«Пырков В.В. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ ББК 31ю38 П 94 УДК 697:34:697.4 Художник оформитель: Марков О.В. Автор вступительной статьи: Пырков В. В., канд. техн. наук, доцент, советник по научно ...»

Пырков В.В.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ

АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

ББК 31ю38

П 94

УДК 697:34:697.4

Художник оформитель: Марков О.В.

Автор вступительной статьи: Пырков В. В., канд. техн. наук, доцент, советник по научно

техническим вопросам ООО с ИИ «Данфосс ТОВ».

МЫ К ВАШИМ УСЛУГАМ:

Необходима помощь? Если у Вас есть вопросы, проблемы или замечания по книге, мо жете обращаться непосредственно к Пыркову В. В.:

е mail: [email protected] Oтносительно оборудования и его применения — в компанию ДАНФОСС:

WWW: www.danfoss.ua «ДАНФОСС ТОВ»

Украина, 04080, Киев 80, ул. Викентия Хвойки, (переписка: Украина, 04080, Киев 80, п/я 168).

Тел.: (+38044) 461 87 00 Факс: (+38044) 461 E mail: [email protected] WWW: www.danfoss.ua Перепечатка и копирование без согласия Использование приведенной ООО с ИИ «Данфосс ТОВ»

информации без ссылок ЗАПРЕЩЕНЫ!

ЗАПРЕЩЕНО!

Защищено авторским правом.

Пырков В. В.

П 94 Современные тепловые пункты. Автоматика и регулирование.– К.: ІІ ДП «Такі справи», 2007.– 252 с.: ил.

ISBN 966 7208 Представлены схемы присоединения инженерных систем зданий к тепловой сети.

Рассмотрены идеальные и рабочие расходные характеристики регулирующих клапанов различного конструктивного исполнения. Разработаны методики их подбора с учетом ис кажения расходных характеристик. Проанализировано теплогидравлическое взаимовли яние оборудования индивидуального теплового пункта и инженерных систем здания.

Приведены общие сведения о современном оборудовании индивидуальных тепловых пунктов. Даны основные аспекты экономической эффективности автоматизации тепло вых пунктов.

Предназначена для проектировщиков, эксплуатационников, научных работников и студентов.

УДК 697:34:697. ББК 31ю ISBN 966 7208 35 4 © ООО с ИИ «Данфосс ТОВ», © II ДП «Такі справи»,

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

Вступление......................................................... Условные буквенно цифровые обозначения......................... Условные графические обозначения................................ Основные термины и определения................................. 1. Теплоноситель.................................................. 2. Присоединение абонентов....................................... 2.1. Присоединение систем отопления........................... 2.2. Особенности присоединения систем отопления с переменным гидравлическим режимом.................... 2.3. Обвязка насосов............................................ 2.4. Присоединение систем отопления с учетом распределения давления в тепловой сети................................... 2.5. Заполнение, подпитка и опорожнение системы отопления... 2.6. Коммерческий учет теплопотребления...................... 2.7. Присоединение систем горячего водоснабжения............. 2.8. Особенности современных систем горячего водоснабжения.. 2.9. Теплоснабжение систем вентиляции........................ 3. Модернизация тепловых пунктов................................ 3.1. Гидравлические особенности гидроэлеваторов............... 3.2. Автоматизация существующих тепловых пунктов........... 4. Блочные тепловые пункты....................................... 5. Объект регулирования........................................... 5.1. Регулирование теплового потока............................ 5.1.1. Идеальное регулирование теплообменного прибора.... 5.1.2. Идеальное регулирование процесса.................... 6. Оборудование тепловых пунктов................................. 6.1. Клапаны.................................................... 6.1.1. Пропускная способность клапана...................... 6.1.2. Внешний авторитет клапана......................... 6.1.3. Расходная характеристика двухходового клапана..... 6.1.3.1. Линейная рабочая расходная характеристика... 6.1.3.2. Равнопроцентная рабочая расходная характеристика................................ 6.1.3.3. Логарифмическо линейная рабочая расходная характеристика................................ 6.1.3.4. Линейно линейная рабочая расходная характеристика................................ 6.1.4. Расходные характеристики трехходовых клапанов.... 6.1.5. Взаимовлияние регулирующих клапанов.............

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

6.1.6. Кавитационная характеристика клапана.............. 6.1.7. Шумовая характеристика клапана.................... 6.2. Автоматические регуляторы прямого действия............. 6.7. Обратные клапаны и обратные затворы.................... 6.10. Автоматические регуляторы непрямого действия.......... 6.11.3. Циркуляционное давление насоса................... 7. Экономическая эффективность автоматизации

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

ВСТУПЛЕНИЕ

Проектирование инженерных систем как внутри, так и снаружи зданий претерпевает сегодня значительное изменение. Все с большей уверенностью применяют автоматическое оборудование, которое при звано обеспечить тепловой комфорт в помещениях при минимальных эксплуатационных затратах. В то же время, отсутствие в полной мере на учно технической литературы, поясняющей специфику работы нового оборудования во всех режимах эксплуатации, порой приводит к неосоз нанному его применению либо неуверенности в его работоспособности.

И хотя автоматическое оборудование в подавляющем большинстве слу чаев перестраховывает проектировщика от всевозможных недоработок в нормировании, методиках расчета, монтаже и наладке, все же оно тре бует особого рассмотрения для выработки комплексного понимания взаимосвязи между всеми элементами системы и принятия наиболее энергоэффективного решения.

Целостная картина восприятия инженерных систем – основа совре менного подхода при определении их энергетической эффективности.

Рассмотрение взаимодействия всех элементов наружных и внутренних инженерных систем на пути от потребителя до источника теплоты по зволяет раскрыть и реализовать в полной мере потенциал в энергосбе режении. Первый шаг этого пути уже пройден. Компанией «Данфосс» из дана научно популярная литература по особенностям проектирования современных систем отопления и по их энергетическому сопоставле нию. Следующим шагом является данная книга. В ней рассмотрены во просы, возникающие при проектировании индивидуальных тепловых пунктов, являющихся связующим звеном внутренних и внешних гид равлических систем.

В книге уделено внимание индивидуальным тепловым пунктам, поскольку именно они претерпевают в настоящее время значительные изменения не только в техническом оснащении и расширении выпол няемых функций, но и в изменении способа регулирования теплопот реблением зданий. Повсеместное применение терморегуляторов у отопительных приборов систем отопления привело к переходу от качественного регулирования к качественно количественному. Это потребовало соответствующего научного, технического и практическо го подхода в обеспечении эффективной работоспособности системы отопления и системы централизованного теплоснабжения, рассматри ваемых как единое целое.

Безусловно, существующие теплосети не в полной мере отвечают современным условиям регулирования теплопотребления зданий.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

Однако их рано списывать за ненадобностью. Они содержат значитель ный потенциал, который еще следует реализовать в ближайшем буду щем. В настоящее время теплоэлектроцентрали несут на себе сущест венную нагрузку по тепло и электроснабжению городов и населенных пунктов. Согласно "Энергетической стратегии Украины на период до 2030 года и дальнейшую перспективу" такая тенденция сохранится и в будущем. Поэтому тепловая энергия, как неотъемлемая часть генериро вания электроэнергии, должна быть в полной мере направлена на теп лоснабжение зданий.

Распределение и регулирование тепловой энергии как внутри, так и снаружи зданий в соответствии с потребностью являются одними из ос новополагающих подходов энергосбережения. Для этих задач компания «Данфосс» производит весь спектр автоматического запорно регулирую щего и измерительного оборудования любых схемных решений тепло вых пунктов новых и реконструируемых систем. Кроме того, выпускает различные типы пластинчатых теплообменников и изготавливает блоч ные тепловые пункты заводской сборки для всевозможных вариантов проектных решений. Мы отвечаем за качество выпускаемой нами про дукции и всецело способствуем повышению знаний во всех сферах его применения.

Плодотворное сотрудничество с проектировщиками, монтажника ми, наладчиками, эксплуатационниками... позволяет совместно рассма тривать насущные задачи и вырабатывать общие решения в создании энергоэффективных зданий. Мы всегда открыты для научно практиче ского сотрудничества и проведения профессионального диалога. Мы расчищаем сложные пути в понимании современных систем и оборудо вания, допуская, что не вся донесенная информация является доходчи вой и всеобъемлющей. Ваши аргументированные замечания обязатель но будут восприняты для улучшения нашей работы.

В книге рассмотрено широко используемое за рубежом понятие "внешний авторитет" регулирующего клапана, которое по своей сути соответствует термину "коэффициент искажения идеальной расходной характеристики", применяемому в отечественной практике. Однако это го оказалось недостаточно для выяснения полной взаимосвязи регулиру ющих клапанов и происходящих гидравлических процессов. Поэтому применено новое понятие "базового авторитета", позволившее устано вить степень искажения идеальной расходной характеристики клапана в зависимости от его конструктивных особенностей. Затем показано даль нейшее искажение этой характеристики под влиянием "внешнего авто ритета". Суммарное искажение идеальной расходной характеристики "базовым авторитетом" и "внешним авторитетом" определено понятием

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

"полный внешний авторитет". Такой подход дал возможность увязать воедино теорию, конструктивные особенности регулирующего клапана и происходящие гидравлические процессы при регулировании инже нерных систем здания.

Все полученные уравнения сопровождаются примерами, позволяю щими получить навыки в проектировании и наладке. Они всецело со ставлены с использованием оборудования «Данфосс». В то же время, для практического применения следует использовать последние версии технического описания данного оборудования, поскольку происходит постоянное совершенствование по мере развития научных знаний и применения новых технологий.

В книге не стоит искать ответы на все вопросы, возникающие на практике. Практика многогранна. Книга рассчитана на получение базо вых знаний о комплексной взаимосвязи элементов инженерных систем и призвана на этой основе, а также собственном опыте специалистов, решать практические задачи для конкретных условий.

В книге широко использован накопленный мировой опыт сотруд ников коллектива DANFOSS и она является реализацией его общих усилий. Автор признателен коллективу компании за создание благо приятных условий плодотворной творческой работы и всестороннюю помощь. Особая благодарность консультанту по техническим вопросам Андрею Деменину за накопленный и предоставленный опыт адаптации оборудования DANFOSS в отечественных условиях. Автор признате лен Подгорному Виктору Юрьевичу, Еременкову Николаю Григорье вичу и Сиденко Наталии Федоровне за профессиональные замечания, которые улучшили содержание данной книги и определили пути ее дальнейшего совершенствования. Автор благодарен также компании WILO за предоставленную возможность использования современной научно технической информации.

