Як вже неодноразово згадувалося, головним недоліком системи опалення з природною циркуляцією теплоносія є низький циркуляційний напір (особливо в квартирній системі) і внаслідок цього збільшений діаметр труб. Достатньо злегка помилитися з вибором діаметрів труб і теплоносій вже «затиснутий» і не може подолати гідравлічного опору. «Розтиснути» систему можна без будь-яких значних переробок: включити в неї циркуляційний насос (рис. 12) і перенести розширювальний бачок з подачі на обратку. Слід зауважити, що перенесення розширювача на обратку не завжди обов'язковий. При простій переробці нескладної опалювальної системи, наприклад, квартирної, бачок можна залишити там, де він стояв. При правильній реконструкції або пристрої нової системи бачок переноситься на обратку і замінюється з відкритого на закритий.

Рис. 12. Циркуляційний насос

Якої потужності повинен бути циркуляційний насос, як і куди його встановлювати?

Циркуляційні насоси для побутових систем опалення мають низьке споживання електроенергії - близько 60-100 ват, тобто як звичайна лампочка, вони не піднімають воду, а лише допомагають їй подолати місцеві опори в трубах. Ці насоси можна порівняти з рушієм (гвинтом) корабля: гвинт штовхає воду і забезпечує просування судна, але при цьому води в океані не зменшене і не додається, тобто загальний баланс води залишається колишнім. Циркуляційний насос, закріплений до трубопроводу, штовхає воду, але скільки б він її не виштовхнув, з іншого боку до нього надходить така ж кількість води, то є побоювання, що насос виштовхне теплоносій через відкритий розширювач марні: система опалення, це замкнутий контур і кількість води в ній постійне. Крім циркуляційних в централізовані системи можуть бути включені підвищувальні насоси, які підвищують тиск і здатні піднімати воду, їх власне і потрібно називати насосами, а циркуляційні, в перекладі загальнозрозумілою мовою, і насосами-то назвати важко - так ... вентилятори. Скільки б не ганяв звичайний побутовий вентилятор повітря по квартирі, все на що він здатний, це створити вітерець (циркуляцію повітря), але не здатний змінити атмосферний тиск навіть у наглухо закритому приміщенні.

В результаті застосування циркуляційного насоса значно збільшується радіус дії опалювальної системи, скорочуються діаметри трубопроводів і створюється можливість приєднання систем до казанів з підвищеними параметрами теплоносія. Щоб забезпечити безшумну роботу водяної системи опалення з насосною циркуляцією, швидкість руху теплоносія не повинна перевищувати: в трубопроводах, що прокладаються в основних приміщеннях житлових будинків, при умовних проходах труб 10, 15 і 20 мм і більше відповідно 1,5; 1,2 і 1 м / с; в трубопроводах, що прокладаються в допоміжних приміщеннях житлових будинків - 1,5 м / с; в трубопроводах, що прокладаються в допоміжних будівлях - 2 м / с.

Для забезпечення безшумності системи і доставки нею необхідного обсягу теплоносія необхідно зробити невеликий розрахунок. Ми вже знаємо, як орієнтовно визначити необхідну потужність котла (в кіловатах), виходячи з площі опалювальних приміщень. Оптимальна витрата води, що проходить через котел, рекомендований багатьма фірмами-виробниками котельного обладнання, розраховується за простою емпіричною формулою: Q = P, де Q - витрата теплоносія через котел, л / хв; Р - потужність котла, кВт. Наприклад, для котла потужністю 30 кВт витрата води становить приблизно 30 л / хв. Для визначення витрати теплоносія на будь-якій ділянці циркуляційного кільця використовуємо цю ж формулу, знаючи потужність встановлюваних на цій ділянці радіаторів, наприклад, виробляємо розрахунок витрат води для радіаторів, встановлених в одній кімнаті. Припустимо, що потужність радіаторів становить 6 кВт, значить і витрата теплоносія приблизно складе 6 л / хв.

По витраті води визначаємо діаметри трубопроводів (табл. 1). Ці величини відповідають прийнятим на практиці відповідностям діаметрів труб з витратою протікає по ним теплоносія зі швидкістю не більше 1,5 метрів в секунду.

Таблиця 1

Відповідність діаметрів трубопроводів з витратою теплоносія Витрата, л / хв 5,7 15 30 53 83 170 320 Діаметр, дюйми 1/2 3/4 1 1¼ 1½ 2 2½

Далі визначаємо потужність циркуляційного насоса. На кожні 10 метрів довжини циркуляційного кільця потрібно 0,6 метра напору насоса. Наприклад, якщо загальна довжина трубопровідного кільця 90 метрів, натиск насоса повинен бути 5,4 метра. Йдемо в магазин (або підбираємо за каталогом) і набуваємо насос з влаштовує нас напором. Якщо застосовуються труби менших діаметрів, ніж рекомендовані в попередньому абзаці, потужність насоса повинна бути збільшена, тому що чим тонше труби, тим більше в них гідравлічний опір. І відповідно, при застосуванні труб великих діаметрів потужність насоса може бути зменшена.

