Как увеличить объем воды в системе отопления?

Расчет расширительного бака для отопления

Как известно, подавляющее большинство веществ в природе обладает свойством расширяться с повышением температуры. Соответствующей характеристикой служит коэффициент теплового расширения, отображающий изменение объема среды либо линейных размеров тела при нагреве на 1 °С в условиях постоянного давления (в первом случае говорят о коэффициенте теплового объемного, во втором – линейного расширения).

Рис. 1. Зависимость объема воды от температуры

Коэффициент температурного расширения воды

С увеличением температуры коэффициент объемного теплового расширения воды изменяется неравномерно (рис. 1): в диапазоне от 0 до 4 °С объем воды и вовсе уменьшается (эта особенность играет важную роль в природных водоемах), при дальнейшем нагреве значение коэффициента меняется так, как показано в табл. 1.

Температура воды, °C Коэффициент объемного теплового расширения, К -1
5–10 0,53·10- 4
10–20 1,50·10 -4
20–40 3,02·10 -4
40–60 4,58·10 -4
60–80 5,87·10- 4

Вот, что это означает на практике. Примерный объем воды в системе отопления индивидуального дома тепловой мощностью 30 кВт составляет 450 л (в ориентировочных расчетах допускается принять 15 л/кВт). В табл. 2 приведены расчеты, показывающие, что при нагреве с 5 до 80 °C увеличение этого объема составит порядка 13 л.

Температура воды, °C Коэффициент объемного теплового расширения, К -1 Увеличение объема, л
5–10 0,53·10 — 4 0,119
11–20 1,50·10 — 4 0,675
21–40 3,02·10 — 4 2,718
41–60 4,58·10 — 4 4,122
61–80 5,87·10 -4 5,283
Итого: 12,917 (2,87 %)

Чтобы принять дополнительный объем жидкости, образующийся при ее нагревании, систему отопления оснащают расширительным баком (экспанзоматом). Раньше в этом качестве широко использовались открытые (с доступом атмосферного воздуха) резервуары, размещаемые в верхней точке системы – как правило, на чердаке дома. Такое решение, хотя применяется и сегодня, не соответствует современным требованиям к элементам отопительных систем, и предпочтение отдано мембранному расширительному баку: его можно устанавливать в любом месте дома (в том числе – непосредственно в котельной), в нем не происходит попадания кислорода в теплоноситель (т.е. исключается основной фактор коррозии оборудования), а рабочая жидкость не теряется из-за испарения.

Если в открытой системе отопления тепловое расширение воды приводит к увеличению ее объема с перемещением образующегося «излишка» в расширительный бак, то в замкнутом трубопроводе результатом окажется повышение давления.

Значение Δp прямо пропорционально коэффициенту теплового расширения и обратно пропорциональна коэффициенту объемного сжатия воды (зависит от давления, в диапазоне 1–25 бар – 49,51∙10 -11 Па, в гидравлических расчетах принимают равным 4,9 ∙10 -10 Па):

Δp = βt • Δt / βv, Па.

Представленные в табл. 3 результаты расчетов показывают, каким значительным является увеличение давления при нагреве воды на 75 °C в замкнутом трубопроводе – в разы выше давления разрушения полнобиметаллического радиатора, не говоря уже о других элементах отопительной системы. Поправка на деформацию труб и оборудования уменьшит это значение, но не изменит ситуации кардинально.

Температура воды, °C Коэффициент объемного теплового расширения, К -1 Увеличение давления, бар (1 бар = 0,1 МПа)
5–10 0,53·10 -4 5,41
11–20 1,50·10 -4 30,61
21–40 3,02·10 -4 123,26
41–60 4,58·10 -4 186,93
61–80 5,87·10 -4 239,59
Итого: 346,21

Конструкция расширительных баков

Помимо обязательности расширительного бака, полученные цифры показывают важность его правильного подбора (при недостаточном объеме неизбежно разрушение мембраны ), а также необходимость компенсации теплового расширения воды в замкнутом трубопроводе даже при относительно небольшом перепаде температур. Например, аварийная ситуация может возникнуть в системе холодного водоснабжения квартиры при самопроизвольном нагреве поступившей воды до комнатной температуры и закрытом кране на вводе.

Существуют две основные конструкции мембранных расширительных баков. Наиболее простая – с диафрагменной (лепестковой) мембраной, наглухо зафиксированной в месте соединения полукорпусов. Такие модели имеют меньшую стоимость и применяются достаточно широко, однако обладают недостатками, основные из которых – контакт теплоносителя с материалом корпуса и невозможность ремонта при повреждении мембраны. Баки второго типа оборудуется сменной мембраной – баллонной либо сферической, помещаемой в корпус через горловину с фланцем ( рис. 2 ). Они ремонтопригодны, исключают коррозию металлических стенок от соприкосновения с рабочей средой, характеризуются более полным заполнением внутреннего пространства корпуса (полезный объем), чем экспанзоматы с диафрагменной мембраной.

Pис. 2. Конструкция расширительных баков со сменной мембранойVRV

Принцип работы у мембранных баков обоих типов одинаковый: внутренний объем резервуара разделен эластичной перегородкой на две полости – воздушную и водяную. При нагреве жидкости в системе и увеличении ее объема происходит заполнение водяной полости с растяжением мембраны и сжатием газа (воздуха или азота) в пространстве между ней и корпусом. При остывании теплоносителя имеют место обратные процессы – сжатие жидкости и мембраны, расширение газа.

Давление воздушной подушки настраивается таким образом, чтобы при неработающей системе отопления статическое давление теплоносителя в ней было компенсировано, и мембрана находилась в равновесном состоянии (подробнее читайте в статье о расчете и размещении мембранного бака). Обычно в продажу мембранные расширительные баки поступают с предварительно настроенным давлением в 1,5 бара. Для возможности регулирования и поддержания предварительного давления мембранный бак оснащают ниппелем.