Автор с удовольствием даст дополнительные разъяснения по пред лагаемым методикам и теории. Не исключает альтернативных подходов к решению рассматриваемых задач. Всегда готов к научной дискуссии и поиску истины, а также восприятию аргументированных замечаний. Со всеми замечаниями и предложениями по содержанию книги просьба обращаться непосредственно к автору.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

УСЛОВНЫЕ БУКВЕННО ЦИФРОВЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

– удельное динамическое давление, Па/(кг/ч) – авторитет (внешний) клапана – базовый авторитет клапана – полный внешний авторитет клапана – поправочный коэффициент, учитывающий влияние естествен – объемная доля антифриза, % – характеристика сопротивления участка трубы, бар/(м3/ч)m – коэффициент пропорциональности – диаметр трубопровода, м – условный диаметр трубопровода, мм – коэффициент качества регулировочно технического оснащения – массовый расход воды, кг/ч G100 – массовый расход воды при полностью открытом клапане, кг/ч G N – номинальный (расчетный) массовый расход воды, кг/ч G – изменение массового расхода воды, кг/ч – высота подъема затвора клапана, мм h100 – высота подъема затвора полностью открытого клапана, мм – корректирующий коэффициент – номинальная (расчетная) пропускная способность клапана, – характеристическая пропускная способность полностью откры kvs того клапана, (м3/ч)/бар0, – граничная управляемая пропускная способность клапана, kvr – пропускная способность клапана при настройке 0,45nmax, – допустимый эквивалентный уровень звука по шуму, dB(A) – длина трубопровода, м т; п – показатели степени max – максимальная величина min – минимальная величина – положение настройки регулирующего клапана nmax – максимальное положение настройки регулирующего клапана P2 – мощность насоса, кВт P – потери давления или избыточное давление, Па [бар]

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

P* – абсолютное давление на входе клапана, Па [бар] Pе – гравитационное (естественное) давление теплоносителя, Па Pn – потери давления, создаваемые смещением затвора при настройке Pн – давление, создаваемое насосом, Па [бар] Рнас – давление насыщения паров воды при рабочей температуре, Па Рт – потери давления в теплообменнике, Па [бар] Рreg – потери давления в регулирующем сечении (между затвором и седлом) клапана, Па [бар] Рv – потери давления на клапане, Па [бар] Рa.v – активная составляющая потерь давления на автоматическом кла Pvs – потери давления полностью открытого клапана, Па [бар] PT – потери давления на терморегуляторе, Па [бар] Pvmax – предельно допустимый бескавитационный перепад давления на P – потери давления на регулируемом участке без учета потерь дав – тепловой поток теплообменного прибора либо теплопотери по QN – номинальный (расчетный) тепловой поток теплообменного при – коэффициент сокращения теплопотребления при поддержании температурных условий в помещении – характеристика гидравлического сопротивления участка систе – температура подаваемого из теплосети теплоносителя на або – температура теплоносителя, возвращаемого от абонентского вво – температура теплоносителя, подаваемого в систему отопления, °С – температура охлажденной воды, °С text – температура наружного воздуха, °С – температура внутреннего воздуха помещения, °С tin – средняя температура наружного воздуха за отопительный пери

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

t – перепад температур, °С – объемный расход воды, м3/ч VАВ; VА; VВ – объемный расход воды соответственно в общем, прямом и перпендикулярном каналах трехходового клапана, м3/ч – объемный расход воды в системе, м3/ч VN – номинальный (расчетный) объемный расход воды, м3/ч – объемный расход воды в перепускном клапане, м3/ч Vw.g – объемный расход водогликолевой смеси, м3/ч V45 – объемный расход воды при открытом на 45 % клапане, м3/ч V100 – объемный расход воды при полностью открытом клапане, м3/ч V – изменение объемного расхода воды, м3/ч – плотность воды, кг/м g – плотность гликоля, кг/м – коэффициент кавитации – скорость воды, м/с – коэффициент местного сопротивления – проводимость, (кг/ч)/Па0, – период времени, мин [ч] – коэффициент эффективности авторегулирования подачи тепло ты в систему отопления

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

горячего водоснабжения Циркуляционный трубопро Запорный клапан Балансировочный клапан проходной Предохранительный клапан Клапан мембранный Клапан с приводом прямого действия Клапан с электромагнитным приводом Клапан редукционный

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Базовый авторитет клапана aб – отношение на полностью откры том клапане потерь давления в регулирующем сечении Preg (между за твором и седлом клапана) к потерям давления между входом и выходом Pvs. Характеризует начальное отклонение расходной характеристики клапана (зависимость между расходом теплоносителя через клапан V и ходом штока h клапана) от идеальной расходной характеристики, вы званное конструктивными особенностями пути протекания теплоноси теля внутри клапана.

Внешний авторитет клапана a – отношение потерь давления на пол ностью открытом клапане Pvs к потерям давления на регулируемом участке системы P. Характеризует деформацию расходной характерис тики клапана, вызванную конструктивными особенностями пути проте кания теплоносителя через регулируемый участок системы.

Полный внешний авторитет клапана a+ – отношение потерь давле ния в регулирующем сечении полностью открытого клапана Preg к по терям давления на регулируемом участке системы P. Равен произведе нию базового и внешнего авторитетов клапана. Характеризует рабочую расходную характеристику клапана, по которой осуществляется регу лирование объекта регулирования, и которая учитывает конструктив ные особенности клапана и регулируемого участка.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

1. ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ Перенос теплоты и холода по трубопроводам осуществляют при по мощи жидкостей или газов, называемых теплоносителями. При центра лизованном теплоснабжении в качестве теплоносителя применяют, как правило, воду. Она недорога, практически несжимаема, способна пере носить количество теплоты при равных объемах почти в 100 раз боль ше, чем водяной пар. В то же время имеет ряд недостатков, усложняю щих проектирование и эксплуатацию систем. Ее плотность, объем и вязкость зависят от температуры; температура кипения – от давления;

кислородорастворимость – от температуры и давления. Кроме того, она имеет большую плотность и вступает в химические и электрохимичес кие реакции с металлами, что заставляет защищать инженерные систе мы от их разрушения.

Одним из методов защиты систем от деструктивных воздействий воды является применение оборудования, соответствующего ее качест ву. С этой целью всю продукцию «Данфосс» адаптируют к химическому составу воды. Контактирующие с водой элементы, как обязательное ми нимальное требование, выполняют из устойчивых к коррозии метал лов: специальной латуни, хромированной стали, нержавеющей стали...

Уплотнители изготавливают из устойчивых к растворенным в воде хи мическим веществам: бутадиенакрилонитрильного и этиленпропилено вого каучука, фторопласта...

Несмотря на специально подготовленное оборудование, к качеству воды предъявляют высокие требования, особенно, в современных авто матически регулируемых инженерных системах здания. Регулирование и контроль параметров воды в них осуществляют отверстиями и кана лами весьма малых проходных сечений. От их состояния зависит эф фективность работы системы в целом и ее элементов в частности, поэто му качество воды должно быть не нормативно декларируемым, а реали зованным на практике. Особенно это относится к нашей стране, где только начинается процесс перехода от морально и физически устарев ших систем к новым системам, а также осуществляется попытка их со вмещения.

Наиболее объемлющие зарубежные требования к воде инженерных систем зданий представлены в VDI 2035 [1; 2]. Они отличаются от оте чественных. По отечественной норме [3] для закрытых и открытых сис тем теплоснабжения с вакуумной деаэрацией необходимо использовать воду питьевую по ГОСТ 2874 82, а при наличии термической деаэрации в закрытых системах допускается применение технической воды. Такое нормирование по ряду важных показателей зачастую не обеспечивает

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

должной защиты систем от коррозии [4], которая способствует загряз нению теплоносителя. Но даже при высоком исходном качестве тепло носителя, в современных системах теплоноситель необходимо дополни тельно фильтровать от загрязнений, попадающих при монтаже и экс плуатации оборудования.

Современным мировым направлением независимого присоедине ния к теплосети является применение местных (квартирных, котедж ных) тепловых пунктов. Такие тепловые пункты начали применять уже и в Украине. При их использовании необходимо уделять внимание до бавкам к воде, снижающим температуру ее кристаллизации. Наиболь шее распространение получили коммерческие антифризы на основе этиленгликоля и пропиленгликоля. Ими защищают системы отопления периодического действия от разрушения путем предотвращения пере хода воды при ее остывании из жидкого в твердое агрегатное состояние.

Кроме того, имеющимися в составе антифриза ингибиторами коррозии, предотвращают деструкцию внутренних поверхностей элементов этих систем вследствие химических либо электрохимических процессов при взаимодействии с водой.

Добавки к воде влияют на гидравлические и теплотехнические ха рактеристики оборудования системы. Менее существенное воздей ствие, по сравнению с этиленгликолем, оказывает пропиленгликоль.

Плотность этиленгликоля (С2Н6О2) при температуре 20 °C превышает плотность воды в 1,34 раза. Кинематическая вязкость воды с 50 % со держанием этиленгликоля возрастает примерно в 4 раза. Коэффициент объемного расширения водоэтиленгликолевой смеси увеличивается в 1,5...2 раза. Безусловно, такие свойства антифризов приводят к необхо димости корректировки показателей работоспособности систем [5].

Влияние антифриза на расход водогликолевой смеси Vw.g, м3/ч, в клапанах определяют по формуле:

где V – объемный расход воды, определяемый по графику техническо го описания клапана, м3/ч; 100 – размерный коэффициент; Сg – объем ная доля антифриза в смеси, %; – плотность воды при 20 °С, принима емая равной 1000 кг/м3; g – плотность антифриза, кг/м3; k – корректи рующий коэффициент.

При использовании этиленгликоля с g = 1338 кг/м3 и пропилен гликоля с g = 1036 кг/м3 значение корректирующего коэффициента

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

представлено в табл. 1.1. Сравнение этих коэффициентов указывает на преимущества пропиленгликолевой смеси с водой.

