Подпитка системы отопления – виды систем, разновидности теплоносителей, требования к ним и причины убыли, особенности подпитки

После первичной заливки контура отопления рано или поздно в силу различных причин уровень теплоносителя неизбежно понижается. Чтобы избежать аварийной остановки оборудования в сезон холодов, требуется своевременная подпитка системы отопления. Разберем, что собой представляет данная процедура, какие виды систем отопления бывают и в чем особенности циркуляции теплоносителя в них, какие разновидности теплоносителей применяются и какие требования к ним предъявляются, каковы основные причины снижения уровня теплоносителя в системе, в чем состоят особенности процедуры подпитки для открытых и закрытых систем.

Система отопления – принцип действия, разновидности, особенности циркуляции теплоносителя

Автономная система отопления представляет собой комплекс взаимодействующего оборудования – котла, трубопроводов, приборов отопления и контролирующих приборов. Принцип ее действия основан на передаче тепла от агрегата через теплоноситель в отопительный контур, состоящий из труб, радиаторов и прочих теплоприемников. По мере прохождения через систему жидкость отдает тепло в окружающую среду, и уже в охлажденном виде по обратной магистрали возвращается к агрегату. Далее теплоноситель подогревается до нужной температуры и снова запускается по кругу.

При этом существуют 2 основные разновидности систем отопления:

• Естественная или открытая.

Движение теплоносителя в системе осуществляется под действием естественных законов природы. Согласно им, нагретая, а значит, и менее плотная вода всегда стремится подняться вверх, а остывшая и более плотная – осесть вниз. Котел в такой схеме находится в самой нижней точке, а расширительный бак, через который осуществляется заполнение системы отопления, в самой верхней.

Принцип действия системы сводится к следующему алгоритму:

1. Вода подогревается в теплообменнике котла.
2. По достижении заданной температуры и уменьшения плотности она устремляется в верхнюю область отопительного контура – по трубам начинает течь в радиаторы.
3. Отдав тепло в батареях, она охлаждается, становится более плотной и опускается вниз.
4. Далее она утекает по обратной магистрали, монтированной под небольшим уклоном к котлу.
5. В завершении остывшая вода поступает в теплообменник, подогревается и повторно поступает по прямой магистрали в батареи.

Специальная открытая емкость находится в максимально высокой точке этой системы. Через нее осуществляется первичная заправка, контроль уровня и при необходимости подпитка теплоносителем. Кроме того, расширительный бачок выполняет функцию выравнивателя внутреннего давления. Так, если при нагреве вода чрезмерно нагреется и увеличится в объеме, то она просто уйдет в эту емкость, а не расширит и не разорвет трубы.

Главное преимущество открытой системы заключается в энергонезависимости, простоте монтажа и эксплуатации. Недостаток связывается с малой эффективностью. Работать обогрев будет только на небольшой площади, так как чем дальше от агрегата будет расположена батарея, тем меньше тепла она будет получать.

• Принудительная или закрытая.

Теплоноситель в системе запускается в отопительный контур под напором специального циркуляционного насоса. Благодаря этому нагретая вода быстрее достигает цели и меньше теряет тепла по пути – независимо от расстояния до батареи. В отличие от выше приведенной данная система не имеет прямого контакта с окружающим воздухом. Контроль за расширением теплоносителя в нем выполняет специальный закрытый мембранный бак, разделенный по середине резиновой перегородкой на две камеры – воздушную и для теплоносителя.

Чтобы закачать воду в принудительную автономную систему отопления, в частном доме должен быть водопровод, давление которого чуть выше внутреннего давления в отопительном контуре. Подпитка осуществляется через специальный модуль или просто обратный клапан, установленный в самой нижней точке системы.

На заметку! Помимо чисто закрытых или открытых систем отопления существуют гибридные варианты. Примером являются схемы с естественной циркуляцией, оснащаемые насосом для усиления потока, снижения инерционности и повышения эффективности в период особых холодов.

Виды теплоносителей и требования, предъявляемые к ним

В автономных системах отопления для частного дома применяются жидкие теплоносители следующего типа:

• Вода.

Это наиболее распространенный вид теплоносителя, обладающий следующим рядом преимуществ:

1. Минимальная цена.
2. Доступность.
3. Максимальная теплоемкость (способность передавать тепло).
4. Низкая вязкость, а, значит, наименьшая нагрузка на циркуляционный насос.
5. Невысокая коррозионная активность – только при наличии растворенного кислорода.
6. Экологическая чистота.
7. Небольшой коэффициент расширения – не более 0,03%.

