Специфика регулирования водного потока в отопительных системах

Немецкие специалисты в области инженерной сантехники считают, что производство и потребление тепла осуществляются эффективно, без перебоев, только если гидравлика системы правильно сбалансирована. В этой связи, при выборе трубопроводной арматуры и гидравлических схем, нужно обращать внимание и учитывать многие характеристики. Об этом повествует обзорная статья «Wegweiser für das Heizungswasser», опубликованная немецкими коллегами на портале IKZ.DE, и переведенная на русский язык для потребителей в России.

26.06.2017

Двух-, трех- или четырехходовая арматура — Гидравлика в отопительной технике

Производство и, впоследствии, потребление тепла осуществляются эффективно, без перебоев, только если гидравлика системы правильно сбалансирована. При выборе трубопроводной арматуры и гидравлических схем нужно обратить внимание на следующие их характеристики.

При работе с отопительными системами многие специалисты в этой области слишком сильно фокусируются на одном только теплогенераторе. Даже в новых установках вместо анализа совокупного взаимодействия во всей системе, во главу угла ставятся отдельные технические компоненты системы.

Системы водяного отопления состоят из двух сегментов: контура котла (производства тепла) и контура потребления тепла. Система работает эффективно только при правильном взаимодействии обоих контуров. Так, например, в каждом контуре потребления (их может быть несколько) требуется, чтобы теплоноситель был определенной температуры. Для этого инженер-проектировщик должен правильно подобрать гидравлическую схему с подходящей трубопроводной арматурой и определиться с эффективными способами её регулирования.

Разница между регулирующим вентилем и смесительным клапаном

Особое внимание должно уделяться типу и количеству теплогенераторов: котлы на масле, газе, твердотопливные и конденсационные котлы, тепловой насос или солнечная энергия, один или несколько котлов (мультивалентная система отопления). Эти приборы имеют различные требования, например соблюдение минимальной или максимальной температуры воды в обратном трубопроводе (использование конденсации), а также минимального и максимального объёма потока теплоносителя. Типовые требования для использования отопительных контуров (радиаторов или системы теплого пола) - это постоянная величина объёма потока, максимальная его температура, а также регулирование температуры потока в соответствие с температурой внешней среды.

На основе различных требований и компонентов в контуре производства и в контуре потребления тепла находят применение разные гидравлические схемы, которые в свою очередь применяются с подходящей арматурой.

Выбрать можно из следующих механизмов:

• • Двухходовой регулирующий элемент (проходной регулировочный клапан)
• • Трехходовой регулирующий элемент (трехходовой смесительный клапан или вентиль)
• • Четырехходовой регулирующий элемент (четырехходовой смесительный клапан)

Ключевые различия между смесительным клапаном и вентилем собраны в нижеприведенной таблице:

Таблица: Основные различия между смесительным клапаном и вентилем

Коротко говоря, вентиль "толще", имеет меньший "объем утечки", чем смесительный клапан. На практике обычно возникает вопрос, когда лучше подходит трехходовой смесительный клапан, а когда четырехходовой.

Оба этих клапана могут применяться для контуров потребления с регулируемой температурой потока при его постоянном объеме, а также для равномерной тепловой загрузки потребителя. Различия состоят в основном в том, что при установке трехходового смесительного клапана, по сравнению с четырехходовым, отсутствует повышение температуры в обратном трубопроводе. И четырехходовой смесительный клапан в режиме готовности создает полное гидравлическое разделение контуров производства и потребления тепла.

Таким образом, трехходовой смесительный клапан, как правило, устанавливается при следующих условиях:

• • Если температура в контуре потребления отличается от температуры в контуре производства тепла;
• • При наличии двух или нескольких отопительных приборов;
• • Для приборов с конденсацией, накопительным баком, централизованных систем отопления.

Нужно заметить, что четырехходовые смесительные клапаны устанавливаются в системах с одним отопительным контуром, где температура контура производства тепла отличается от температуры в контуре потребления. В современных системах, где обычно используются конденсационные котлы, тепловые насосы, а также накопительные баки, от четырехходовых смесительных клапанов отказываются из-за сравнительно высокой температуры воды в обратном трубопроводе.

Принцип расчета

Важно правильно рассчитать показатели всех элементов системы. Только тогда получится использовать весь диапазон регулировки (между минимальной и максимальной мощностью), найти оптимальные настройки и добиться максимальной точности регулирования. При расчете с запасом используемый диапазон ограничивается, а минимальная мощность растет - настраиваемость системы, особенно при работе с низкой нагрузкой, ухудшается. Если элемент системы настроен на слишком маленькую мощность, необходимый объем потока (из-за выросшей потери давления) достигается за счет более высокой производительности насосов - расход электричества растет. Кроме того, возникает опасность нежелательного шума.

Важное значение для настройки вентиля имеет требуемый объем потока, который определяется так называемым коэффициентом потока. Он распространяется только на ход (величину открытия) вентиля. При максимальном ходе (100% открытия) заходит речь о коэффициенте пропускной способности, который определяется максимальным водопротоком через вентиль (м³/ч) при перепаде давления 1 бар и температуре воды от 1 до 30 °C.

Таким образом, коэффициент пропускной способности, который можно узнать из прилагаемой к прибору документации подходит к сравнению регулирующей арматуры.

