Потери и перепад давления в системе отопления — решаем проблему

В статье мы затронем проблемы, связанные с давлением и диагностируемые манометром. Мы построим ее в форме ответов на часто задаваемые вопросы. Обсуждаться будет не только перепад между подачей и обраткой в элеваторном узле, но и падение давления в системе отопления закрытого типа, принцип работы расширительного бака и многое другое.

Давление — не менее важный параметр отопления, чем температура.

Рабочее давление в отопительных системах

Рабочее давление имеет значение, при котором обеспечивается нормальное функционирование системы отопления, в том числе источника тепла, расширительного бака, насоса (детальнее: «Рабочее давление в системе отопления — нормы и испытания»). Рассчитывается оно в атмосферах (1 атмосфера равна 0,1 МПа).

• 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.

Как снизить давление в газовом котле

Спускают избыточный напор в отопительном котле Baxi и других моделях с помощью машинного насоса. Для этого следует выполнить такие действия:

1. Слить воду из всего трубопровода.
2. Перекрыть краны.
3. С помощью насоса прокачать трубопровод, чтобы удостовериться, что теплоноситель слит полностью.
4. Через воздухоотводчик следует спустить воздух.
5. Прокачку Бакси и других моделей котлов следует выполнять до тех пор, пока показания не придут в норму.

Следует помнить, что во время запуска циркуляционного насоса происходят гидравлические удары. Сначала давление резко возрастает, потом оно снижается. Сгладить работу оборудования поможет правильная последовательность установки узлов. Насос размещают перед отопительным аппаратом, расширительный бак – на обратке.

Чтобы понизить показатели давления в отопительной магистрали, нужно правильно доливать воду. Систему заполняют маленькой струей, одновременно открыв краны Маевского для выпуска воздушных пробок. По мере удаления воздуха из труб показания на манометре постепенно снизятся.

Нельзя заливать в систему водопроводную воду, отличающуюся значительно по температуры от жидкости в контуре.

Перепады температуры губительны для теплообменника. Если водопроводная вода слишком холодная, нужно дать системе остыть, только потом выполнять доливку. Профилактикой повышения давления является периодическая чистка фильтров. Магнитный и промывной фильтр менее требовательны к уходу. Радиаторы и другие узлы следует периодически очищать от накипи и загрязнений.

Профилактические мероприятия позволят продлить работу оборудования, снизить риск сбоев и поломок в период отопительного сезона.

Контролирование перепадов давления

Для того, чтобы отопительная система работала в нормальном режиме, а риск возникновения авария был сведен к минимуму, необходимо время от времени контролировать температуру и напор теплоносителя. С этой целью используется специальный датчик давления в системе отопления, как на фото.

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.

Регулятор для регулировки давления

Для соблюдения всех мер по безопасному функционированию системы отопления, необходимо постоянно следить за температурой и напором теплоносителя.

Давление контролируется с помощью манометра с трубкой Бурдона. В этом приборе есть эластичная измерительная составляющая, которая, под влиянием сжимающей нагрузки, деформируется определённым способом.

Фото 1. Манометр, установленный в системе отопления. Прибор позволяет измерить показатели давления.

Преобразование изменений отображается на вращательном движении стрелки, показывая на циферблате точное значение в привычных показателях.

Важно! После гидроударов манометры нужно проверять, т. к. последующие показания могут быть завышены.

Манометры устанавливаются на самых критических участках системы:

• на входе и выходе магистрали с теплоносителем (централизованное отопление);
• перед и после отопительного котла (индивидуальное обогревание);
• перед и после циркуляционного насоса (принудительная циркуляция);
• возле фильтров, соответствующих регуляторов и клапанов.

Как регулировать показатели

Для этой процедуры существуют несколько проверенных способов:

1. Корректность проектирования, в т. ч. гидравлических расчётов и монтажа трубопроводов:

• подающая магистраль должна быть сверху, а обратная — снизу;
• для стояков нужны трубы 20—25 мм, а для розливов — 50—80 мм;
• трубы для стояков используются и для подводки к приборам отопления.

