец выше на расстояние l, пропорциональное своему внутреннему давлению. Сдвиг конца трубки-пружины преобразуется передаточным механизмом в поворот стрелки.

Угол φ отклонения последней пропорционален разности полного давления жидкости в трубке-пружине 1 и местного атмосферного. Измеренное таким прибором давление называется манометрическим или избыточным. Точкой его отсчета является не абсолютный нуль величины, эквивалентный отсутствию воздуха вокруг трубки 1 (вакуум), а местное атмосферное давление.

Известны манометры, показывающие абсолютное (без вычета атмосферного) давление среды. Сложное устройство плюс высокая цена препятствуют широкому использованию таких приборов в системах отопления.

Величины давлений, указываемых в паспортах любых котлов, насосов, запорной (регулирующей) арматуры, трубопроводов являются именно манометрическими (избыточными). Измеряемая манометрами избыточная величина используется в гидравлических (тепловых) расчетах отопительных систем (оборудования).

Манометры в системе отопления.

Теплоноситель в статическом и динамическом состояниях

Теплоноситель любой системы отопления может находиться в двух состояниях:

• неподвижном (статическом), когда отсутствует нагрев в гравитационной системе (отсутствует естественная циркуляция) или выключен циркуляционный насос в системе с принудительной циркуляцией;
• подвижном (динамическом), вызываемом такими причинами:
  • естественной циркуляцией теплоносителя, побуждаемой градиентом давления вследствие неравномерности прогрева рабочей жидкости вдоль контура гравитационной системы отопления;
  • принудительной циркуляцией теплоносителя, побуждаемой циркуляционным насосом;
  • тепловым расширением теплоносителя, побуждающим его вытеснять воздух/газ из расширительных баков, занимая освободившиеся объемы.

Неподвижный теплоноситель оказывает на внутренние поверхности элементов системы только (гидро)статическое давление, изучаемое гидростатикой. Движущийся теплоноситель характеризуется (гидро)динамическим давлением, изучаемым гидродинамикой. Оно складывается из статической составляющей, затем части, определяемой тепловым расширением жидкости, наконец составляющей, создаваемой т.наз. скоростным напором движущейся жидкости. Далее, рассматривая движущийся нагретый теплоноситель, будем использовать термин рабочее (результирующее) давление.

Составляющие рабочего давления в системе отопления

Гидростатическая составляющая

Определяется конструкцией системы и не зависит от работы циркуляционного насоса. Известны два конструктивных типа систем:

• открытого типа;
• (герметично) закрытого типа.

Два основных конструктивных типа систем отопления.

Теплоноситель открытой системы имеет свободную поверхность внутри расширительного бака, установленного вверху системы для вывода воздушных пузырей. В любой точке такой системы действует статическое давление, равное весу столба жидкости над ней, плюс местное атмосферное давление. Показания манометра, установленного в нижней точке открытой системы, будут максимальными, вблизи свободной поверхности жидкости они будут почти нулевыми.

(Гидро)статическую составляющую удобно измерять в метрах водяного столба (м. вод. ст), учитывая, что столб воды высотой 10 м любого сечения/формы (независимо от числа/длины горизонтальных участков) создает давление на свое основание, равное 1 ат ≈1 бар.

Рассмотрим некоторую открытую систему отопления (теплоноситель неподвижен).

Статическое давление на разных уровнях.

Над верхним манометром расположен водяной столб высотой 6 м –5,5 м = 0,5 м. Показания прибора будут равны 0,05 ат. Над средним манометром одновременно расположены два столба воды. Первый высотой 6 м –2 м =4 м образован вертикальным двухтрубным стояком с радиаторами, второй – трубопроводом расширительного бака и самим баком, высота столба равна 7 м – 2 м = 5 м. Средний манометр покажет 0,5 ат. Над нижним манометром находится столб воды 7 м –0.7 м = 6,3 м. Его показания будут равны 0,63 ат.

