Гидравлическая регулировка систем отопления: доступно ли это непрофессионалу?

О том, что хорошая система отопления стоит достаточно дорого, мы писали ранее. Теперь же расскажем о том, почему эти затраты не всегда оправдываются. Например, система, которая отлично работала всю зиму, с приходом весны вдруг начинает давать сбои. В этой статье речь пойдет о гидравлической регулировке систем отопления и о том, как сделать ее посильной даже для неспециалиста.

Балансировка- необходимость или излишество?

Измерительно-вычислительные приборыЛюбая система отопления перед сдачей заказчику обязательно должна быть гидравлически отрегулирована. Эта работа требует определенного уровня мастерства и в какой-то мере напоминает настройку пианино. Шаг за шагом мастер настраивает отопительные приборы (радиаторы) и стояки системы до тех пор, пока не добьется их согласованного взаимодействия.

Гидравлическая регулировка системы отопления- это перераспределение теплоносителя (воды) по замкнутым участкам системы (специалисты говорят «по контурам циркуляции») так, чтобы через каждый радиатор и через каждый контур протекал объем (или «расход») воды не меньше расчетного. Специалисты чаще называют этот процесс «балансировкой», «увязкой» или «настройкой».

Чтобы система надежно обеспечивала в доме полный комфорт, она должна быть тщательно сбалансирована по всем составным частям: котел, радиаторная сеть и цепи управления. Ичем сложнее система, тем более точной и более трудоемкой балансировки она требует.

В настоящее время проблему балансировки осложняют два обстоятельства. Первое- нехватка опытных мастеров для многочисленных строительных и сервисных фирм. Второе- постоянное усложнение систем отопления, их насыщенность элементами сложной автоматики, осваивать которые строителям приходится по ходу дела.

Казалось бы, именно эти устройства должны автоматически обеспечить сбалансированность частей системы. Ничего подобного! Автоматика способна нормально работать только в гидравлически сбалансированной системе, а не наоборот. Более того, систему необходимо не просто сбалансировать, а настроить на оптимальные параметры, чтобы не перегружать автоматику, создать для нее наилучшие условия работы.

Эту работу выполняют в виде определенной цепочки несложных регулирующих действий с помощью специальных балансирующих и измерительных устройств. На рынке такие устройства предлагают следующие фирмы: TAHYDRONICS (Швеция), OVENTROP, HEIMEIER (Германия), HERZ (Австрия), CRANE (Англия), DANFOSS, BROEN (Дания). Что же нового они привносят в технологию балансировки, которая раньше была по силам только опытным мастерам.

С чем не справляются термостаты

Чтобы «укротить» систему отопления, надо понять, как в каждом конкретном случае использовать себе на пользу два основных закона гидравлики, которым подчиняются потоки воды в системе. Первый из них говорит о том, что вода течет прежде всего туда, где меньше гидравлическое сопротивление ее движению. Суть второго можно выразить так: «Перелив на одном участке означает, что на другом есть недолив». Поэтому для управления потоками теплоносителя по контурам системы применяют разную регулирующую арматуру.

В современных системах для этого чаще всего используют термостатические клапаны, которые автоматически регулируют поток воды в соответствии с показаниями какого-либо датчика температуры. Усилиями рекламы в сознании заказчиков и, к сожалению, многих строителей-практиков укрепилось ошибочное представление о том, что термостаты и другие "навороты" в виде программаторов и т.п., установленные на радиаторах, сами обеспечат нужное распределение воды и тем самым создадут достаточный комфорт в доме, что делает излишней полную балансировку системы. Все это далеко не так!

На практике дело осложняется тем, что фактическое сопротивление контуров, параметры установленных в системе труб, арматуры и приборов редко совпадают с расчетными. При монтаже возможно изменение длины труб, радиусов изгибов, уменьшение проходного сечения труб при сварке или при укладке под стяжкой и др. Влияет на распределение расхода и гравитационное давление воды, которое зависит от ее температуры и высоты расположения радиаторов.