1. Изменение температуры воды. При нагревании теплоноситель расширяется, увеличивая тем самым давление в отопительной системе. К примеру, при 20°С оно может подскочить на 0,13 МПа, а при 70°С — на 0,19 МПа. Поэтому снижение температуры приведёт к соответствующей его регулировке.
2. Применение циркуляционных насосов для обеспечения теплом квартир верхних этажей в высотках.

Фото 2. Циркуляционные насосы, установленные в многоэтажном доме. При помощи приборов осуществляется циркуляция теплоносителя по системе отопления.

1. Внедрение расширительных бачков. При индивидуальном отоплении, «лишний» объём нагретого теплоносителя будет переходить в ёмкость, а остывший — возвращаться в систему, сохраняя стабильность напора.
2. Использование специальных регуляторов. Такие приборы способны предотвратить завоздушивание системы при резких скачках давления в магистралях. Монтаж производится на байпасной линии насоса или на перемычке, размещённой между двумя трубопроводами — подачи и обратки.

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.

Автономное отопление

Зачем нужен расширительный бачок

Расширительный бак отопления вмещает избыток расширившегося теплоносителя при его нагреве. Без расширительного бака давление может превысить прочность трубы на разрыв. Бак состоит и стальной бочки и мембраны из резины, которая отделяет воздух от воды.

Воздух, в отличие от жидкостей, хорошо сжимается; при увеличении объема теплоносителя на 5% давление в контуре благодаря воздушной емкости вырастет незначительно.

Объем бака обычно берется примерно равным 10% общего объема отопительной системы. Цена этого устройства невелика, так что покупка не будет разорительной.

Правильный монтаж бачка — подводкой вверх. Тогда в него не попадет лишний воздух.

Почему в закрытом контуре уменьшается давление

Почему падает давление в системе отопления закрытого типа?

Ведь воде некуда деться!

• При наличии в системе автоматических воздушников через них будет выходить растворенный на момент заполнения в воде воздух. Да, он составляет небольшую часть объема теплоносителя; но ведь большого изменения объема и не нужно, чтобы манометр отметил изменения.
• Пластиковые и металлопластиковые трубы могут незначительно деформироваться под влиянием давления. В сочетании с высокой температурой воды этот процесс ускорится.
• В системе отопления падает давление при снижении температуры теплоносителя. Тепловое расширение, помните?
• Наконец, незначительные утечки легко увидеть лишь в централизованном отоплении по ржавым следам. Вода в замкнутом контуре не столь богата железом, да и трубы в частном доме чаще всего не стальные; поэтому увидеть следы мелких течей в том случае, если вода успевает испаряться, почти невозможно.

Чем опасно падение давления в замкнутом контуре

Выходом из строя котла. В старых моделях без термоконтроля — вплоть до взрыва. В современных старших моделях часто присутствует автоматический контроль не только температуры, но и давления: когда оно падает ниже порогового значения, котел сообщает о неполадке.

В любом случае лучше поддерживать давление в контуре на уровне примерно полутора атмосфер.

Последствия взрыва отопительного котла.

Как замедлить падение давления

Чтобы не подпитывать систему отопления раз за разом каждый день, поможет простая мера: поставьте второй расширительный бак большего объема.

Внутренние объемы нескольких бачков суммируются; чем больше суммарное количество воздуха в них — тем меньшее падение давления вызовет уменьшение объема теплоносителя на, скажем, 10 миллилитров в сутки.

Несколько расширительных бачков можно подключить параллельно.

Где поставить расширительный бак

В общем-то, большой разницы для мембранного бака нет: он может быть подключен в любой части контура. Производители, однако, рекомендуют подключать его там, где течение воды максимально близко к ламинарному. При наличии в системе циркуляционного насоса отопления бачок можно смонтировать на прямом участке трубы перед ним.

Падение давления

Если в системе падает давление, то вероятнее всего, происходит утечка теплоносителя. Самыми уязвимыми местами являются стыки, швы и соединения. Для проверки насос отключают и наблюдают за изменениями статического давления. Если напор продолжает уменьшаться, нужно найти поврежденный участок. С этой целью специалисты рекомендуют отключать разные участки контура, а после определения места повреждения произвести замену или ремонт данных элементов.

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

Рост давления в системе отопления: причины и что делать?