Таблица 1.1 Корректирующий коэффициент водогликолевой смеси Корректирующий Для этиленгликоля 1,000 0,983 0.968 0,953 0,939 0,925 0,912 0,899 0,887 0,876 0, Для пропиленгликоля 1,000 0,998 0,996 0,995 0,993 0,991 0,989 0,988 0,986 0,984 0, Пример 1.1. При перепаде давления Р = 30 кПа на регулирующем кла пане MSV F2 dy = 50 мм с настройкой 2 объемный расход воды составляет V = 9,50 м3/ч. Применение смеси воды с 30 % содержанием этиленглико ля уменьшает объемный расход на клапане до Особого внимания заслуживает обеспечение качества воды в про цессе эксплуатации системы горячего водоснабжения. В последние де сятилетия выявлено, что данная система является со временем источ ником заражения легионеллами. Опасность этой тенденции весьма зна чительна, поскольку последствия для человека могут быть трагичны [6]. В современной отечественной практике проектирования систем го рячего водоснабжения эта проблема не только не решается, но иногда даже усугубляется. Так, проектирование систем горячего водоснабже ния с циркуляцией воды под действием только гравитационного давле ния не позволяет автоматизировать процесс дезинфекции трубопрово дов при помощи терморегуляторов на циркуляционных трубопроводах.

Этими терморегуляторами, повсеместно применяемыми за рубежом, за щищают системы от легионеллы и получают экономический эффект от рационального обеспечения циркуляции воды.

Качество теплоносителя является исходным фактором эффектив ной работоспособности автоматического оборудования.

Применение водогликолевых смесей требует корректировки гидрав лических и тепловых показателей системы отопления, рассчитанной для теплоносителя воды. Водопропиленгликолевая смесь оказывает значительно меньшее влияние на изменение теплогидравлических ха рактеристик системы, чем водоэтиленгликолевая смесь.

Качество воды в системе горячего водоснабжения со временем ухуд шается, если проектно и эксплуатационно не обеспечено ее эффек тивное (термическое) обеззараживание.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

2. ПРИСОЕДИНЕНИЕ АБОНЕНТОВ

Выбор схемы присоединения абонента к тепловой сети осуществля ют, прежде всего, по параметрам теплоносителя на вводе в здание и ха рактеристикам внутренних систем абонента. Параметры теплоносителя на вводе указывают теплоснабжающие организации. Таковыми параме трами являются: давление в подающей и обратной магистрали тепловой сети, статическое давление, а также возможный диапазон колебания этих давлений, расчетный график температур в сети... Характеристики внутренних систем принимают по проекту либо по результатам натур ных измерений.

Весьма желательным при выборе схемы присоединения абонента является рассмотрение ее работоспособности с учетом перспективных тенденций изменения гидравлического режима тепловой сети, учетом возможной модернизации внутренних систем… Так, например, увеличе ние потребителей и повсеместное применение современных систем ото пления с количественным регулированием сопровождается возрастани ем колебания давления в теплосети. Это требует соответствующей тех нической защиты систем абонента. Особенно с неавтоматизированны ми узлами присоединения.

Преобразование характеристик теплоносителя до требуемой конди ции в системах абонента осуществляют в тепловых пунктах. Современ ные подходы в энергосбережении требуют реализации этих задач непо средственно у потребителя в индивидуальных тепловых пунктах. Для этого используют специальное оборудование, увязанное в функцио нальные схемы. Во все многообразие схем положены общие подходы, реализуемые для присоединения системы отопления как отдельно, так и совместно с системой горячего водоснабжения и системой теплоснаб жения вентиляционных установок.

2.1. ПРИСОЕДИНЕНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Схемы присоединения систем отопления разделяют на зависимые без смешения воды, зависимые со смешением воды и независимые.

Зависимое присоединение, при котором теплоноситель из теплосе ти без снижения температуры (без смешения) подают потребителю, яв ляется наиболее простым и удобным в эксплуатации. Применяют его при совпадении температур теплоносителя в системе отопления tг и в системе теплоснабжения Т1. Как правило, не превышающих 95...105 °С.

Такое присоединение зачастую реализуют в системах теплоснабжения от групповой котельной установки, предназначенной для зданий пром предприятия либо небольшого населенного пункта.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

Подавляющее большинство зданий присоединены по зависимой схеме со смешением теплоносителя до температуры tг < Т1. Ранее для смешения воды устанавливали водоструйные насосы (гидроэлеваторы) нерегулируемые (рис. 2.1,а) и регулируемые (рис. 2.1,б). Вследствие не работоспособности (перечеркнуто сплошными линиями) первых и не эффективности (перечеркнуто пунктирными линиями) вторых в двух трубных системах отопления с терморегуляторами широкое распро странение получили схемы с насосным смешением воды. Основными причинами невозможности применения гидроэлеваторов в двухтруб ных системах является несовместимость гидравлических режимов обо рудования и недостаточность напора для энергоэффективного сочета ния клапанов (терморегуляторов у отопительных приборов и автомати ческих балансировочных клапанов на стояках либо приборных ветках).

Гидроэлеватор работает при постоянном гидравлическом режиме, а тер морегуляторы в двухтрубной системе создают переменный гидравличе ский режим. Поэтому в [7] сделан вывод о недопустимости примене ния элеватора на абонентском вводе, если система отопления обору дована термостатическими клапанами. Аналогичное требование предъ явлено в [8], где указано, что при автоматическом регулировании систе мы, ее следует присоединять к тепловой сети через смесительный насос.

Это требование соотносят не только к двухтрубной, но и к однотрубной системе отопления. Обусловлено это тем, что в однотрубной системе с терморегуляторами, которые обязательны к установке в соответствии с [9], работа гидроэлеватора также неэффективна. При таком сочетании оборудования невозможно устранить колебания давления теплоносите ля, создаваемые работой терморегуляторов. Эти колебания хоть и в зна чительно меньшей степени, чем в двухтрубной системе, все же приводят к перераспределению теплоносителя между стояками либо приборны ми ветками, снижая энергоэффективность системы. Для устранения пе ретоков теплоносителя в однотрубной системе отопления согласно [9] следует применять автоматические клапаны ограничители расхода. Со четание элеватора с терморегуляторами и клапанами ограничителями (регулятор расхода) делает систему отопления неработоспособной, по скольку элеватор не в состоянии обеспечить минимальные требуемые потери давления на регуляторе расхода (примерно 20 кПа).

Недостатком гидроэлеватора является также его высокое гидрав лическое сопротивление. Необходимость поддержания перед ним по вышенного давления в теплосети не лучшим образом отражается на герметичности устаревших трубопроводов и оборудования, что приво дит к повышенной аварийности. Так, 90 % аварийных отказов прихо дятся на подающие трубопроводы [10].

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

Рис. 2.1. Смешение теплоносителя в тепловом пункте при зависимом присоединении абонента:

а нерегулируемым гидроэлеватором; б регулируемым гидроэлевато ром; в регулятором теплового потока и насосом на перемычке; г на сосом на обратной магистрали и регулятором теплового потока с трех ходовым либо двухходовым клапаном; д насосом на подающей маги страли и регулятором теплового потока с трехходовым либо двухходо вым клапаном

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

Безусловно, гидроэлеватор имеет ряд положительных свойств, ко торые вполне были реализованы в свое время. Однако, он несовместим с современными системами отопления. Реанимируемый и пропагандиру емый в последнее время метод регулирования пропусками теплоносите ля (соленоидным клапаном) через гидроэлеватор (с полным отключени ем циркуляции), который ранее допускался лишь для небольших систем отопления без радиаторных терморегуляторов при положительных тем пературах наружного воздуха [11], сегодня иногда распространяют на высотные здания и весь отопительный период [12]. Реализация такого регулирования в современных зданиях снижает энергоэффективность систем. При каждом закрытии соленоидного клапана разрушается гид равлический баланс системы отопления и тепловой баланс здания, уста новленные автоматическими балансировочными клапанами на стояках либо приборных ветках и терморегуляторами у отопительных приборов.

Каждый раз при очередном открытии соленоидного клапана необходи мо тратить время и энергию на восстановление этих балансов.

Как представлено в исследованиях [12], при наружной температуре воздуха +15 °С днем и +10 °С ночью использование соленоидного кла пана с элеватором приводит к потреблению тепловой энергии на ото пление, равному 37 % в сравнении с отсутствием регулирования, т. е.

обеспечивается, так называемая, экономия тепловой энергии на 63 %. В то же время, при таких температурных условиях наружного воздуха, ре зультатом работы общепринятого в мировой практике технического ре шения (позиционный регулятор со смесительно циркуляционным на сосом) является примерно 100 % экономия тепловой энергии. В этом случае полностью использованы внутренние и внешние теплопритоки здания. Таким образом, регулирование пропусками с позиционным ре гулированием не имеет преимуществ в экономии энергоресурсов. Кро ме того, соленоидный клапан создает скачки давления теплоносителя как в теплосети, так и в системе отопления. Чем выше регулируемый расход теплоносителя, тем выше эти скачки и тем пагубнее послед ствия. Даже устанавливаемые регуляторы перепада давления на або нентских вводах соседних зданий и на стояках либо приборных ветках системы отопления не способны сглаживать резкие скачки давления вследствие инерционности передачи импульсов давления в мембран ные коробки этих регуляторов.

Соленоидный клапан не регулирует расход, а перекрывает поток.

Согласно классификации в [14; 57] соленоидный клапан относят к за порной арматуре. Поскольку запорной арматурой является трубопро водная арматура, предназначенная для перекрытия потока рабочей сре ды. Регулирующей арматурой является трубопроводная арматура,

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

предназначенная для регулирования параметров рабочей среды посред ством изменения ее расхода. Поэтому в п. 7.11 [3] не допускается при нимать запорную арматуру в качестве регулирующей. Это требование относится к соленоидным клапанам как в сочетании с гидроэлеватора ми, так и с насосами.

Особую группу устройств на абонентском вводе представляют регу лируемые гидроэлеваторы (рис. 2.1,б). С гидравлической точки зрения и современного технического оснащения систем отопления зданий, они имеют те же недостатки, что и нерегулируемые. Их применение как в новом строительстве, так и при реконструкции не имеет перспективы, поскольку согласно правительственной программы поэтапного оснаще ния систем отопления средствами регулирования тепловой энергии [13] все системы отопления должны быть с терморегуляторами, а их ра бота несовместима с гидроэлеваторами. Поэтому, установив гидроэле ватор сегодня, его необходимо будет заменить смесительно циркуляци онным насосом завтра.