Компенсировать влияние всех отклонений от проекта и обеспечить полную балансировку системы термостаты не способны. Почему же? Принцип работы термостата легко пояснить с помощью модели всем известного регулятора уровня воды в сливном бачке унитаза. Только уровень воды в ней надо рассматривать как уровень комнатной температуры, сливной поток- как потери тепла из комнаты, а вливаемый поток означает тепловыделение радиатора. Когда уровень снижается, поплавок приподнимает уплотняющий конус клапана пропорционально снижению уровня. Равновесие наступает, когда потери тепла из комнаты равны тепловыделению радиатора.

Если потерь тепла нет (кпримеру, весной), то уровень поднимается и клапан закрывается (уровеньН₃). Когда потери тепла наибольшие (зимой)- клапан полностью открыт (уровеньН₀). Ведь весной, когда расход тепла, а значит, горячей воды мал, термостат должен быть прикрыт. Втаком случае для поддержания обычной точности регулирования температуры 0,5С регулирующий клапан термостата необходимо перемещать с точностью около пяти микрометров, что практически трудновыполнимо. Поэтому основное управление теплоотдачей радиаторов обычно проводят, различными способами меняя температуру подаваемой в радиатор воды по мере изменения температуры воздуха. Термостаты же используют для регулировки комнатной температуры с точностью до 0,5С относительного заданного уровня. При этом расход через термостат устанавливается с точностью до 10-15%, что для качественной балансировки не годится.

Сложность балансировки вызывается тем, что циркуляционные контуры взаимно влияют друг на друга (теоретики говорят "они интерактивны"). Это означает, что когда в каком-то контуре расход с помощью клапана, например, уменьшается, то перепад давления, приложенный к другим контурам, а значит, и расход через них, возрастает, и наоборот. Из-за этого в системах, даже оснащенных сложной автоматикой, но отрегулированных только с помощью термостатов (часто встречающийся вариант), могут возникнуть самые разные неприятности. Например, проблема "утреннего запуска" после ночного режима отопления при пониженной температуре. Втакой системе одни термостаты при балансировке будут открыты больше, другие- меньше. Утром, после команды от программного блока: "Повысить температуру до ...!», все термостаты полностью открываются. Тогда, через радиатор (контур) с наименее "зажатым" термостатом расход увеличится сильнее, чем у других (ведь у него сопротивление наименьшее). Значит какой-то радиатор положенного расхода не получит (срабатывает закон "опереливе"). Более того, увеличение расхода через "переполненный" радиатор, скажем, в два раза увеличит его теплоотдачу всего лишь на 7-12%. Это означает, что его клапан совсем не скоро прикроется до настроечного уровня. Все это время "недолитый" радиатор будет греть помещение плохо. Стакой неприятностью помогают справиться термостаты с так называемой "насыщенной" характеристикой по потоку (для двухтрубных систем), т.е. такие, у которых подъем клапана до полного открытия лишь немного повышает расход через него сверх номинального. Подобные термостаты выпускают фирмы HEIMEIER, TA и OVENTROP.

Далее. При теплой погоде (например, весной) все термостаты прикрываются еще больше, а некоторые вынуждены работать, будучи очень сильно прикрытыми. Риск засорения таких термостатов при нашем качестве воды очень велик. При этом изменения комнатной температуры на те же 0,5С вызывают большие изменения вливающегося потока. Они, в свою очередь, изменяют температуру в комнате больше, чем на 0,5С, и работа такого термостата становится нестабильной, т. е. температура в комнате начинает колебаться (какой уж тут комфорт).

Другая возможная неприятность- это шум (свист) в клапанах. Всякий излишек внешнего тепла, например, зимнее солнышко в окна, большое количество гостей и др., приводит к тому, что сильно прикрытые термостаты прикроются еще сильнее, почти полностью. Вот тут-то в них и может возникнуть свист (да еще и усилиться в радиаторах). Помимо этого в системах, где в контурах есть другие насосы с большей производительностью, чем у насоса котла, избыток расхода в каком-то контуре может привести к образованию «паразитной» точки смешивания воды из котла и обратной воды из контура. Эта точка будет действовать как «пробка» на пути передачи тепла от котла в систему и расходы на топливо будут неэффективны.