Для того щоб забезпечити в системах опалення постійну циркуляцію води, бажано встановлювати не менше двох циркуляційних насосів, один з яких - робочий, інший (на байпасе) - резервний. Або на систему встановлюється один насос, а інший лежить в затишному місці, на випадок швидкої заміни при поломці першого.

Необхідно відзначити, що наведений тут розрахунок системи опалення вкрай примітивний і не враховує багатьох чинників і особливостей індивідуальної системи опалення. Якщо ви будуєте котедж зі складною архітектурою системи опалення, то необхідно проводити точні розрахунки. Це можуть зробити тільки інженери-теплотехніки. Будувати багатомільйонне спорудження без виконавчої документації - проекту, що враховує всі особливості побудови, вкрай не розумно.

Циркуляційний насос в опалювальній системі заповнений водою і відчуває рівне (якщо вода не нагрівається) гідростатичний тиск з двох сторін - з боку вхідного (всмоктувального) і вихідного (нагнітального) патрубків, з'єднаних з теплопроводами. Сучасні циркуляційні насоси, зроблені з водяною мастилом підшипників, можна розміщувати як на що подає, так і на зворотному трубопроводі, але найчастіше їх ставлять на обратке. Спочатку це було обумовлено чисто технічною причиною: при розміщенні в більш холодній воді збільшувався термін служби підшипників, ротора і сальникової набивки, через яку проходить вал насоса. А зараз їх ставлять на обратку швидше за звичкою, так як з точки зору створення штучної циркуляції води в замкнутому контурі розташування циркуляційного насоса байдуже. Хоча розміщення їх на трубопроводі, що подає, де зазвичай менше гідростатичний тиск, більш раціонально. Наприклад, розширювальний бачок встановлений у вашій системі на висоті 10 м від котла, значить, він створює статичний тиск 10 м водяного стовпа, але це твердження вірне лише для нижнього трубопроводу, в верхньому тиск буде менше, так як стовп води тут буде меншою величини. Де б ми не розташували насос, він буде з двох сторін піддаватися однаковому тиску, навіть якщо його поставити на вертикальному головному подає або зворотному стояку, різниця тисків між двома патрубками насоса буде невелика, так як насоси мають невеликі розміри.

Однак все не так просто. Насос, що діє в замкнутому контурі системи опалення, посилює циркуляцію, нагнітаючи воду в теплопровід з одного боку і засмоктуючи з іншого. Рівень води в розширювальному баку при пуску циркуляційного насоса не зміниться, так як рівномірно працює насос лише забезпечує циркуляцію при незмінній кількості води. Оскільки за цих умов (рівномірності дії насоса і сталості обсягу води в системі) рівень води в розширювальному баку зберігається незмінним, байдуже, чи працює насос чи ні, гідростатичний тиск в точці приєднання розширювача до труб системи буде постійним. Цю точку називають нейтральною, так як циркуляційний тиск, що розвивається насосом, ніяк не впливає на статичний тиск, що створюється розширювальним бачком. Іншими словами, тиск циркуляційного насоса в цій точці дорівнює нулю.

У будь-якої закритої гідравлічній системі циркуляційний насос використовує розширювальний бак як точку відліку, в якій тиск, що розвивається насосом, змінює свій знак: до цієї точки насос, створюючи компресію, воду нагнітає, після неї він, викликаючи розрідження, воду всмоктує. Все теплопроводи системи від насоса до точки постійного тиску (вважаючи по напрямку руху води) будуть ставитися до зони нагнітання насоса. Все теплопроводи після цієї точки - до зони всмоктування. Іншими словами, якщо циркуляційний насос врізати в трубопровід відразу після точки приєднання розширювального бачка, то він буде відсмоктувати воду з бачка і нагнітати її в систему, якщо насос встановити перед точкою приєднання бачка, то насос буде відкачувати воду із системи і нагнітати її в бачок.

Ну і що, яка нам різниця відкачує насос воду з бачка або нагнітає в нього, аби він крутив її по системі. А різниця є і суттєва: у роботу системи втручається статичний тиск, що створюється розширювальним бачком. У трубопроводах, розташованих в зоні нагнітання насоса, слід рахуватися з підвищенням гідростатичного тиску в порівнянні з тиском води в стані спокою. Навпаки, в трубопроводах розташованих в зоні всмоктування насоса, необхідно враховувати зниження тиску, при цьому можливий випадок, коли гідростатичний тиск не тільки знизиться до атмосферного, але навіть може виникнути розрідження. Тобто, в результаті різниці тисків в системі з'являється небезпека всмоктування або вивільнення повітря або закипання теплоносія.