Недостатки применения воды в качестве теплоносителя проявляются в коррозионной активности на незащищенных стальных частях системы, а также высокой температуре кристаллизации. Поэтому если дом в холодное время оставляется на достаточное для охлаждения помещений до 0⁰С, то воду потребуется слить. В противном случае под силой расширения замерзающая вода разорвет трубы, батареи и теплообменник.

• Тосол.

Представляет собой антифриз для радиаторов автомобилей, эксплуатируемых в мороз. В последнее время им предпочитают заполнять автономные системы отопления только закрытого типа – ввиду высокой токсичности паров не применяется для открытых схем. Маркируется цифрами – 65, 40 или 30 – что означает, отметку замерзания жидкости при температуре ниже нуля.

Характеризуется следующим рядом особенностей:

1. Средняя рыночная цена.
2. Показатель теплоемкости средний, но ниже, чем у воды.
3. Высокая вязкость – что характеризует большую нагрузку на насос.
4. Практически полное отсутствие коррозионной активности.
5. Токсичность – из-за входящего в состав этиленгликоля.
6. Коэффициент расширения – до 0,05% – почти в 2 раза выше, чем у воды.

В отличие от воды тосол не вызывает коррозии, однако это далеко не всегда хорошо. Так, например, если отопительный контур разгерметизируется, жидкость начет протекать, в то время как вода и прочие коррозионные жидкости быстро «залечат» места утечки образованием ржавчины.

• Пропиленгликоль.

В промышленном масштабе изготавливаются незамерзающие жидкости на базе пропиленгликоля специально для автономных систем отопления.

Главные эксплуатационные особенности:

1. Низкая теплоемкость. В чистом виде почти в 2 раза ниже, чем у воды. Однако при разбавлении с водой показатель возрастает до приемлемого.
2. Высокая вязкость, что создает дополнительную нагрузку на насосное оборудование.
3. Коэффициент расширения – не более 0,05%.
4. Безвредность.
5. Отсутствие коррозионной активности благодаря присадкам.

Хотя пропиленгликоль самый дорогой в рассматриваемом списке антифризов, популярность его высока благодаря абсолютной безвредности. В очищенном виде он добавляется и в косметические средства, и в кондитерские изделия.

• Рассол.

Средство представляет собой раствор простых солей – обычной поваренной, хлористого кальция и некоторых других. Применяется как бюджетная альтернатива – для заполнения системы отопления в частном доме вместо воды. Температура замерзания рассола тем ниже, чем больше концентрация солей.

Особенности эксплуатации:

1. Наименьшая стоимость – по цене количества применяемых солей.
2. Достаточная теплоемкость – на 2/3 показателя для воды.
3. Минимальная вязкость.
4. Коэффициент расширения – 0,03%.
5. Отсутствие токсичности.

Главные недостатки проявляются в виде низкой подвижности жидкости при большой концентрации солей и высокой коррозионной активности на стенки металлических элементов системы.

Требования к выбору

Жидкость, заливаемая в систему отопления в качестве теплоносителя, должна соответствовать следующему ряду требований:

• Высокая удельная теплоемкость.

Параметр характеризует количество тепловой энергии, которое необходимо сообщить 1 кг вещества для подъема его температуры на 1⁰С. Для теплоносителей отопительных систем этот показатель должен быть как можно большим. Обычная вода обладает наивысшим показателем среди прочих жидкостей, заливаемых в контур.

• Рабочий диапазон температур.

У каждого отдельно взятого теплоносителя имеется свой характерный спектр температуры эксплуатации. Нарушение этих условий приводит либо к повреждению оборудования, либо к безвозвратной потере свойств теплоносителя.

Например, вода при замерзании расширяется и разрывает трубы или радиаторы, в которых находится. С другой стороны, органический теплоносители при нагреве выше 100⁰С разлагаются на отдельные компоненты, навсегда теряя первоначальные характеристики.

• Коррозионная активность.

Химическая активность теплоносителя может привести к ржавлению металлических частей контура. Решить проблему удается ингибирующими добавками. По этой причине многие теплоносители включают специальные присадки.

Однако проблема чаще всего проявляется при постоянном контакте теплоносителя с кислородом, и практически отсутствует, когда из него удалены растворенные газы.

Это особенно актуально для обычной воды – после насыщения пузырьками воздуха в месте контакта – расширительном бачке – она активнее разъедает стальные трубы, радиаторы и другие элементы. Поэтому только для систем отопления закрытого типа допускается заполнение любыми видами теплоносителя. К тому же оснащаются они чаще всего инертными к коррозии пластиковыми трубами.

