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.

Какое давление воды в системе отопления частного или многоквартирного дома должно быть?

Для отопления очень важно обеспечить хорошую циркуляцию теплоносителя в системе. В небольшом доме, высотой до 2-х этажей можно обойтись и без насоса.

Но для надежности, его лучше установить. И уж тем более он понадобится для большого или многоэтажного дома. А насос создает не только движение воды, но и напор, что приводит к появлению давления в системе.

Чем выше напор, тем более прочные элементы системы отопления надо устанавливать, что ведет к удорожанию. Излишнее давление дорого обходится. Так каким должно быть давление в системе отопления?

Какой напор должен быть?

Насос должен поднять теплоноситель в самую верхнюю точку и переместить его в обратный трубопровод, преодолев гидравлическое сопротивление системы отопления. Для этого он должен создать определенное давление.

Его определяют по формуле:

• Н_отоп – статическое давление, равное напору (высоте в метрах) от нижней точки отопления до верхней точки (бар);
• Р_сопр – гидравлическое сопротивление системы отопления (бар);
• Р_минВТ – минимальное давление в самой верхней точке отопления, для обеспечения стабильной циркуляции, Р_минВТ ≥ 0,4 (бар).
• Р_сопр определяется расчетным методом. Зависит от диаметра и протяженности труб, конфигурации отопления и суммы сопротивления всех фитингов и запорной арматуры системы.
• Р_минВТ равное 0,4 бара, принимается для минимально допустимого давления. В оптимальном случае оно должно быть не менее 1,0 бара. Максимальное давление ограничивается прочностью элементов системы отопления и не может превышать более 80 %, с учетом возможных гидроударов.

В многоквартирном доме

Статическое давление, то есть при выключенных насосах и отсутствии внешнего давления из котельной, в нижней точке будет определяться напором (высотой) системы давления в здании.

В десятиэтажном доме, высотой 32 метра, оно будет 3,2 бара.

При открытии задвижек от котельной и включении сетевого насоса оно вырастет до 7,0 бар. Разница в 3,8 бар условно является сопротивлением системы при работе с данным насосом.

В частном доме

Если бак имеет прямую связь с атмосферой, такая система отопления называется открытой. Ее преимущество в постоянном напоре, не меняющемся при нагреве и остывании теплоносителя. А значит, элементы нагрева будут испытывать нагрузку, равную напору.

Он определяется высотой зеркала воды в расширительном баке над нижней точкой отопления. Например, высота одноэтажного дома до чердака, где установлен бак, 3,5 метра. Разница между нижней и верхней точками отопления 3,2 метра. Напор будет 0,32 бара.

И насосы надо ставить мощнее. Вместо расширительных баков на чердаке применяют баки-аккумуляторы.

Их можно ставить в любом месте и легко обслуживать.

Для современного теплоснабжения частных владений, до 3-х этажей, мощность подбирается около 2,0 бар, при отсутствии нагрева.

С нагревом до 90 0 С, оно возрастет до 3,0 бар. Исходя из этих параметров, для частных строений настраивают предохранительный клапан на 3,5 бара.

Какие факторы влияют на напор?

Причины отклонения давления могут быть естественными или аварийными.

Естественными причинами являются:

1. рабочее повышение и понижение температуры теплоносителя;
2. включение подпитки отопления;
3. спуск накопившегося воздуха через ручной воздушник;
4. изменение регулировок насоса.

Насосы, работающие в высотных зданиях, испытывают большие нагрузки. Со временем лопатки рабочего колеса изнашиваются, увеличивается зазор между крыльчаткой и корпусом насоса, это приводит к снижению напора.

Процесс коррозии, накопления отложений на внутренних стенках труб ведут к сужению проходного сечения труб, повышается гидравлическое сопротивление. Напор приходится повышать.

В большом здании нормативные потери воды могут составить приличный объем. Напор будет понижаться, если нет автоматической подпитки.

Но изменение давления происходит и при аварийных ситуациях. Эксплуатация при аварийных режимах может привести к тяжелым последствиям: от разрыва элементов отопления или котла, до взрыва газообразного и жидкого топлива.

Рассмотрим причины для двух возможных случаев: снижения и повышения давления.

Причины снижения в котле

Распространенными аварийными причинами снижения напора могут быть:

• аварийное отключение насоса;
• срабатывание предохранительного клапана;
• неисправность вентиля или обратного клапана в сети подпитки;
• утечка теплоносителя.

Если показания манометра снижаются, необходимо произвести обследование системы отопления и выявить причину. При этом нельзя допускать работу котла без теплоносителя. При резком падении напора котел следует вывести из работы полностью.

Если это выполнить быстро нельзя, например, когда топка загружена твердым топливом, то нужно обеспечить максимальную подпитку системы водой, для поддержания напора на возможном уровне. При этом следует обеспечить контроль за ростом температуры теплоносителя на котле, не допуская закипания воды.

Что еще можно предпринять при снижении давления воды в котле:

1. Проверяется работа насоса. При его остановке и отсутствия резервного, принимаются меры по остановке котла, затем по возобновлению работы насоса.
2. Проверить состояние предохранительных клапанов и группы безопасности. Возможно срабатывание, либо неисправность.
3. Проверяются краны на подпитке водой в точке слива воды из системы. Если напор в питающей сети ниже, то возможно выдавливание воды в питающую сеть. Проверить можно по температуре поверхности трубы подпитки за отключающим устройством. Если труба прогрелась до температуры обратки, причина в неисправности перекрывающего крана либо обратного клапана.
4. Далее выполняется обход по всей линии трубопроводов отопления. Обращается внимание на состояние отопительных приборов в удаленных точках и плохо утепленных помещениях.
5. Если прорывы не обнаружены, необходимо проверить на герметичность котел отопления. При внутренней утечке в топке вода испаряется, а пары выносятся вместе с дымовыми газами. Поэтому визуально обнаружить протечку котла очень сложно. В нерабочем состоянии котел остывает, и трещина может быть зажата. Для проверки котла производится его опрессовка максимальным давлением, указанным в паспорте котла.