Материалами для изготовления мембран в настоящее время служат различные эластомеры – натуральная каучуковая (используется при изготовлении баков для холодного водоснабжения) и синтетическая резина – бутиловая, стирол-бутадиеновая (SBR), нитрил-бутадиеновая (NBR), а также этилен-пропилен-диен-мономер (EPDM), хорошо зарекомендовавший себя в инженерных системах различного назначения. Мембраны из EPDM эластичны, термостойки, гигиеничны и долговечны (ресурс оценивается в 100 тыс. циклов динамического нагружения), поэтому широко применяются в баках для отопления и водоснабжения, включая питьевое. В нормально работающих системах отопления мембраны экспанзоматов не подвержены резким динамическим воздействиям (изменение объема теплоносителя происходит достаточно плавно), поэтому основными требования к ним являются термическая стойкость и долговечность. EPDM как нельзя лучше отвечает этим критериям.

Производство мембран расширительных баков нормируются европейским стандартом DIN 4807-3 «Расширительные емкости, мембраны из эластомеров для расширительных баков. Технические требования и испытания» (Expansion vessels; elastomer membranes; requirements and testing).

На рис. 3 показаны сменные мембраны из EPDM. Их крепление к фланцу бака осуществляется с помощью контрфланца с приваренным присоединительным штуцером и дырчатым рассекателем струи по центру. В случае порыва мембраны (если такое все же произошло) ее несложно извлечь, чтобы заменить на новую или отремонтировать (повреждение можно заклеить самостоятельно или обратиться в ближайший шиномонтаж для вулканизации).

Рис. 3. Сменные EPDM-мембраны для расширительных баков

Корпус мембранного расширительного бака, как правило, изготавливают из пластичной углеродистой стали методом холодной глубокой штамповки с последующей покраской эпоксидной эмалью. Внутреннюю поверхность экспанзоматов со сменной мембраной обычно не окрашивают, и чтобы исключить риск ее коррозии при выпадении конденсата, в воздушную полость на заводе закачивают химически нейтральный азот.

Как правило, вертикальные баки емкостью от 50 л оборудуют опорами-ножками для напольной установки. Модели меньшего объема (обычно – до 35 л включительно) подвешивают непосредственно на трубопровод или крепят к стене с помощью специальных кронштейнов (консолей).

Таблица 4. Технические характеристики расширительных баков VALTEC

Характеристика Значение
Рабочая температура, °С От –10 до +100
Максимальное рабочее давление, бар 5
Заводское давление газовой камеры (преднастройка), бар 1,5
Материал корпуса Сталь углеродистая с окраской эпоксидным полиэстером красного цвета
Материал мембраны EPDM
Тип мембраны Сменная
Срок службы при соблюдении паспортных условий эксплуатации, лет 25

Удобный монтаж экспанзоматов в системах мощностью до 44 кВт обеспечивает группа безопасности расширительного бака VT.495 (рис. 4), представляющая собой полую стальную оцинкованную консоль с фланцем для крепления к стене и предустановленным комплектом сантехнических устройств из предохранительного клапана, автоматического воздухоотводчика и манометра. Имеются также два резьбовых патрубка – для подключения группы к системе и подсоединения расширительного бака. Габариты консольной группы безопасности позволяют подвешивать непосредственно к ней расширительные баки размером до 50 л включительно.

Рис. 4. Группа безопасности расширительного бака VT.495

Важным и полезным аксессуаром для расширительных баков систем отопления и ГВС является также разъемный сгон-отсекатель VT.538, позволяющий отсоединять мембранные баки от трубопровода без его опорожнения.

Как долить воду или антифриз в систему отопления?

Ни один теплоноситель не служит вечно. И воду, и антифриз периодически требуется пополнять или заменять. Не все владельцы отопительных систем знают, как долить воду в систему отопления. Нюансы долива зависят от объема и конструкции конкретной системы.

Как заполнить отопительный контур водой

Вода все еще является популярным теплоносителем, главным образом из-за своей дешевизны. При заполнении отопительных систем старой конструкции, с железными трубами среднего сечения и большими чугунными радиаторами использование воды даст существенную экономию ввиду большого общего объема системы. Вода также обладает практически идеальной вязкостью и теплоемкостью по сравнению с антифризами. Вязкость воды также заметно ниже, что снижает вероятность ее просачивания через уплотнения.

На этом достоинства воды заканчиваются. Даже подготовленная водопроводная вода содержит в себе большое количество растворенных минеральных добавок. В воде из колодца или скважины их может быть в десятки раз больше. Эти вещества в ходе эксплуатации отопительной системы при высоких температурах интенсивно оседают на стенках труб и теплообменников. При этом сужается эффективное сечение труб, понижается эффективность теплообмена, повреждаются детали насоса и расширительного бачка.

Содержащийся в воде кислород ведет к коррозии металлических деталей системы.

если принято решение заполнять отопительный контур водой, ее следует очистить от минеральных компонентов химическим путем или по крайней мере прокипятить и дать отстояться осадку.

И самая большая опасность воды как теплоносителя- при охлаждении ниже 0 о С она замерзает, превращаясь в лед и увеличивая при этом свой объем. Это приводит к разрушению труб и теплообменников, повреждению насосов.

Мало знать, как долить воду в систему отопления- необходимо еще и правильно определить ее объем.

Расчет объема

Перед заполнением отопительного контура необходимо рассчитать его внутренний объем.

Для этого суммируют объемы:

  • котла;
  • расширительной емкости;
  • трубопроводов;
  • радиаторов.

ЧТобы рассчитать обьем отопительного контура суммируют объемы котла, расширительной емкости, трубопроводов, радиаторов.

Внутренние объемы котла, расширительной емкости и радиаторов указываются в их сопроводительной документации. Они также приведены на сайтах производителей.

Объем трубы в кубометрах рассчитывается по формуле

где D- диаметр трубы, м

l- длина трубы, м

К расчетному объему добавляют поправочный коэффициент, т.е. умножают на 1,15.