Щоб уникнути порушення циркуляції води через її закипання або подсасиванія повітря при конструюванні і гідравлічному розрахунку систем водяного опалення необхідно дотримуватися правило: в зоні всмоктування в будь-якій точці трубопроводів системи опалення гідростатичний тиск при дії насоса повинно залишатися надмірною. Можливі чотири способи виконання цього правила (рис. 13).

Рис. 13. Принципові схеми систем опалення з насосною циркуляцією і відкритим розширювальним бачком

1. Підйом розширювального бака на достатню висоту (зазвичай не менше 80 см). Це досить простий спосіб при реконструкції систем з природною циркуляцією в циркуляцію насосну, але вимагає значного по висоті горищного приміщення і ретельного утеплення розширювального бачка.
2. Переміщення розширювального бака до найбільш небезпечною верхній точці з метою включення верхньої магістралі в зону нагнітання. Тут необхідно зробити пояснення. У нових опалювальних системах подають трубопроводи з насосною циркуляцією робляться з ухилами немає від котла, а до котла, для того щоб повітряні бульбашки рухалися попутно з водою, так як спонукальна сила циркуляційного насоса не дасть їм виплисти «проти течії», як це було в системах з природною циркуляцією. Тому верхня точка системи виходить не на головному стояку, а на найбільш віддаленому. Для реконструкції старої системи з природною циркуляцією в насосну цей спосіб досить трудомісткий, так як вимагає переробки трубопроводів, а для створення нової системи - не виправданий, оскільки можливі інші, більш вдалі варіанти.
3. Приєднання труби розширювального бака поблизу всмоктувального патрубка циркуляційного насоса. Іншими словами, якщо реконструюємо стару систему з природною циркуляцією, то просто відрізаємо бачок від прямого трубопроводу та перестиковиваем його на обратку позаду циркуляційного насоса і тим самим створюємо для насоса найбільш сприятливі умови.
4. Відходимо від звичної схеми розміщення насоса на обратке і включаємо його в прямого трубопроводу відразу після точки приєднання розширювального бачка. При реконструкції системи з природною циркуляцією це найпростіший спосіб: просто врізати насос в трубу подачі, нічого більше не переробляючи. Однак до вибору насоса потрібно поставитися дуже уважно, все-таки ми розміщуємо його в несприятливі умови високих температур. Насос повинен буде довго і надійно служити, а це можуть гарантувати тільки солідні фірми-виробники.

Сучасний ринок сантехнічної і опалювальної арматури дозволяє замінити розширювальні бачки відкритого типу на закриті. У закритому бачку не відбувається зіткнення рідини системи з повітрям: теплоносій не випаровується і не збагачується киснем. Це знижує втрати тепла і води, зменшує внутрішню корозію опалювальних приладів. З закритого бачка рідина ніколи не виллється назовні.

Розширювальний бачок закритого типу ( «Експанзомати») - капсула кулястої або овальної форми, розділена усередині герметичною мембраною на дві частини: повітряну і рідинну. В повітряну частину корпусу під певним тиском закачується азотовмісний суміш. До заповнення опалювальної системи водою тиск газової суміші всередині бака щільно притискає діафрагму до водяної частини бака. Нагрівання води призводить до створення робочого тиску і збільшення обсягу теплоносія - мембрана вигинається в бік газової частини бака. При максимальному робочому тиску і максимальному збільшенні обсягу води відбувається заповнення водяній частині бака і максимальне стиснення газової суміші. Якщо тиск продовжує підвищуватися і продовжує зростати обсяг теплоносія, то спрацьовує запобіжний клапан скидає воду (рис. 14).

Рис. 14. Розширювальний бачок мембранного типу

Обсяг бака підбирають таким, щоб його корисний об'єм був не менше обсягу температурного розширення теплоносія, а початковий тиск повітря в газовій частині бачка роблять рівним статичному тиску стовпа теплоносія в системі. Такий підбір тиску газової суміші дозволяє тримати мембрану в рівноважному (не в натягнутому) положенні при заповненій, але не включеній системі опалення.

Бачок закритого типу можна поставити в будь-якій точці системи, але, як правило, його встановлюють поряд з котлом, так як температура рідини в місці установки розширювального бака повинна бути по можливості мінімальною. А ми вже знаємо, що циркуляційний насос найкраще встановлювати відразу за розширювачем, де для нього (та й для системи опалення в цілому) створюються найбільш сприятливі умови (рис. 15).

Рис. 15. Принципові схеми систем опалення з насосною циркуляцією і розширювальним бачком закритого типу

Однак при такій схемі системи опалення ми стикаємося з двома проблемами: видаленням повітря і підвищеним тиском на котлі.

