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.

Потери и перепад давления в системе отопления — решаем проблему

Функционирование любой системы отопления требует определенных показателей температуры и напора теплоносителя, которые вычисляются еще при проектировании. Но иногда при эксплуатации возникает перепад давления в системе отопления – наблюдается отклонение в меньшую или большую сторону. Эту проблему необходимо решать не только для сохранения эффективности отопления, но и в целях безопасности.

Рабочее давление в отопительных системах

Показатель должен быть равен сумме двух давлений:

• статического, создаваемого столбом воды (при проведении ориентируются на то, что на 10 метров приходится 1 атмосфера);
• динамического, обусловленного работой циркуляционного насоса и конвективным передвижением теплоносителя при нагреве.

В различных системах отопления показатель напора отличается. Например, если теплоснабжение дома происходит благодаря естественной циркуляции теплоносителя (такой вариант возможен при малоэтажном строительстве), то напор, лишь немного будет выше статического давления. А в системах с принудительной циркуляцией он гораздо больше, что необходимо для получения более высокого КПД.

Следует учитывать, что максимальное рабочее давление системы отопления определяется по характеристикам ее элементов. Например, при использовании радиаторов из чугуна оно не должно быть больше 0,6 МПа.

Показатель рабочего напора составляет:

• для малоэтажных строений с закрытой схемой – 0,2-0,4 МПа;
• для одноэтажных построек с естественной циркуляцией теплоносителя и открытой схемой – 0,1 МПа на каждые 10 метров столба воды;
• для многоэтажных зданий – до 1 МПа.

Контролирование перепадов давления

Чаще всего для измерения напора применяются деформационные манометры с трубкой Бурдона. При определении небольшого давления может использоваться и их разновидность – диафрагменные приборы. После гидроударов подобные модели следует поверять, поскольку при последующих измерениях они могут показывать завышенные значения.

В тех системах, в которых предусмотрены автоматический контроль и регулировка давления, дополнительно применяются разные типы датчиков (например, электроконтактные).

Размещение манометров (точек врезки) определяется нормативами.

Данные приборы должны устанавливаться на самых важных участках системы:

• на ее входе и выходе;
• до и после фильтров, насоса, регуляторов давления, грязевиков;
• на выходе магистрали от котельной или ТЭЦ и на входе ее в здание.

Эти рекомендации необходимо обязательно соблюдать даже при создании небольшого отопительного контура и использовании маломощного котла, поскольку от этого зависит не только безопасность системы, но и ее экономичность, которая достигается благодаря оптимальному расходу топлива и воды (прочитайте: «Система безопасности для отопления»). Манометры рекомендуется подключать через трехходовые краны – это позволит продувать, обнулять и заменять приборы без остановки отопительной системы.

Значение перепада давления для системы отопления

Для нормального функционирования теплоснабжения нужен определенный перепад давлений (разность значений на подаче и обратке теплоносителя). Обычно потери давления в системе отопления составляют 0,1-0,2 МПа.

Когда данный показатель меньше, то это является сигналом о нарушении движения воды по трубопроводам, что сопровождается неэффективностью обогрева (теплоноситель проходит по радиаторам, не нагревая их до требуемого значения). При превышении показателя перепада более чем на 0,2 МПа начинается «застой» системы, возникающий в результате завоздушивания.

Резкое изменение напора не самым лучшим образом сказывается на функционировании отдельных элементов конструкции отопления, нередко являясь причиной их поломок.

Регулирование давления и обеспечение стабильности

Для оптимальной работы системы отопления и создания требуемого давления необходимо, в первую очередь, правильно выполнить ее проектирование, уделить внимание гидравлическим расчетам (прочитайте также: «Расчет нагрузок на отопление по укрупненным показателям»).

Также немалое значение имеет и монтаж трубопроводов и магистралей:

• подающую трубу рекомендуется размещать сверху, а обратку – снизу;
• для разливов следует задействовать трубы диаметром 50-80 миллиметров, для стояков – 20-25 миллиметров;
• подводку к радиаторам можно выполнять из тех же труб, что используются и для стояков, или же чуть меньше.

Сечение обвязки радиаторов можно занижать только при наличии перемычки перед ними.

Кроме того, известно, что теплоноситель при повышении температуры увеличивается в объеме, соответственно, поднимается давление в системе отопления. К примеру, при 20 градусах оно повышается на 0,13 МПа, а при 70 градусах – на 0,19 МПа. Поэтому для регулирования напора можно просто изменить уровень нагрева воды.

Чтобы увеличить напор теплоносителя, а это важно для обеспечения теплом многоэтажных домов, необходимо использовать циркуляционные насосы.

Для автоматического регулирования рабочего давления и перепада в небольших зданиях используются расширительные баки (обычно мембранного типа). Они начинают функционировать в том случае, если давление в системе поднимается до 0,2 МПа. Эти устройства убирают излишек горячей воды, что в результате способствует поддержанию напора на требуемом уровне.

Расширительный бак может устанавливаться в любой части контура. Его объем примерно равен 10% от общего литража системы. Тем не менее, специалисты советуют устанавливать его на прямой трубе обратки перед циркуляционным насосом, если он присутствует.

В схемах предусматривается использование предохранительного клапана, который выводит из системы избыток теплоносителя – это нужно для предотвращения ситуации, в которой емкости бака не хватает для того, чтобы остановить рост давления.

В сложных и больших отопительных конструкциях, которые часто встречаются в многоэтажных зданиях, для поддержания требуемого давления используются регуляторы. Они препятствуют завоздушиванию даже при резких скачках напора в магистралях и шумообразованию на регулирующих клапанах. Их устанавливают на перемычке между подающим и обратным трубопроводом, или же на байпасной линии насоса.

Существует еще способ регулирования давления в многоэтажных домах — это использование запорной арматуры. Например, если наблюдается падение давления в системе отопления, то для повышения показателя с помощью задвижки уменьшается сечение обратного трубопровода. При отклонении давления в меньшую или большую сторону от нормы необходимо выяснить причину возникновения проблемы и устранить ее.

Падение давления

В том случае, если давление остается стабильным, снижение напора может быть связано с неисправностью отопительного оборудования или насоса. Кратковременное падение давления иногда происходит из-за особенностей работы регулятора, который периодически выпускает из подачи в обратку часть воды. Если радиаторы нагреваются до требуемой температуры, причем равномерно, то перепад давления произошел именно из-за регулятора.

Также причинами снижения давления могут быть:

• уменьшение температуры воды;
• удаление воздуха посредством воздушников, из-за чего объем в системе теплоносителя уменьшается.

Повышение давления

Если превышено максимальное давление в системе отопления, то причиной этого является замедление или остановка движения воды в отопительном контуре.

К этому могут привести:

• загрязнение грязевиков и фильтров;
• возникновение воздушной пробки;
• подпитка теплоносителя из-за сбоя автоматики или неверно отрегулированных задвижек, расположенных на подаче и обратке (прочитайте: «Автоматическая подпитка системы отопления — схема узла и клапана подпитки»);
• особенность работы регулятора или его неправильная настройка.

Нестабильное давление особенно часто встречается в недавно запущенных системах отопления, что связано с удалением воздуха. Это считается нормальным, если после доведения объема воды и давления до рабочих показателей в течение нескольких недель не наблюдаются отклонения.

В ином случае, вероятнее всего, нестабильность давления связана с неправильными гидравлическими расчетами, в том числе – и недостаточным объемом расширительного бака. Именно поэтому при монтаже отопительной системы важно правильно выполнить все вычисления – в дальнейшем это избавит от различных проблем с ее функционированием.