Объем воды можно определить не только расчетным, но опытным путем. Для этого систему заполняют водой полностью и сливают ее в мерную емкость. Опытный более точен.

Правила выполнения подпитки отопления

В ходе эксплуатации отопительного контура периодически необходимо производить, долив воды, или подпитку. В системах открытого типа это можно сделать прямо в расширительный бачок, по нему же контролируют и уровень воды в системе. Если жидкость не достигла рабочей температуры, не следует заполнять бачок полностью. Нагревшись, вода расширится и польется через край.

Читайте также  Какой мощности нужен котел для отопления 200 м2?

В современных двухконтурных бойлерах имеется специальный клапан подпитки. Заполнение системы проводится следующим образом:

  • присоединить водопроводный шланг к клапану подпитки;
  • открыть вентиль в нижней точке контура рядом с котлом;
  • открыть воздушный клапан в верхней точке трубопровода;
  • при появлении воды из воздушного клапана закрыть вентиль подпитки и воздушный клапан.
  • Если при запуске отопления в насосе слышно бульканье и звук струящейся воды, следует повторить стравливание воздуха через воздушный клапан.
  • При заполнении системы рекомендуется открывать вентиль не более чем на ¼ сечения.

Если в систему была добавлена холодная вода с температурой 3-8 градусов, перед включением котла на полную мощность необходимо дать жидкости в контуре равномерно перемещаться, чтобы избежать гидравлических температурных ударов.

Как заполнить систему антифризом

Незамерзающие теплоносители, или антифризы, лишены большинства недостатков воды.

Они не замерзают при отрицательных температурах, не содержат примеси, откладывающиеся на стенках труб и теплообменников, не вызывают коррозию металлических деталей.

Заполнение системы антифризом

Автомобили и другие виды транспорта давно перешли на использование антифризов в своих системах охлаждения и отопления. В домашних системах такой переход в полном разгаре. 90 % вновь вводимых в строй систем использует антифризы.

Критерии выбора незамерзающей жидкости

Чтобы эффективно работать в отоплении, незамерзающая жидкость для отопления дома должна удовлетворять следующим условиям:

  • низкая токсичность, исключающая угрозу здоровью жильцов в случае утечки;
  • негорючесть самой жидкости и ее паров;
  • нулевая коррозионная активность;
  • низкая вязкость, обеспечивающая достаточную для эффективной циркуляции текучесть;
  • теплоемкость, обеспечивающая перенос тепловой энергии от топки к радиаторам.

Большая часть предлагаемых на рынке составов выполнена на основе следующих веществ:

  • этиленгликоля;
  • пропиленгликоля;
  • глицерина.

Ученые постоянно ведут разработку новых формул, отличающихся улучшенными энергетическими характеристиками и сниженной нагрузкой на окружающую среду.

Многие составы в чистом виде проявляют коррозионную активность. Поэтому их используют в разбавленном виде и добавляют присадки- ингибиторы. Добавки также снижают пенообразование, способствуют очищению компонентов системы.

Большинство производителей предлагают две климатические версии своих продуктов:

  • концентрированная, не замерзающая до 65 о С;
  • разбавленная, выдерживающая температуры до -30 о С.

При выборе состава для долива системы лучше всего использовать ту же самую марку того же производителя, что и была залита первоначально.

Смешивание антифризов разных марок, а тем более- с разными действующими веществами, может привести к резкому снижению их срока службы или даже к повреждению компонентов отопительного контура.

Антифризы имеют большую вязкость, чем вода. Поэтому они не подходят для отопительных контуров с естественной циркуляцией жидкости. При гидравлическом расчете системы и выборе мощности циркуляционного насоса следует учитывать паспортную вязкость выбранного теплоносителя.

В отличие от воды, антифризы весьма уязвимы со стороны перегрева системы. При повышенных температурах в них начинаются нежелательные химические реакции, газообразование и выпадение осадков. Большая часть нынешних бойлеров, рассчитанных на работу с незамерзающими составами, имеют аппаратное ограничение максимальной температуры в 80 о С

В руководстве пользователя отопительного прибора перечислены допустимые типы теплоносителей. Выход за пределы этого перечня ведет к утрате заводской гарантии.

Заполнение системы открытого типа

В открытых отопительных контурах теплоноситель циркулирует под атмосферным давлением. В верхней точке контура монтируется расширительная емкость, в нее выходит расширившаяся при нагревании жидкость. После охлаждения она поступает обратно в контур. В эту же емкость выходит попавший в систему воздух.

Такой контур можно заполнять под давлением через нижний вентиль. Можно и просто добавлять жидкость в расширительный бачок. Емкость заполняют до мерки, соответствующей температуре теплоносителя. Верхний уровень, на котором выходит дренажная трубка, соответствует максимальной температуре жидкости.

Систему отопления открытого типа можно заполнять под давлением через нижний вентиль

Добавлять его следует постепенно, давая время воздушным пробкам пройти по теплообменникам и трубопроводам и подняться в верхнюю точку.

После заполнения емкости следует проверить все воздушные клапаны на участках трубопроводов и радиаторах. Если где-либо была обнаружена и выпущена воздушная пробка, жидкость в бачок необходимо снова долить до заданного уровня.

Заполнение закрытой системы отопления

В таких системах отопительный контур герметичен и изолирован от атмосферы. Расширительный бачок имеет резиновую мембрану, пространство за которой заполнено сжатым воздухом при рабочем давлении. При расширении теплоносителя он проминает мембрану, увеличивая доступный объем и компенсируя тепловое расширение.

Долив антифриза в систему отопления удобнее проводить вдвоем. Кто-то заливает жидкость, а кто-то следит за воздушным клапаном, установленным в верхней точке контура. Если же помощника нет, можно подавать воду под самым малым напором и смириться с тем, что какое-то количество прольется в подставленную под клапан емкость. При этом придется также побегать по лестнице от вентиля до клапана.