• Вязкость.

Показатель вязкости определяет степень внутреннего трения, а, следовательно, и текучести. Она в свою очередь влияет на скорость прокачки. Поэтому чем больше ее значение, тем больше энергии потребуется затратить для продвижения теплоносителя по системе.

Эталоном минимальной вязкости обладает вода. Все другие теплоносители, применяемые в автономных схемах обогрева, обладают большим ее значением, а значит и худшими характеристиками текучести.

• Смазывающая способность.

Современные системы отопления включают ряд оборудования, в которых теплоноситель дополнительно выполняет функцию смазки. Это не только циркуляционный насос, но также клапаны подпитки и аварийного отключения, терморегулятор, датчики протокола, давления и проч. Поэтому подбирать жидкость необходимо также, исходя из показателей ее смазывающих способностей в соответствии с конкретным видом системы.

• Безопасность для окружающих.

Вещество, используемое в качестве теплоносителя в бытовых системах обогрева, должно быть полностью безопасно для окружающих. Оно не должно использоваться в парообразном состоянии, так как при прорыве ввиду большой температуры может привести к ожогам.

Также антифриз не должен обладать токсичностью, как, например, этим обладают составы с этиленгликолем. Поэтому в силу этого ряда причин бытовые системы отопления чаще всего заполняются водой.

• Химическая активность.

Компоненты теплоносителя не должны вступать во взаимодействие с узлами отопительного контура. Например, если систему отопления двухконтурного котла со стальными радиаторами заполнить этиленгликолем, то внутреннее цинковое покрытие батарей быстро истончится.

Более того, нагрев теплоносителя до стандартных 80-90⁰С приведет к потере его основных свойств – текучесть станет выше, чем у воды. Со временем это неизбежно приведет к протечкам различных соединений с уплотнителями на базе резины, паронита и прочих полимеров.

Рекомендация! В большинстве случаев для заправки отопительного контура используется вода. Однако если применения антифриза не избежать, например, когда дом периодически оставляется на долгое время без отопления в период холодов, то выбор рекомендуется делать в пользу средств на базе пропиленгликоля. При этом приобретать лучше продукты известных линеек с подтверждающей качество технической документацией.

Причины уменьшения объема теплоносителя

Снижение уровня в системах обогрева частного дома происходит в силу следующего ряда причин:

• Протечка. Зачастую теплоноситель начинает течь в местах соединений. Проявляется чаще всего сразу после процесса опрессовки. Поэтому обнаружить и устранить их можно сразу. Однако существуют также скрытые застарелые протечки. Идентифицировать их довольно сложно, ввиду того, что находятся они в бетонных стяжках пола или стен. Для обнаружения такой аварии нередко приходится использовать тепловизор. Единственный способ избежать этого – делать все стыки на открытом, доступном для обслуживания месте.
• Превышение рабочих параметров критического уровня. Например, если теплоноситель вдруг перегреется, его давление резко возрастет и превысит допустимую для оборудования отметку. В результате сработает аварийный клапан, который в противовес модулю подпитки самостоятельно начнет выбрасывать из системы отопления жидкость до тех пор, пока внутреннее давление не придет в норму.

• Испарение. Часто контур отопления оснащается открытым расширительным бачком. Через него и происходит частичное испарение теплоносителя при контакте с воздухом. При этом даже если прибор будет иметь всего небольшое отверстие, то и тогда потеря через атмосферу со временем будет ощутима.
• Потеря через воздухоотводчики. Специальные модули устанавливаются в особых местах системы – в верхних точках, на поворотах, переходах. Именно здесь скапливается большое количество воздуха, который в автоматическом режиме удаляется с помощью данных устройств. При этом в виде пара неизбежно теряется и часть теплоносителя.
• Потеря через кран Маевского. Для периодического ручного сброса воздуха из радиаторов применяются специальные механизмы. При их обслуживании – стравливании воздуха – неизбежно утрачивается часть теплопроводящей жидкости. Однако в противовес крану Маевского и воздухоотводчику в систему отопления устанавливается специальный модуль, соединенный с трубопроводом или запасной емкостью и способный автоматически подкачивать воду, тем самым обеспечивая максимально легкий способ контроля уровня теплоносителя.

• Потеря при обслуживании фильтров. Непосредственно перед входом в котел из обратки, а также перед всеми циркуляционными насосами в схеме устанавливается грязевой фильтр. Его цель – ловля мелких твердых частиц во избежание порчи оборудования и забивки системы. Периодически их приходится извлекать и чистить. Во время процедуры теряется часть теплоносителя.
• Слив при ремонте. Ни одна система обогрева не застрахована от поломок. Поэтому рано или поздно приходится ее останавливать, а оборудование менять или ремонтировать. Это всегда сопровождается полным или частичным сливом теплоносителя, избежать потерь во время которого не представляется возможным.

