Контрольно-измерительные приборы и расширительные баки

Температура в системе отопления

В жилых домах минимумом температуры в комнатах считается +18 градусов, а в детских садах и больницах он равен +21 градусу. Тепло в помещении зависит ещё и от температуры на улице, а также нужно учитывать потерю тепла и от вентиляции, через ограждающие конструкции.

Сам нагрев жидкости для системы отопления имеет довольно большой температурный диапазон: от 30 до 90 градусов. Более 90 градусов не должно быть, так как при такой температуре начинается разложение лакокрасочных покрытий и пыли. Это недопустимо по санитарным нормам.

Оптимальный режим работы любого отопительного оборудования регулируется с помощью измерительных приборов, играющих важную роль в этом процессе – ведь согласно их показателей происходит изменение режима работы котла. В современных отопительных приборах термометры практически всегда входят в обязательную комплектацию. Различают два основные вида приборов для измерения температуры теплоносителя:

Визуализация текущих показателей - термометр;
Связь термометра с блоком управления котла. При достижении определенного уровня температуры система регулирует уровень мощности;

Такие системы входят в обязательный набор для всех электрических и газовых котлов отопления. Для классических твердотопливных устройств применяется первый тип термометра. Исключения составляют котлы длительного горения, где с помощью специального устройства происходит регулирование задвижки зольника, тем самым увеличивается (уменьшается) приток воздуха в камеру горения.

Биметаллический термометр

Принцип работы этого вида термометров основан на различном коэффициенте температурного расширения металлов. В его конструкции есть биметаллическая пластина, состоящая из двух различных металлов. При нагреве один из них начинает деформироваться, тем самым изменяя показания на индикаторе. Это довольно надежные устройства, которые отличаются высокой точностью показаний. Но у них есть один недостаток – большая инертность. При резком изменении температуры среды показания отобразятся не сразу, а только через некоторое время. Это может быть существенным при поступлении уже нагретого теплоносителя в систему отопления.

Давление в системе отопления

Для правильного функционирования отопительной системы крайне важно поддерживать необходимое давление в системе отопления. В случае если этот параметр изменяется в какую-либо сторону, возможны значительные сбои в работе, в зависимости от того, какое давление в системе отопления, они вполне могут привести к серьезной поломке. В частности, значительное повышение давления (до предельного уровня) может стать причиной разрушения отдельных элементов или даже полной остановки системы. А вот снижение давление в системах, где задействован циркуляционный насос, нередко вызывает кавитацию – вскипание теплоносителя. Поэтому обеспечить нормальное давление в системе отопления – это важное условие эффективной работы отопительной системы вашего жилища.

По сути, это воздействие жидкости на внутренние стенки элементов системы. При этом рабочее давление в системе отопления – является давлением, которое допускает работу системы при включенном нагревательном приборе и насосе. Следует отметить, что данная величина есть сумма: статическое давление в системе отопления, оказываемое столпом теплоносителя и динамическое давление, которое возникает при работе циркуляционного насоса.

В таком случае рабочее давление – величина, которая обеспечивает нормальную работу всех компонентов системы (насос, нагревательный прибор, расширительный бак), то есть, оптимальное давление в системе отопления.

Давление в автономно работающей системе отопления частного дома должно составлять 1,5-2 атмосферы. В домах, подключенных к централизованной теплосети, это значение зависит от этажности объекта. В малоэтажных зданиях величина давления в отопительной системе находится в диапазоне 2-4 атмосферы. В домах-девятиэтажках данный показатель равен 5-7 атмосферам. Для систем отопления высотных сооружений оптимальным значением давления считается 7-10 атмосфер. В теплотрассе, идущей под землей от ТЭЦ до точек теплопотребления, теплоноситель подается под давлением в 12 атм. Для снижения напора горячей воды на нижних этажах многоквартирных домов используют регуляторы давления. Повысить напор теплоносителя на верхних этажах позволяет насосное оборудование

При пробном запуске отопительной системы следует проводить испытание таким образом, как давление воды в системе отопления. То есть – система запускается с давлением, которое превышает нормальное рабочее примерно в 1,5 раз. Это позволяет не только проверить качество радиаторов, но и обнаружить незначительные протечки и дефекты системы (если они присутствуют). Такой простой метод позволяет исправить некоторые неполадки до начала отопительного сезона, определив минимальное давление в системе отопления.

Манометр

Для контроля в различных точках системы отопления врезают манометры, причем они фиксируют избыточное давление. Как правило, это деформационные приборы с трубкой Бурдона. В том случае, если в расчет нужно брать то, что измеритель давления должен работать не только для визуального контроля, но и в системе автоматики используют электроконтактные или другие типы датчиков.

Конструкция пружинного манометра

Наиболее широкое применение среди приборов для измерения давления нашли пружинные манометры. Их достоинства в том, что они просты по конструкции, надежны и пригодны для измерения давления среды в широком диапазоне от 0,01 до 400 МПа (от 0,1 до 4000 бар).

Чувствительным элементом пружинного манометра является полая изогнутая трубка эллипсоидного или овального сечения, деформирующаяся под действием давления. Один конец трубки запаян, а второй соединен со штуцером, через который соединяется со средой, в которой измеряется давление. Закрытый конец трубки соединен с передаточным механизмом, смонтированным на стойке, который состоит из поводка, зубчатого сектора, шестеренки с осью и стрелки манометра.

