Система отопления многоквартирного дома. Ликбез с примерами
В большинстве домов нашей необъятной Родины, которая к слову на 2/3 состоит из вечной мерзлоты, тепло в квартиры поступает от ТЭЦ, и называется это гордым словом «центральное отопление». Об этом мы сегодня и поговорим. ТЭЦ нагревает теплоноситель и по трубам, как по кровеносным сосудам, через весь город тепло поступает к вам в дом: сначала в тепловой узел, который как правило расположен в подвале, а затем и в батареи Вашей квартиры. Отдавая тепло, теплоноситель остывает и через так называемую обратку, уходит назад на ТЭЦ. Кстати, как правило теплоноситель — это обычная вода с добавлением присадок, которые предотвращают отложения в батареях отопления и трубах.
Тут кстати, есть очень важный нюанс, о котором как показала моя практика даже многие сантехники не подозревают. В тепловом узле есть элеваторный узел, изобретение 19 века, но увы до сих пор повсеместно применяемое.
В элеваторном узле, есть так называемое сопло, он же конус. Многие сантехники считают, что его задача просто заузить сечение, чтобы поменьше тепла поступало в дом. На самом деле нет. Его задача, создать разрежение, при котором горячая вода с подающего трубопровода на высокой скорости, но с меньшим давлением, начинает смешиваться с остывшей обраткой (с той водой, которая уже прошла через батареи отопления Вашего дома) и за счет этого происходит регулирование температуры отопления на вводе в дом. К сожалению, сопло — устройство примитивное, изобретенное в 19 веке, и поэтому смешивание происходит всегда одинаковое, независимо от того, какая температура сейчас на улице +5 или -40.
Многие сантехники, когда получают жалобы от жильцов, которым стало холодно растачивают сопло элеватора выше нормативного сечения или даже полностью его убирают. Делать это категорически не рекомендуется, так как согласно графику, ТЭЦ в сильные морозы подает теплоноситель под крайне высоким давлением температурой до 130 градусов! Если запустить такое тепло в квартиру, и не дай Бог прорвет батарею отопления — жертвы гарантированы. Кстати, ровно по этой причине производители полипропиленовых труб, так широко полюбившихся российским сантехникам, запрещают или не рекомендуют использовать их на центральном отоплении. Большинство полипропиленновых труб держат максимум 90 градусов и то, относительно не долгий срок. Посмотрите теперь на трубы в вашей квартире и задумайтесь.
Тепловой вычислитель
Именно, по этой школьной формуле тепловой счетчик рассчитывает Вам стоимость отопления: m — это масса теплоносителя, которая прошла через Ваш дом за 1 час, dT — это разница температур между подачей и обраткой. Т.е. на входе например 80 градусов, теплоноситель пройдя через батареи отопления дома остывает до 50 градусов — dT равна 30 градусам. Перемножив массу теплоносителя на разницу температур, мы получаем ту самую Гигакалорию. В каждом регионе устанавливается своя цена на 1 Гигакалорию, например в моем Владимире она равна 1987 рублей 40 копеек. Полученная за месяц Q, умножается на тариф, дальше делится на общую жилую площадь дома, и мы получаем стоимость отопления в расчете на 1 квадратный метр. Ну а сколькими квадратными метрами Вы владеете, столько собственно говоря Вы и обязаны заплатить. Вот такая довольно простая схема, о которой многие в нашей стране даже не подозревают, включая к всеобщему удивлению даже тех, кот этим самым ЖКХ и занимается (как показала моя практика).
Только понимая, как работает тепловой счетчик и из чего формируется цена за отопление можно заниматься вопросами энергосбережения. А как показывает формула, экономить можно либо на разнице температур, либо на массе теплоносителя, пропускаемого через дом. Тут надо сделать оговорку, просто так, взять и пустить подачу в обратку нельзя, если дом совсем не забирает тепла, и разница температур подачи и обратки меньше 3 градусов, такой тепловой счетчик снимается с учета и дому назначается оплата по нормативу. Эта особенность тепловой сети города, которую мы касаться сейчас не будем.