Патрубок для подпитки системы устанавливается обычно в нижней точке контура, рядом с отопительным котлом. Его оснащают обратным клапаном, позволяющим подавать воду в систему, но препятствующим ее вытеканию обратно.

Если система заполнена водой, патрубок иногда напрямую присоединяют к подаче холодной воды, предусмотрев, разумеется, запорный вентиль. В противном случает воду подают с помощью гибкой подводки или резинового шланга, обжатого хомутами.

Контур заполняют до тех пор, пока давление на манометре бойлера не достигнет рабочего (чаще всего это полторы атмосферы).

После того, как жидкость начнет вытекать из верхнего воздушного клапана, следует сбросить воздух из всех остальных воздушных клапанов, продвигаясь от нижней точки контура к верхней.

Двухконтурные котлы, кроме отопления выполняющие еще и функцию горячего водоснабжения, содержат встроенный клапан подпитки. Это делает, долив воды в такие системы ещеудобнее.

Насосы бывают как с электроприводом, так и ручные. Входной шланг опускается в емкость с теплоносителем, а выходной присоединяется к патрубку подпитки в нижней части контура.

Далее открывают верхний воздушный клапан, включают насос, и пополняют контур жидкость. до достижения рабочего давления на манометре. Стравливание воздуха проводят так же, как и в случае использования воды.

Современные модели бойлеров оснащены механизмом самостоятельного удаления воздушных пробок. Если такой механизм отсутствует или по каким-либо причинам не сработал, и при включении из циркуляционного насоса слышны булькающие и журчащие звуки, следует немного ослабить крепление его крышки, пока из-под нее не выйдет воздух и не выступит жидкость. После этого крышку затягивают. Если журчание продолжается, процедуру следует повторить до полного устранения посторонних звуков.

После пополнения теплоносителя недопустимо сразу включать котел на полную мощность. Необходимо дать поработать насосу до тех пор, пока теплоноситель в системе не перемешается, и температура его не выровняется, в противном случае возможно возникновение резких перепадов давления в системе вплоть до гидроударов. После этого можно выводить котел на рабочий режим.

Сроки эксплуатации бытового антифриза

Обычно время жизни антифризов на основе органики устанавливается производителем в 3-5 лет. После этого специальные добавки утрачивают свои защитные свойства и жидкость становится химически активной, вызывая коррозию металлических компонентов отопительного контура. Не позже истечения паспортного срока эксплуатации теплоноситель следует полностью слить и заменить на свежий. Выливать старый антифриз в канализацию недопустимо- его следует сдавать в утилизационные пункты.

Вода в системах водяного отопления

В системах водяного отопления вода используется для передачи тепла от его генератора к потребителю.
Наиболее важными свойствами воды являются:
• теплоемкость;
• изменение объема при нагреве и при охлаждении;
• характеристики кипения при изменении внешнего давления;
• кавитация.
Рассмотрим данные физические свойства воды.

Удельная теплоемкость

Важным свойством любого теплоносителя является его теплоемкость. Если выразить ее через массу и разность температур теплоносителя, то получится удельная теплоемкость. Она обозначается буквой c и имеет размерность кДж/(кг • K) Удельная теплоемкость — это количество тепла, которое необходимо передать 1 кг вещества (например, воды), чтобы нагреть его на 1 °C. И наоборот, вещество отдает такое же количество энергии при охлаждении. Среднее значение удельной теплоемкости воды в диапазоне между 0 °C и 100 °C составляет:
c = 4,19 кДж/(кг • K) или c = 1,16 Втч/(кг • K)
Количество поглощаемого или выделяемого тепла Q, выраженное в Дж или кДж, зависит от массы m, выраженной в кг, удельной теплоемкости c и разности температур, выраженной в K.

Увеличение и уменьшение объема

Изменение объема воды

Все природные материалы расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Единственным исключением из этого правила является вода. Это уникальное ее свойство называется аномалией воды. Вода имеет наибольшую плотность при +4 °C, при которой 1 дм3 = 1 л имеет массу 1 кг.

Если вода нагревается или охлаждается относительно этой точки, ее объем увеличивается, что означает уменьшение плотности, т. е. вода становится легче. Это можно отчетливо наблюдать на примере резервуара с точкой перелива. В резервуаре находится ровно 1000 см3 воды с температурой +4 °C. При нагревании воды некоторое количество выльется из резервуара в мерную емкость. Если нагреть воду до 90 °C, в мерную емкость выльется ровно 35,95 см3, что соответствует 34,7 г. Вода также расширяется при ее охлаждении ниже +4 °C.

Благодаря этой аномалии воды у рек и озер зимой замерзает именно верхний слой. По той же причине лед плавает на поверхности и весеннее солнце может его растопить. Этого бы не происходило, если бы лед был тяжелее воды и опускался на дно.

Резервуар с точкой перелива

Однако, такое свойство расширяться может быть опасным. Например, автомобильные двигатели и водяные насосы могут лопнуть, если вода в них замерзнет. Во избежание этого в воду добавляются присадки, препятствующие ее замерзанию. В системах отопления часто используются гликоли; соотношение воды и гликоля см. в спецификации производителя.

Характеристики кипения воды

Если воду нагревать в открытой емкости, она закипит при температуре 100 °C. Если измерять температуру кипящей воды, окажется, что она остается равной 100 °C пока не испарится последняя капля. Таким образом, постоянное потребление тепла используется для полного испарения воды, т. е. изменения ее агрегатного состояния.

Эта энергия также называется латентной (скрытой) теплотой. Если подача тепла продолжается, температура образовавшегося пара снова начнет подниматься.

Изменение агрегатного состояния при повышении температуры

Описанный процесс приведен при давлении воздуха 101,3 кПа у поверхности воды. При любом другом давлении воздуха точка кипения воды сдвигается от 100 °C.

Если бы мы повторили описанный эксперимент на высоте 3000 м — например, на Цугшпитце, самой высокой вершине Германии — мы бы обнаружили, что вода там закипает уже при 90 °C. Причиной такого поведения является понижение атмосферного давления с высотой.