Насос в схеме присоединения абонента позволяет применить наибо лее энергосберегающие автоматизированные решения по регулированию систем абонента, учитывая погодные факторы по датчику температуры наружного воздуха, тепловые характеристики здания и теплогидравличе ские характеристики систем. Появляется возможность не только качест венного, но и качественно количественного регулирования системы отопления практически в любом диапазоне, учитывая специфику теплового режима здания и помещения при одновременном сокраще нии потребляемого теплоносителя.

Принципиальные схемы включения насосов показаны на рис. 2.1.

Благодаря появлению малошумных бесфундаментных ступенчато либо автоматически регулируемых насосов эти схемы повсеместно вытесняют схемы с гидроэлеваторами. Насосы, за счет универсальности и гибкости управления, позволяют решать любые задачи регулирования систем або нента. Соответственно под эти задачи выбирают место установки насоса.

Насос располагают на перемычке между подающим и обратным тру бопроводом (рис. 2.1,в) при давлении в трубопроводах теплосети на вво де, превышающем статическое давление в системе отопления не менее чем на 0,05...0,1 МПа, но не более допустимого для нее предела. Такая схема считается наиболее экономичной, так как через перемычку проходит меньший расход воды, чем в подающем либо обратном трубопроводе. Сле довательно, применяется меньший насос и меньше потребляется электро энергии. Однако при таком расположении насоса на работу системы ото пления влияют колебания давления в теплосети. Устраняют эти колеба ния дополнительным регулирующим клапаном стабилизации расхода в

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

контуре системы отопления с постоянным гидравлическим режимом.

Но, даже в этом случае, на концевых участках теплосети, где зачастую присутствуют малые и нестабильные перепады давления, не устраня ется вероятность недополучения необходимого количества сетевой воды у потребителя. Кроме того, расход на перемычке изменяется в зависи мости от работы регулятора теплового потока, что требует применение насоса с регулируемой частотой вращения. Поэтому данная схема не ре комендуется к применению (перечеркнута пунктирными линиями). Ука занные недостатки исключаются при установке насоса на подающем либо обратном трубопроводе, где достигаемая надежность системы превалиру ет над незначительным увеличением мощности насоса.

Наиболее применяемые схемы смешения теплоносителя показаны на рис. 2.1,г и 2.1,д. Необходимая температура теплоносителя в системе ото пления устанавливается электронным регулятором ECL по заданному температурному графику путем воздействия на трехходовой либо двух ходовой клапан регулятора теплового потока (РТ). Чаще используют двухходовой клапан вследствие лучшего обеспечения требуемого расхо да теплоносителя в системе отопления с необходимой температурой.

Трехходовой смешивающий клапан выбирают по большему значению пропускной способности из результатов расчета на входе и на выходе, по скольку различны температуры теплоносителя, а, следовательно, различ ны и расходы теплоносителя при равенстве переносимой тепловой энер гии. При централизованном теплоснабжении клапан выбирают по расхо ду в системе отопления. Результатом такого выбора смесительного трех ходового клапана является неудовлетворительная их работа по стороне теплосети. Устраняют этот недостаток применением трехходового разде лительного клапана на обратном трубопроводе. Но в том и в другом слу чаях при неправильном обеспечении внешних авторитетов клапана по обоим контурам циркуляции теплоносителя могут образовываться зна чительные отклонения от требуемого расхода (подробнее см. п. 6.1.4), ухудшающие линейность регулирования температуры теплоносителя.

Значительно лучших результатов регулирования достигают при ис пользовании двухходового регулятора теплового потока. Его располагают либо на подающем, либо на обратном трубопроводе. Зачастую регулятор теплового потока располагают на том же трубопроводе, что и смесительный насос. При высокой температуре теплоносителя в подающем трубопроводе перед клапаном предпочтительным размещением клапана является обрат ный трубопровод. Клапан работает в более благоприятных условиях.

Для преодоления сопротивления системы отопления,при разной сопоставимости с перепадом давления в теплосети устанавливают насосы по схемам на рис. 2.1,г и 2.1,д. Этим достигают необходимой

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

дополнительной разности давления. Насос на подающем трубопроводе после подмешивающей перемычки устанавливают при статическом дав лении системы, равном либо превышающем давление в подающем трубо проводе тепловой сети, а также при необходимости увеличения распола гаемого давления для системы. В последнем случае насос выполняет смесительно циркуляционную и повысительную функции. Однако, сле дует иметь ввиду, что такие функции были присущи насосу в системе ото пления без регулятора теплового потока. Поэтому ранее при необходи мости повышения давления подбирали насос по разности между поте рей давления в системе отопления и перепадом давления на вводе тепло сети, а также расходу теплоносителя в системе отопления. В современ ной системе с таким регулятором предполагается, что он может быть полностью закрыт. Тогда напор насоса будет излишним для обеспечения требуемой циркуляции. Техническим решением в этом случае является установка двух насосов: один для выполнения повысительной функции, второй – смесительно циркуляционной.

Для любых функций, возлагаемых на насос, и схем его расположе ния необходимо обеспечивать перед ним достаточное избыточное давле ние в соответствии с кавитационной характеристикой NPSH (см. п. 6.11.2).

Некоторым предпочтением, с этой точки зрения является размещение насоса на обратном трубопроводе.

Расположение насоса на обратном либо на подающем трубопроводе имеет свою аргументацию. Обычно это зависит от предпочтений проекти ровщиков и эксплуатационников. Размещением насоса на подающем тру бопроводе уменьшают, например, вероятность засорения при заполнении и эксплуатации системы отопления. В то же время, при пропадании элек троэнергии в насос попадает высокотемпературный теплоноситель за счет незначительной циркуляции через него под разностью давлений в по дающем и обратном трубопроводе теплосети, поскольку не всегда выпол няются рекомендации [11] о необходимости отсечения местной системы отопления в таких ситуациях. При расположении насоса на обратном тру бопроводе, устраняют влияние повышенного давления в обратной магис трали теплосети, часто наблюдаемое в концевых участках теплосети, и со здают более благоприятные температурные условия для его работы.

Эпизодические отключения электроэнергии требуют прогнозирован ного обеспечения поведения системы местных систем и разработки мер защиты от пагубных последствий. С этой целью на подмешивающей пере мычке устанавливают обратный клапан, предотвращающий попадание теплоносителя из подающего в обратный трубопровод теплосети. Кроме того, учитывают пропуск теплоносителя через обесточенный насос. Про пускаемый расход зависит от этого перепада и от сопротивления системы

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

отопления. Двухтрубные системы отопления, имея бoльшее гидравличес кое сопротивление, чем однотрубные, надежнее в таких ситуациях. Они пропускают меньший расход теплоносителя. Ориентировочно – 10...20 % от расчетного значения, но и этого может оказаться чрезмерно много для температурного удлинения трубопроводов, деструкции уплотнительных материалов и т. п. при значительном превышении температуры теплоно сителя в теплосети над расчетной температурой теплоносителя в системе отопления. Поэтому общим требованием является необходимость преду смотрения защиты местных систем от аварийного повышения параметров теплоносителя [3; 11], например, применением регулятора теплового по тока, закрывающегося при пропадании электричества.

Полное отсечение системы отопления современных зданий, имею щих большую тепловую инерцию, не приводит к ее замораживанию в те Рис. 2.2. Обеспечение работоспо (рис. 2.2,а и рис. 2.2,б) [15]. Воздей собности системы отопле ствие перепада давления, развива ния при обесточенных на емого насосом, держит клапан в но направленной (относительно насоса) разностью давления в трубо проводах теплосети открывается обратный клапан и попадает тепло носитель в систему отопления.

Особого подхода в обеспечении работоспособности требуют инже нерные системы высотных зданий и зданий, расположенных на возвы шенности. Ранее применяли схему с насосом на подающем трубопроводе и наделяли его при необходимости повысительной функцией. Сегодня преимущественным способом является независимое подключение або нента, гидравлически отсоединяющее систему отопления от теплосети и минимизирующее аварийные ситуации. Вариантом абонентского ввода является комбинированное подключение системы отопления к теплосе ти. Его применяют при зонировании системы отопления высотного зда ния. Нижнюю зону подключают по зависимой схеме со смешиванием, а верхнюю – по независимой. Вариантом комбинированного подключения является применение независимого подключения всех зон системы отоп

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

ления высотного жилого здания и зависимого подключения встроенного или пристроенного гаража [16].

Независимое присоединение системы отопления применяют для создания местного теплогидравлического режима при tг < Т1. Гидрав лическое разделение теплосети от системы отопления осуществляют по верхностным теплообменником. Принимают такое решение при превы шении давления в теплосети над допустимым давлением для системы отопления либо наоборот – когда статическое давление системы превы шает допустимый предел для теплосети. Кроме того, в обосновании вы бора независимого присоединения все чаще становятся эксплуатацион ные требования работоспособности современных систем отопления.

Условия эксплуатации насосов, поквартирных расходомеров, автома тических регуляторов теплогидравлических параметров теплоносителя, терморегуляторов, штампованных стальных радиаторов... в большин стве своем требуют применения качественного теплоносителя. Напри мер, без твердых примесей, без спуска воды из системы в теплый период года... Обеспечить такие условия возможно лишь при независимом под ключении к теплосети.

Преимуществом независимого подключения является также тот факт, что система отопления в значительно меньшей мере подвержена влиянию изменения гидравлического режима теплосети со временем и меньше сама влияет на теплосеть. Независимое подключение способ ствует уменьшению объема теплоносителя в теплосети, а значит сниже нию затрат на водоподготовку. Особо важным является уменьшение инерционности теплосети, что в итоге приводит к улучшению качества предоставляемой услуги по отоплению зданий за счет своевременного реагирования центрального качественного регулирования на изменение погодных условий. Поэтому независимое подключение является пред почтительным и перспективным техническим решением.

Наибольшее распространение получили схемы независимого под ключения с одним теплообменником (рис. 2.3,а и 2.3,б). Приемлемым вариантом является проектное решение с применением неразборного теплообменника. Считается, что вода в теплосети и системе отопления прошла специальную обработку от интенсивного образования накипи в теплообменнике. Лучший вариант с эксплуатационной точки зрения – применение разборного теплообменника. В обоих случаях следует предусматривать запорную арматуру для отключения теплообменни ков: шаровые краны, поворотные заслонки, задвижки. Однако следует иметь ввиду, что многие автоматические регуляторы выполнены много функциональными. Они могут иметь запорную функцию. В этом слу чае запорный клапан, например, на рис. 2.3, изображенный рядом с РТ,

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

Рис. 2.3. Независимое присоединение системы отопления не устанавливают. Это упрощает схему. Удобна при эксплуатации также запорно регулирующая арматура со встроенными дренажными кранами.