Рост давления более опасен, чем его падение — в этом случае возможно повреждение отопительных приборов и возникновение аварий.

Причин для повышения может быть несколько:

• неисправные датчики — проконтролируйте их показания, возможно просто сбоят;
• где-то перекрыта запорная арматура — просто откройте краны, если это так;
• в контуре образовались воздушные пробки — решить можно с помощью установленных возхдухоотводчиков;
• засоры фильтров — прочистите или просто замените;
• в контур попадает лишняя жидкость — возможно протекает или неплотно закрыт кран подпитки, проверьте его.

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.

Центральное отопление

Как работает элеваторный узел

На входе элеватора стоят задвижки, отсекающие его от теплотрассы. По их ближним к стене дома фланцам проходит раздел зон ответственности между жилищниками и поставщиками тепла. Вторая пара задвижек отсекает элеватор от дома.

Подающий трубопровод всегда вверху, обратка — внизу. Сердце элеваторного узла — узел смешения, в котором расположено сопло. Струя более горячей воды из подающего трубопровода вливается в воду из обратного, вовлекая ее в повторный цикл циркуляции через контур отопления.

Регулируя диаметр отверстия в сопле, можно менять температуру смеси, поступающей в батареи отопления.

Строго говоря, элеватор — не помещение с трубами, а вот этот узел. В нем вода с подачи смешивается с водой обратного трубопровода.

Какой перепад между подающим и обратным трубопроводами трассы

• В штатном режиме работы он составляет около 2-2,5 атмосфер. Типично в дом поступает 6-7 кгс/см2 на подаче и 3,5-4,5 на обратке.

Обратите внимание: на выходе из ТЭЦ и котельной перепад больше. Его снижают как потери за счет гидравлического сопротивления трасс, так и потребители, каждый из которых представляет собой, упрощенно говоря, перемычку между обеими трубами.

• Во время испытаний на плотность насосы накачивают в оба трубопровода не менее 10 атмосфер. Испытания проводятся холодной водой при перекрытых входных задвижках всех подключенных к трассе элеваторов.

Какой перепад в системе отопления

Перепад на трассе и перепад в системе отопления — две абсолютно разные вещи. Если давление обратки до и после элеватора не отличается, то вместо подачи в дом поступает смесь, давление которой превышает показания манометра на обратке всего на 0,2- 0,3 кгс/см2. Это соответствует перепаду высоты в 2-3 метра.

Этот перепад тратится на преодоление гидравлического сопротивления розливов, стояков и отопительных приборов. Сопротивление определяется диаметром каналов, по которым движется вода.

Какого диаметра должны быть стояки, розливы и подводки к радиаторам в многоквартирном доме

Точные значения определяются гидравлическим расчетом.

В большинстве современных домов применяются следующие сечения:

• Розливы отопления делаются из трубы ДУ50 — ДУ80.
• Для стояков используется труба ДУ20 — ДУ25.
• Подводка к радиатору делается либо равной диаметру стояка, либо на шаг тоньше.

Нюанс: занижать диаметр подводки относительно стояка при монтаже отопления своими руками можно только при наличии перемычки перед радиатором. Причем врезана она должна быть в более толстую трубу.

На фото — более здравое решение. Диаметр подводки не занижен.

Что делать, если температура обратного трубопровода слишком мала

В таких случаях:

1. Рассверливается сопло. Его новый диаметр согласуется с поставщиком тепла. Увеличенный диаметр не только поднимет температуру смеси, он увеличит и перепад. Циркуляция через отопительный контур ускорится.
2. При катастрофической нехватке тепла элеватор разбирается, сопло изымается, а подсос (труба, соединяющая подачу с обраткой) глушится. В систему отопления поступает вода из подающего трубопровода напрямую. Температура и перепад давлений резко увеличиваются.

Обратите внимание: это крайняя мера, на которую можно пойти только при риске разморозки отопления. Для нормальной работы ТЭЦ и котельных важна фиксированная температура обратки; заглушив подсос и сняв сопло, мы поднимем ее как минимум на 15-20 градусов.