Температура кипения воды как функция давления

Чем ниже давление на поверхности воды, тем ниже будет температура кипения. И наоборот, температура кипения будет выше при повышении давления на поверхности воды. Это свойство используется, например, в скороварках.

Читайте также  Из чего состоит группа безопасности системы отопления?

График показывает зависимость температуры кипения воды от давления. Давление в системах отопления намеренно повышается. Это помогает предотвратить образование пузырьков газа в критических рабочих режимах, а также предотвращает попадание наружного воздуха в систему.

Расширение воды при нагревании и защита от избыточного давления

Системы водяного отопления работают при температурах воды до 90 °C. Обычно система заполняется водой при температуре 15 °C, которая затем расширяется при нагревании. Нельзя допустить, чтобы это увеличение объема привело к возникновению избыточного давления и переливу жидкости.

Система отопления со встроенным предохранительным клапаном

Когда отопление отключается в летний период, объем воды возвращается к первоначальному значению. Таким образом, для обеспечения беспрепятственного расширения воды необходимо установить достаточно большой бак.

Старые системы отопления имели открытые расширительные баки. Они всегда располагались выше самого высокого участка трубопровода. При повышении температуры в системе, что приводило к расширению воды, уровень в баке также повышался. При снижении температуры он, соответственно, понижался.

Современные системы отопления используют мембранные расширительные баки (МРБ). При повышении давления в системе нельзя допускать увеличения давления в трубопроводах и других элементах системы выше предельного значения.

Поэтому обязательным условием для каждой системы отопления является наличие предохранительного клапана.

При повышении давления сверх нормы предохранительный клапан должен открываться и стравливать лишний объем воды, который не может вместить расширительный бак. Тем не менее, в тщательно спроектированной и обслуживаемой системе такое критическое состояние никогда не должно возникать.

Компенсация изменения объема воды в системе отопления:

Все эти рассуждения не учитывают тот факт, что циркуляционный насос еще больше увеличивает давление в системе. Взаимосвязь между максимальной температурой воды, выбранным насосом, размером расширительного бака и давлением срабатывания предохранительного клапана должна быть установлена самым тщательным образом. Случайный выбор элементов системы — даже на основании их стоимости — в данном случае неприемлем.

Мембранный расширительный бак поставляется заполненным азотом. Начальное давление в расширительном мембранном баке должно быть отрегулировано в зависимости от системы отопления. Расширяющаяся вода из системы отопления поступает в бак и сжимает газовую камеру через диафрагму. Газы могут сжиматься, а жидкости — нет.

Давление

Определение давления
Давление — это статическое давление жидкостей и газов, измеренное в сосудах, трубопроводах относительно атмосферного давления (Па, мбар, бар).

Статическое давление
Статическое давление — это давление неподвижной жидкости.
Статическое давление = уровень выше соответствующей точки измерения + начальное давление в расширительном баке.

Динамическое давление
Динамическое давление — это давление движущегося потока жидкости. Давление нагнетания насоса Это давление на выходе центробежного насоса во время его работы.

Перепад давления
Давление, развиваемое центробежным насосом для преодоления общего сопротивления системы. Оно измеряется между входом и выходом центробежного насоса.

Рабочее давление
Давление, имеющееся в системе при работе насоса. Допустимое рабочее давление Максимальное значение рабочего давления, допускаемого из условий безопасности работы насоса и системы.

Кавитация

Кавитация — это образование пузырьков газа в результате появления локального давления ниже давления парообразования перекачиваемой жидкости на входе рабочего колеса. Это приводит к снижению производительности (напора) и КПД и вызывает шумы и разрушение материала внутренних деталей насоса. Из-за схлопывания пузырьков воздуха в областях с более высоким давлением (например, на выходе рабочего колеса) микроскопические взрывы вызывают скачки давления, которые могут повредить или разрушить гидравлическую систему. Первым признаком этого служит шум в рабочем колесе и его эрозия.

Важным параметром центробежного насоса является NPSH (высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса). Он определяет минимальное давление на входе насоса, требуемое данным типом насоса для работы без кавитации, т. е. дополнительное давление, необходимое для предотвращения появления пузырьков. На значение NPSH влияют тип рабочего колеса и частота вращения насоса. Внешними факторами, влияющими на данный параметр, являются температура жидкости, атмосферное давление.

Предотвращение кавитации
Чтобы избежать кавитации, жидкость должна поступать на вход центробежного насоса при определенной минимальной высоте всасывания, которая зависит от температуры и атмосферного давления.
Другими способами предотвращения кавитации являются:
• Повышение статического давления
• Понижение температуры жидкости (снижение давления парообразования PD)
• Выбор насоса с меньшим значением постоянного гидростатического напора (минимальная высота всасывания, NPSH)
Специалисты фирмы «Агроводком» с удовольствием помогут вам определиться с оптимальным выбором насоса. Обращайтесь!

От чего зависит расход теплоносителя в системе отопления частного дома

Чаще всего в качестве теплоносителя в системах отопления используется вода. По своим параметрам и химическому составу она является оптимальным вариантом как для частного, так и для многоквартирного дома. Дистиллированная, кипяченая и обычная водопроводная вода будут отличаться по содержанию солей и примесей, но в целом они имеют схожие физические характеристики. Некоторые хозяева также добавляют в нее антифриз для устойчивости к морозу. Другим видом жидкости, использующейся в системе отопления, может выступать специальный теплоноситель с улучшенными параметрами и высокой теплоемкостью. Он не откладывается в виде осадков на стенках труб и обеспечивает дополнительную защиту от коррозии. В любом случае необходимо знать, из чего складывается расход теплоносителя и как правильно рассчитывать его для любой системы.

Как происходит расчет объема теплоносителя

Для того чтобы жидкость, которую вы используете в системе, не приходилось часто менять, она должна соответствовать следующим требованиям:

  • средняя текучесть: чересчур плотная будет плохим проводником тепла, а излишне текучая будет быстрее испаряться;
  • низкая расширяемость: при понижении температуры даже если она замерзнет, трубу не разорвет из-за увеличившегося объема;
  • небольшая вязкость;
  • высокая теплоемкость.

