Балансировка системы отопления. 3 интересных способа

Согласно закону гидродинамики, любая жидкость выберет путь, на котором она будет испытывать минимальное сопротивление. На практике, в автономной нагревательной сети дома, рабочая жидкость «отправляется» к первому теплообменнику или самому короткому по протяженности контуру системы отопления «теплый пол». Как следствие, наблюдается разность температур в различных комнатах. Для ее выравнивания, домовладельцу необходимо выполнить гидравлическую балансировку отопительной системы, о которой и пойдет речь в нашей статье.

Что такое балансировка системы теплоснабжения?

Гидравлическая балансировка системы — это способ улучшения работы комплекса отопительной системы. Целью выполнения гидравлической балансировки является обеспечение равномерного поступления тепловой энергии к каждому из потребителей (батареи, системы отопления «теплый пол», полотенцесушители и так далее). Благодаря более эффективному распределению тепла, достигается существенное уменьшение объема рабочей жидкости, которая циркулирует в системе теплоснабжения дома. Правильно выполненная гидравлическая балансировка позволит снизить до 20% расходов, шедших на отопление дома.

Зачем нужна гидравлическая балансировка?

Независимо от типа смонтированной отопительной системы, она должна доставлять рассчитанное проектировщиком количество теплоносителя, который в свою очередь должен нагреть радиатор до необходимой температуры. При этом через каждый из теплообменников должно пройти столько рабочей жидкости, сколько указано в разработанном проекте теплоснабжения дома. Согласно же законам гидродинамики, большее количество рабочей среды пойдет по пути минимального сопротивления, то есть к ближайшему к нагревательной установке теплообменнику.

Различия в температуре и количестве протекающей через теплообменник горячей воды приведет не только к различиям в температурном режиме разных помещений, но и увеличению нагрузки на котел отопления.

Когда нужно выполнять гидравлическую балансировку?

К гидравлической балансировке системы отопления следует прибегать в следующих случаях:

1. Близко расположенные к нагревательному аппарату радиаторы заметно горячее «последних» в гидравлической системе нагрева помещений, что заметно как на ощупь, так и по показаниям комнатного термометра или личностным ощущениям.
2. В отопительный сезон один или несколько теплообменников издает шум в виде журчания протекающей в нем рабочей жидкости.
3. Расположенные в бетонной стяжке трубы системы отопления «теплый пол» прогреваются неравномерно.
4. При наладке системы отопления, которая собрана без разработанного инженером-теплотехником проекта и услуг профессиональных монтажников.

Но если система отопления функционирует без нареканий, то пытаться улучшить ее работу самостоятельно не следует, так как из-за неопытности домовладельцы добиваются прямо противоположного результата. Так же не стоит начинать балансировать систему отопления, если в ней возникли какие-либо неполадки (разрыв мембраны в расширительном бачке, засор балансировочной или радиаторной запорной арматуры, завоздушенность батарей, появление протечек и так далее). В начале необходимо устранить проблему и, вполне вероятно, нужда в регулировке отпадет.

Какие проблемы решает гидравлическая регулировка системы?

Проведенная гидравлическая регулировка системы обогрева помещений дает возможность:

1. Добиться равномерного нагрева каждого потребителя тепловой энергии.
2. Добиться экономии топлива и обеспечить работу нагревательной установки в экономичном режиме.
3. Исключить появление шума при работе в ближних к нагревательной установке радиаторах за счет снижения объема проходящего через них теплоносителе.

ПРИМЕЧАНИЕ. Согласно практике, если в автономную отопительную систему, построенную по двухтрубной технологии, включено 4-6 потребителя тепловой энергии, то в большинстве случаев, проведение гидравлической балансировки нет нужды. Но это утверждение верно лишь для отопительных систем, смонтированных согласно подготовленному инженером-теплотехником проекту.

Способы гидравлической балансировки

Существует несколько технологий балансировки отопительных систем, о которых вы прочтете ниже.

