Каким должно быть давление в системе отопления частного дома
Начинающие специалисты в проектировании и монтаже гидравлических систем отопления задаются вопросом: почему так важно поддерживать в контуре избыточное давление, и какими способами этого можно добиться. Приглашаем узнать ответы на популярные вопросы по этой теме в нашем обзоре по закрытым системам отопления.
В нормальном режиме работы такой системы происходит нагрев значительного объёма воды внутри теплообменника котла. Нагрев сопровождается расширением, из-за чего порция воды с более высокой температурой оказывает дополнительное давление на соседний объём теплоносителя. При этом жидкость с меньшей плотностью устремляется вверх: сила давления нагретого теплоносителя суммируется с давлением атмосферы и внутренним давлением системы, что позволяет проталкивать теплоноситель по замкнутому контуру. Чем выше скорость движения теплоносителя, тем сильнее выражен конвекционный эффект и наоборот.
Что же происходит в так называемых закрытых системах отопления? В них теплоноситель изолирован от атмосферы, вследствие чего на верхней границе наполнения давление практически нулевое, а в самой нижней точке — равное фактической высоте столба жидкости. Повышение давления вследствие расширения воды не всегда позволяет преодолеть гидродинамическое сопротивление системы, ведь при расширении вода продавливается в обоих направлениях, её расширение вниз не компенсируется дополнительным давлением.
Для любого теплоносителя свойственно увеличение объёма в ходе нагрева. В закрытой системе отопления это однозначно приводит к повышению давления
Запустить такую систему удаётся только при условии быстрого нагрева большого количества теплоносителя, что невозможно в современных системах отопления, характеризующихся малым водоизмещением и условным проходом труб. Таким образом избыточное давление в системе служит своего рода заменой атмосферному, существенно облегчая естественную конвекцию и работу устройств принудительной циркуляции.
Конечно, давление в системе отопления не обязательно должно быть эквивалентным в разных её точках. В теплообменнике и на возвратном патрубке котла регистрируются наиболее высокие показатели, чуть меньшее давление можно зафиксировать на входе циркуляционного насоса и самое маленькое — на наиболее удалённом и высоком участке подающей магистрали. Одна из главных задач инженера-теплотехника заключается в обеспечении избыточного давления внутри системы отопления и слежении, чтобы в различных её узлах соблюдался перепад, вписывающийся в установленные нормы.
Зачем нужно отслеживать давление в разных точках? Причина проста: давление в системе отопления — собирательный термин, который сам по себе может свидетельствовать только о герметичности системы. В понятие рабочего входят давление статическое, образуемое воздействием силы тяжести на теплоноситель, и динамическое — колебания, сопровождающие смену режимов работы системы и появляющиеся на участках с разным гидравлическим сопротивлением. Так, давление может существенно изменяться при:
1 — состояние системы отопления перед наполнением теплоносителем; 2 — нормальный режим работы системы отопления; 3 — избыточное давление как результат перегрева теплоносителя
Чтобы расширительный бак работал как положено, его объём должен быть достаточно высоким. Также следует учитывать рабочее расчётное и предельное давление в системе, которое определяется паспортными данными котла. Так, указанный минимум в 0,3–0,5 бар необходим для стабильной работы теплового узла, в то время как предел порядка 1,2–1,5 бар ограничивает разрушительное действие давления на теплообменник. Указанные величины взяты с примера большинства бытовых котлов мощностью до 15 кВт, для более производительных котлов действуют более высокие значения. Определить рабочее давлением системы можно в процессе проведения гидравлического расчёта, искомое значение зависит от гидродинамического сопротивления труб, нагревательных приборов и арматуры.
Объём бачка определяется водоизмещением системы, тепловым расширением теплоносителя и предельным давлением. В первом приближении вместимость бачка должна составлять порядка 0,07–0,1 объёма теплоносителя. Более точное значение находится по формуле (Vт * β) / К, то есть произведением полного объёма теплоносителя на коэффициент его расширения, делённым на рабочий коэффициент бачка. Последний определяется разницей между предельным и рабочим давлением, разделённой на предельное давление, к которому добавлена единица: (Р max — P раб)/(Р max + 1). При этом рабочее давление измеряется в верхней точке системы (на группе безопасности) и должно быть близким к атмосферному при высоте водяного столба до 4–5 м.