После того как вы установили систему отопления, нужно рассчитать ее объем.

Формула для расчета котла. Для того чтобы узнать, сколько жидкости будет тратиться в час, необходимо произвести еще несколько вычислений. При этом необходимо сначала узнать потребление энергии котла, которое расходуется на то, чтобы согреть 1 литр воды. Это значение называется Q (теплотой). В свою очередь, N (мощность отопительного прибора) можно узнать из его технического паспорта. После этого остается только подставить значение в формулу:

Таким образом вы узнаете, сколько килограммов теплоносителя в час будет потреблять ваш котел.

Расчет объема радиатора. В справочной книжке или инструкции должен быть указан паспортный объем всех труб и отопительных приборов. Если такой информации там не указано, можно воспользоваться средними значениями:

  • секция радиатора (современного) – 0,45, а у старого чугунного – 1,45 литра;
  • погонный метр трубы (диаметр 15 мм) – 0,177 литра и 32 мм – 0,8 л.

Для более точного подсчета можно воспользоваться математическими формулами и индивидуально подсчитать объем системы. Общее количество жидкости по всему периметру можно вычислить по формуле:

По ней N означает уже знакомую нам мощность котла, а Vквт – это объем, которого хватит для передачи одного киловатта тепла.

Расчет теплоносителя на протяженности магистрали. Для того чтобы суммировать данные со всего трубопровода, нужно учитывать, что на разных его участках трубы могут иметь разный внутренний диаметр. Поэтому нужно воспользоваться формулой:

VS (общая вместимость теплоносителя в трубопроводе) = Vтр1*Lтр1+Vтр2*Lтр2+Vтр2*Lтр2

В ней Vтр означает объем жидкости в 1 м.п. трубы с 1 диаметром, а Lтр – полная протяженность магистрали с этим сечением. Если разницы в параметрах нет, нужно просто воспользоваться первой частью формулы, не прибавляя ничего.

Расчет объема расширительного бачка. Для того чтобы вычислить этот параметр, потребуется знать:

  • D (коэффициент эффективности самого бака). Его можно вычислить по дополнительной формуле d = (PV – PS)/(PV+1). PV является максимальным давлением в отопительной системе и в частном доме обычно равно 2,5 бар. А PS (давление зарядки расширительного бачка) составляет примерно 0,5 бар.
  • VS (объем всей отопительной системы).
  • E (коэффициент расширения теплоносителя). Он зависит от состава жидкости: для воды это 4%, а у специальных составов указан на этикетке.

Сама формула расчета V = (VSxE)/D, где V – это искомый объем расширительного бачка.

Что делать с этими числами. Для того чтобы точно знать, какое количество жидкости вам потребуется первый раз залить в систему, нужно сложить все получившиеся значения. Это должно выглядеть как сумма объемов радиатора, котла, расширительного бачка и труб. После этого вы будете иметь примерное представление о том, сколько теплоносителя будет циркулировать по системе отопления. При этом самым важным параметром является именно бачок: он будет компенсировать разницу давлений и постоянно добавлять жидкость в трубопровод, не позволяя образовываться в нем воздушным пробкам. Для его исправной работы необходимо следить за его заполненностью. Если воздух попадет в трубы, это может ухудшить отапливаемость помещений.

Количество теплоносителя в системе отопления

После того как вы определили, насколько много жидкости требуется залить в систему, можно начинать процедуру ее заполнения. Это можно сделать двумя путями.

  • Самотеком: в нижней точке открываем кран и подставляем емкость для излишка жидкости, а в высшую точку вставляем воронку. После этого заливаем теплоноситель, пока он не польется из крана.
  • Принудительно: открываем воздушные клапаны на всех радиаторах и закачиваем жидкость при помощи специального насоса. При этом важно поддерживать стабильное давление в системе, чтобы оно не становилось слишком сильным.

Как проверить. Количество теплоносителя будет постепенно уменьшаться. Поэтому в расширительный бачок потребуется время от времени доливать жидкость. О том, что время пришло, вы узнаете по нескольким характерным признакам:

  • бульканье и небольшой шум в баке или отопительном котле (это происходит, когда жидкость из бачка перетекает в трубопровод);
  • снижение уровня жидкости в расширительном баке (это можно проверить рукой или при помощи деревянной линейки);
  • соединительная труба между бачком и отопительным прибором сильно нагреется;
  • при запуске вы будете слышать, как течет вода.

Расход теплоносителя в системе отопления

Эта величина нужна для того, чтобы понять, сколько жидкости будет тратиться во время отопительного сезона, чтобы вовремя подготовить необходимое количество теплоносителя. Есть несколько тонкостей, которые влияют на это. Поэтому стоит учитывать не только объем отопительной системы, но и принимать в расчет другие факторы.

От чего зависит расход. Основными параметрами, которые влияют на него, являются:

  • мощность котла: чем сильнее он работает, тем больше будет тратиться теплоносителя, и наоборот;
  • температура труб: если трубопровод сильно разогрет, а жидкость циркулирует с большой скоростью, ее расход будет выше, чем при работе в менее горячей системе;
  • индивидуальные характеристики теплоносителя;
  • состояние системы: если радиаторы и трубы обросли накипью, а отопительному прибору уже много лет, могут возникать воздушные пробки и перепады давления в системе; расход жидкости будет скачкообразным и менее предсказуемым.

Поэтому в разное время года и при различных обстоятельствах теплоноситель может тратиться с той или иной скоростью.