Спускаемся в подвал
Ну а теперь мы подошли к самому интересному. Большинство современных тепловых вычислителей — это весьма современные устройства, возможности которых совершенно не используются, в виду того, что домами заведуют сантехники Васи из далекого прошлого и бабушки из ТСЖ. Я призываю всех айтишников не полениться и спуститься в подвал Вашего дома, и посмотреть на этот весьма интересный вычислительный прибор. Например, в моем доме оказался тепловычислитель Термотроник ТВ7:
Данный прибор обладает достаточно большими возможностями, такими как подключение через Ethernet, USB, RS-232, но самое главное в нем есть картридер SD карт. Достаточно просто вставить в него SD карточку, и он автоматически запишет всю историю показаний — давление, температуру, объем теплоносителя и прочие характеристики, необходимые для расчета стоимости отопления. Кстати, в моем случае еще оказалось, что если бы использовались родные расходомеры (датчик, вычисляющий массу теплоносителя), то можно было бы в автоматическом режиме фиксировать протечки в доме и отсылать смс сантехнику — у тебя потоп, бегом в дом!
И вот мы скачали данные с тепловычислителя, и теперь при помощи программы Архиватор мы можем обработать данные со счетчика:
Сама программа достаточно примитивная, и не умеет даже строить графики, и даже не экспортирует в Excel. Но старый добрый ctrl-c ctrl-v позволяют легко справиться с проблемой!
Рисуем графики
Теперь когда данные у нас в Excel, можно рисовать графики и делать какие-то выводы. О, как много можно увидеть на графиках! Например, на первом графике два проседания по объему теплоносителя (верхние темно-синяя и серая линии), проходящего через дом, это вероятнее всего аварии труб в районе. Как раз совпадает с ростом температуры подачи (морозы!)
Правая ось — это Q, показывающая тепло в гигакалориях посуточно. Как я уже сказал по тарифу 1 Гигакалория во Владимире стоит 1987,40 руб. На графике Гигакалории отмечены желтой линией. Вот сколько за месяц гигакалорий дом накопит, эта сумма умножается на 1987,40 руб, затем разбивается по квартирам и вы ее платите в своих квитанциях за коммуналку.
Красная и синяя линии — это температура подачи, и температура обратки. Значения на левой шкале. Зеленая линия — это дельта, т.е. та температура, сколько ваш дом забрал на обогрев. Как видите температура подачи в морозы выше 100 градусов. И если прорвет — это опасно для жизни!
Можно заметить, что несмотря на скачущую температуру подачи, температура обратки всегда примерно одинаковая. Это интересный феномен. Кто-нибудь знает почему? У меня есть версия, но пока оставлю ее при себе, гоу в комменты! 🙂 Обидно на самом деле, не получается экономить на очевидном, на разнице температур.
Темно-синяя и серая линии — это объем теплоносителя проходящий в час через вход и выход соответственно. У нас почему-то уходит немного больше, чем приходит. Либо погрешность измерения, либо что-то где-то течет… Буду разбираться в этом вопросе.
А второй рисунок — это почасовое потребление, за последние сутки. Здесь в основном все пики в гигакалориях (оранжевая линия) связаны с жизнью дома. В 7 утра встают, в 12 обед, в 17 ужин, и в районе 9-10 вечера все принимают душ и активно льют горячую воду. Дисциплинированные какие соседи у меня! 🙂
Ну вот теперь, когда есть возможность отслеживать потребление тепла многоквартирным домом, можно поднимать вопрос об энергоэффективности. Первым делом я планирую обернуть все трубы в доме в энергофлекс, а также установить погодозависимую автоматику, выкинуть из схемы доисторический узел элеватора, поставить современный трехходовой клапан, которым можно управлять автоматически или через Интернет. Все это дело я провожу с тепловизионным контролем. Про тепловизор я думаю также опубликую несколько постов, если аудитория примет данную тематику. Ну и в целом, планирую в плотную заняться вопросом энергосбережения, так как на текущий момент показания энергопотребления дома крайне высокие, что мы отчетливо и видим на графике.