Взаимное расположение насоса и теплообменника не имеет особого значения. Современные насосы способны эффективно работать как на по дающем, так и на обратном трубопроводе. Однако у каждого размещения есть незначительные преимущества, которыми, как правило, пренебрега ют. Насос на обратном трубопроводе имеет несколько больший кавитаци онный запас и лучший теплоотвод от двигателя с мокрым ротором. В то же время он перекачивает теплоноситель с большей плотностью, увеличи вая потребляемую мощность на валу двигателя и, соответственно, энерго потребление по сравнению с насосом на подающем трубопроводе.

Кроме схем с одним теплообменником для системы отопления, при меняют схемы и с двумя теплообменниками. Два параллельно включен ных теплообменника (рис. 2.3,в) устанавливают на абонентских вводах зданий, не допускающих перерывов в подаче теплоты. Каждый теплооб менник рассчитывают на 100 % теплопотерь здания.

Два параллельно включенных теплообменника применяют также при независимом подключении системы отопления с пофасадным регулиро ванием (на рис. 2.3, г). Эта схема целесообразна для базовой либо дежур ной системы отопления без терморегуляторов на отопительных приборах.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

Например, для системы отопления общественного здания, совместно ра ботающей на нагрев воздуха с системой кондиционирования. В этом слу чае тепловым комфортом управляют терморегуляторы на фанкойлах.

При этом уменьшаются колебания давления теплоносителя в системе кондиционирования, и улучшаются ее регулировочные характеристики.

Для пофасадных схем с теплообменниками применяют также схемы с одним циркуляционным насосом на обе фасадные ветви [17]. Однако та кое решение не обеспечивает в полной мере эффективного регулирования, т. к. при одном насосе смешиваются теплоносители из обратных трубо проводов разных фасадов, создавая потребность в корректировке парамет ров каждой фасадной ветви.

Управление фасадными ветвями осуществляют электронным регуля тором ECL по датчику температуры наружного воздуха text. Корректиру ют работу системы по температурам внутреннего воздуха tin, отслеживае мым датчиками в характерных по преобладающему тепловому режиму помещениях с разных фасадов здания. Альтернативным вариантом явля ется применение двух электронных регуляторов на каждую фасадную ветвь. В любом случае, теплообменники рассчитывают в соответствии с тепловой мощностью каждой фасадной ветви.

Следует заметить, что в вертикальных и горизонтальных системах ото пления с терморегуляторами на отопительных приборах и автоматическими регуляторами перепада давления на двухтрубных стояках (или прибор ных ветках) либо автоматическими регуляторами расхода на однотруб ных стояках (или приборных ветках) пофасадное регулирование являет ся нецелесообразным. С этой задачей более эффективно справляются указанные клапаны, устраняя перетоки теплоносителя не только между фасадными ветвями системы отопления, но и между стояками или при борными ветками фасадной ветви.

Осуществить полную автоматизацию системы отопления можно только с циркуляционным насосом.

Нерегулируемый и регулируемый гидроэлеватор не создает достаточ ного располагаемого давления ни для двухтрубной, ни для однотрубной системы отопления с терморегуляторами у отопительных приборов и автоматическими регуляторами гидравлических параметров на стоя ках либо приборных ветках.

Регулирование пропусками теплоносителя соленоидными клапанами на абонентском вводе противоречит строительным нормам и неприемле мо для систем отопления многоэтажных зданий во всем температурном диапазоне отопительного периода.

Независимое подключение системы отопления является идеальным решением для обеспечения ее автоматизации.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

2.2. ОСОБЕННОСТИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ

СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ С ПЕРЕМЕННЫМ

ГИДРАВЛИЧЕСКИМ РЕЖИМОМ

Особенностью современных систем отопления (двухтрубных с пе ременным гидравлическим режимом) является количественное регули рование теплопотребления, осуществляемое терморегуляторами у ото пительных приборов, в диапазоне от нулевого до превышающего рас четный расход теплоносителя. Наиболее целесообразным подходом для систем с терморегуляторами является применение автоматически регу лируемых насосов. В противном случае, следует делать перемычки от подающего к обратному трубопроводу либо байпасы вокруг насоса по схемам на рис. 2.4. Ими обеспечивают работоспособность насоса и источ ника теплоты при нулевом расходе системы отопления (терморегулято ры на радиаторах закрыты). Следует отметить, что такие байпасы и пере мычки в тепловом пункте не нужны, если они есть на стояках или при борных ветках двухтрубной системы отопления с переменным гидравли ческим режимом. Они не нужны также, если система отопления имеет постоянный гидравлический режим, независимо от того с терморегулято рами она или без них, однотрубная она или двухтрубная.

Рис. 2.4. Обеспечение работоспособности насосов и источников теплоты Перемычка либо байпас позволяет поддерживать рабочую точку на характеристике насоса, обеспечивая его работоспособность, а также пред отвращая кавитацию, шумообразование и вибрацию. Выбор конкретной схемы зависит от необходимости поддержания минимального расхода теплоносителя на насосе либо котле. Кроме того, выбор схемы предопре деляет эффективность работы терморегуляторов у отопительных прибо ров, если далее в циркуляционных кольцах системы отопления (напри мер, на стояке или приборной поквартирной ветке) не установлены авто матические регуляторы перепада давления.

В представленных схемах на рис. 2.4 рассмотрены клапаны различно го конструктивного исполнения. Однако функционально они все отно

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

сятся к перепускным клапанам. Общим подходом для всех клапанов при их выборе является необходимость завышения давления настройки при мерно на 10 % в точке присоединения перемычки (байпаса) к подающему трубопроводу, что несколько улучшает работу системы отопления. Завыше ние вызвано тем, что в системах отопления с отопительными приборами, оборудованными терморегуляторами, нормативно должна быть увеличена тепловая мощность этих приборов на 10 % [9]. При этом изменяется поло жение рабочей точки на характеристике насоса, что не учитывается в со временной практике проектирования систем отопления. С такими отопи тельными приборами терморегуляторы будут несколько прикрыты и со здавать бoльшее сопротивление системы отопления, относительно рас четного значения [18].

Схему на рис. 2.4,а с автоматическим перепускным клапаном AVDO применяют для небольших двухтрубных систем отопления с терморегу ляторами. Клапан приоткрывается по мере закрывания терморегулято ров, обеспечивая примерно постоянный расход теплоносителя через на сос и теплообменник либо котел. Однако при зависимом подключении абонента происходит переток горячего теплоносителя в обратный трубо провод, что недопустимо для теплосети, т. к. ухудшается выработка элек троэнергии на ТЭЦ и увеличиваются теплопотери в обратном трубопро воде. При независимых схемах необходимо также исключать повышение температуры у расширительных баков путем отдаления последних от пе ремычки либо применения специальных промежуточных охлаждающих емкостей. В индивидуальном теплоснабжении с конденсационными кот лами ухудшается к.п.д. Недостатком схемы является также необеспечен ность проектных значений внешних авторитетов терморегуляторов при их открывании и примерная обеспеченность внешних авторитетов при их закрывании [18]. Внешние авторитеты терморегуляторов и регулирую щих клапанов при использовании данной схемы определяют по макси мальному перепаду давления в точках присоединения перепускного кла пана. Максимальный расход через перепускной клапан устанавливают в зависимости от способа контроля системы. При температурном контроле – равным 60 % от максимального расхода системы. Без температурного – равным максимальному расходу системы, что соответствует режиму сис темы отопления с закрытыми терморегуляторами. Окончательную на стройку перепускного клапана осуществляют при наладке системы.

Схему на рис. 2.4,б применяют как и предыдущую схему – в неболь ших системах отопления с терморегуляторами. В ней используют кла пан AQ, хотя в равной степени может быть применен клапан AB QM c функцией стабилизации расхода либо другой клапан. Эту схему с посто янным расходом теплоносителя через бойлер называют антиконденса ционным байпасом. Указанные клапаны стабилизируют минимальный

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

расход теплоносителя через байпас при любых положениях терморегуля торов (открыто либо закрыто). Данный расход предназначен для сраба тывания топливного клапана либо предохранительного клапана контроля температуры высокотемпературных источников теплоты и для предот вращения перегрева теплоносителя от тепловой инерции теплообменника.

Указанные стабилизаторы расхода не поддерживают постоянное давле ние в системе отопления, и практически не влияют на работу терморегу ляторов. Внешний авторитет терморегуляторов у отопительных прибо ров при этой схеме определяют по перепаду давления в точках присоеди нения стабилизатора расхода при закрытых терморегуляторах.

Схему на рис. 2.4,в с клапаном AVDO применяют для небольших систем. Она обеспечивает примерно постоянный расход теплоносителя через насос и не допускает, в отличие от предыдущих схем, перетекание теплоносителя из подающего трубопровода в обратный. Относительно обеспечения стабильности работы терморегуляторов данная схема имеет те же недостатки, что и схема на рис. 2.4,а. Кроме того, при независимом присоединении либо местном отоплении схема на рис. 2.4,в является наи худшим вариантом для создания условий эффективной работы термо регуляторов у отопительных приборов (плохое обеспечение внешних авторитетов терморегуляторов), т. к. учитывает сопротивление теплооб менника либо котла. Для иных схем на рис. 2.4 следует заметить, что любое оборудование, вносящее гидравлическое сопротивление в контур систе мы отопления, следует устанавливать до перемычек. Тогда не будет от бираться располагаемое давление системы от терморегуляторов и их внешние авторитеты будут выше. С этой же целью общий регулирую щий клапан системы для вывода насоса в рабочую точку (на рассматри ваемых схемах не показан) также должен быть установлен до перемычки.

При этом окончательную настройку любых клапанов на перемычках определяют после наладки системы отопления.