Закрытая система оснащена герметичным расширительным бачком, имеющим две камеры (газовую, жидкостную), разделенные эластичной мембраной. Статическое давление неподвижной (установившийся режим) жидкости на мембрану должно уравновешиваться сопротивлением сжатию газа (сжатого воздуха, азота). Начальное статическое давление холодного теплоносителя закрытой системы, устанавливаемое при первоначальном заполнении, должно удовлетворять двум следующим требованиям:

• быть достаточно большим для предотвращения «завоздушивания» системы через элементы, периодически сообщающиеся с атмосферой: воздухоотводчики, предохранительные клапаны, сливные вентили и др.;
• не слишком превышать давление газа внутри мембранного бачка, чтобы заполняющий систему теплоноситель не занял весь его объем. Иначе не останется места, чтобы принять избыточный объем нагретой рабочей жидкости.

Ориентировочно статическое давление залитого холодного теплоносителя принимается равным 1,5-1,6 ат ≈ 1,5-1,6 бара, что соответствует нижней точке системы на «обратке» перед/после насоса (см.рис. ниже). Именно до такой степени сжат азот, закачиваемый в «фирменные» мембранные бачки заводами-изготовителями. Настроечное давления газа бачка следует устанавливать (подкачивая/стравливая газ) ниже гидростатического давления жидкости в месте установки на 0,1 ат≈0,1 бара, чтобы немного жидкости сразу зашло внутрь. Этот объем пригодится, если непрогретый теплоноситель подвергнется внезапному (ночному) охлаждению. Сжатие рабочей жидкости вследствие такого охлаждения при отсутствии теплоносителя внутри бачка неизбежно вызовет «завоздушивание» системы.

Типовое настроечное давление мембранного бачка (нижняя установка).

На выносных флажках показаны величины типовых статических давлений теплоносителя в характерных точках. Мембранный бачок может быть установлен вверху системы. Типовые статические давления теплоносителя, соответствующие верхней установке бачка, показаны на следующем рисунке.

Настроечное давление газа при верхней установке мембранного бачка.

(Гидро)динамическая составляющая

Движение теплоносителя является следствием работы циркуляционного насоса, создающего в любом замкнутом контуре системы отопления градиент (гидро)динамического давления, непрерывно снижающегося от выходного до входного патрубка насоса. Любой насос характеризуется создаваемым напором H, м. Физический смысл напора – приращение энергии жидкости после прохождения рабочей камеры насоса. Практически напор отождествляют с давлением, интерпретируя его как высоту обеспечиваемого насосом вертикального столба воды (измеряется в м. вод.ст).

Любой (сколь угодно малый) выделенный объем жидкости, ограниченный площадками, перпендикулярными направлению движения, со стороны, обращенной к выходному патрубку, оказывается сжатым сильнее, чем со стороны входного патрубка. Силы, создаваемые давлением на противоположные (по ходу контура) стороны объема, оказываются неуравновешенными, жидкость приходит в движение, описываемое уравнением Бернулли – основным уравнением гидродинамики.

Хотя внутри чувствительных элементов манометров жидкость неподвижна, динамическая составляющая добавляет к исходной статической некоторую величину, воспринимаемую приборами как увеличение (гидро)статического давления теплоносителя. Однако данное увеличение маскируется гораздо большей (1,2 – 2,2 бар/°С) составляющей, возникающей при тепловом расширении. Внутренний объем системы характеризуется распределением результирующего рабочего давления теплоносителя, создаваемого статической, динамической, тепловой составляющими.

Тепловая составляющая

Увеличение объема воды при нагревании на 100 °С равно 4 %. Вроде бы немного. Однако отсутствие свободного объема для размещения избытка жидкости вызывает (в абсолютно жесткой системе) рост давления около 3 ат/°С. Значит, нагрев ледяной воды до температуры кипения вызовет рост этой величины порядка 300 ат!

Реальные трубопроводы деформируются при нагреве теплоносителя. Они расширяются, предоставляя нагревающейся жидкости больший объем. Поэтому реальный рост давления оказывается несколько ниже:

• в стальных (медных) трубах – примерно 2, 2 ат/°С;
• в полиэтиленовых (полипропиленовых), металлопластиковых трубах – около 1,2 ат/°С.

Даже неспециалисту очевидна невозможность допускать подобный прирост, вызываемый тепловым расширением воды. Антифризы, кстати, имеют еще больший коэффициент теплового расширения. Избыточный объем горячего теплоносителя принимает внутрь себя мембранный расширительный бачок.

Принцип работы мембранного бачка.

Важно правильно выбирать емкость расширительного бака. Специалисты,занимаясь этим, оперируют довольно сложными формулами. Однако практика проектирования/эксплуатации закрытых систем отопления выработала следующее правило: емкость расширительного бака равна 10 % емкости системы.

