Почему выкидывает воду из расширительного бачка отопления

Основное отличие открытых или гравитационных систем (ОС) от закрытых состоит в том, что в ОС теплоноситель сообщается с окружающим воздухом в открытом расширительном баке.

Теплоноситель находится в системе под атмосферным давлением, избыточное давление отсутствует.

Описание системы отопления открытого типа: что это такое

Отопительный контур ОС состоит из котла, расположенного в самой нижней точке здания – подвале или приямке.

От котла отходит вертикальный стояк подачи теплоносителя в верхнюю точку здания (чердак или мансарду), где расположен расширительный бак (РБ).

От РБ по верху здания отходят горизонтальные трубы с небольшим уклоном к вертикальным стоякам, по которым теплоноситель доставляется к радиаторам.

От приборов отопления по низу помещения отходит магистраль обратки также с небольшим уклоном в сторону котла.

Принцип работы

Схематично отопительный контур ОС можно представить в виде длинного вертикального кольца. Одна сторона кольца – с горячей водой (стояк подачи от котла к РБ), другая сторона – с холодной (стояк с обраткой от радиаторов). Плотность горячего теплоносителя меньше, чем холодного – от нагревания вода расширяется.

Следовательно, вес воды и давление водяного столба в холодной части контура будет выше, чем вес воды и давление столба в горячей ветке.

По закону сообщающихся сосудов жидкость будет стремиться к уравновешиванию давлений – к переходу из холодной ветки в горячую.

Так как контур — это такое замкнутое кольцо, происходит циркуляция или самотёк теплоносителя.

В ОС из физического принципа циркуляции следуют три конструктивные особенности системы:

• Стояк подачи максимально утепляется по всей высоте.
• Котёл находится как можно ниже последнего радиатора.
• В контуре имеется ёмкость для выхода избыточного объёма нагретого теплоносителя – расширительный бак (для обеспечения пониженной плотности и низкого давления водяного столба в нагретой ветке).

С естественной циркуляцией

Теплоноситель при естественной циркуляции движется под действием циркуляционного напора Pн (в мм. водного столба):

Pн=H x (pхол — pгор).

• Н – перепад высот между котлом и последним радиатором, м;
• pхол — плотность воды в холодном стояке обратки, кг/м³;
• pгор — плотность воды в горячем стояке подачи, кг/м³.

Во время циркуляции по контуру теплоноситель тратит часть давления на преодоление гидравлического сопротивления труб, радиаторов, запорной арматуры. Поэтому при проектировании ОС выбирают материалы с низким гидравлическим сопротивлением, чтобы они в сумме не превышали расчётный напор Pн(не запирали систему).

Важно! В теплоносителе ОС присутствует воздух, который подмешивается в расширительном бачке. Для удаления воздуха трубы делают с наклоном не менее 3–5 мм на п. м. трубы.

С циркуляцией от насоса

Для увеличения естественного напора в контур ОС включают циркуляционный насос.

Существует два места врезки насоса в существующую ОС:

1. На трубе обратки перед котлом. Расширительный бачок при этом переподключают к трубе обратки перед насосом (в зоне всасывания).
2. На верхней подающей трубе сразу после точки подключения расширительного бачка.

Справка! Место врезки насоса оборудуют байпасом с лепестковым обратным клапаном.

Однотрубная

Однотрубная система с естественной циркуляцией делается только с верхней раздачей теплоносителя.

Все радиаторы в стояке однотрубной ОС соединяются последовательно – выход одной батареи подключается ко входу другой.

• Малое количество труб.
• Простота монтажа.

• Несбалансированность системы – верхние батареи горячие, нижние – холодные. Для выравнивания температурного режима нижние радиаторы устанавливают с большим количеством секций.
• Невозможность проведения терморегуляции из-за высокого сопротивления регулирующих кранов.

Двухтрубная

Двухтрубная система характеризуется тем, что к каждому радиатору подходят две трубы: одна доставляет горячий теплоноситель от стояка подачи, другая отводит охлаждённую воду в стояк обратки.

Плюсы двухтрубной системы:

• Сбалансированность всех батарей по температуре.
• Радиатор можно заменить без отключения котла.