Якщо в системах з відкритими розширювальними бачками повітря віддалявся через розширювач противотоком (в системах з природною циркуляцією) або попутно (в системах з насосною циркуляцією), то з закритими бачками такого не відбувається. Система повністю замкнута і повітрю просто ніде вирватися назовні. Для видалення повітряних пробок у верхній точці трубопроводу встановлюються автоматичні спускніка повітря - прилади, забезпечені поплавками і запірними клапанами. У міру збільшення тиску клапан спрацьовує і підбурює повітря в атмосферу. Або на кожен радіатор опалення встановлюються крани Маєвського. Ця деталь, встановлена ​​на опалювальні прилади, дозволяє спускати повітряну пробку безпосередньо з радіаторів. Кран Маєвського входить в комплект деяких моделей радіаторів, але частіше пропонується окремо.

Рис. 16. Автоматичний повітровідвідник

Принцип дії клапанів (рис. 16) полягає в тому, що при відсутності повітря поплавець всередині приладу тримає випускний клапан закритим. Коли повітря збирається в камері поплавця, рівень води всередині повітрявідводчика знижується. Поплавок опускається і відкривається випускний клапан, через який повітря виводиться в атмосферу. Після виходу повітря рівень води в відводом повітря підвищується і поплавок спливає, що призводить до закриття випускного клапана. Процес триває до тих пір, поки повітря знов не збереться в камері поплавця і не знизить рівень води, опускаючи поплавок. Автоматичні воздухоотводчики виготовляються різних конструкцій, форм і розмірів і можуть встановлюватися як на магістральному трубопроводі, так і безпосередньо (Г-подібної форми) на радіаторах.

Кран Маєвського, на відміну від автоматичного повітрявідводчика, це взагалі-то звичайна пробка з Воздухоотводная каналом і укрученим в нього конусним гвинтом: вивертання гвинта звільняється канал і повітря виходить назовні. Загортання гвинта закриває канал. Також бувають воздухоотводчики, в яких замість конусного гвинта використовується металева кулька, який перекриває канал скидання повітря.

Замість автоматичних клапанів и кранів Маєвського в систему опалення можна Включити сепаратор Повітря. Цей прилад Заснований на застосуванні закону Генрі. Повітря, присутній в системах опалення, находится частково в розчіненому виде, а частково у виде мікропухірців. Коли вода проходить (разом з повітрям) через систему вона потрапляє в області різних температур і тисків. Відповідно до закону Генрі в одних областях повітря буде виділятися з води, а в інших розчинятися в ній. В котлі теплоносій нагрівається до високої температури, тому саме в ньому з містить повітря води буде вивільнятися найбільшу кількість повітря у вигляді найдрібніших бульбашок. Якщо їх негайно НЕ відвести, то вони розчиняться в інших місцях системи, де температура менше. Якщо видалити мікропухирці відразу за котлом, то на виході сепаратора отримаємо обезвоздушенную воду, яка буде поглинати повітря в різних місцях системи. Цей ефект використовується для поглинання повітря в системі і виведення його в атмосферу за допомогою комбінації котла і сепаратора повітря. Процес триває постійно до повного виведення повітря з системи.

Рис. 17. Сепаратор повітря

Робота сепаратора повітря (рис. 17) заснована на принципі злиття мікропухирців. Практично це означає, що маленькі бульбашки повітря прилипають до поверхні спеціальних кілець і збираються разом, утворюючи великі бульбашки, які можуть відокремитися і спливти в повітряну камеру сепаратора. Коли потік рідини проходить через кільця, він розходиться в безлічі різних напрямків, а конструкція кілець така, що вся рідина, що проходить через них, вступає в контакт з їх поверхнею, уможливлюючи прилипання мікропухирців і їх злиття.

Рис. 18. Принципові схеми систем опалення з насосною циркуляцією, розширювальним бачком закритого типу і сепаратором повітря

Тепер трохи відвернемося від повітря і повернемося назад до циркуляційного насосу. У системах опалення з протяжними трубопроводами і, як наслідок, з великими гідравлічними втратами, нерідко потрібні досить потужні циркуляційні насоси, що створюють тиск на нагнітає патрубку більше того, на яке розрахований опалювальний котел. Іншими словами при розміщенні насоса на обратке безпосередньо перед котлом можуть потекти з'єднання в теплообміннику котла. Для того щоб цього не сталося, потужні циркуляційні насоси встановлюють не перед котлом, а за ним - на трубопроводі, що подає. І тут же встає питання: де розміщувати сепаратор повітря, за насосом або перед ним? Провідні виробники опалювальних систем вирішили це питання і пропонують встановлювати сепаратор перед насосом (рис. 18), для запобігання його від ушкоджень бульбашками повітря.

А тепер розглянемо системи опалення з насосною циркуляцією більш докладно.