Что делать, если температура обратки слишком велика

1. Штатная мера — заварить сопло и рассверлить его заново, уже меньшим диаметром.
2. Когда нужно срочное решение без остановки отопления — перепад на входе в элеватор уменьшается с помощью запорной арматуры. Это можно сделать входной задвижкой на обратке, контролируя процесс по манометру. У этого решения есть три недостатка:
   Давление в системе отопления вырастет. Мы ведь ограничиваем отток воды; нижнее давление в системе станет ближе к давлению подачи.
3. Износ щечек и штока задвижки резко ускорится: они будут находиться в турбулентном потоке горячей воды с взвесями.
4. Всегда есть вероятность падения изношенных щечек. Если они полностью перекроют воду, отопление (прежде всего подъездное) будет разморожено в течение двух-трех часов.

Давление контролируется по манометру на обратке. Перепад уменьшается до 0,5-1 кгс/см2, не меньше.

Зачем нужно большое давление в трассе

Действительно, в частных домах с автономными системами отопления используется избыточное давление всего в 1,5 атмосферы. И, разумеется, большее давление означает, куда большие расходы на более прочные трубы и питание нагнетающих насосов.

Необходимость в большем давлении связана с этажностью многоквартирных домов. Да, для циркуляции нужен минимальный перепад; но ведь воду нужно поднять до уровня перемычки между стояками. Каждая атмосфера избыточного давления соответствует водяному столбу в 10 метров.

Зная давление в трассе, нетрудно вычислить максимальную высоту дома, который может быть отоплен без применения дополнительных насосов. Инструкция по расчету проста: 10 метров умножаются на давление обратки. Давление обратного трубопровода в 4,5 кгс/см2 соответствует водяному столбу в 45 метров, что при высоте одного этажа в 3 метра даст нам 15 этажей.

К слову, горячее водоснабжение подается в многоквартирных домах из того же элеватора — с подачи (при температуре воды не выше 90 С) или обратки. При недостатке давления верхние этажи останутся без воды.

Как рассчитать

Вычисление напора в отопительной системе необходимо по двум причинам: для обеспечения циркуляции теплоносителя и для предотвращения разгерметизации некоторых элементов контура вследствие превышения их рабочего давления.

Справка. Максимальное рабочее давление указывается на самих компонентах или в паспорте к ним. Например, для полипропиленовых труб это 4—6 атм, для многих чугунных радиаторов — 5 атм. Расчётный напор не должен превышать допустимого напора самого «слабого звена» отопительного контура.

Чтобы теплоноситель передвигался по трубопроводу, необходимо создать динамическое давление больше статического:

• В схеме с естественной циркуляцией — немного превышает уровень статического.
• При принудительной циркуляции, динамическое значение должно быть как можно больше статического для получения максимального КПД.

Для определения гидростатического давления подойдёт формула p = ρgh, или, упрощая для воды — p = 10000h, где h — высота водяного столба в отопительной системе.

Рабочее давление определяется как сумма статического давления на заданной высоте контура и динамического, создаваемого насосом или процессом конвекции. Максимальное воздействие на трубы создаётся в самой нижней точке системы, в верхней же оно минимально.

Виды давления

Давление в системе отопления подразделяется на статическое и динамическое.

Статическое

Гидростатическое давление — напор, оказываемый самим весом воды в системе, зависит оно от высоты водяного столба, следовательно, от этажности здания. В самой высокой точке контура оно равно нулю.

Справка. На каждые 10 метров высоты статическое давление изменяется на 1 атмосферу (

Динамическое

Такое давление создаётся в первую очередь циркуляционными насосами, а также конвекцией (перемещением жидкости за счёт разницы температур) при нагреве.

На динамический уровень влияют, кроме перечисленного, регуляторы отопления, установленные на радиаторах и в котельной.

Почему падает давление?

Если падает давление в котле отопления, нужно проверить систему на герметичность. Чаще всего проблема связана с потерями теплоносителя. Существует ряд потенциальных источников утечек.

Вентиль подпитки системы

Эта проблема знакома многим владельцам бюджетных двухконтурных котлов настенного исполнения. Пластик, из которого сделаны вентили подпитки, быстро «стареет» от нагрева, и в нем появляются микротрещины. Через них теплоноситель уходит из системы. В особо тяжелых случаях течь видно невооруженным глазом, но чаще теплоноситель просачивается небольшими каплями, которые можно обнаружить только при детальном осмотре.