• Увеличенный расход труб.
• Трудоёмкость монтажа.

С верхней подачей

Горячая вода подаётся от котла вверх по вертикальному стояку на чердак или под крышу, откуда разводится по лежакам к вертикальным радиаторным веткам (как однотрубным, так и двухтрубным). Пройдя радиаторы, охлаждённый теплоноситель собирается в обратку и поступает в котёл.

С нижней подачей

При нижней подаче нагретый теплоноситель поступает в радиаторные ветки снизу вверх. Трубопроводы подачи и обратки прокладываются рядом друг с другом на уровне пола.

Внимание! Такая система не загромождает помещение обилием труб, но требует установки кранов Маевского на каждый радиатор для выпуска воздуха.

• Простота монтажа.
• Долговечность.
• Для циркуляции не требуется электроэнергия.
• Система саморегулирующаяся – скорость теплоносителя зависит от температуры в комнатах.

• Подходит не для всех помещений – нужен чердак, где ставится расширительный бак и прокладываются горизонтальные трубы.
• Требует как можно более низкого расположения котла – в приямке или подвале.
• Медленный нагрев при запуске.
• Непрезентабельный внешний вид (железные трубы большого диаметра, чугунные радиаторы).
• Малый радиус действия – не более 30 метров от котла.
• Невозможность использования антифриза из-за ядовитости испаряемых паров.

Монтаж открытой системы отопления: фото

Перед монтажом необходимо выполнить расчёт радиаторов, гидравлический расчёт циркуляционного напора, разработать монтажную схему, составить перечень материалов и комплектующих.

Фото 1. Отопительный газовый котел стального цвета напольного типа, установленный в помещении со всем оборудованием.

ОС состоит из следующих элементов:

• Отопительный котёл – газовый или твердотопливный.
• Трубы.
• Расширительный бак.
• Радиаторы.
• Арматура (краны, обвязка котла, клапаны).
• Циркуляционный насос (опционально).

Фото 2. Циркуляционный насос, врезанный в трубы, повышает эффективность работы всей отопительной системы.

• Уклон труб горизонтальных лежаков подачи и обратки — не менее 3–5 ммна погонный метр.
• Используют трубы диаметром не менее 30 мм.
• Объем расширительного бака 15% от общего объёма теплоносителя.

Фото 3. Расширительный бачок, выполненный из металла, монтированный под потолком чердачного помещения частного дома.

Схема

На схеме, выполненной в удобном масштабе на листе миллиметровой бумаги, должны быть указаны:

• Габариты помещений, где проходят трубы ОС.
• Схема расположения труб.
• Места размещения радиаторов, котла (с обеспечением необходимого перепада высоты между котлом и радиаторами), расширительного бачка, трубной арматуры.
• Размеры заготовок труб.
• Элементы крепежа труб к элементам здания.

1. Подготовить комплект необходимого инструмента (в зависимости от выбранного материала труб).
2. Выполнить монтаж котла и котельного оборудования согласно руководству по эксплуатации котла.
3. Изготовить расширительный бак, установить его на чердаке.
4. Выполнить монтаж вертикального стояка.
5. Установить радиаторы в комнатах.
6. Произвести окончательный монтаж труб, соединяющих все элементы системы.
7. Выполнить теплоизоляцию расширительного бака.
8. Заполнить систему.
9. Проверить систему на герметичность.
10. Произвести пробный запуск.

Расширительный бачок для ОС

В качестве расширительного бака (РБ) может служить любая открытая самодельная металлическая ёмкость или фляга с требуемым объёмом не менее 15% от общего объёма теплоносителя в системе.

РБ выполняет следующие функции:

• Служит буферной ёмкостью для размещения излишков теплоносителя, которые возникают из-за расширения жидкости при нагреве в котле.
• Обеспечивает атмосферное давление в системе.
• Является элементом, через который систему покидают пузырьки воздуха. Всплытие пузырьков воздуха обеспечивается уклоном труб.