Балансировочные клапана

Технология регулировки заключается в определении температуры всех батарей и устранении разницы при помощи балансировочных клапанов. Для того, чтобы отрегулировать систему посредством балансировочных кранов вам необходимо:

1. Полностью открыть все балансировочные клапаны в системе и нагреть рабочую жидкость до 70-80 ˚C. Если у вашего котла отсутствует измеритель, показывающий фактическую температуру воды на входе отопительной системы, то определите ее самостоятельно при помощи контактного электронного термометра. Для этого приложите прибор к металлическому выходному патрубку котла.
2. На каждом из установленных в доме радиаторов замерьте температуру батареи возле входа и выхода рабочей жидкости и запишите показания. Если различия в показаниях лежат не превышают 10 ˚C, то отдельно взятый радиатор прогревается нормально.
3. При разнице температур на входе в первый и последний теплообменник около 2 ˚C, то прикрутите балансировочные краны первых двух теплообменников на 0,5-1 оборота, подождите 10-20 минут и повторите замеры.
4. При разнице температур более 2, но менее 7 ˚C регулировочные клапаны первых двух батарей закрываются на 50-70% (определите степень закрытия по количеству оборотов вентилей), расположенные в середине системы на 30-40%, а последние 2 остаются полностью открытыми.
5. Продолжайте регулировку количества проходящей через батареи горячей воды до тех пор, пока не исчезнет шум (если он был) и/или не будет достигнута разница температуры на входе первого и последнего источника тепла, не превышающая 2 ˚C.

Не нужно увлекаться уменьшением объема проходящей через радиатор рабочей жидкости, так как это приведет к снижению температуры в помещении без сколько-нибудь значимого экономического эффекта.

Регулировка при помощи термостатических клапанов

Термостатиеские клапана устанавливаются в системах обогрева помещений, к которым подключено множество потребителей тепловой энергии, к примеру, в двухэтажном частном доме, в котором помимо радиаторов установлены трубопроводы системы «теплый пол», полотенцесушители и другое оборудование. Термостатический клапан «объединяет» трубопроводы, по которым производится подача и отвод горячей и остывшей воды и позволяет корректировать ее так, чтобы на каждом подведенном высокотемпературном контуре были близкие температурные показатели.

Гидравлическая балансировка при помощи насоса

Регулировка гидравлических показателей в отопительной системе здания вышеописанными способами если и не трудоемка, то отнимает значительное количество времени, а также не исключает повторение всех действий в будущем. Используя же «умный» циркуляционный насос, к примеру, Grundfos ALPHA 3, вы сможете значительно упростить процесс гидравлической балансировки вашей отопительной системы. В зависимости от продавца, средняя стоимость комплекта, в который входит съемный передатчик и специальное программное обеспечение для мобильных устройств составляет около $300.

Суть идеи балансировки системы отопления при помощи насоса заключается в способности насоса контролировать расход теплоносителя в каждому из контуров и передавать полученную информацию на смартфон или планшет владельца дома. Программа, работающая в качестве путеводителя, информирует домовладельца о мерах и действиях, которые необходимо выполнить для гидравлической балансировки системы отопления. Хранимая в базе данных информация о типах теплообменников, их мощности и возможность введения других данных (площадь комнаты, необходимые показатели температуры и так далее), позволяет максимально упростить процесс регулировки отопительной системы. Это настолько просто, что вы можете изменять показатели системы отопления в зависимости от текущих показаний термометра на улице.

Так же прост и процесс первоначальной настройки насоса и системы отопления. После подключения Grundfos ALPHA 3 к системе отопления для установки нулевого расхода нужно будет отключить все потребители тепловой энергии в доме. Затем, запорная арматура на каждом теплообменнике по очереди открывается полностью, что необходимо для измерения максимальной пропускной способности каждого нагревательного аппарата. Теперь вам остается выполнить индивидуальную настройку приборов в специальном окне программы в режиме реального времени. При регулировке каждого из нагревательных приборов, программа будет выдавать подсказки, которые помогут обеспечить как максимальный комфорт, так и экономичность работы нагревательного котла. По окончании настройки, владельцу будет предоставлен отчет, в котором будет отображен расход рабочей среды в каждом из нагревательных приборов в доме.

Балансировка системы отопления

Системы отопления практически всех конфигураций требуют балансировки, исключение составляет только разводка по петле Тихельмана. Мы рассмотрим три возможных способа провести балансировку, расскажем о преимуществах, недостатках и уместности каждого из методов, дадим практические рекомендации.

В чем суть балансировки

Гидравлические системы отопления по праву считаются наиболее сложными. Их эффективная работа возможна только при условии глубокого понимания физических процессов, скрытых от визуального наблюдения. Совместная работа всех устройств должна обеспечивать поглощение теплоносителем максимального количества тепла и его равномерным распределением по всем нагревательным приборам каждого контура.