Особенности функционирования систем отопления: перепад давления между подачей и обраткой
Любая отопительная схема функционирует при определенных значениях напора и температуры теплоносителя, которые рассчитываются еще на этапе ее проектирования. Однако в процессе эксплуатации возможны ситуации, когда перепад давления в системе отопления отклоняется от нормативного уровня в большую или меньшую сторону и, как правило, требует корректирования для обеспечения эффективности, а в ряде случаев и безопасности.
Рабочее давление в системе теплоснабжения
Рабочим считается давление, величина которого обеспечивает оптимальную работу всего отопительного оборудования (в т.ч. источника отопления, насоса, расширительного бака). При этом оно принимается равным сумме давлений:
- статического – создается столбом воды в системе (в расчетах принимается соотношение: 1 атмосфера (0,1 МПа) на 10 метров);
- динамического – обусловлено работой циркуляционного насоса и конвективным движением теплоносителя при его нагреве.
Понятно, что в разных схемах отопления величина рабочего напора будет отличаться. Так, если для теплоснабжения дома предусмотрена естественная циркуляция теплоносителя (применимо для индивидуального малоэтажного строительства), его значение превысит показатель статического лишь на незначительную величину. В принудительных же схемах его принимают максимально допустимым для обеспечения более высокого КПД.
Следует иметь в виду, что предельные показатели рабочего давления определяются характеристиками элементов системы отопления. К примеру, при использовании чугунных радиаторов оно не должно превышать 0,6 МПа.
Численно величина рабочего напора составляет:
- для одноэтажных строений с открытой схемой и естественной циркуляцией воды–0,1 МПа (1 атмосфера) на каждые 10 м столба жидкости;
- для малоэтажных зданий с закрытой схемой – 0,2-0,4 МПа;
- для многоэтажных домов – до 1 МПа.
Контроль рабочего давления в отопительных схемах
Для нормального безаварийного функционирования системы теплоснабжения необходимо регулярно контролировать величину температуры и напора теплоносителя.
Для проверки последнего обычно применяют деформационные манометры с трубкой Бурдона. Для измерения давлений малой величины могут использоваться их разновидности – диафрагменные приборы.
Необходимо помнить, что после гидроударов такие модели требуется поверять, т.к. они будут показывать завышенные значения при последующих контрольных измерениях.
Рисунок 1 – Деформационный манометр с трубкой Бурдона
В системах, где предусмотрены автоматический контроль и регулирование давления дополнительно используются различные типы датчиков (к примеру, электроконтактные).
Размещение манометров (точки врезки) определяются нормативами: приборы должны быть установлена на наиболее важных участках системы:
- на входе и выходе источника отопления;
- до и после насоса, фильтров, грязевиков, регуляторов давления (при их наличии);
- на выходе магистрали от ТЭЦ или котельной и на вводе ее в здание (при централизованной схеме).
Не стоит пренебрегать этими рекомендациями даже при проектировании небольшого отопительного контура с использованием маломощного котла, т.к. это не только обеспечивает безопасность системы, но и ее экономичность за счет оптимального расхода воды и топлива.
Рисунок 2 – Участок отопительной схемы с установленными манометрами
Для возможности обнуления, продувки и замены приборов без остановки работы системы подключать их рекомендуется через трехходовые краны.
Перепад давления и его значение для функционирования системы отопления
Для оптимального функционирования любой отопительной схемы необходим стабильный и определенной величины перепад давлений, т.е. разность его значений на подаче теплоносителя и обратке. Как правило, она должна составлять 0,1-0,2 МПа.
Если данный показатель меньше, это свидетельствует о нарушении движения теплоносителя по трубопроводам, в результате чего вода проходит через радиаторы, не нагревая их в требуемой степени.