Неужели все эти напасти неизбежны? Нет, конечно. Все зависит от фактических гидравлических параметров системы. Но вероятность описанных проблем в частично или плохо сбалансированных системах велика. Так вот, чтобы сделать гарантированными потоки теплоносителя через приборы даже в самые сильные холода и не изнывать от жары весной, в систему, помимо термостатов, рекомендуется вводить балансировочные клапаны (вентили) и даже регуляторы расхода, давления и перепускные клапаны в разных сочетаниях, в зависимости от сложности системы. Вних гасится избыточный перепад давления, который вреден для работы термостатов, и тогда последние работают в наилучших для них условиях и с наибольшей эффективностью. Более того, обслуживание таких систем упрощается, т.к. исчезают причины для нарушения ее работы. Возникающие неполадки легко обнаруживаются и устраняются, не создавая длительных неудобств жильцам.

Разные системы требуют разной балансирующей арматуры. Вцелом точность регулирования расхода при балансировке должна быть не ниже 7%. Такую точность обеспечивают балансировочные клапаны фирм TA, OVENTROP и HERZ.

Балансировочные клапаны стоят в пределах $25-65, а регулятор давления или расхода- $120-140, в зависимости от размера и фирмы.

А нельзя ли обойтись без них? Всовременных городских домах с очень разветвленными отопительными системами- это практически невозможно, в коттеджах- да, можно. Но качество обеспечения комфорта значительно ухудшится. Чем сложнее система или чем больше в ней отклонений от проекта (хуже качество монтажа), тем выше необходимость установки в ней балансировочных устройств.

Балансировка однотрубных, двухтрубных попутных и систем горячего водоснабжения имеет свои особенности, о которых надо говорить отдельно.

Устройства для балансировки

Балансировочный клапан в разрезеБалансировочные клапаны представляют собой двухходовые клапаны с переменным проходным сечением и с дополнительными отводами до и после проходного отверстия. На этих отводах можно измерить перепад давления на клапане, а по нему определить расход воды. Для этого используют особые графики-номограммы, разного вида логарифмические линейки или электронные измерительные приборы.

Регуляторы давления являются пропорциональными регуляторами с плавной регулировкой давления от5 до50кПа. Их применяют в сложных системах и устанавливают на обратном трубопроводе. Они поддерживают заданное значение перепада давления на термостатах.

Регуляторы расхода автоматически ограничивают расход до установленного значения в общем диапазоне 40-1500л/ч, поддерживая перепад давления на клапане на уровне 10-15кПа.

Электронные измерительно-вычислительные приборы (ИВП) разные фирмы поставляют с приблизительно одинаковым набором базовых функций. Кроме измерения расходов и перепадов давления на регулирующих клапанах, они позволяют определять значения настройки для разных типов арматуры, а также выполнять расчеты параметров систем. Стоят они дорого, до $3500, но для фирм, специализирующихся на монтажно-наладочных работах и сервисном обслуживании, это вещь весьма полезная, т.к. сильно сокращает трудозатраты на проектирование, балансировку и последующее обслуживание систем. Так, 2человека за 2-3часа балансируют систему из 5-6стояковс 30-40радиаторами. Априбор можно арендовать у дилеров.

Методика балансировки

Общая схема системы отопления с применением балансировочных клапановВся система разбивается на отдельные части (модули), такие, чтобы расход в них можно было регулировать одним балансировочным клапаном, установленным на выходе каждого модуля. Таким модулем может быть отдельный радиатор (это самый лучший, но дорогой вариант), группа радиаторов комнаты, целая ветвь или стояк со всеми его ветвями (или даже целое здание при центральном отоплении). Что это дает? Во-первых, всякие изменения в работе элементов внутри модуля, например, отключение одного радиатора, практически не скажутся на работе других модулей. Во-вторых, всякие изменения расхода или давления снаружи модуля не изменяют пропорции расхода через его элементы. Выходит, что модули можно балансировать по отношению друг к другу. Далее. Каждый модуль может быть частью большего по размеру модуля (попринципу матрешки). Поэтому после балансировки радиаторов ветви, например, с помощью настройки термостатов, эту ветвь можно рассматривать как некий модуль со своим балансировочным клапаном, установленным на выходе данной ветви. Затем модули, состоящие из ветвей, балансируются относительно друг друга с использованием общего для них клапана, установленного на стояке. Каждый стояк со всеми его ветвями рассматривается как еще больший модуль. Итакие модули (из стояков) снова балансируются между собой с помощью своего балансировочного клапана, установленного на обратной главной магистрали. Практика показала, что лучшие результаты получаются, когда потеря давления на балансировочном клапане самого "зажатого" модуля составляет 3-4кПа.