Почему мощность падает при включении горячей воды?

Каждая система отопления может отличаться от другой, даже выполненные по единому проекту. Особенно это проявляется в частных строениях.

Правила, СанПиН, СНиП и другие, запрещают использовать систему отопления для подачи горячей воды в жилище. Однако, когда есть отопление, но нет горячей воды, соблазн использовать воду из отопления велик.

И люди вкручивают, вместо воздушников, водоразборные краны. Встречаются случаи, когда к отоплению подключают даже душ. При отборе теплоносителя на бытовые нужды, и отсутствии автоматической подпитки, напор будет снижаться.

А в чем опасность понижения давления? Кратко перечислим возможные последствия:

1. возможно завоздушивание системы;
2. завоздушивание может привести к прекращению циркуляции;
3. при отсутствии циркуляции, тепло перестанет поступать в помещения;
4. при отсутствии циркуляции, возможен перегрев теплоносителя в котле, вплоть до закипания и парообразования;
5. закипание и парообразование в котле может привести к резкому росту давления с возможным разрывом элементов котла;
6. попадание воды или пара в котел, при разрыве теплообменника, может привести к взрыву газообразного или жидкого топлива;
7. перегрев элементов котла может вызвать их деформацию, которую будет невозможно исправить, котел придет в негодность;
8. утечка теплоносителя может причинить ущерб имуществу, и даже вред здоровью от ожогов.

Это не полный перечень, но и его достаточно, чтобы понимать, какую опасность несет снижение давления в отоплении.

Причины увеличение мощности

Неконтролируемый рост давления является аварийной ситуацией.

Может происходить по причине:

• неисправна автоматика регулирования процесса подачи топлива;
• котел работает в ручном режиме большого горения и не переведен на среднее или малое горение;
• неисправность бака-аккумулятора;
• неисправность крана на подпитке.

Основная причина, это перегрев теплоносителя. Что можно сделать?

1. Следует проверить работу котла и автоматики. При ручном режиме — уменьшить подачу топлива.
2. Если показания манометра критически высокие, слить часть воды до понижения показаний в рабочую зону. Далее проконтролировать показания.
3. Если неисправности котла не выявлены, проверить состояние бака-аккумулятора. Он принимает объем воды, увеличивающийся при нагреве. Если демпфирующая резиновая манжета бака повреждена, или в воздушной камере нет воздуха, он заполнится полностью водой. При нагреве, теплоносителю будет некуда вытесняться, и рост давления воды будет значительным.

Проверить бак просто. Нужно нажать ниппель в вентиле для наполнения бака воздухом. Если шипение воздуха отсутствует, то причина в потере давления воздуха. Если появилась вода, то повреждена мембрана.

Опасный рост мощности может привести к следующим последствиям:

• повреждение элементов отопления, вплоть до разрыва;
• перегреву воды, при появлении трещины в конструкции котла, произойдет мгновенное парообразование, с высвобождением энергии, равной по мощности взрыву;
• необратимой деформации элементов котла, отопления и приведение их в непригодное состояние.

Перегретая вода, при резком снижении давления, мгновенно вскипает с образованием пара по всему объему. Давление мгновенно растет от парообразования, а это может привести к взрыву.

При высоком давлении и температуре воды выше 100 0 С нельзя резко сбрасывать мощность рядом с котлом. Нельзя заливать топку водой: от сильного перепада температуры возможно появление трещин.

Нужно принять меры к снижению температуры и плавному понижению давления, сливая теплоноситель малыми порциями в дальней точке от котла.

Если температура воды ниже 95 0 С, с поправкой на погрешность термометра, то давление снижается сбросом части воды из системы. В этом случае парообразование не произойдет.

Профилактика скачков и падений

Чтобы резкое изменение давления не привело к опасным последствиям, устанавливаются элементы безопасности и защиты котла. Как правило, это настроенные подпружиненные клапана, стравливающие излишки теплоносителя.

Для одно, двухэтажных зданий, такие клапана настраиваются на 3,5 бара. Для других зданий и котельных — с учетом проектных рекомендаций.

Необходимо проверять работоспособность клапанов, 2-3 раза за отопительный сезон. Образование отложения солей и накипи может привести к залипанию клапана.

В продаже имеются «группы безопасности» — это готовые к установке три важных элемента:

1. предохранительный клапан,
2. автоматический воздухоотводчик,
3. манометр.

Для предотвращения ситуаций с аварийным изменением давления важно поддерживать элементы котла и системы отопления в исправном рабочем состоянии.

Заключение

В завершении стоит еще раз отметить – давление теплоносителя в системе отопления является важной характеристикой.

Напор рассчитывается при проектировании и определяется опытным путем при нормальной эксплуатации теплоснабжения. Для разных зданий, с разными системами отопления, давление так же различно. Поэтому очень важно, чтобы обслуживанием системы отопления занимались обученные специалисты.

Даже отопление в частном доме, при неправильной эксплуатации, может стать источником опасности.