Режим работы каждой гидросистемы основан на взаимосвязи двух обратно пропорциональных величин: гидравлического сопротивления и пропускной способности. Именно ими определяется расход теплоносителя в каждом узле и части системы, а стало быть и количество подводимой к радиаторам тепловой энергии. В общем случае расчёт расхода для каждого отдельно взятого радиатора отражает высокую степень неравномерности: чем больше удалён нагревательный прибор от теплового узла, тем выше влияние гидродинамического сопротивления труб и ответвлений, соответственно теплоноситель циркулирует с меньшей скоростью.

Задача балансировки системы отопления — гарантировать, что проток в каждой части системы будет иметь примерно одинаковую интенсивность даже при временных изменениях режимов работы. Тщательная балансировка позволяет добиться такого состояния, когда индивидуальная регулировка термостатирующих головок не оказывает существенного влияния на прочие элементы системы. При этом сама возможность балансировки должна предусматриваться ещё на этапе проектирования и монтажа, ведь для настройки системы необходима как специальная арматура, так и технические данные на оборудование котельной . В частности, обязательна установка на каждом радиаторе запорных клапанов, в простонародье называемых дросселями.

Особенности работы с разными видами разводки

Однотрубные системы отопления поддаются балансирующей регулировке наиболее просто. Всё благодаря тому, что суммарный проток через радиатор и связывающий байпас всегда одинаков и не зависит от пропускной способности установленной арматуры. Поэтому в системах типа «Ленинградка» работа ведётся не столько над балансировкой протока, сколько над уравнением количества тепла, выделяемого теплоносителем в радиаторах. Говоря проще, главная цель балансировки в таком случае — обеспечить, чтобы к наиболее удалённому радиатору вода поступала при достаточно высокой температуре.

В двухтрубных тупиковых системах действует несколько иной принцип. Каждый радиатор системы представляет собой своего рода шунт, гидравлическое сопротивление которого ниже, чем у всей остальной группы, расположенной далее по направлению протока. Из-за этого значительная часть теплоносителя протекает через шунт обратно к тепловому узлу, в то время как циркуляция далее по системе имеет гораздо меньшую интенсивность. В таких системах отопления приходится трудиться именно над выравниванием протока в каждом радиаторе путем изменения пропускной способности арматуры.

Двухтрубные попутные системы отопления балансировки не требуют вовсе, но при этом имеют сравнительно высокую материалоёмкость. В этом вся прелесть петли Тихельмана : путь, который проходит теплоноситель в цепи каждого радиатора, примерно одинаков, благодаря чему эквивалентность протока в каждой точке системы поддерживается автоматически. Похожим образом дело обстоит с лучевыми системами отопления и водяным тёплым полом: выравнивание протока выполняется на общем коллекторе по поплавковым расходомерам.

Расчётное моделирование

Наиболее конструктивный и правильный метод регулировки — с помощью построения расчётной модели гидравлической системы отопления. Это можно выполнить в таком программном обеспечении как Danfoss CO и Valtec.PRG, либо же в платных продуктах вроде AutoSnab 3D. Не следует бояться платного ПО: как вы увидите позже, его стоимость не идёт ни в какое сравнение с затратами на специальные устройства автоматической балансировки, при этом расчётный проект гидравлической системы предоставит полное представление о системе, режимах её работы и физических процессах, происходящих в каждой точке.

Балансировка с помощью программных расчётов производится посредством построения точной виртуальной копии системы отопления. В разных рабочих средах механизм моделирования протекает с некоторыми отличиями, тем не менее, все программы такого рода имеют дружественный и понятный пользователю интерфейс. Очень важно, чтобы построение выполнялось действительно точно: с указанием каждого фитинга, элемента арматуры, поворотов и ответвлений, присутствующих в реальной системе. Вот какие потребуются исходные данные:

• паспортные данные котла: мощность, КПД, напорно-расходный график, рабочее давление.
• сведения о циркуляционном насосе: скорость протока и напор;
• тип теплоносителя;
• материал и условный проход труб, температура окружающей их среды;
• технические сведения обо всей запорной и регулирующей арматуре, коэффициенты местных сопротивлений (КМС) каждого элемента;
• паспортные данные на запорные клапаны, зависимость их пропускной способности от падения давления и степени открытия.