Читайте также  Змеевик в печку для водяного отопления

Теплопотери. Эти показатели помогут более точно вычислить расход теплоносителя. Если знать их, можно рассчитать, насколько мощно работает система, и сколько нужно жидкости, чтобы компенсировать теплопотери. Основные значения:

  • помещения с утепленными перекрытиями и пластиковыми стеклопакетами (евроокна) обычно потребляют 80 Вт на квадратный метр;
  • современные кирпичные постройки с отделкой имеют среднее значение в 100 Вт/м;
  • комнаты с менее теплыми стенами и без утепления изнутри требуют 120 или больше Вт/м.

После того, как вы узнали эти параметры для вашего дома, можно рассчитать, насколько мощным будет расход теплоносителя.

Как понять, что есть проблемы. Иногда система отопления начинает работать со сбоями, что сразу же сказывается на количестве потребляемой жидкости. И тогда лучше всего вызвать мастера, чтобы он проверил трубы и отопительный прибор. На возникшую неполадку укажут систематически повторяющиеся признаки:

  • постоянное бульканье в трубах или расширительном бачке;
  • падение уровня теплоносителя в системе и чрезмерное его потребление;
  • холодные батареи при высокой мощности работающего котла;
  • щелканье и посторонние звуки в трубопроводе и радиаторах;
  • жидкость в расширительном бачке постоянно закипает.

Для того чтобы вовремя заметить изменения, лучше иметь примерное представление о том, сколько в норме потребляет ваша система отопления. Если теплоносителя внезапно начало не хватать, это может быть симптомом нарушений в работе.

Как заполнить систему отопления закрытого типа любыми видами теплоносителей

Важный вопрос, возникающий по окончании монтажа отопительных приборов, касается того, как заполнить систему отопления закрытого типа и запустить её в эксплуатацию. Процесс несложный, хотя его особенности вызывают типовые затруднения у рядовых пользователей. К ним относятся выбор точки закачивания и величины давления теплоносителя.

Открытая и закрытая системы отопления: принцип заполнения

Открытая система оснащается расширительным бачком в своей верхней точке. Поверхность жидкости-теплоносителя в нем непосредственно соприкасается с атмосферным воздухом. Закрытая система оснащена мембранным расширительным бачком, герметически изолированным от атмосферы.

Отопительные системы любого типа можно заполнять следующим образом:

  • водопроводной водой, подаваемой в нижнюю точку системы – через подпиточный вентиль;
  • водой (дистиллированной) или антифризом, подавая жидкость из емкости (колодца, водоема):
  • наливом вручную и/или посредством насоса в верхнюю точку (штуцер под воздухоотводчик или через открытый расширительный бак);
  • закачиванием насосом через нижнюю точку – подпиточный вход.

Многим домовладельцам известен простейший (и наихудший!) способ заполнения открытых систем через расширительный бачок. Вода/антифриз заливаются внутрь с перерывами для выпускания воздуха. Повторять этот способ в закрытых системах, используя патрубки верхних воздухоотводчиков, не рекомендуется. Воздух, изначально заполняющий систему, проходит вверх через слой заливаемой воды, растворяясь в ней. Воздушные пробки, препятствующие току воды по трубам и радиаторам, будут вам гарантированы.

Тогда как заполнить систему отопления закрытого типа? Рекомендуемым способом заполнения любых систем отопления является подача жидкости под давлением (из водопровода или емкости посредством насоса) через нижний подпиточный вентиль.

Расположение узла подпитки системы отопления.

Когда выполняется заполнение теплоносителем

Известны всего две ситуации, требующие выполнения данной технологической операции:

  • запуск отопления в эксплуатацию (в начале отопительного сезона);
  • повторный пуск после проведения ремонтных работ.

Обычно воду-теплоноситель сливают поздней весной по двум причинам:

  1. Вода неизбежно загрязняется продуктами коррозии (внутри радиаторов, металлопластиковые и полипропиленовые трубы ей не подвержены). Оставив старую воду на новый сезон, рискуете сломать циркуляционный насос твердыми загрязнениями.
  2. Незапущенные залитые системы загородных домов могут «разморозиться» при внезапном похолодании – такие случаи нередки.
    В этом смысле предпочтителен теплоноситель-антифриз. Качественный состав обладает высокими антикоррозионными свойствами, повышающими «межсливной» интервал до 5-6 лет. Известны случаи бесперебойной работы отопления на одном и том же объеме антифриза 15-17 лет. Низкокачественный антифриз рекомендуется сливать через 2-3 года.

Закачка антифриза в систему отопления.

Технология заполнения: куда подавать теплоноситель

Необходимыми средствами являются емкость и насос, создающий требуемое давление жидкого теплоносителя. Вполне подойдут погружные типа «Гном» или «Малыш» (популярные у садоводов, использующих их для полива участков, расположенных выше уровней водоемов). Имеются свидетельства об успешном заполнении закрытых систем посредством ручных насосов – от используемых для опрыскивания защитными растворами огородных культур, до специализированных ручных насосов, применяемых для перекачки из бочек моторных топлив или жидких химических продуктов. Любую схему отопления можно успешно заполнить, контролируя давление по манометру.

Заполнение системы антифризом посредством погружного вибронасоса.

Первой операцией является выбор точки входа жидкости. Если напор, создаваемый насосом, поднимает жидкость до верха системы, следует подключаться в низшей точке котельной – патрубку подпитки теплоносителем, врезанному перед котлом в «обратку». Кроме входа подпитки необходим конструктивно отдельный выход слива (два разных узла системы). Первый оборудуется вентилем (шаровым краном) и обратным клапаном, второй – только вентилем (шаровым краном). Если низшая точка системы является штуцером слива воды из котла, то можно через него спустить/заполнить систему водой. Поскольку за котельным сливом (вообще за сливом) не устанавливается обратный клапан, любое выключение насоса повлечет вытекание закачанной жидкости – нужно быстро перекрывать кран перед штуцером.

Конструкция типового узла слива/подпитки.

Заполняем систему снизу

Итак, вернемся к закачке жидкости в систему. Используем емкость подходящего объема (хорошо подходит пластиковая бочка объемом 200 л). Опускаем в нее насос, создающий требуемое для закачки жидкости давление не выше 1,5 атм (типовое значение в диапазоне 1-1,2 атм). Такое давление требует создание насосом напора величиной 15 м (у погружного «Малыша» он достигает 40 м).