Рекомендации по монтажу:

• Монтаж вертикального стояка от котла следует выполнять из стальной трубы диаметром 40–50 мм.
• Размер остальных труб – чем больше, тем лучше (меньше гидравлическое сопротивление).
• Лучше всего использовать чугунные радиаторы.
• Стараться минимизировать количество поворотов труб и запорно-регулирующей арматуры.
• Применять только полнопроходные шаровые краны.

Особенности установки в частном доме

Перед работой следует убедиться в том, что конструкция дома отвечает требованиям самотечной системы:

• Небольшая площадь (не более 150 м²).
• Наличие чердака.
• Возможность низкой установки котла по отношению к последнему радиатору.

Что делать, если в баке быстро закипает вода?

Если обнаружено, что вода закипает быстро, нужно как можно быстрее выполнить весь комплекс действий по аварийной остановке котла (перечисленных в инструкции по эксплуатации), чтобы избежать разрушения оборудования.

Затем надо разобраться с причинами.

Если вода закипела при первом запуске котла, то необходимо проверить гидравлический расчёт и правильность выбора и монтажа всех элементов.

Если вода закипает спустя какое-то время после нормальной работы, то нужно проверить следующие параметры:

• уровень теплоносителя в системе (необходимость подпитки);
• работоспособность котла;
• нормальную работу обратного клапана (при наличии насоса с байпасом);
• нормальную работу расширительного бака.

Полезное видео

В видео представлено, как работает обычная однотрубная отопительная система с естественной циркуляцией.

Дёшево, надёжно и практично

ОС проста в эксплуатации и дешева в монтаже.

Для осуществления циркуляции в самотечной системе нужно знать принцип её действия и иметь точный гидравлический расчёт всех элементов, для чего рекомендуется обратиться к специалистам.

Система отопления имеет достаточно сложную структуру и перед сборкой всех элементов в единую сеть, её нужно подробно рассчитывать. В подавляющем большинстве случаев закипание теплосистемы связано с неправильно проведёнными расчётами. Также нередко встречаются ситуации, когда при выборе мощности котла, агрегат специально приобретается с большим запасом производительности, что ведёт к перегреву теплоносителя.

Слишком мощный котёл

Избыточная производительность твердотопливного теплогенератора — наиболее распространённая причина, вызывающая закипание воды в системе отопления. Для определения оптимальной мощности котла существует усреднённый показатель, который указывает достаточное количество кВт для прогрева 10 м² площади жилого дома. Это значение составляет 1 кВт на 10 квадратных метров дома с обычным утеплением.

Если взять для примера дом 100 м², то с его обогревом будет справляться котёл мощностью 10 кВт. Учитывая возможные ошибки, допущенные в процессе утепления постройки, уместно будет разместить агрегат с небольшим запасом до 11-12 кВт. Приобретая более производительный теплогенератор следует знать, что в процессе его эксплуатации неизбежно возникнет необходимость искусственно понижать мощность устройства.

Использование котла на неполную мощность, как правило, практикуется в частных домах, где теплогенератор подобран с излишней производительностью. Важно понимать, что постоянная работа котла в режиме ограниченной мощности очень негативно сказывается на показателях теплоотдачи от топлива. Его сгорание в топке происходит не полностью и часть энергии теряется из-за низкой эффективности сжигания горючего материала.

Кроме того, дымовые газы при таком режиме эксплуатации котла содержат много сажи и смолы. Данные вещества оседают на стенках топочного отделения и внутри дымохода, постепенно образуя всё более толстый слой. Со временем накопленный осадок начинает сужать просвет канала для выхода дыма, что также становится причиной падения КПД теплогенератора.

Исходя из вышесказанного, следует вывод, что котёл лучше использовать только на максимальной мощности. Предотвращать закипание теплоносителя в системе нужно не регулировкой интенсивности горения топлива, а установкой дополнительной буферной ёмкости с водой. В качестве такой ёмкости используется специальный тепловой аккумулятор (ТА). Его объём определяется индивидуально, в зависимости от параметров конкретной теплосистемы, но обычно ёмкость теплоаккумулятора находится в пределах от 1000 до 2000 литров.