Правильно выбранные емкость/место установки расширительного бака обеспечивают прирост давления теплоносителя (при максимальном нагреве) примерно 1-1,5 ат, что дает конечную величину 2,5-3 ат. Важно также настроить предохранительный клапан системы на величину, примерно равную (превышение максимум 10 % !) предельно допустимой для отопительного котла. Обычно она составляет около 3 ат.

Распределение по системе рабочего давления теплоносителя, показываемого манометрами, будет аналогично распределению гидростатической его составляющей: максимальные значения (заведомо большие гидростатических) будут внизу системы отопления, минимальные (также заведомо большие гидростатических) – вверху системы. Это обстоятельство следует учитывать, выбирая место установки расширительного бачка.

Превышение давлением теплоносителя предельной величины

Если процесс эксплуатации сопровождается частыми «подрывами» предохранительного клапана, следует проанализировать возможные причины происходящего:

• заниженная емкость расширительного бачка;
• завышенное настроечное давление газа/воздуха в бачке;
• неправильно выбрано место установки.

Наличие бачка емкостью от 10 % полной емкости системы отопления является практически стопроцентной гарантией исключения первой причины. Впрочем 10 % не являются минимально возможной емкостью. Грамотно спроектированная система может нормально работать и при меньшей величине. Однако определить достаточность емкости бачка сможет только специалист, владеющий методикой соответствующего расчета.

Вторая и третья причины тесно взаимосвязаны между собой. Предположим, что воздух/газ накачан до 1,5 бара, а место установки бачка выбрано вверху системы, где рабочее давление, допустим, всегда ниже 0,5 бара. Газ всегда будет занимать весь объем бачка, а расширяющийся теплоноситель останется снаружи. Внизу системы теплоноситель будет давить на трубы теплообменника котла особенно сильно. Регулярный «подрыв» предохранительного клапана будет обеспечен!

Снижение давления теплоносителя ниже нормы – следствие его утечки

Если значение величины, показываемое при отсутствии циркуляции, снизилось от 0,02 бара, причем давление газа в расширительном бачке нормальное, можно начинать искать утечки жидкости. Хорошо, если они визуально проявляются. Малозаметные мелкие утечки выявляют путем пневмоиспытаний системы. Закачав внутрь сжатый воздух, ожидают появления шипения (свиста) в местах разгерметизации. Обычно они наблюдаются в местах соединений трубопроводов с элементами арматуры и отопительными приборами.
Хорошей профилактикой появлению утечек теплоносителя является опрессовка системы. Так именуются гидроиспытания повышенным давлением. Для заполнения системы водой используется ручной насос, позволяющий плавно поднимать его величину. Подняв ее до определенного уровня, делают паузу на полчаса, контролируя показания манометра. Спад первоначального значения – явный признак утечки, которую вновь ищут визуально или на слух, проводя пневмоиспытания.

Технология проведения опрессовки.

Технологии проведения ремонтов систем отопления постоянно развиваются. Относительно недавно в России получил распространение метод устранения утечек в трубопроводных системах, включая отопительные, основанный на добавлении внутрь системы (посредством насоса) жидкого герметика. Растворяясь в объеме теплоносителя, герметик в местах утечек реагирует с воздухом, образуя прочный уплотняющий слой, ликвидируя любые течи за 1-7 дней (срок определяется размерами дефектов).
Соотношение герметик/теплоноситель для продукта германской марки BCG равно 1:100. Поэтому ремонт системы емкостью 100-200 л обеспечит всего 1-2 л герметика.

Статьи по теме:

Во время ремонта в помещении или устройства в нем системы обогрева возникает вопрос о том, как выбрать электрический теплый пол, в каких случаях он.

Представлена информация о циркуляционном насосе Wilo MTSL 15/5 HE-2. Рассмотрим назначение устройства, его принцип действия, причины неисправности.

Описаны возможные причины и способы устранения перегрева теплоносителя в двухконтурных, автоматических и полуавтоматических газовых котлов отопления.

В статье описаны пять практичных способа по устранению обледенения на коаксиальном воздухопроводе.

Рассмотрен принцип работы, показаны основные признаки и причины неисправности, способы диагностики и ремонта вентилятора (дымососа) газового котла.