В случае превышения величины перепада указанного выше значения можно говорить о «застое» системы, одной из причин которого является завоздушивание.
Следует отметить, что резкие изменения напора негативно сказываются на работоспособности отдельных элементов отопительной схемы, зачастую выводя их из строя.
Способы регулирования рабочего давления и обеспечения стабильности его перепада на подаче и обратке
- Прежде всего, необходимо помнить, что оптимальная работа системы теплоснабжения, в т.ч. создание требуемого давления в ней, зависит от корректности проектирования, в частности, гидравлических расчетов, и монтажа магистралей и трубопроводов, а именно:
— подающая магистраль в большинстве схем должна располагаться наверху, обратная, соответственно, внизу;
— для изготовления розливов следует использовать трубы диаметром 50-80 мм, для стояков – 20-25 мм;
— подводка к приборам отопления может выполняться из тех же труб, из которых выполнены стояки, или на шаг меньше.
Занижать сечение обвязки радиаторов допускается только при наличии перед ними перемычки.
Рисунок 3 – Перемычка перед радиатором отопления
Рисунок 4 – Мембранный расширительный бак
Расширительный бак, объем которого обычно принимается равным около 10 % от общего объема системы, может монтироваться в любой части контура. Однако специалисты рекомендуют устанавливать его на прямом участке трубопровода обратки перед циркулярным насосом (при его наличии).
Для предотвращения ситуации, когда емкости устройства не хватает при продолжающемся росте давления, в схемах предусмотрено использование предохранительного клапана, выводящего из системы излишки теплоносителя.
Рисунок 5 – Регулятор давления
Поиск причин падения и повышения перепада давления
Отклонение давления в большую или меньшую сторону от нормативного требует установления причины этого явления и ее устранения.
Падение давления в схеме теплоснабжения
Если падает давление в системе отопления, то с большей долей вероятности можно говорить об утечке теплоносителя. Наиболее уязвимыми являются имеющиеся швы, стыки и соединения.
Для проверки этого отключают насос и следят за изменениями статического давления. При продолжающемся снижении напора необходимо найти поврежденный участок. Для этого рекомендуется последовательно отключать различные участки контура, а после определения точного места, производят ремонт или замену изношенных элементов.
Если же статическое давление остается стабильным, причина снижения напора связана с неисправностью или насоса, или отопительного оборудования.
Следует иметь в виду, что кратковременное падение давления может быть обусловлено особенностью работы регулятора, который с определенной периодичностью перепускает часть воды из подачи в обратку. В случае, когда радиаторы отопления прогреваются равномерно и до требуемой температуры, можно говорить, что перепад был связан с указанным выше циклом.
Среди других возможных причин можно назвать:
- удаление воздуха через воздушники, в результате чего уменьшается объем теплоносителя в системе;
- снижение температуры воды.
Повышение давления в системе
Подобная ситуация наблюдается при замедлении или остановке движения теплоносителя в отопительном контуре. Наиболее вероятными причинами этого являются:
- возникновение воздушной пробки;
- загрязнение фильтров и грязевиков;
- особенности функционирования регулятора давления или неправильная настройка его работы;
- постоянная подпитка теплоносителя вследствие сбоя автоматики или некорректно отрегулированных задвижек на подаче и обратке.
Нужно отметить, что нестабильность давления наиболее часто отмечается во вновь запущенных системах и связана с постепенным удалением воздуха. Это может считаться нормой, если после доведения объема теплоносителя и давления до рабочих значений, которое продолжается от нескольких дней до нескольких недель, никакие отклонения не фиксируются.
В противном случае следует говорить о неправильно произведенном гидравлическом расчете, в частности, принятом объеме расширительного бака.
Системы отопления. Какую выбрать?