Правильно рассчитанный резервуар способен принять на себя все излишки тепла, которые производит котёл. После включения в систему теплового аккумулятора, проблема с закипанием воды решится раз и навсегда. Какой бы мощный теплогенератор не был установлен, для него всегда можно подобрать соответствующую по объёму буферную ёмкость, которая позволит исключить любые случаи перегрева теплоносителя.

Тепловой аккумулятор выгоден ещё и потому, что он не только защищает отопление от перегрева, но и обладает способностью запасать энергию. За время активной работы теплогенератора вода в резервуаре хорошо прогревается. И после полного сгорания топлива в котле, жидкость начинает отдавать запасы тепла в систему, постепенно остывая на протяжении нескольких часов. Тем самым устройство гарантирует поддержание комфортной температуры в помещениях ещё очень долго после полной остановки теплогенератора.

Неисправность циркуляционного насоса

Существуют два типа систем отопления — с естественной и принудительной циркуляцией теплоносителя. Отопление с естественной циркуляцией (ЕЦ) работает за счёт правильной установки всех элементов с учётом гидравлических и гравитационных сил. Вода приходит в движение в результате расширения при нагреве и уменьшения в объёме в процессе остывания. Кроме того, расположение каждого из элементов и изготовление правильного уклона труб включает в работу также силу притяжения.

Теплосистемы, где вода движется в результате давления создаваемого насосом, называют системами с принудительной циркуляцией (ПЦ). Циркуляционный насос предназначен для формирования потока достаточной силы, чтобы он обеспечил своевременную смену горячей воды в котле на охлаждённую. Когда устройство по каким-то причинам снижает интенсивность работы или отключается, теплоноситель слишком долго находится в котле и начинает закипать.

Иногда у неправильно спроектированных систем отопления наблюдается явление так называемого «холодного кипения». Под этим понятием подразумевается образование пузырьков воздуха в жидкости в небольших областях гидравлического контура, где присутствует значительные перепады давления. Резкое уменьшение давления в воде становится причиной выделения из неё воздуха и называется «кавитация».

Чаще всего к появлению данного феномена приводит сбой в работе циркуляционного насоса, так как именно он создаёт участки с разным давление в однородном потоке жидкости. Кавитация также является одной из причин закипания воды в теплосистеме, поэтому её обязательно нужно устранить, выполнив регулировку насоса. Давление, которое он создаёт не должно быть как слишком высоким, так и чрезмерно низким.

Ошибки в процессе монтажа теплосистемы

Большое значение имеет соблюдение технологии монтажа каждого отдельного элемента схемы отопления. Если проигнорировать рекомендации специалистов по процессу установки котла, насоса, расширительного бака или даже одного единственного радиатора, то возникает вероятность попадания воздуха в водяной контур.

В теплоносителе, в котором присутствует определённое количество воздушных пузырьков, рано или поздно образуются воздушные пробки. Проверьте температуру всех радиаторов, труб, полотенцесушителей и других отрезков системы, активно отдающих тепло. Если какой-то участок холодный, то в нём образовался затор в результате скопления воздуха в каких-то ключевых местах.

С точки зрения целостности системы, такое положение вещей означает полное отключение какого-то участка сети. В итоге, оставшиеся радиаторы не справляются с охлаждением теплоносителя до нужной температуры. Вода с каждым циклом возвращается в котёл всё более нагретой и по истечении определённого промежутка времени достигает температуры кипения.

Независимо от типа сети, будь то принудительная или естественная циркуляция, установка труб с неверно рассчитанным диаметром также иногда приводит к закипанию воды. Достаточно подключить один из радиаторов на слишком узкие трубы, чтобы замедлить движение жидкости во всей сети. А это, как уже было сказано ранее, продлевает период прохождения теплоносителя по котлу и становится причиной его закипания.

Ещё одно условие, игнорирование которого опасно для теплового баланса теплосистемы — недостаточная высота установки расширительного бака. Расширительный бак (РБ) выполняет функцию поддержания стабильного давления в трубах. Жидкость при нагреве расширяется, а в процессе остывания уменьшается в объёме. А расширительный бак принимает образовавшиеся излишки воды в перегретой системе и компенсирует недостаток в охлажденной.