Важно! Потеря теплоносителя может происходить по причине химического взаимодействия с веществом элементов системы. Например, вода в ходе ржавления соединяется с железом, образуя новое вещество. Также щелочной или кислотный теплоноситель может реагировать с алюминиевыми или медными частями контура. При этом в циркуляции образуются новые, далеко не полезные для функционирования оборудования химические соединения.

Особенности подпитки

Системы отопления открытого и закрытого типа в первую очередь различаются особенностями циркуляции теплоносителя. В первом случае он перемещается самотеком, во втором под давлением, создаваемым насосом. Поэтому способы подпитки для обоих случаев будут различаться. Разберем их более подробно.

Открытая система

Основа функционирования открытой системы обогрева – расположенный в самой верхней точке расширительный бачок. В большинстве случаев он устанавливается под потолок или на чердаке дома. Через него из водопровода и осуществляется процедура подпитки системы отопления. Уровень теплоносителя в нем не должен опускаться ниже установленной отметки, иначе процесс циркуляции будет просто прерван. Равно как и подниматься до краев, так чтобы жидкость начинала вытекать, он также не должен.

Для оптимизации контроля современные расширительные бачки устроены и функционируют следующим образом:

• К установленному расширительному баку подводится обратная и прямая магистраль. Первая находится на уровне дна, вторая – выше на 100 мм.

• Горячая вода поднимается по прямой трубе, накапливается и уходит в отопительный контур через обратку.
• В противоположную стенку бака врезается труба контроля-подпитки. Она располагается выше уровня врезки прямой магистрали на 150 мм.
• На 100 мм выше уровня трубы контроля устанавливается труба перелива. Ее назначение автоматический слив теплоносителя из бака при его переполнении – чтобы не лился через край. Ее вывод ведет в канализацию или резервуар.
• В нормальном состоянии уровень теплоносителя должен балансировать между трубками контроля и перелива.
• Все выходы трубок собираются в котельной – для лучшего контроля и управления.
• Чтобы сделать подпитку, к трубке контроля через запорную арматуру подключается водопровод. По мере необходимости вентиль открывается, и вода заполняет расширительный бачок до тех пор, пока не начнет вытекать из трубки перелива. Водоток перекрывается.
• Чтобы проконтролировать уровень в баке, периодически открывается трубка контроля. Если вода из нее бежит, уровень в порядке, если нет – требуется сделать подпитку.

Более сложный механизм контроля включает поплавковый механизм, автоматически следящий за уровнем и по мере необходимости подливающий теплоноситель в бачок.

Закрытая система

Для того чтобы закачать воду или антифриз в систему отопления закрытого типа, требуется более изощренный механизм, чем просто открывание крана и подача из водопровода. Так как теплоноситель циркулирует в герметическом контуре и постоянно находится под давлением 0,5-3 бар. Современные котлы оснащены манометрами для визуального контроля со стороны пользователя, а также приборами безопасности – для автоматического контроля работы оборудования.

Роль такого устройства в закрытых системах выполняет аварийный клапан. Если давление превысит норму, теплоноситель будет сброшен в канализацию или специальный резервуар. Более того, если давление будет ниже нормы, датчики давления также на дадут запуститься агрегату. Чтобы восстановить давление до нормального уровня, существуют специальные модули подпитки.

При этом организация подпитки закрытой системы требует решения следующих 2-х задач:

• Обеспечение необходимого давления для закачки.

Для закачки теплоноситель должен поступать из какого-либо источника. Если учесть, что давление в системе порядка 2-3 бар, то нагнетаться оно должна с еще большим напором – порядка 4-5 бар. Самый простой способ решения этой проблемы, когда в контуре применяется обычная вода, и водопровод обладает необходимыми показателями внутреннего давления.

Тогда система просто подключается через кран и обратный клапан к трубопроводу, а пользователю останется только следить за ростом и достижением показателя манометра и вовремя перекрыть подачу. Современные модели котлов оснащены специальными клапанами автоматической подпитки, так что владельцу не приходится обременять себя этой процедурой.

Совершенно другое дело, когда в доме нет водопровода или его давление недостаточно, а также когда используется антифриз или водный раствор солей. В таком случае в арсенал обслуживающего оборудования добавляется резервуар для хранения теплоносителя и насос с показателем давления, превышающим системное.