[embedded content]
Не имеет практической разницы место установки закрытого расширительного бака. Чтобы гарантировать эффективную работу устройства при различных режимах использования теплосети, бак устанавливают в зону наивысшего статического давления, то есть в самой низкой точке системы, в удобном для обслуживания месте. Бачок врезается через тройник в магистральный возвратный трубопровод, подключение проводится через запорный шаровый кран.
[embedded content]
Первый тип устройств автоматической подпитки работает по принципу группы компрессорной автоматики. Реле высокого и низкого давления включают и выключают подпитку если давление в системе ниже или, соответственно, выше установленного порога. Такие устройства наиболее просты и дешевы, но обладают главным недостатком — они не учитывают температуру жидкости и степень её расширения.
Скажем, во время работы системы давление падает на 20–30% ниже рабочего, но при этом не достигает минимального порога, на которое настроено реле. В этом нет ничего удивительного, ведь калибровка реле происходит в холодном состоянии системы. Другой частный случай: при срабатывании реле включается подпитка, добавляя в систему порцию холодной, то есть ещё не расширившейся жидкости. Если расширительный бак имеет недостаточную вместимость, в итоге расширение теплоносителя приведёт к срабатыванию предохранительного клапана, часть теплоносителя будет сброшена, давление снова упадёт, снова включится подпитка и далее по кругу.
Описанный нюанс имеет значение для систем отопления, в которых содержится свыше 300 литров воды. Оптимально в таких случаях использовать цифровые дозаторы подпитки, которыми комплектуется большинство продвинутой котловой техники. Контроллер сделает необходимые поправки и добавит в систему строго определённое количество теплоносителя с учётом его температуры и способности к расширению. Как и обычные механические клапаны подпитки, электронный дозатор лучше подключать к подающей магистрали сразу после врезки в неё трубки-байпаса, чтобы избежать температурного шока теплоомбенника. На входной патрубок для теплоносителя рекомендуется установка грязевого или картриджного фильтра, узел инжекции подключается через шаровый кран.
Поддерживать давление в системе отопления невозможно без соблюдения правил её заполнения. Делать это нужно при минимальном напоре и с открытыми клапанами для стравливания воздуха в радиаторной сети. Петли тёплого пола заполняют поочередно, иначе из-за разницы в длине непременно происходит вымещение воздуха в более длинные змеевики. После того, как система наполнена, её опрессовывают двукратным рабочим давлением и следят за показаниями манометров в течение определённого времени. Обычно для опрессовки достаточно давления системы водоснабжения, в ином случае приходится пользоваться ручным плунжерным гидронасосом. После проверки давление снижают до минимального, система нагревается до максимальной рабочей температуры, по завершении прогрева всего объёма теплоносителя измеряется давление: оно должно быть меньше предельного на 20–30%.
Снижение давления со временем — привычное дело для систем, заправленных свежей водой. Из неё выделяется растворенный кислород, соответственно со временем общий объём теплоносителя снижается. Нужно просто периодически подпитывать систему, пока эффект не исчезнет сам по себе. Повышение давление — явный признак неправильного расчёта расширительного бачка, его объём нужно увеличить. Небольшие перепады в пределах 10–15% рабочего давления считается вполне нормальным, это связано с линейным расширением труб. Если же скачки давления при нагревании и остывании системы выходят за пределы 30% от номинала, это свидетельствует либо о порче мембраны в бачке, либо о наличии в системе воздушных пробок.
Для чего необходимо избыточное давление
Представим себе систему отопления с открытым расширительным баком. В верхней её части теплоноситель находится под давлением около 100 кПа или 10,2 м водного столба. В отличие от верхней границы наполнения, находящейся под нормальным атмосферным давлением, в нижней части теплоноситель сдавлен ещё сильнее, разница как раз равна перепаду высоты и выражается в метрах водяного столба. Свои коррективы могут вносить как изменения атмосферного давления и высота над уровнем моря, так и плотность теплоносителя. Однако на практике столь малыми погрешностями пренебрегают.В нормальном режиме работы такой системы происходит нагрев значительного объёма воды внутри теплообменника котла. Нагрев сопровождается расширением, из-за чего порция воды с более высокой температурой оказывает дополнительное давление на соседний объём теплоносителя. При этом жидкость с меньшей плотностью устремляется вверх: сила давления нагретого теплоносителя суммируется с давлением атмосферы и внутренним давлением системы, что позволяет проталкивать теплоноситель по замкнутому контуру. Чем выше скорость движения теплоносителя, тем сильнее выражен конвекционный эффект и наоборот.