Бак должен содержать количество жидкости, равное не менее 5% от всего объёма теплоносителя в системе. А высота расположения над полом должна составлять как минимум 2,7 метра, если речь идёт про одноэтажный дом. Для такой постройки, как правило, хватает резервуара объёмом 8 литров, но лучше размещать бак большей ёмкости — от 12 до 15 л.

Как решить проблему закипания?

В целом, после подробного изучения причин перегрева воды в системе отопления, ответ на вопрос «Что делать?» находится сам собой. Подробное исследование конкретной теплосети даёт возможность точно сказать, какой элемент является слабым звеном и что с ним можно сделать. Если обобщить все описанные варианты решения данной проблемы, то получится следующий список:

• Слишком большая мощность котла
• Неисправность циркуляционного насоса
• Воздушные пробки
• «Узкие» места в контуре, задерживающие ток воды (трубы, соединения, краны и пр.)
• Засорение водяных фильтров

Коротко стоит сказать и про фильтры. Часто, если вода обладает достаточно высокой жесткостью, они быстро засоряются. Обычно такой фильтр размещается на обратном контуре оттока охлажденного теплоносителя. Устройство следует обязательно осмотреть, так как на определённой стадии засора оно начинает задерживать ток воды, а это приводит к тому, что отопление постоянно кипит.

Наиболее рациональное и комплексное решение вопроса с закипанием системы заключается в установке теплового аккумулятора. Общее количество воды за счёт данного контура может быть увеличено в несколько раз. Это гарантированно защитит теплоноситель от закипания. Правильно подобранный теплоаккумулятор увеличит суммарную теплоёмкость воды до такой величины, что даже очень мощный котёл не сможет её вскипятить.

В данной системе поддерживается атмосферное давление, так как она напрямую сообщается с атмосферой через расширительный бак открытого типа. Такой бак располагается в самой высокой точке системы – обычно на чердаке.

Желательно, чтобы от котла к расширительному баку шел прямой вертикальный стояк. Делается это для того, чтобы через этот бак выходили пузырьки воздуха. Наибольшее количество воздуха образуется в воде после нагрева, поэтому лучше, чтобы сразу воздух выходил наружу через вертикальный стояк и расширительный бак.

Открытую отопительную систему делают тогда, когда нет денег на закрытую систему. Ведь открытая система может обойтись без целого ряда узлов:

• Манометр – попросту не нужен, так как давление в системе всегда будет атмосферное + давление столба воды.
• Группа безопасности – также не нужна, так как давление в системе не может повысится – ведь она открытая. Вода попросту наполнит расширительный бак.
• Закрытый расширительный бачок – также не используется, так как его роль исполняет открытый расширительный бак.

Но зато воду надо периодически подливать, иначе она просто испариться. Ведь вода в системе горячая! И она будет усиленно испаряться, как из чайника. Так что доливу воды надо уделить особенное внимание. А лучше поставить систему автоматического долива. Но в целом такая система обходится дешевле, чем закрытая система с циркуляционным насосом.

Открытая отопительная система может работать КАК НА ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ, ТАК И НА ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ.

Для этого надо соблюсти ряд правил:

• Циркуляционный насос должен ставится ДО котла на обратке. Иначе насос своим напором просто сделает «фонтан» в открытом расширительном баке.
• Циркуляционный насос должен идти через байпас. При перекрытии байпаса будет работать насос, при открытии байпаса и выключении насоса будет работать самотек.
• Трубы должны быть большого диаметра, с соблюдением уклонов, в общем по всем правилам ОТОПЛЕНИЯ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ.
• Горизонтальные части отопительного трубопровода должны иметь обязательный уклон — примерно 3 см на метр трубы.
• Минимум углов, редукционных переходов, вентилей. Краны желательно использовать только шаровые. Это уменьшит гидравлическое сопротивление в системе. (если открытая система проектируется на естественную циркуляцию).

В открытой отопительной системе лучше осуществляется самотек за счет разности плотности горячей воды и холодной воды. Поэтому такую систему используют в основном для гравитационной системы отопления.