• Правильная подготовка теплоносителя.

Ни одна современная система отопления закрытого типа не сможет долго функционировать, если в качестве теплоносителя в нее напрямую будет заправляться обычная водопроводная или скважинная вода. Как минимум, она должна пройти механическую очистку от твердых нерастворимых примесей. Для этой цели должен применяться фильтр механической очистки. При этом если вода, подаваемая в дом, уже проходит подобную очистку, то поступающий для подпитки поток все же следует дополнительно очищать.

Другая распространенная проблема – повышенная жесткость воды. Образуется она нерастворимыми солями, которые при нагревании в системе способны образовывать отложения в виде накипи и забивать ток теплоносителя. Для устранения таких последствий применяются следующие методы:

1. Химическое умягчение реагентами. Соли оседают на дне емкостей или оседают в фильтрах.
2. Установки с ионообменными смолами.
3. Фильтры-умягчители, устанавливаемые на бытовую посудомоечную и стиральную технику.
4. Фильтрация по типу обратного осмоса.

Обратите внимание! Если жесткость воды не очень высокая или средняя, то на функциональность закрытой системы отопления, работающей без протечек, она не повлияет особым образом. Нерастворимые соли быстро отложатся тонким слоем на трубы и теплообменники, но при этом не повлияют на КПД системы в целом. Другое дело – проточные пластинчатые теплообменники. В них из-за большого объем пропускаемой воды, отложения со временем будут только нарастать и в конце концов просто забьют весь просвет.

Место расположения подпиточного узла

Подпитку открытой системы лучше и проще всего производить сверху – через расширительный бак. В то же время первоначальную закачку все же рекомендуется делать из самой нижней точки. Так как это позволит вытеснить из контура основную часть воздуха.

В закрытых системах подкачку разрешается делать из любой точки, так как теплоноситель циркулирует по герметичному контуру. Однако даже в таком случае есть специальные рекомендации по месту расположения точки и выполнению самой процедуры подпитки:

• Современные модели настенных и компактных котлов уже оснащены специальными точками заправки и подпитки.
• Для подпитки необходимо выбирать место рядом с краном слива в самой нижней точке системы.
• Оптимальный вариант расположения узла подпитки – в обратном трубопроводе рядом с расширительным бачком. Это даст возможность системе сразу реагировать на нарастание давление, а также исключить гидроудары.

• Если подпитка осуществляется через обратку, то котел должен быть выключен. В противном случае попадание холодного теплоносителя на разогретый теплообменник может привести к термической деформации последнего. Это особенно актуально для чугунных моделей.
• Автоматическую подпитку для напольного котла с чугунным теплообменником лучше осуществлять через прямой коллектор.
• По возможности подпитку лучше делать через гидрострелку, чтобы холодный теплоноситель быстро перемешивался с горячим и исключал тепловой шок для теплообменника.
• На котлах конденсационного типа подпитку желательно устанавливать в обратную магистраль – для повышения КПД системы.
• При наличии в системе бойлера косвенного нагрева, применяемого для горячего водоснабжения дома, допускается подводить из него разогретую воду для подпитки через обратную магистраль.

Справка! Современные модели котлов официальных производителей оснащаются технической документаций, включающей важную техническую информацию. Это прежде всего схема правильной обвязки с указанием места расположения узла подпитки.

Коротко о главном

Автономная система отопления основана на принципе передачи тепла теплоносителем, нагретом в теплообменнике, радиаторам, а затем возврате его через обратку в охлажденном виде в котел для повторного нагрева и запуска в систему. Существуют системы открытого или естественного типа и закрытые или принудительные. В первых теплоноситель перемещается самотеком, во втором под давлением с помощью насоса.

В качестве теплоносителя в них может использоваться вода, тосол, пропиленгликоль и рассол. Каждая жидкость имеет свои особенности и рекомендации к применению. При выборе теплоносителя рассматриваются следующие характеристики:

• Удельная теплоемкость.
• Диапазон рабочих температур.
• Вязкость.
• Коррозионная активность.
• Смазывающая способность.
• Химическая активность.
• Безопасность окружающей среде.

Снижение уровня теплоносителя может происходить в силу таких причин, как – утечка, испарение, потери из воздухоотводчиков и ремонте или обслуживании фильтров, сброс аварийным датчиком. Подпитка систем открытого и закрытого типа имеет свои особенности и алгоритм действий. Открытая подпитывается через расширительный бак, расположенный в верхней точке системы, закрытая через клапан – из нижнего положения, чаще всего по обратной магистрали. При этом к выбору места установки узла подпитки предъявляются специальные требования.