Что же происходит в так называемых закрытых системах отопления? В них теплоноситель изолирован от атмосферы, вследствие чего на верхней границе наполнения давление практически нулевое, а в самой нижней точке — равное фактической высоте столба жидкости. Повышение давления вследствие расширения воды не всегда позволяет преодолеть гидродинамическое сопротивление системы, ведь при расширении вода продавливается в обоих направлениях, её расширение вниз не компенсируется дополнительным давлением.
Для любого теплоносителя свойственно увеличение объёма в ходе нагрева. В закрытой системе отопления это однозначно приводит к повышению давленияЗапустить такую систему удаётся только при условии быстрого нагрева большого количества теплоносителя, что невозможно в современных системах отопления, характеризующихся малым водоизмещением и условным проходом труб. Таким образом избыточное давление в системе служит своего рода заменой атмосферному, существенно облегчая естественную конвекцию и работу устройств принудительной циркуляции.
Конечно, давление в системе отопления не обязательно должно быть эквивалентным в разных её точках. В теплообменнике и на возвратном патрубке котла регистрируются наиболее высокие показатели, чуть меньшее давление можно зафиксировать на входе циркуляционного насоса и самое маленькое — на наиболее удалённом и высоком участке подающей магистрали. Одна из главных задач инженера-теплотехника заключается в обеспечении избыточного давления внутри системы отопления и слежении, чтобы в различных её узлах соблюдался перепад, вписывающийся в установленные нормы.
Правила построения закрытых контуров
Для гидравлических систем открытого типа вопрос регулировки давления неактуален: попросту не существует адекватных способов это сделать. В свою очередь закрытые отопительные системы могут настраиваться более гибко, в том числе и в отношении давления теплоносителя. Однако прежде нужно обеспечить систему измерительными приборами — манометрами, которые устанавливаются через трехходовые краны в следующих точках:- в коллекторе группы безопасности;
- на разветвляющих и собирающих коллекторах;
- непосредственно возле расширительного бака;
- на смесительно-расходных устройствах;
- на выходе циркуляционных насосов;
- у фильтра-грязевика (для контроля засоренности).
Зачем нужно отслеживать давление в разных точках? Причина проста: давление в системе отопления — собирательный термин, который сам по себе может свидетельствовать только о герметичности системы. В понятие рабочего входят давление статическое, образуемое воздействием силы тяжести на теплоноситель, и динамическое — колебания, сопровождающие смену режимов работы системы и появляющиеся на участках с разным гидравлическим сопротивлением. Так, давление может существенно изменяться при:
- нагреве теплоносителя;
- нарушении циркуляции;
- включении подпитки;
- засорении трубопроводов;
- появлении воздушных пробок.
Выбор и установка расширительного бака
Основным способом поддерживать стабильное давление в системе отопления является установка расширительного бака. Это герметичный непроточный сосуд, внутри которого установлена груша, наполненная воздухом под определённым давлением. Поскольку воздух может сжиматься, такой демпфер способствует сглаживанию колебаний динамического давления.1 — состояние системы отопления перед наполнением теплоносителем; 2 — нормальный режим работы системы отопления; 3 — избыточное давление как результат перегрева теплоносителя Чтобы расширительный бак работал как положено, его объём должен быть достаточно высоким. Также следует учитывать рабочее расчётное и предельное давление в системе, которое определяется паспортными данными котла. Так, указанный минимум в 0,3–0,5 бар необходим для стабильной работы теплового узла, в то время как предел порядка 1,2–1,5 бар ограничивает разрушительное действие давления на теплообменник. Указанные величины взяты с примера большинства бытовых котлов мощностью до 15 кВт, для более производительных котлов действуют более высокие значения. Определить рабочее давлением системы можно в процессе проведения гидравлического расчёта, искомое значение зависит от гидродинамического сопротивления труб, нагревательных приборов и арматуры.