Схемы на рис. 2.4,г…е с перепускными клапанами мембранного типа предназначены для систем отопления любой степени сложности. Их вы бор, как и предыдущих, зависит от типа контроля системы. В схемах применены регуляторы давления в качестве перепускных клапанов. Это является наилучшим решением работоспособности системы. Они ста бильно поддерживают заданный перепад давления на уровне рабочей точки насоса, т. е. почти горизонтально срезают его характеристику. В от личии от схемы 2.4,б, расход теплоносителя через перемычку (байпас) из меняется зависимо от степени закрытия терморегуляторов, обеспечивая постоянный расход на насосе и стабилизируя тем самым его работу. Ав торитеты терморегуляторов при таких схемах определяют относительно автоматически поддерживаемого перепада давления в точках присоеди

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

нения перемычки. Если при расчетных условиях этот перепад давления был ниже границы бесшумной работы терморегуляторов у отопительных приборов, то и в любом эксплуатационном режиме системы он также бу дет ниже этой границы. Во всех остальных схемах необходимо проверять терморегуляторы на бесшумность при их закрытии (подробнее см. в п. 6.11.2). Поэтому схемы на рис. 2.4,г,д являются наилучшим проектным решением. Кроме того, при их применении стабилизируется перепад дав ления в системе отопления независимо от колебания давления в подаю щем и в обратном трубопроводах.

Некоторую особенность имеет схема на рис. 2.4,е с клапаном подпо ра, выполняющим перепускную функцию. Во первых, при выборе клапа на необходимо учитывать статическое давление системы перед ним, т. к.

клапан сопоставляет давление перед собой с атмосферным давлением.

Во вторых, колебание давления в обратной магистрали не устраняется клапаном, что не лучшим образом отражается на работе терморегулято ров у отопительных приборов. Поэтому данная схема не является луч шим техническим решением. Изображение данной схемы может быть различно, так как рассматриваемые клапаны имеют вариантные кон структивные исполнения: с трубкой для подачи импульса давления в мембранную коробку клапана и без нее, где импульс давления подается через полый шток. Соответственно импульсную трубку показывают на схеме, либо не показывают.

Клапаны в схемах на рис. 2.4,г…е применяют нормально закрытыми.

При наладке системы отопления отключают импульсные трубки, что приводит к закрытию клапана. Для этого целесообразно использовать импульсные трубки с установленными минишаровыми краниками.

Приведенные схемы на рис. 2.4 иногда не применяют, если использо ваны насосы с автоматическим регулированием частоты вращения.

Однако следует иметь ввиду то, что частотное регулирование является ограниченным. Оно не реализуется при оборотах ниже 60 %. Кроме того, обеспечиваемая стабилизация гидравлических параметров теплоносите ля у насоса не всегда является достаточным условием бесшумной работы системы отопления, особенно ели она весьма разветвлена. При автомати чески поддерживаемом перепаде давления, превышающем максималь но допустимое значение по условию бесшумности терморегуляторов у отопительных приборов, обязательно необходимо устанавливать автома тические регуляторы на стояках вертикальных систем либо приборных ветках горизонтальных систем. В любом случае, частотное регулирова ние насосов должно быть реализовано совместно с этими регуляторами для предотвращения возможного гидравлического разрегулирования си стемы отопления во всех режимах ее работы.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

В системах отопления с переменным гидравлическим режимом необхо димо устанавливать перепускной клапан на перемычке за насосом либо байпасе вокруг него.

Применение перемычки либо байпаса с перепускным клапаном осу ществляют исходя из условий обеспечения работоспособности насоса и источника теплоты.

Настройку перепада давления перепускного клапана рекомендуется устанавливать на 10 % выше от перепада давления в точках присоеди нения перемычки либо байпаса.

Выбор перепускного клапана рекомендуется осуществлять по расходу теплоносителя, равному максимальному расходу системы отопления.

2.3. ОБВЯЗКА НАСОСОВ В рассмотренных ранее схемах показаны насосы без обвязки запор ным и измерительным оборудованием. Выбор способа и арматуры обвязки зависит от тепловой мощности системы отопления, типа и функциональ ных особенностей насосов.

Для систем отопления небольшой тепловой мощности (например, односемейных зданий) устанавливают один насос без резервирования (рис. 2.5,а). В основном, устанавливают два насоса (рис. 2.5,б; 2.5,г) либо сдвоенный насос (рис. 2.5,в). При этом один из насосов является рабочим, а второй – резервным. Гораздо реже, вместо двух больших насосов, применяют три меньших насоса, два из которых – рабочие, а третий – резервный. Такой подход имеет эксплуатационные и экономические преимущества, заключающиеся в том, что замена вышедшего из строя на соса обойдется дешевле.

Рис. 2.5. Узлы обвязки насосов систем

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

Отключающие клапаны – шаровые краны либо поворотные заслон ки – предназначены для перекрытия теплоносителя при ремонте или замене насоса либо обратного клапана, а также для предотвращения протекания теплоносителя через насосы при заполнении или опорож нении системы. При использовании одинарного либо сдвоенного насо са отключающие клапаны допускается не предусматривать, если рядом находятся запорные либо запорно регулирующие клапаны, установлен ные для эксплуатационного отключения близрасположенного оборудо вания. Например, с одной стороны насоса есть клапан отключения тепло обменника, а с другой – запорно регулирующий клапан системы. Весьма удобными с эксплуатационной точки зрения являются шаровые краны со встроенными дренажными краниками, позволяющими слить воду с отключенного участка перед снятием насоса или обратного клапана.

При наличии встроенных в корпус насоса запорных клапанов необхо димо предусматривать возможность отключения потока теплоносителя за обратным клапаном для его прочистки.

Обратные клапаны применяют при двух и более насосах для недопу щения образования циркуляции теплоносителя в обратном направлении через неработающий (резервный) насос. Преимущественно устанавлива ют обратные клапаны после насоса по ходу движения теплоносителя.

Очень редко – до насоса. После одного одинарного либо одного сдвоен ного насоса обратные клапаны допускается не устанавливать, если этого не требуется по условию защиты от опорожнения системы отопления.

Применение того или иного обратного клапана зависит от его кон структивных особенностей. При подборе обратного клапана следует обра щать внимание на его монтажное положение. Для многих конструкций об ратных клапанов отсутствуют ограничения в монтажном расположении.

Необходимость в вибровставках зависит от применяемого типа насоса.

Для насосов с мокрым ротором, практически не шумящих, вибровставки не применяют. Если эти насосы все же шумят, это свидетельствует о не правильном их сочетании с системой отопления: работе в запредельной области рабочей характеристики, низким гидростатическим давлением теплоносителя перед насосом, избыточным наличием кислорода в тепло носителе… Насосы с сухим ротором с обеих сторон должны быть изоли рованы от трубопроводов вибровставками. Чаще устанавливают вибро вставки до и после узла обвязки насосов (рис. 2.5,г), а не у входа и выхода каждого насоса. При этом уменьшается количество вибровставок и ком пенсируется линейное удлинение трубопроводов.

Для измерения перепада давления на входе и выходе насоса устанавли вают манометры. Отбор импульсов давления осуществляют за пределами отключаемого участка с группой насосов, а при наличии вибровставок – за

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

пределами виброизолируемого участка (рис. 2.5,г). С целью сокращения количества манометров используют общую импульсную трубку для не скольких точек отбора давления. Импульс давления от интересуемой точки отбора проходит через импульсную трубку с внутренним диамет ром не менее 10 мм при открывании минишарового крана. Соответствен но, остальные минишаровые краны должны быть перекрыты. Этим до стигают удобства обслуживания и исключения погрешности в измерении перепада давления. Но, возникает необходимость учета высоты столба жидкости в импульсной трубке между точкой отбора и расположением манометра, если они находятся на разных уровнях.

Участок общей импульсной трубки перед манометром зачастую пред усматривают вертикальным, полагая, что длины трубки достаточно для остывания теплоносителя. При отборе импульса давления от трубопро водов с горячей водой импульсную трубку изгибают петлей, образовывая сифон для предотвращения циркуляции теплоносителя в ней под дей ствием гравитации. Остывший в трубке теплоноситель поступает к мано метру, оберегая его механизм от теплового воздействия. Кроме того, чем длиннее трубка, тем больше демпфируются колебания давления тепло носителя, что стабилизирует показания манометра.

Подсоединяют манометр к импульсной трубке через специальный трехходовой кран (рис. 2.6). Им, помимо включения (рис. 2.6,а) и отклю чения (рис. 2.6,б), осуществляют проверку работоспособности манометра – контроль установки стрелки на ноль (рис. 2.6,в); продувку импульсной трубки (рис. 2.6,г); проверку исправности манометра контрольным мано метром (рис. 2.6,д).

Рис. 2.6. Варианты положения трехходового крана В тепловых пунктах применяют манометры классом точности не ни же 2,5, поскольку рабочее давление теплоносителя, как правило, не пре вышает 2,3 МПа. При давлении больше 2,3 МПа до 4,0 МПа включитель но класс точности должен быть не ниже 1,5. При бoльших давлениях – не

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

ниже 1,0. Диаметр манометра, устанавливаемого на высоте до 2 м над уровнем площадки наблюдения, должен быть не менее 100 мм, от 2 до 5 м – 160 мм, свыше 5 м – 250 мм. Манометр следует выбирать с такой шкалой, чтобы стрелка находилась в средней трети шкалы при рабочем давлении.

Выбор способа и арматуры обвязки насоса зависит от тепловой мощ ности системы отопления, типа и функциональных особенностей на

2.4. ПРИСОЕДИНЕНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

С УЧЕТОМ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

В ТЕПЛОВОЙ СЕТИ

Применение того или иного оборудования абонентского ввода во многом предопределено гидравлическими параметрами теплоносителя в трубопроводах тепловой сети. Распределение давления в них зависит от гидравлического режима. Динамический режим характеризуют движе нием теплоносителя за счет разности давления, создаваемого сетевыми насосами. Статический – отсутствием движения. Оба режима являются определяющими в выборе схемы подключения абонента и отображаются на графике давления.

График давления, называемый также пьезометрическим, имеет ин дивидуальные особенности для конкретной теплосети. Наиболее простой из них представлен на рис. 2.7, где сплошной жирной линией показано распределение давления в динамическом режиме, а пунктирной – в стати ческом. Рассмотрение этого графика во взаимосвязи с характерными гидравлическими особенностями систем отопления абонентов является основополагающим для любых конфигураций графиков давления.