Для устранения мертвого хода между зубцами сектора и шестеренки служит спиральная пружина. Шкала проградуирована в единицах давления (паскаль или бар) и стрелка показывает непосредственную величину избыточного давления измеряемой среды. Механизм манометра помещен в корпус. Измеряемое давление поступает внутрь трубки, которая под действием этого давления стремится распрямиться, так как площадь наружной поверхности больше площади поверхности внутренней. Перемещение свободного конца трубки через передаточный механизм передается стрелке, которая поворачивается на определенный угол. Между измеряемым давлением и деформацией трубки существует прямолинейная зависимость и стрелка, отклоняясь относительно шкалы манометра, показывает величину давления.

Расширительный бак системы отопления

При нагреве жидкость-теплоноситель расширяется. Это приводит к увеличению ее объема примерно на 0,3 % на каждые 10°С. Поэтому при увеличении температуры на 70°С первоначальный объем теплоносителя увеличится примерно на 3 %. Жидкость практически несжимаема и если система отопления не будет оснащена дополнительным устройством, позволяющим куда-то деться этому объему, то неизбежно произойдет ее разрушение. Для исключения этого и применяются расширительные (компенсационные) баки.

При комнатной температуре уровень воды заполняет только половину этого галлонного контейнера.

При температуре вдвое выше уровень воды находится почти на верхней части контейнера

При более высокой температуре уровень воды настолько высок, что он вытекает или ускользает

Расширительный бак может быть открытым, сообщающимся с атмосферой, и закрытым, находящимся под переменным, но строго ограниченным избыточным давлением.

Открытый расширительный бак

Открытые расширительные баки размещают над верхней точкой систем в чердачном помещении, на лестничной клетке или на кровле зданий и покрывают тепловой изоляцией. Их изготовляют цилиндрическими или прямоугольными из листовой стали и сверху снабжают люком для осмотра и окраски.

Кроме того, открытый расширительный бак предназначен для восполнения убыли объёма воды в системе при утечке и при понижении ее температуры, ограничения гидравлического давления в системе, сигнализации об уровне воды в системе, удаления воды в канализацию при переполнении системы, управления действием подпиточных приборов и, наконец, в отдельных случаях он может служить воздухоотделителем и воздухоотводчиком

В настоящее время открытые расширительные баки практически не применяются в системах отопления, так как имеют ряд недостатков: они громоздки, в связи с чем затрудняется их размещение в зданиях и увеличивается бесполезная потеря тепла через их стенки. При открытых баках вследствие излишнего охлаждения воды в них возможно поглощение воздуха и усиление внутренней коррозии труб и отопительных приборов. Наконец, в большинстве случаев требуется прокладка специальных соединительных труб.

Мембранные расширительные баки

Расширительный мембранный бак является закрытым, в нем отсутствуют все недостатки открытых баков, единственное требование при установке — это наличие манометра и предохранительного клапана или ниппеля для ручной регулировки давления, чтобы избежать избыточного давления в системе отопления (для автономной системы отопления с искусственной циркуляцией это, как правило, 2 – 4 бара).

Конструкция мембранного расширительного бака представляет собой металлический корпус, который может быть плоского и баллонного типа, внутренний объем которого герметично разделен резиновой мембраной. В одной полости находится газ или воздух, сжатый до определенного начального давления, которое указывается в паспорте, за счет чего в неподключенном состоянии весь объем расширительного бака занят воздухом. Перед пуском системы давление зарядки газа необходимо установить равным статическому давлению системы отопления.

Рассчитывается из расчета 1 бар на 10 м водяного столба находящегося выше расширительного бака. При повышении температуры в системе отопления, вода начинает поступать в водяную камеру расширительного бака, увеличивая давление в воздушной полости бака до давления в системе отопления. В системах отопления с большим объемом теплоносителя обязательно необходимо контрфолировать давление газа в воздушной части расширительного бака. В таких системах расширительный бак имеет компрессор, поддерживающий постоянное давление в воздушной камере.

Бачок пуст

Бачок заполняется водой и сжимает воздух

Заполнение бачка достигает предела, срабатывает воздушный клапан

В чем преимущества использования мембранного бака?

Использование мембранного бака имеет следующие преимущества:

Трубу бака не нужно проводить на чердак, поскольку бак располагают рядом с котлом;
Срок эксплуатации котла и радиатора продлевается, так как отсутствует контакт воды с воздухом;
Имеется возможность создать дополнительное давление, благодаря чему снижается риск образования воздушных пробок в верхних радиаторах.

Когда температура в системе повышается, открывается клапан. Он забирает из системы излишки теплоносителя и отправляет их в бак. При снижении температуры вода из бака закачивается обратно в систему с помощью насосов. Получается, что такая установка поддерживает оптимальное давление в системе.

Методика подбора расширительного бака

Объем мембранного расширительного бака V считается по формуле:

Расширительный бак — элемент системы отопления, предназначенный для приема избытка теплоносителя, возникающего при его тепловом расширении в результате нагревания.

Объем воды в системе отопления (Va) получают суммированием объема воды в котле, трубах, батареях и другой арматуре. Точный объем действующей системы отопления вычислить достаточно сложно, поэтому приблизительный расчет можно получить, зная мощность системы отопления и используя соотношение: 1 кВт мощности на 15 л. теплоносителя.
Коэффициент расширения теплоносителя (n) определяется по таблице:
КПД расширительного бака (H) считается по формуле:

Заводское давление в расширительных баках примерно равно 0,75 бар (см. техническую документацию бака).

Пример расчета: мощность котла 50 кВт, в качестве теплоносителя используется вода, нагрев до 90°С, исходное давление расширительного бака 1,5 бар, давление срабатывания предохранительного клапана, 3 бара.
- Суммарный объем (емкость) системы отопления Vа = 15 * 50 = 750 л.
- КПД расширительного бака H=(3-1,5)/(3+1) = 0,375
- V = (750*0,036)/0,375 = 72 л.
В соответствии с расчетом подбирается бак с объемом ближайшим к полученному значению.