В системах с напольными котлами вентиль подпитки чаще всего находится в нижней точке отопительного контура. Проблема устраняется заменой вентиля на новый.

Гидрогруппа двухконтурного котла

У двухконтурных настенных котлов есть еще несколько точек, в которых возможно нарушение герметичности:

• Шток трехходового клапана. Вода с высоким солесодержанием провоцирует образование известковых отложений на его поверхности. При движении штока происходит износ сальниковых уплотнений. Проблема решается очисткой штока от отложений и установкой новых сальников.
• Соединения с накидными гайками (американки). В процессе эксплуатации котла прокладки из некоторых материалов «садятся», и на стыках появляются течи. Проблема решается обтяжкой накидных гаек.

Мы не рассматриваем нарушение целостности теплообменников, поскольку такая проблема возникает крайне редко и чаще всего квалифицируется как производственный брак.

Предохранительный клапан

Во всех без исключения системах есть предохранительные клапана (в группе безопасности или в самом котле). Их задача – сбросить давление в котле при закипании теплоносителя, чтобы предотвратить разрыв теплообменника. Это механическое устройство с возвратным действием, основной рабочий элемент которого – пружина. Она сжата с определенным усилием. Старение и пластическая деформация металла пружины приводят к тому, что это усилие снижается и уже не способно удержать клапан в седле. Механизм срабатывает при нормальных рабочих давлениях, сбрасывая часть теплоносителя в дренаж.

Обнаружить неисправность предохранительного клапана можно в период нагрева теплоносителя (во время интенсивного горения твердого топлива или включения основной газовой горелки). В группе безопасности или на корпусе котла есть манометр. Если предохранительный клапан срабатывает при нормальных показаниях давления, его необходимо заменить.

Миниатюрные клапаны сброса избыточного давления настенных котлов иногда отказываются возвращаться в закрытое положение из-за отложений на стенках корпуса. Тогда давление в газовом котле падает настолько быстро, что систему приходится подпитывать несколько раз в сутки. Вернуть работоспособность закисшему клапану можно самостоятельно, но для этого его нужно полностью разобрать. Важно не перетянуть пружину потом: при отвинчивании регулировочного винта нужно сосчитать количество оборотов, на которое он был вкручен, а при обратной сборке вернуть его в то же положение.

Расширительный бак

Этот элемент системы отопления участвует в создании напора теплоносителя и отвечает за компенсацию его температурного расширения. Он представляет собой полую емкость, разделенную эластичной перегородкой на воздушную и водяную камеры. При изменении объема жидкости в закрытой системе отопления происходит перемещение мембраны. Перед подключением к системе отопления в воздушной камере расширительного бака создается определенное избыточное давление, обеспечивающее нормальную работу отопительного контура. Для этого в нем предусмотрен ниппель. Настенные котлы поставляются с предварительно накачанным бачком.

Проблемы с давлением в котле могут проявиться в двух случаях:

• Нарушение герметичности ниппеля.
  Падение давления в расширительном баке котла со стороны воздуха приводит к падению давления в контуре отопления. После подпитки системы оно приходит в норму, но во время цикла нагрева чрезмерно повышается. Рабочий объем воздушной камеры оказывается недостаточным для компенсации теплового расширения. В результате предохранительный клапан котла сбрасывает давление до безопасной отметки, а после остывания теплоносителя ситуация повторяется.
• Разрыв мембраны.
  Теплоноситель попадает в воздушную камеру, и устройство перестает выполнять свои функции. Расширительные баки некоторых производителей можно отремонтировать – заменить мембрану. Небольшие бачки, встроенные в настенные котлы, чаще всего не разбираются, и их приходится менять целиком.

Чтобы настроить расширительный бак, необходимо знать величину давления в воздушной камере. Обычно производитель указывает ее в паспорте к оборудованию. Некоторые модели поставляются без предварительной накачки. Чтобы высчитать номинальное давление для них, необходимо высоту столба воды (разницу между крайней верхней точкой системы и местом установки бака) в метрах умножить на 0,1 и к полученному значению прибавить 0,2…0,3.