После построения модели системы вся работа сводится к тому, чтобы обеспечить равенство расхода теплоносителя на каждом радиаторе. Для этого искусственно занижают пропускную способность запорных клапанов на тех радиаторах и цепях, где наблюдается существенное увеличение протока по сравнению с остальными. Когда виртуальная балансировка выполнена, для каждого радиатора выписывают Kvs — коэффициенты пропускной способности. Используя таблицу или график из паспорта клапана, определяют необходимое число оборотов регулировочного штока, после чего эти данные используют для балансировки реальной системы в натуре.

Эмпирический способ

Конечно, отрегулировать систему отопления при числе радиаторов до десяти можно и без предварительного расчёта. Однако этот метод достаточно трудоёмок и занимает очень много времени. Кроме прочего, при такой балансировке не удаётся предусмотреть изменение расхода при работе термостатирующих головок, что сильно снижает точность балансировки.

Алгоритм ручной балансировки несложен, для начала необходимо перекрыть абсолютно все радиаторы в системе. Это делается для того, чтобы максимально близко сравнять температуру теплоносителя на входе и выходе из теплового узла. Весь этот процесс занимает около часа, при этом необходимо установить циркуляционный насос на максимальную скорость и убедиться в отсутствии воздушных пробок в системе.

Следующий шаг — полное открытие запорного клапана на наиболее удалённом радиаторе (зачастую на последнем радиаторе этот клапан не устанавливается вовсе). Спустя 10–15 минут проводится измерение температуры нагрева крайнего радиатора, она при дальнейшей балансировке будет использоваться как эталонная.

Далее нужно приоткрыть запорный клапан на предпоследнем радиаторе. Степень открытия должна быть такой, чтобы нагрев произошёл до эталонной температуры и при этом на последнем радиаторе температура нагрева не снизилась. Грань очень тонкая, и работа сильно осложняется инерционностью радиаторов: после каждого изменения положения штока клапана на алюминиевом радиаторе необходимо выждать не менее 15 минут, на чугунном — порядка 30–40 минут. В этом и есть вся суть ручной балансировки: продвигаясь от наиболее удалённого радиатора к самому первому в цепочке необходимо снижать пропускную способность, обеспечивая поддержание одинаковой температуры на каждом нагревательном приборе. Регулировка должна проводиться очень тонко и аккуратно, ведь резкое увеличение протока в середине контура приведёт к падению температуры в отдалённой его части, соответственно нужно будет потратить еще 15–20 минут, чтобы вернуть систему к исходному состоянию.

Отладка в автоматическом режиме

Существует некая золотая середина между двумя описанными выше способами. Специальное оборудование для автоматической балансировки гидравлических систем отопления позволяет провести настройку с очень высокой точностью и в достаточно короткие сроки. На текущий момент основным техническим решением для таких целей считается «умный» насос Grundfos ALPHA 3, укомплектованный съёмным передатчиком, а также фирменное приложение для мобильных устройств. Средняя цена комплекта оборудования составляет порядка $300.

В чём суть затеи? Насос обладает встроенным расходомером и может обмениваться данными со смартфоном или планшетом, где производится обработка всей информации. Приложение работает как путеводитель: пошагово направляет пользователя и указывает, какие манипуляции нужно проводить над разными частями системы отопления. При этом в базе приложения сохраняются отдельные комнаты с указанным числом нагревательных приборов, имеется возможность выбирать разные типы радиаторов, указывать их мощность, необходимые нормы обогрева и прочие данные.

Процесс происходит предельно просто и полностью демонстрирует алгоритм работы программы. После сопряжения с передатчиком и подготовки к работе от системы отключаются все радиаторы, это необходимо для измерения нулевого расхода. После этого запорные клапаны на каждом радиаторе поочередно открываются полностью. При этом расходомер в насосе отмечает изменения в протоке и определяет максимальную пропускную способность каждого нагревательного прибора. После того как все радиаторы будут внесены в базу программы, производится их индивидуальная регулировка.

Настройка запорного клапана на радиаторах происходит в режиме реального времени. Приложение имеет звуковую индикацию для возможности работы в труднодоступных местах. Балансировка требует тонкой подстройки запорного штока до такого положения, при котором текущий расход в системе сравняется со значением, рекомендованным программой. По завершении работы с каждым радиатором приложение формирует отчёт, в который включены все нагревательные приборы системы и расход теплоносителя в них. После выполнения балансировки насос ALPHA 3 может быть снят и заменён на другой с аналогичными параметрами производительности.