Особенностью современного технического обеспечения теплопункта является необходимость применения тепломера, а также установки на подающем трубопроводе абонентского ввода регулятора давления (РД) независимо от давления теплоносителя на вводе. На РД возлагают следу ющие задачи:

• защиту теплосети от гидравлического разрегулирования;

• нивелирование у абонента колебаний давления теплоносителя в теплосети;

• поддержание внешнего авторитета регулятора теплового потока системы отопления либо регулятора температуры системы горяче го водоснабжения на высоком уровне;

• ограничение совместно с регулятором теплового потока (темпера туры) максимального расхода теплоносителя.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

Рис. 2.7. Характерное расположение абонентов относительно графика давления теплоносителя в трубопроводах теплосети: 1 линия давления в подающей магистрали; 2 линия давления в обрат ной магистрали; 3 линия статического давления в трубопро водах теплосети; I IV номер абонента Новыми функциями являются две последние. Остановимся на них подробнее.

Клапаны, применяемые для регулирования, изготавливают с различ ными расходными характеристиками (см. п. 6.1.3). Основная задача в применении клапана с той или иной расходной характеристикой – полу чение пропорционального регулирования расхода теплоносителя отно сительно регулируемого параметра. Для регулятора теплового потока (РТ) – относительно температуры теплоносителя. Поскольку температу ра теплоносителя линейно зависит от коэффициента смешения, то и ко нечная задача клапана состоит в обеспечении линейного регулирования расхода.

Для клапана с линейной расходной характеристикой необходимо как можно меньше привнести искажения в эту характеристику, т. е. внешний авторитет клапана следует обеспечить близким к единице. Это означает,

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

что для РТ требуется создать постоянство перепада давления при помо щи РД и потерять весь этот перепад давления на РТ. Для этого на регули руемом участке не должно быть никаких элементов со значительными местными сопротивлениями. В противном случае, например, на лимит ной диафрагме, установленной между РД и РТ, теряется часть перепада давления регулируемого участка, уменьшая внешний авторитет РТ и иска жая линейность его регулирования. Если все же принято решение об уста новке лимитной диафрагмы между РД и РТ, то следует применять кла пан для РТ с логарифмической расходной характеристикой, либо ей подобной.

У клапана с логарифмической, либо ей подобной расходной характе ристикой есть зона примерно линейного регулирования. Поэтому на чальную логарифмическую характеристику, являющуюся искривленной, следует гидравлически подравнять. Достигают этого изменением внеш него авторитета клапана. Осуществляют – размещением элементов теплового узла внутри регулируемого участка, которые вносят допол нительное гидравлическое сопротивление. Их сопротивление при лога рифмической идеальной характеристике должно отбирать 70...90 % от автоматически поддерживаемого перепада давления на РД. Тогда внеш ний авторитет РТ находится в диапазоне 0,1...0,3 (10...30 %), обеспечивая примерно линейное регулирование. Одним из таких элементов является теплообменник в системах с независимым подключением.

При зависимом присоединении для регулирования теплового потока в узле смешивания наилучшим образом работают клапаны РТ с линей ной расходной характеристикой, если нет лимитной диафрагмы между ним и РД. При независимом – с логарифмической.

Особо следует отметить, что совместной работой РД и РТ можно реа лизовать функцию ограничения максимального расхода. Ранее с этой за дачей справлялась лимитная диафрагма (см. п.р. 6.4), поскольку системы были с постоянным гидравлическим режимом. Сегодня системам при сущ как постоянный, так и переменный гидравлический режимы. Поэтому в [8] указано, что автоматизация тепловых пунктов закрытых и открытых систем теплоснабжения должна обеспечивать ограничение максимально го расхода воды из тепловой сети автоматическими клапанами. Анало гичные подходы применяют уже и в отечественной практике [80].

Следует отметить, что само по себе ограничение расхода теплоноси теля на здание не способствует эффективной работоспособности системы отопления с радиаторными терморегуляторами. Такую систему проекти руют по расчетному расходу теплоносителя. В то время как при открытии радиаторных терморегуляторов, автоматически возникающем при снижении температуры воздуха в помещении либо ручном открытии

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

потребителями в момент неудовлетворенности тепловым комфортом, уменьшается гидравлическое сопротивление системы и возрастает расход теплоносителя в системе. При этом следовало бы сохранить температу ру теплоносителя в системе отопления такой же, как до увеличения рас хода – по температурному графику, т. е. необходимо увеличить теплопот ребление, поскольку возникла такая потребность. Но если РТ подобран по номинальному расходу при полном открытии и температура теплоноси теля в теплосети не превышает заданного значения по температурному графику качественного регулирования, то запрос потребителя оказывает ся неудовлетворенным. РТ будет полностью открыт, а поддерживаемый перепад давления РД обеспечит стабильный расход. Для эксплуатации теплосетей такое ограничение расхода теплоносителя у абонента является положительным фактором. В то время как для потребителя, при его готов ности оплачивать сверхноминальное теплопотребление, – отрицательным.

Централизованное потребление теплоносителя на отопление оста лось единственной коммунальной сферой, имеющей ограничение расхо да из всего перечня предоставляемых населению услуг, что не отвечает рыночным отношениям. Удовлетворить потребителя возможно соответ ствующим подбором регулятора теплового потока: не по расчетному рас ходу теплоносителя в системе отопления при номинальном открытии терморегуляторов у отопительных приборов, а по прогнозировано увели ченному, т. е. с учетом полного открытия этих терморегуляторов. Такой расчет пока не осуществляют, хотя он не представляет сложности. В зави симости от типоразмера применяемых терморегуляторов в системе отоп ления и их внешнего авторитета, расход теплоносителя в системе отопле ния при открытии терморегуляторов увеличивается в 1,3...1,7 раза [18].

Это требует соответствующего увеличения расхода теплоносителя из теплосети с учетом коэффициента смешения. Безусловно, такой подход должен еще быть воспринят теплоснабжающими организациями и реа лизован только при согласовании с ними, т. к. требует соответствующей подготовки теплосети.

Подключение абонента «I».

Исходя из вышеизложенной необходимости обеспечения минималь ного автоматического оснащения теплового пункта, присоединение або нента «I» (рис. 2.7) по зависимой схеме является наиболее простым.

Система отопления при таких исходных данных теплосети не подверже на опорожнению и поэтому не требует дополнительного предохраняюще го оборудования. Принципиальная схема теплового пункта показана на рис. 2.8. Рассмотрим функциональность основного оборудования.

1 – отключающая арматура. На вводах в тепловые пункты (кроме

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

индивидуальных тепловых пунктов, связанных с центральными тепло выми пунктами без подкачивающих насосов) должна предусматриваться стальная запорная арматура. Ранее устанавливали задвижки. Сейчас при меняют специальные шаровые краны JIP либо поворотные заслонки.

2 – грязевик; 3 – фильтр. По требованиям эксплуатации большин ства автоматического оборудования необходимо применять качествен ный теплоноситель. С такой задачей не справляются традиционные грязевики гравитационного осаждения твердых частичек. Поэтому за грязевиком устанавливают сетчатый фильтр, если он конструктивно не вмонтирован в грязевик. Применение фильтров со встроенными спуск ными краниками упрощает их прочистку – без изъятия сетки – и опо рожнение обслуживаемых узлов и участков в нижних точках, как, напри мер, возле насоса. Кроме того, предусматривают отключающую арматуру с двух сторон фильтра, позволяющую снять и прочистить сетку. Для опре деления необходимости прочистки фильтра по перепаду давления, на трубопроводах устанавливают штуцеры, отбирающие импульс давления и передающие их через трубки к манометру.

Рис. 2.8. Схема зависимого подключения абонента I по рис. 2. Место установки грязевиков указано в [3] – на подводящем трубо проводе при вводе в тепловой пункт; на обратном трубопроводе перед ре гулирующими устройствами и приборами учета расходов воды и тепло вых потоков – не более одного. Размещение грязевика и фильтра перед насосом защищает от загрязнений, образующихся в системе отопления – ржавчины стальных труб, формовочной массы, которая десятилетиями вымывается из чугунных радиаторов, и т. п. Однако при заполнении

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

системы, осуществляемом с обратной магистрали теплосети, защита от попадания загрязнения в оборудование отсутствует. Поэтому и возника ет целесообразность размещения всего оборудования, в том числе и насо сов, на подающем трубопроводе. Тогда грязевик 2 на обратном трубопро воде в паре с развернутым фильтром 3 (обозначено пунктиром) вполне справляется с очисткой теплоносителя при заполнении системы. Развер нутый фильтр – это обыкновенный фильтр, установленный навстречу движению теплоносителя. Применение развернутых фильтров в отечест венной практике проектирования не распространено.

Вариантом обеспечения заполнения системы отопления с обратного трубопровода теплосети является узел (выделен пунктиром в нижней части рисунка), состоящий из обратного клапана на основном трубопро воде и фильтра с обратным клапаном на врезке. В режиме заполнения системы (при закрытом отключающем клапане 1 на подающем трубопро воде) закрывается обратный клапан на основном трубопроводе и откры вается обратный клапан на врезке, пропуская теплоноситель через фильтр. Врезку осуществляют трубопроводом меньшего диаметра, при нимаемым по [3], исходя из времени заполнения системы отопления.

Фильтр и обратный клапан выбирают по принятому диаметру врезки. В целом, такой узел является предпочтительнее с экономической и эксплуа тационной точек зрения по сравнению с размещением развернутого фильтра на основном трубопроводе.

4 – расходомер. Место установки расходомера зависит от требова ний производителя и требований теплоснабжающей организации. Так, например, ультразвуковой расходомер нечувствителен к загрязнениям теплоносителя и по указаниям производителя может быть установлен как на подающем, так и на обратном трубопроводе. По требованию тепло снабжающих организаций зачастую необходимо устанавливать расходо мер на подающем и на обратном трубопроводах одновременно (см. п.р. 2.6).

5 – тепловычислитель. Рассчитывает потребление тепловой энергии, основываясь на измерянном расходе расходомером 4 (расходомерами) и разности температур от пары датчиков 6.

6 – датчик температуры теплоносителя. Представляет собой термо метр сопротивления, обеспечивающий изменение сопротивления про порционально температуре теплоносителя. Достигают этого использова нием платиновых проводников, у которых данная зависимость линейна.

Применяют погружные датчики типа Pt 500. Датчик вставляют в гильзу, поставляемую по заказу. Ее верхнюю часть располагают выше нижней.

