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.

Давление в системе отопления в частном доме – значение и расчет

Значение давления в системе отопления частного дома

В системе отопления одним из самых важных показателей является именно давление. Оно влияет на качество работы оборудования и определяет, насколько эффективна теплопередача.

Только в том случае, если показатели силы, с которой давит вода, соответствуют норме, можно говорить о качественной работе теплосети. Скорость воды зависит от уровня давления. Чем оно выше, тем быстрее движется поток, и, соответственно, эффективнее теплопередача. Высокий показатель гарантирует доставку воды во все помещения с минимальными потерями температуры.

Если напор будет недостаточно сильный, нагретая в котле вода будет слишком медленно перемещаться по элементам отопительной системы, что приведет к поступлению ее в жилые помещения с температурой намного ниже, чем на выходе из котла. Низкое давление приводит к значительным теплопотерям.

Давление в теплосети бывает двух видов, статическое и динамическое. В первом случае речь идет о силе, с которой столб воды, находящейся в состоянии покоя, давит на котел, трубопровод и радиатор. Зависит этот показатель от высоты. С каждыми 10 метрами он увеличивается на 1 Атм. Под динамическим давлением подразумевается сила, прилагаемая к элементам системы жидкостью, которая движется.

Сумма показателей статического и динамического давления определяет, насколько эффективна система, и носит название рабочего давления.

Как температура носителя влияет на давление

Общеизвестно, что в соответствии с законами физики вещество при нагреве расширяется. Соответственно, при повышении температуры теплоносителя, находящегося в замкнутом пространстве теплосети, увеличивается сила, с которой жидкость давит на ее элементы.

После установки оборудования в систему закачивается жидкость. Так как она холодная, давление минимальное. Путем изменения температуры теплоносителя корригируется давление в сети.

Норма

Для автономной отопительной системы частного дома нормальным считается давление от 0,7 до двух атмосфер.

Конкретная величина рассчитывается еще при проектировании в зависимости от характеристик оборудования, особенностей теплосети, количества этажей. Показатель выше двух атмосфер считается критическим. Если давление достигнет трех атмосфер, произойдет авария. Соединения станут негерметичными, система выйдет из строя.

Причины роста и падения в системе

Перепады давления сигнализируют о проблемах в теплосети.

Если напор снизился, проверить причину можно следующим способом. Нужно остановить насос и проверить, достаточен ли напор статичной жидкости. Если он не упал, значит, проблема в насосах, которые недостаточно сильно толкают теплоноситель.

В том случае, если статическое давление тоже падает, скорее всего, в трубах или котле возникла утечка. В котле могли возникнуть микротрещины.

Их необходимо запаять. Накипь и поломка расширительного бачка также могут вызвать падение напора. Предотвратить образование накипи можно при помощи специальных добавок. Определить место, где нарушилась герметичность, можно путем поочередного отключения элементов теплосети. Если напор нормализуется, значит, утечка именно в отключенной зоне. Внимательный осмотр системы также может помочь выявить место разгерметизации.

Наличие пятен, капель, луж, ржавчины говорят об утечках воды. Чаще всего такого рода проблемы возникают в местах соединения элементов оборудования. Если трубы не стальные, найти следы на месте, где просочилась вода, очень сложно. В этом случае, а также если трубы скрытые, лучше обратиться к специалисту. Он спустит жидкость, при помощи воздуха обнаружит утечку и устранит проблему.

Увеличение давления случается реже и является, как правило, следствием остановки движения теплоносителя. В трех случаях из четырех проблема в регуляторе. Он с целью снизить температуру носителя может закрыть клапаны, прекратив его подачу. Еще одна возможная причина – ошибочная непрерывная подпитка. Такая неисправность может быть как автоматической, так и вызванной чьим-то небрежным вмешательством.

При нормальной работе техники повышение напора может быть вызвано перекрытием задвижки или крана. Причиной увеличения напора теплоносителя может быть также воздушная пробка, закупоривание фильтра или грязевика.

Следует также контролировать изменение разницы напора жидкости между подающей и обратной трубами. Если эта разница возросла, значит, замедлилась циркуляция теплоносителя. И в этом случае возможной причиной может быть воздушная пробка.

Как исправить ситуацию

При обнаружении повышения или снижения напора жидкости, прежде всего, необходимо определить, выходят ли отклонения за границы нормы. Если стрелка на манометре находится в зеленой зоне, все в порядке, в белой зоне – давление занижено, а в красной – завышено. Большинство отклонений можно устранить самостоятельно.

Система оснащена двумя клапанами. Один служит для нагнетания теплоносителя, то есть повышения напора, а второй имеет обратное действие и нужен для стравливания жидкости. Прежде всего, стоит воспользоваться одним из этих клапанов в зависимости от типа проблемы. При этом если нужно уменьшить напор теплоносителя, понадобится емкость, в которую будет сливаться лишняя вода.

Для нормализации напора жидкости в каждой закрытой теплосети должен устанавливаться расширительный бак. Это непроницаемая конструкция из стали, состоящая из двух емкостей, одна из которых подключена к системе отопления, а вторая содержит воздух. Разделяет камеры между собой резиновая мембрана, которая при повышении напора смещается в сторону емкости с воздухом, уменьшая тем самым натиск воды.

Более эффективно бороться с перепадами давления можно, если установить предохранительный клапан, воздухоотводчик и манометр. Выполняя каждый свою функцию, эти приборы совместно дают гарантию надежной работы системы.

Предохранительный клапан при достижении предельных показателей напора воды удаляет из системы ее излишки, направляя их в канализацию или специальный резервуар.

Кроме выше перечисленных методов стабилизации теплосети, существуют приборы, которые полностью автоматизируют контроль и настройку всех параметров системы. Но они имеют высокую стоимость, что делает целесообразность их покупки для установки в частном доме сомнительной.

Расчет – пример

Отклонения в напоре теплоносителя как в меньшую, так и в большую сторону, могут иметь плачевные последствия. Слишком низкие показатели вызывают кавитацию, то есть кипение воды, поломку насоса. Слишком сильный напор жидкости приводит к разрушению системы.

Чтобы избежать этого, необходимо правильно спроектировать теплосеть, подобрать оборудование и смонтировать. Нужно рассчитать, каким количеством жидкости должна быть заполнена система, чтобы напор был в норме. Этот показатель зависит от мощности котла. 13 литров воды приходится на каждый киловатт мощности.

Расчет для разных котлов.

• 10 киловатт мощности – 130 литров воды.
• 16 киловатт – 210 литров.
• 20 киловатт – 260 литров.

Для расчета системы отопления можно воспользоваться одним из соответствующих онлайн-сервисов или программным обеспечением.

H = R х L х Zr, где

H – необходимый напор,

R – сопротивление прямого участка трубы (для одноэтажного дома – 150 Па/м),

L – общая длина трубопровода,

Zr – поправочный коэффициент на повышение сопротивления (1,3 – при шаровых кранах и стандартных фитингах, 1,7 – при наличии термостатических регуляторов).

Для примера, сделаем расчет напора воды при длине труб 80 метров и обычных шаровых кранах. Формула в этом случае будет выглядеть так.

H = 150 х 80 х 1,3 = 15600 Па.

Эти данные необходимо учитывать при выборе насоса. Поскольку в технической документации напор указывается в метрах водяного столба, нужно произвести перевод полученного показателя. Один метр водяного столба равен 10000 Па.