В процессе строительства дома на определённом этапе встаёт вопрос о монтаже системы отопления. Конечно проще всего найти фирму, которая запроектирует и смонтирует систему отопления для вашего дома. При этом даст гарантию на свою работу. Если ваши финансовые возможности не позволяют это сделать, или вы хотите попробовать свои силы и сделать разводку отопления своими руками, прочитайте эту статью. Надеемся эта информация будет полезна и поможет Вам определиться в выборе.
Системы отопления делятся на две большие группы – однотрубные и двухтрубные. Разница заключается в присоединении отопительных приборов. В однотрубной системе радиаторы подключаются последовательно, отсюда основной минус такой системы. По мере движения теплоносителя в отопительных приборах температура постепенно уменьшается, поэтому ближайшие к котлу радиаторы всегда более нагретые, чем отдалённые.
В двухтрубных системах батареи подключаются параллельно, поэтому все приборы нагреваются одинаково. Но такие системы более сложные при монтаже и требуют больше затрат на материалы. Давайте более подробно разберём каждую систему. Пойдём от простого к сложному.
Простейшая однотрубная система – самый дешёвый вариант.
Посмотрите на рисунок, система проще некуда. Теплоноситель, проходя последовательно через несколько радиаторов, возвращается в котёл, где опять нагревается.
В такой системе нельзя отключить или уменьшить мощность одного радиатора, так как закрыв его циркуляция в системе полностью прекратится. Вы спросите: «Зачем нужна такая система, где невозможно отключить радиатор, если стало жарко»?
Вы абсолютно правы!
Но в некоторых случаях такую систему стоит монтировать. Например, Вы имеете дачный домик с одной комнатой, где система состоит из трёх радиаторов и электрического котла. В этом случае, нет необходимости отключать радиаторы, а если стало жарко, можно просто уменьшить температуру на котле. Такую систему можно охарактеризовать так – просто, дешево и без заморочек.
Однотрубная система – «ленинградка»
Схема выглядит таким образом: понизу идёт труба розлива в которую с помощью тройников врезаются батареи отопления.
Эту систему делают очень часто. Люди рассуждают так: одна труба розлива всегда проще и дешевле, чем две. Но экономия на трубе при монтаже «ленинградки» имеет место только тогда, когда есть возможность сделать полный круг, то есть обойти кругом всё помещение. Если же полностью закольцевать розлив не получается, то приходится возвращать холостую трубу и вся экономия сходит на нет. Очень часто при монтаже «ленинградки» допускаются непоправимые ошибки, которые приводят к тому, что система совсем или частично не работает. Как известно, теплоноситель всегда циркулирует по пути наименьшего сопротивления, поэтому большая его часть идёт по нижней трубе помимо радиатора. А в батареи циркуляция очень слабая и чтобы её увеличить монтируется так называемая редукция. Делают её двумя способами — заужением участка трубопровода под радиатором или установкой на нём запорной арматуры.
Гравитационная система — она работает без насоса
По-другому такую систему отопления называют самотечной. В чем ее смысл? Из курса физики известно, что горячая жидкость, а в данном случае, нагретый теплоноситель имеет меньшую плотность, чем остывший. Поэтому, выходя из котла жидкость как бы всплывает, поднимаясь наверх, затем охлаждается в отопительных приборах и падает вниз, далее проходя по обратному трубопроводу поступает обратно в отопительный котел.
Процесс этот называют естественной циркуляцией. Таким образом, для работы такой системы отопления не нужен циркуляционный насос, все и так вертится под действием силы тяжести. Но движение теплоносителя при естественной циркуляции происходит медленно, поэтому циркуляционный насос на такую систему обычно всё равно ставят. Монтируется он на обводной линии, а на основную трубу устанавливается шаровой полнопроходной кран, который открывают при отключении электроэнергии. Гравитационная система монтируется из стальных труб достаточно большого диаметра. Горизонтальные участки розлива выполняются с уклоном — подача от котла, обратка к котлу. Величина уклона должна составлять не менее 5 мм на погонный метр трубы. Верхнюю трубу сделать с уклоном, как правило, не составляет труда, а с нижней возникают проблемы. Приходится устанавливать котел как можно ниже или поднимать обратный трубопровод вместе с радиаторами. Гравитационная система получается дорогой, громоздкой и некрасивой. Чтобы исключить закипание котла при отключении электричества можно пойти по другому пути — это установка источника бесперебойного питания на циркуляционный насос.