Объём бачка определяется водоизмещением системы, тепловым расширением теплоносителя и предельным давлением. В первом приближении вместимость бачка должна составлять порядка 0,07–0,1 объёма теплоносителя. Более точное значение находится по формуле (Vт * β) / К, то есть произведением полного объёма теплоносителя на коэффициент его расширения, делённым на рабочий коэффициент бачка. Последний определяется разницей между предельным и рабочим давлением, разделённой на предельное давление, к которому добавлена единица: (Р max — P раб)/(Р max + 1). При этом рабочее давление измеряется в верхней точке системы (на группе безопасности) и должно быть близким к атмосферному при высоте водяного столба до 4–5 м.
[embedded content]
Не имеет практической разницы место установки закрытого расширительного бака. Чтобы гарантировать эффективную работу устройства при различных режимах использования теплосети, бак устанавливают в зону наивысшего статического давления, то есть в самой низкой точке системы, в удобном для обслуживания месте. Бачок врезается через тройник в магистральный возвратный трубопровод, подключение проводится через запорный шаровый кран.
Автоматическая подпитка системы
Второй узел, обеспечивающий поддержание избыточного давления в системе — устройство автоматической подпитки. Безусловно, подкачивать воду в систему можно и вручную, но это неудобно делать при больших объёмах утечки. Например, если в системе присутствует множество фитингов или есть бреши, через которые регулярно просачиваются микроскопические дозы теплоносителя. Также автоматическая подпитка практически незаменима для закрытых систем со специальным теплоносителем — без нагнетающего насоса попросту не удастся обеспечить достаточно высокого давления.[embedded content]
Первый тип устройств автоматической подпитки работает по принципу группы компрессорной автоматики. Реле высокого и низкого давления включают и выключают подпитку если давление в системе ниже или, соответственно, выше установленного порога. Такие устройства наиболее просты и дешевы, но обладают главным недостатком — они не учитывают температуру жидкости и степень её расширения.
Скажем, во время работы системы давление падает на 20–30% ниже рабочего, но при этом не достигает минимального порога, на которое настроено реле. В этом нет ничего удивительного, ведь калибровка реле происходит в холодном состоянии системы. Другой частный случай: при срабатывании реле включается подпитка, добавляя в систему порцию холодной, то есть ещё не расширившейся жидкости. Если расширительный бак имеет недостаточную вместимость, в итоге расширение теплоносителя приведёт к срабатыванию предохранительного клапана, часть теплоносителя будет сброшена, давление снова упадёт, снова включится подпитка и далее по кругу.
Описанный нюанс имеет значение для систем отопления, в которых содержится свыше 300 литров воды. Оптимально в таких случаях использовать цифровые дозаторы подпитки, которыми комплектуется большинство продвинутой котловой техники. Контроллер сделает необходимые поправки и добавит в систему строго определённое количество теплоносителя с учётом его температуры и способности к расширению. Как и обычные механические клапаны подпитки, электронный дозатор лучше подключать к подающей магистрали сразу после врезки в неё трубки-байпаса, чтобы избежать температурного шока теплоомбенника. На входной патрубок для теплоносителя рекомендуется установка грязевого или картриджного фильтра, узел инжекции подключается через шаровый кран.
Настройка и устранение неисправностей
Поддерживать давление в системе отопления невозможно без соблюдения правил её заполнения. Делать это нужно при минимальном напоре и с открытыми клапанами для стравливания воздуха в радиаторной сети. Петли тёплого пола заполняют поочередно, иначе из-за разницы в длине непременно происходит вымещение воздуха в более длинные змеевики. После того, как система наполнена, её опрессовывают двукратным рабочим давлением и следят за показаниями манометров в течение определённого времени. Обычно для опрессовки достаточно давления системы водоснабжения, в ином случае приходится пользоваться ручным плунжерным гидронасосом. После проверки давление снижают до минимального, система нагревается до максимальной рабочей температуры, по завершении прогрева всего объёма теплоносителя измеряется давление: оно должно быть меньше предельного на 20–30%.
Снижение давления со временем — привычное дело для систем, заправленных свежей водой. Из неё выделяется растворенный кислород, соответственно со временем общий объём теплоносителя снижается. Нужно просто периодически подпитывать систему, пока эффект не исчезнет сам по себе. Повышение давление — явный признак неправильного расчёта расширительного бачка, его объём нужно увеличить. Небольшие перепады в пределах 10–15% рабочего давления считается вполне нормальным, это связано с линейным расширением труб. Если же скачки давления при нагревании и остывании системы выходят за пределы 30% от номинала, это свидетельствует либо о порче мембраны в бачке, либо о наличии в системе воздушных пробок.