Монтируют такие клапаны таким образом, чтобы прямой участок трубы до и после него был не короче пяти диаметров трубы, иначе завихрения потока существенно снижают точность регулирования.

Подготовительные работы. Суть этих работ заключается в тщательном планировании всего процесса. По проекту уточняют расчетные значения расхода по всем потребителям тепла, и если были куплены другие радиаторы, то обязательно корректируют значения расхода через них. Открывают все клапаны и краны. Проверяют правильность работы насосов. Систему тщательно промывают, заполняют деаэрированной водой и удаляют из нее воздух. Прогревают систему до расчетной температуры и еще раз удаляют воздух.

Компенсационный метод балансировки

Известны два метода балансировки с помощью балансировочных клапанов: пропорциональный и компенсационный. Последний разработан на базе первого и применяется чаще, т.к. cего помощью систему можно балансировать и сдавать в эксплуатацию частями, без повторной балансировки этих частей по окончании монтажа всей системы. При проведении работ зимой- это очень существенное достоинство. Для двухтрубных систем с радиаторами, оснащенными только термостатами, балансировка с использованием прибора ИВП проводится следующим образом. Для пояснения нам придется обратиться к схеме размещения стояков, ветвей и радиаторов воображаемой системы отопления.

Выбираем самый "холодный" или удаленный стояк, например, стояк2S, а на нем- самую удаленную ветвь. Пусть это будет ветвь второго этажа. Назовем ее "справочной". Выставляем на головках термостатов расчетные настроечные значения (попроекту). Определяем с помощью прибора (номожно и по номограмме) показание шкалы настройки клапана 2-2В, при котором расход через этот клапан будет равен общему расходу через ветвь2, а перепад давления на клапане будет равен 3кПа. Настраиваем клапан 2-2В на это значение шкалы. Подключаем прибор ИВП к клапану 2-2В. Затем, регулируя клапан стояка 2S, добиваемся на клапане 2-2В значения р=3кПа. Значит, через «справочную» ветвь теперь проходит расчетный поток воды.

Потом аналогично регулируем радиаторы ветви 1, только ее балансировочный клапан 2-1В "крутим" по подсказкам прибора ИВП до тех пор, пока подключенный к нему прибор не покажет расчетный расход для этой ветви. Проверяем значение р на клапане 2-2В "справочной" ветви. Если оно изменилось, то клапаном 2S доводим его до значения р=3кПа. Затем то же самое проделываем на других ветвях, по очереди, каждый раз корректируя величину р на клапане 2-2В "справочной" ветви до значения р=3кПа. Закончив балансировать один стояк, переходим к другому и все проделываем аналогично, рассматривая стояк2 как "справочный". На его клапане 2S устанавливаем расчетное значение расхода и потом, когда регулируем другие стояки, постоянно поддерживаем его для этого стояка с помощью общего клапана 1К на обратной магистрали. После балансировки всех стояков значение р, измеренное на последнем клапане 1К, покажет излишнее давление, развиваемое насосом. Сократив этот излишек (регулировкой или сменой насоса), мы уменьшим расход тепла на обогрев улицы. Видите, как все просто и формализовано до предела. Следуй указаниям- и качество системы обеспечено.

Всвоем фоторепортаже мы кратко рассказали о балансировке двухтрубной системы с двумя стояками, оснащенными балансировочными клапанами фирмы OVENTROP.

Редакция благодарит фирму OVENTROP за помощь в организации фотосъемок и фирму TAHydronics за предоставленные материалы.