Заполнив бочку водой, запускаем насос, следя за уровнем жидкости, должным располагаться выше его входного патрубка для предотвращения «завоздушивания». Уровень снижается – доливаем воду. Закачивать антифриз следует из емкости меньшего объема (ведра), чтобы не погружать в жидкость корпус погружного насоса (и потом не мыть) – достаточно погрузить входной патрубок. Доливать антифриз придется часто, отключая периодически насос.

Заполнение системы выполняется при открытых кранах Маевского на установленных радиаторах отопления с подставленными емкостями для сбора воды. Когда жидкость пойдет из всех воздухоотводчиков, закрывают краны, продолжая процесс закачки.

Контролируем давление по манометру (подойдет прибор котла). Когда его величина превысит гидростатическое, равное давлению в столбе жидкости высотой от нижней до верхней точки системы (высота 5 м дает статическое давление 0,5 атм), продолжаем заполнять систему, отслеживая по манометру момент достижения давлением требуемой величены.

Закачивание антифриза насосом «Малыш».

Заполнив систему, выключаем насос, открываем воздушные краны (давление неизбежно упадет), после чего подкачиваем воду. Процесс повторяем несколько раз, вытесняя воздушные пузыри.

Завершаем заполнение осмотром системы на наличие подтеканий. После выключения насоса в шланге, подсоединенном к выходному патрубку, жидкость находится под давлением. Если закачивался антифриз, сначала отсоединяем шланг от входного патрубка насоса и сливаем жидкость в емкость, стараясь не облить корпус механизма.

Как правильно заполнить систему отопления закрытого типа сверху

Если нет электрического насоса, то заполнение системы, имеющей перепад высот нижней и верхней точек от 10 м, посредством ручного насоса является процедурой довольно утомительной. В этом случае закрытая система может заполняться через верхнюю точку (например, штуцер присоединения автоматического воздухоотводчика) самотеком с открытым сливным краном в нижней точке до начала вытекания из него воды. Сливной кран перекрывается, и мы имеем в нижней точке системы статическое давление, равное давлению в столбе жидкости до верхней точки (при 10 м давление будет 1 атм).

Теперь нужно повысить давление до расчетного уровня не выше 1,5 атм. К любому штуцеру системы подсоединяем через шаровый кран обычный поливочный шланг порядка 1,5 метра длинной. Придумываем на него легкосъемный переходник к шлангу обычного автомобильного насоса с манометром. Заливаем выпрямленный вертикально шланг водой, присоединяем через переходник насос и воздухом закачиваем воду из шланга в систему. Перекрываем шаровый кран. Достаточно 3-5 повторений процесса для повышения исходного статического давления в любой точке системы на 0,5 атм. Следует избегать накачивания внутрь нее воздуха.

Закачка антифриза ручным насосом.

Выбор величин давления в системе и расширительном бачке

Чем выше рабочее давление теплоносителя, тем меньше вероятность попадания воздуха в систему. Нужно помнить об ограничении рабочего давления величиной предельно допустимой для отопительного котла. Если при заполнении система было достигнуто статическое давление 1,5 атм (15 м водяного столба), то циркуляционный насос напором в 6 м вод. ст. создаст на входе в котел давление 15+6=21 м водяного столба.

Некоторые типы котлов имеют рабочее давление порядка 2 атм=20 м вод.ст. Будьте внимательны, не перегружайте теплообменник котла недопустимо высоким давлением теплоносителя!

Мембранный расширительный бак поставляется с заводским настроечным давлением инертного газа (азота) в газовой полости. Распространенная величина его равна 1,5 атм (или бар, что почти то же самое). Уровень этот можно поднять, подкачав в газовую полость воздух ручным насосом.

Изначально внутренний объем бака полностью занят азотом, мембрана прижата газом к корпусу. Именно поэтому закрытые системы принято заполнять до уровня давления не выше 1,5 атм (максимум 1,6 атм). Тогда установив расширительный бак на «обратку» перед циркуляционным насосом, мы не получим изменения его внутреннего объема – мембрана останется неподвижной. Нагрев теплоносителя приведет к росту его давления, мембрана отойдет от корпуса бака и сожмет азот. Давление газа повысится, уравновесив давление теплоносителя на новом статическом уровне.

Уровни давления в расширительном бачке.

Заполнение системы до давления в 2 атм позволит холодному теплоносителю сразу поджать мембрану, которая сожмет азот также до давления 2 атм. Нагрев воды от 0 °С до 100 °С увеличивает ее объем на 4,33 %. Добавочный объем жидкости должен поступить в расширительный бак. Большой объем теплоносителя в системе дает большое его приращение при нагреве. Слишком большое первоначальное давление холодного теплоносителя сразу израсходует емкость расширительного бака, ее не хватит для приема избытка нагретой воды (антифриза). Поэтому важно заполнять систему до правильно определенного уровня давления теплоносителя. Заполняя систему антифризом, нужно помнить о его большем, чем у воды, коэффициенте теплового расширения, требующем установки расширительного бака большей емкости.

Заключение

Заполнение закрытых систем отопления – не просто стандартная заключительная операция перед запуском в эксплуатацию. Правильное или неправильное выполнение этого этапа может серьезно повлиять на рабочие характеристики системы, в худшем случае даже вывести ее из строя. Соблюдение технологии заполнения – ключ к получению стабильно работающего отопления.

Статьи по теме:

Статья посвящена схемам и правилам выполнения лучевой разводки систем отопления многоквартирных и частных домов. Этот вид разводки отопительных труб.

Однотрубная система отопления с принудительной циркуляцией: основные моменты. «Обвязка» радиатора при однотрубном отоплении, особенности.

Над тем, как реализовать альтернативное отопление частного дома, задумываются многие владельцы недвижимости. Систем обогрева жилья, в том числе.