Открытая отопительная система с естественной циркуляцией имеет ряд особенностей:

• Много растворенного воздуха в системе, что может привести к коррозии внутренних металлических элементов в системе.
• Большая инертность системы. После включения нагрева дом нагревается медленно. Прогревать систему надо постепенно, иначе вода попросту закипит в котле, в то время как в радиаторах она будет еще холодная.
• Дом прогревается равномерно
• Большая разница температур между подачей и обраткой
• Расход топлива больше (низкий КПД), чем в закрытой системе с циркуляционным насосом
• Независимость от электричества
• Система простая, в ней практически нечему ломаться. Достаточно простой монтаж.
• Эстетически не слишком хорошая, т.к. используются трубы большого диаметра, а порой и в качестве радиаторов используются трубы повышенного диаметра
• Система достаточно громоздка
• Нельзя в системе использовать антифриз
• Вода из системы постепенно испаряется, поэтому ее надо периодически доливать. Желательно установить автоматический долив.
• Котел надо устанавливать в самой низкой точке системы. Лучше всего – в подвале, либо в каком нибудь углублении.
• Расширительный бак устанавливается в самой высокой точке системы. Если установить его на чердаке – его надо утеплить.
• Бесшумная работа, из за отсутствия циркуляционного насоса

Но тем не менее эту систему с успехом использовали и используют при монтаже отопления в небольших частных домах высотой в 1 или 2 этажа.

Опишем всю систему по порядку:

Отопительный котел

В открытой системе можно использовать любой котел:

• Газовый
• Дизельный
• Твердотопливный
• Электрический

Трубы отопления

Как мы и писали они должны быть большого диаметра. Подробнее про подбор диаметра труб отопления читайте ЗДЕСЬ. Горизонтальные участки должны иметь обязательный уклон – 3-4 см на метр трубопровода. Система должна быть как можно проще, чтобы гидравлическое сопротивление было меньше. Использовать меньше угольников, тройников, редукционных переходов и пр.

Расширительный бак

Располагается на чердаке. Поскольку обычно чердак – это неотапливаемое помещение, то бак надо утеплить, иначе зимой вода в нем может замерзнуть. Бак компенсирует температурные колебания уровня воды. К тому же иногда в системе может закипеть вода (бывает если слишком быстро начать топить котел), а пузырьки значительно увеличивает объем. Для этого и служит излишний объем в расширительном баке.

Желательно предусмотреть возможность дренажа излишней воды из бака при переполнении. Для этого воду можно вывести либо в канализацию, либо просто на улицу.

Следует иметь в виду, что вода из открытой системы испаряется. Поэтому необходима подпитка системы водой. Делать это можно вручную, периодически залезая на чердак и подливая воду, а можно сделать расширительный бак по подобию унитаза – с автоматической доливкой воды.

Но так делают редко. Обычно просто используют емкость.

Сверху бак лучше закрыть крышкой, чтобы меньше испарялась вода.

Циркуляционный насос

Должен располагаться так, чтобы была возможность естественной циркуляции, при аварийном отключении электричества.

Насос стоит на отводе от основной подающей трубы. В норме шаровой кран 1 на подающей трубе перекрыт, и работает циркуляционный насос, нагнетая воду в систему отопления.

Но когда происходит аварийное отключение электричества, то насос перестает работать. В этом случае открывают Кран Шаровой 1 и вода начинает циркулировать по системе самотеком, разумеется более медленно.

Но для перекрытия шарового крана 1 необходим человек! Поэтому обычно вместо него ставят обратный клапан с расширением. В таком обратном клапане гидравлическое сопротивление намного меньше, чем в классическом.

Отопительные приборы

В системах с естественной циркуляцией можно использовать только радиаторы, а также толстые трубы в качестве радиаторов (у них меньше гидравлическое сопротивление).

А вот конвекторы увы использовать нельзя – через них естественная циркуляция попросту не пойдет.

Резюмируя вышесказанное – открытая система – это прошлый век. Медленный прогрев, большая инертность системы, большое количество растворимого воздуха, громоздкость труб, низкий КПД делают ее непривлекательной для современных отопительных систем. Так что ее используют в крайних случаях – например в местности, где часто отключают электричество.

Самые популярные сейчас это закрытые системы с принудительной циркуляцией теплоносителя двухтрубные или коллекторно-лучевые.