Это вызвано тем, что для лучшей теплопередачи к датчику гильзу запол няют либо теплопроводной пастой, либо маслом. При диаметре трубо провода 65 мм и выше устанавливают только погружные датчики.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

7 – регулятор перепада давления. Защищает теплосеть от гидравли ческого разрегулирования. Защищает систему отопления от колебания давления в теплосети. Поддерживает постоянный перепад давления и по стоянный внешний авторитет на клапане регулятора теплового потока 8, создавая наилучшие условия регулирования. Ограничивает совместно с 8 максимальный расход теплоносителя у абонента. Обеспечивает меха ническую работоспособность электропривода клапана 8, т. к. поддержи вает постоянный перепад давления на затворе клапана 8, равный расчет ным условиям. Если регулятор 7 отсутствует, то колебания давления в теплосети передаются на привод регулятора 8, ухудшая его работоспособ ность. Наихудшим вариантом является превышение давления в трубопро воде над усилием привода. Если у привода отсутствует отключающая за щита в этот момент, то он сгорает либо разрушается. Приводы «Данфосс»

имеют защитную функцию от чрезмерных усилий. При пропадании элек троэнергии привод закрывается для предотвращения разрушения систе мы отопления от избыточной температуры теплоносителя в соответствии с [3; 8]. Если отсутствует такая угроза, то применяют клапаны с нормаль но открытым затвором либо промежуточным расположением затвора при пропадании электричества.

8 – клапан регулятора теплового потока. Изменяет подачу теплоно сителя из теплосети для подмешивания с охлажденным теплоносителем из обратного трубопровода, обеспечивая требуемую температуру тепло носителя на входе в систему отопления. Клапан регулируется электро приводом (актуатор), который управляется электронным регулятором ECL. Привод выбирают медленный – со временем перемещения штока, например, 14 с/мм. Это вызвано тем, что система отопления является инерционным объектом регулирования и не требует мгновенного изме нения параметров теплоносителя, кроме того, при этом не образуются гидравлические удары.

9 – электронный регулятор (ECL). Управляет температурой теплоносителя на входе в систему отопления по датчику температуры 10.

Регулирование осуществляется по запрограммированному температур ному графику путем сопоставления с показаниями температуры наруж ного воздуха text от датчика температуры наружного воздуха 11, а также по запрограммированному энергосберегающему режиму – ночному сни жению энергопотребления системой отопления, снижению энергопотреб ления в выходные дни... Корректируют управление (дополнительные функ ции (опции) изображены пунктирными линиями) по температуре тепло носителя в обратном трубопроводе согласно показаниям датчика темпера туры 12 либо по температуре воздуха в помещении tin согласно показаниям датчика температуры внутреннего воздуха 13. При этом регулирование

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

по указанным датчикам является приоритетным. Кроме регулирования системы в отопительный период, электронный регулятор предотвращает залипание штока клапана регулятора теплового потока 8 и вала насоса в неотопительный период, периодически включая их на короткий проме жуток времени (один раз в трое суток на одну минуту). Эти функции яв ляются дополнительными опциями и реализуются при необходимости путем программирования электронного регулятора. Например, эпизоди ческое включение насоса рекомендуется осуществлять в любой системе отопления. Эпизодическое включение регулятора теплового потока – также. При этом осуществляется минимизация дополнительного расхода теплоносителя путем асинхронизации включения насоса и клапана.

10 и 12 – датчик температуры теплоносителя. Аналогичен описа нию датчика 6. Датчик 10 необходимо устанавливать в малом циркуля ционном кольце – между перемычками с обратным клапаном 22 и с пере пускным клапаном 18. Это позволяет воспринимать температуру тепло носителя на входе в систему отопления во всех режимах ее работы.

Дополнительные датчики способствуют более быстрому и точному регулированию. Устанавливая эти оба датчика, появляется возмож ность применения температурного метода наладки системы отопления без каких либо дополнительных измерительных приборов, т. к. темпе ратура теплоносителя в трубопроводах отображается на дисплее элек тронного регулятора 9. Температурный метод наиболее достоверно по казывает соответствие мощности системы отопления теплопотерям зда ния. Применяют погружные (ESMU) и накладные (ESM 11) датчики.

Накладные – на трубопроводах малого диаметра. Такие датчики явля ются наиболее дешевыми и наименее инерционными. Однако они вос принимают температуру поверхности трубы, в то время как регулирова ние должно осуществляться по температуре теплоносителя. Кроме того, они подвержены разрушению тепловоспринимащей поверхности при неумелом обращении: смещении закрепленного датчика с места путем поворота вокруг трубы либо протягивании вдоль трубы. Поэтому даже при малых диаметрах рекомендуется найти возможность установки по гружных датчиков, например, на изгибе трубопровода, позволяющем вварить гильзу на всю длину.

11 – датчик температуры наружного воздуха (ESMT). Представля ет собой термометр сопротивления, обеспечивающий изменение сопро тивления пропорционально температуре наружного воздуха. Достигают этого использованием платиновых проводников, имеющих линейную за висимость, которая пренебрежимо мало изменяется от длины кабеля. Уста навливают на наружной стене здания с северной стороны, не допуская воздействия теплового потока от окон, дверей, газоходов…

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

13 – датчик температуры внутреннего воздуха (ESM 10). Пред ставляет собой термометр сопротивления, обеспечивающий изменение сопротивления пропорционально температуре внутреннего воздуха. До стигают этого использованием платиновых проводников, имеющих ли нейную зависимость, которая пренебрежимо мало изменяется от длины кабеля. Устанавливают датчик на внутренней стене одного из помещений здания с характерным температурным режимом.

14 – регулирующий вентиль системы отопления. Предназначен для наладки системы отопления с ручными балансировочными клапанами на стояках либо на приборных ветках. В системах с автоматическими регу ляторами перепада давления (двухтрубными системами с переменным гидравлическим режимом) либо автоматическими регуляторами расхода на стояках или на приборных ветках (двухтрубными либо однотрубными системами с постоянным гидравлическим режимом) этот клапан не уста навливают. Его функции выполняют указанные автоматические регулято ры. В небольших системах отопления, где наладка может быть осуществ лена лишь регулирующими клапанами на стояках либо на приборных ветках, этот клапан также не устанавливают. Клапан размещают до пере мычки с перепускным клапаном 18. Это способствует улучшению харак теристик регулирования радиаторных терморегуляторов (повышению их внешнего авторитета), но требует установки отключающего клапана на подающем трубопроводе.

15 – предохранительный клапан. Предназначен для защиты системы отопления от возможного превышения избыточного давления над рабо чим давлением при несрабатывании автоматических клапанов. Предпоч тительное расположение клапана – на обратном трубопроводе со стороны системы отопления до отключающей арматуры 16. При этом если проис ходит сброс теплоносителя, то – охлажденного. Сброс рекомендуется осу ществлять в специальные накопительные емкости. В крайнем случае – в канализацию.

16 – отключающая арматура системы отопления. Предназначена для отключения системы отопления и предотвращения попадания за грязненного теплоносителя при промывке системы в оборудование тепло вого узла.

17 – спускные (дренажные) краны. Предназначены для опорожне ния системы отопления. Применяют также для подключения компрес соров при промывке системы отопления, а в небольших системах – для гидравлического испытания. Условный проход кранов рекомендуется применять по приложению 10 [3].

18 – перепускной клапан. Обеспечивает циркуляцию теплоноси теля по малому циркуляционному кольцу (через себя) при закрытых

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

терморегуляторах двухтрубной системы отопления с переменным гидрав лическим режимом. В этот момент клапан регулятора теплового потока закрывается, т. к. температура в малом циркуляционном кольце будет постоянна и равна требуемому значению. Кроме того, данный клапан стабилизирует давление теплоносителя, частично улучшая работу термо регуляторов (только при их закрытии). Применяют при использовании автоматически нерегулируемых насосов, неспособных работать при нуле вом расходе. В однотрубных и двухтрубных системах отопления с посто янным гидравлическим режимом не устанавливают.

19 – пусковой байпас с запорным краном. Предназначен для запол нения системы отопления, осуществляемого из обратной магистрали теплосети. Его применение недопустимо [3], однако он встречается на практике для предотвращения загрязнения насосной группы при запол нении системы. При размещении на обратном трубопроводе грязевика и фильтра 3 (изображены пунктирной линией) необходимость в пуско вом байпасе отпадает.

20 – насосная группа. Осуществляет циркуляцию теплоносителя в системе отопления.

У рассматриваемого абонента давление теплоносителя в обратной магистрали составляет 0,3 МПа, что не превышает рабочего давления в элементах системы отопления. Если имеется превышение, то его следует устранять давлением, развиваемым насосом. Например, в системе отопле ния рабочее давление равно 1,0 МПа, а в обратной магистрали – 1,3 МПа.

Значит, давление, развиваемое насосом, с учетом запаса в 1,1...1,15 раза должно быть не менее 1,1...1,15(1,3 – 1,0) = 0,3 МПа. Кроме того, следует установить обратный клапан 21 на обратной магистрали (показан пунк тиром, как возможный вариант установки), срабатывающий при обесто чивании насосов. Если применен узел заполнения системы с обратным клапаном и фильтром на врезке, то клапан 21 необходимо поставить за этим узлом (по ходу движения теплоносителя). Однако, с учетом неста бильного электроснабжения насосов, целесообразно подключение такого абонента по независимой схеме.

22 – обратный клапан. Предотвращает перетекание теплоносителя из подающего трубопровода теплосети в обратный.

Подключение абонента «II».

Отличие абонента «II» от абонента «I» по рис. 2.7 заключается в том, что высота здания выходит за пределы линии давления в обратной маги страли тепловой сети. В этом случае статическое давление в системе ото пления превышает давление в обратной магистрали. Возникает вероят ность опорожнения системы отопления через обратную магистраль.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

Рис. 2.9. Схема зависимого подключения абонента II по рис. 2. Предотвращают такую ситуацию установкой регулятора давления "до се бя" – регулятора подпора 23 (рис. 2.9). Следует иметь в виду, что если нет необходимого давления в подающем трубопроводе теплосети для за полнения системы отопления, то данный регулятор не поможет. Т. е. под держиваемое им давление не выше давления в подающем трубопроводе.

Создаваемое в процессе работы данного регулятора гидравлическое со противление должно быть не менее разности между гидростатическим давлением системы отопления, увеличенным на 5 м, и давлением в обрат ной магистрали. Поэтому подбор данного клапана следует осуществлять по пропускной способности, определяемой расчетным расходом теплоно сителя, и указанной разности давления. По этой же разности давления и настраивают клапан. Запас давления в 5 м необходим для недопущения вскипания теплоносителя в верхней точке системы отопления. В закры тых системах отопления его принимают не менее 2...3 м.