Коллекторная — система на любителя
Еще эту систему называют лучевой. Суть схемы такова. В отапливаемом помещении, обычно ближе к центру, располагается коллектор, от которого к каждому радиатору идут две трубы – подающая и обратная.
Трубы в ней, как правило, используются из металлопластика или сшитого полиэтилена. Прокладываются они чаще всего в конструкции пола (в стяжке), реже по потолку нижнего этажа. Лучи, подходящие к радиаторам, имеют разную длину, поэтому для правильной работы необходима тщательная балансировка. Преимуществами такой системы является отсутствие соединений труб, находящихся в стяжке, так как лучи делаются из цельных кусков и быстрота монтажа. При чём второе преимущество достаточно спорное. Самым главным минусом такой системы является дороговизна – большое количество трубы, коллекторы стоят денег.
Попутная система — «Петля Тихельмана»
В этой системе теплоноситель движется по кругу в одном направлении. Подача в ней большим диаметром начинается на первом радиаторе, далее уменьшаясь заканчивается на последнем. Розлив же обратного трубопровода начинается наоборот – большим диаметром на последнем радиаторе и меньшим на первом.
Таким образом, сумма труб подачи и обратки каждого отопительного прибора одинакова. На первом радиаторе — короткая подача, длинная обратка, на последнем наоборот — большая подача, маленькая обратка. Что это даёт? Все радиаторы в такой системе имеют одинаковое гидравлическое сопротивление, то есть находятся в одинаковых условиях. Сделали попутку, запустили, всё сразу работает – хлопаем в ладоши! Не нужно никакой регулировки! На самом деле, балансировочные вентиля в попутной системе ставить рекомендуется, так как ещё есть человеческий фактор. При монтаже, сварке или пайке возможны дефекты (заужение труб), поэтому минимальная балансировка всё же может потребоваться.
Тупиковая двухтрубная система
Петля Тихермана — это очень хорошо. Но не всегда есть возможность закольцевать систему. Входные двери, лестничные марши мешают прохождению труб отопления. В таких случаях монтируется двухтрубная тупиковая система.
Розлив в ней состоит из двух труб — прямой и обратной. Уменьшение диметра трубы происходит от первого радиатора к последнему. Приборы отопления присоединяются параллельно. Система прекрасно работает, когда количество радиаторов на каждой ветке розлива не очень большое, так как чем больше приборов находится на каждом контуре, тем сложнее сбалансировать систему. Для регулировки системы необходимо прикрывать балансировочные клапаны на ближних радиаторах.
Какую схему выбрать?
Выводы:
Если необходимо отопить небольшое помещение, состоящее из одной комнаты: гараж, небольшой цех, дачный домик, то монтируем самую простую однотрубную систему. Дешево и сердито!
Когда источником тепла является твердотопливный котел и часто происходят перебои с электроснабжением, а внешний вид системы не имеет значения (вахтовый вагончик, маленький деревенский дом) — монтируем гравитационную систему.
В небольшом частном доме, где есть возможность пустить трубу отопления по периметру, а количество отопительных приборов не более 8 – делаем «ленинградку».
Во всех остальных случаях советуем использовать двухтрубную систему. Там, где есть возможность пустить трубу по кругу – попутка, где нет – тупиковая система отопления.
Еще совет!
В частном доме в несколько этажей делайте систему из нескольких контуров. Свой контур на каждый этаж. Как известно, тёплый воздух поднимается наверх, поэтому на втором этаже всегда теплее, чем на первом. В этом случае у Вас есть возможность регулировать теплоснабжение каждого этажа.