Обзор гидравлических схем

Задачи гидравлических схем в системе отопления многообразны. Типичными и наиболее важными являются такие задачи, как регулирование нагрузки отдельных частей системы, времени работы и использования, снижение мощности и температуры, аккумулирование энергии (Накопительный бак), а также защита теплогенератора.

Важнейшими гидравлическими схемами для классических отопительных приборов в жилых и офисных помещениях, которые должен знать специалист, являются:

• 1. Смесительная схема
• 2. Смесительная схема с постоянной величиной подмеса (Байпас)
• 3. Инжекционная схема
• 4. Термогидравлический распределитель (гидравлическая стрелка)

Эти четыре схемы далее раскрываются подробнее. Для всех для них действует следующий принцип: Все приборы должны быть сконструированы и выполнены проще.

1. Смесительная схема

Смесительная схема может использоваться как с трех-, так и с четырехходовым исполнительным элементом. Регулирование температуры в контуре потребления реализуется здесь просто посредством смешивания частей потока из обратного трубопровода контура потребления и первичного контура. Для этого типа характерно расположение циркулярного насоса в контуре потребления.

Поскольку эта схема характеризуется высоким уровнем практичности при регулировании контура потребления как в небольших, так и в комплексных отопительных приборах, она применяется чаще всего.

К её достоинствам относятся:

• • Постоянная величина потока в контуре потребления
• • Вариативная величина потока в теплогенераторе
• • Низкие температуры потока при работе на низкой мощности: минимизируются потери коэффициента полезного действия установки
• • Температурные колебания теплогенератора и накопительного бака выравниваются
• • Температура потока регулируется смешиванием
• • Хорошая настраиваемость через датчик температуры в подающем трубопроводе

При выборе продукта и настройке целесообразно использовать диаграммы производителя, в которых содержится коэффициент пропускной способности.

Характерные черты:

• • Температура обратного потока не повышается в контуре потребления;
• • Вариативная температура потока при его постоянном объёме;
• • Равная загрузка абонентов тепловой сети.

Области применения:

• 1. Контуры потребления с различной температурой котла и потока;
• 2. Системы с несколькими котлами, конденсационные котлы, резервный накопитель, сетевые системы, вентиляционные приборы с дистанцией между исполнительным элементом и решёткой менее 8 м.;
• 3. При большей дистанции рекомендуется выбирать инжекционную схему.

2. Смесительная схема с постоянной величиной подмеса (Байпас)

Ее целесообразно использовать для площадных отопительных систем, так в контуры потребления подается только поток с максимальной температурой от 30 до 40 °C. Это обеспечивается тем, что первичный и обратный потоки гидравлически связаны между собой через байпас между регулирующей арматурой и насосом.

Таким образом, схема с байпасом включает в себя две точки смешивания, которые обеспечивают защиту от перегрева. Температура потока при постоянном объеме потока может быть различной.

Байпас нужно разместить в установочном дросселе таким образом, чтобы при полностью открытом исполнительном элементе и максимальной температуре котла достигалась максимальная температура потока. Установка промежуточных трехходовых клапанов всегда приводит к пониженным температурам потоков. Для настройки мощности используется весь диапазон вентиля или смесительного клапана.

Характеристики:

• • Есть два пункта смешивания;
• • Гидравлическая защита от перегрева;
• • В контуре потребления вариативная температура потока при его постоянном объеме;
• • Полноценное использование всего диапазона регулирования.

Область применения:

Площадные отопительные системы, при существенном различии температуры отдельного контура потребления и контура котла.

3. Инжекционная схема

Инжекционные схемы применяются для калориферов и нагревательных элементов установок для очистки воздуха. В зависимости от положения трехходового вентиля насос впрыскивает больше или меньше горячей воды из первичного в отопительный контур. Она перемешивается с охлажденной водой из обратного потока, которая всасывается насосом через байпас. В контуре потребления объём потока сохраняется, а температура может варьироваться. Так в нагревательном элементе обеспечивается одинаковый температурный режим. При конденсации и теплофикации относительно высокая температура обратного потока грозит перегревом.

Поэтому необходимо проконтролировать, чтобы насос находился в эксплуатации одновременно с работающей вентиляционной установкой.

Рекомендации по расчету:

• • Чтобы достичь оптимальной динамики регулирования, регулирующий вентиль и байпас должны быть расположены рядом с калорифером или нагревающим элементом.
• • Расстояние между линиями байпаса должно составлять как минимум 10 диаметров трубы, при небольшом диаметре получается 0,5 м.
• • Рекомендуемая настройка для падения давления на вентиле, примерно, 50 мбар.

Характеристики:

• • Постоянный проток, как через контур производства, так и через контур потребления;
• • Равномерное распределение температуры в радиаторе;
• • Возможна высокая температура обратного потока (проблемы с конденсационной техникой и центральным отоплением).

Область применения:

• • При дистанции больше 8 метров между исполнительным элементом и потребителем;
• • Конденсационные котлы;
• • Подключение центрального отопления.

Характеристики:

• • Постоянный проток в контур потребления;
• • Ограниченное воздействие температуры обратного потока;
• • Равномерное распределение температуры в радиаторе.

Область применения

• • При расстоянии между исполнительным элементом и решеткой радиатора более 8 метров;
• • Конденсационные котлы;
• • Подключение центрального отопления.

4. Термогидравлический распределитель

Особые требования предъявляются к гидравлическим схемам с несколькими котлами: температура потока может не соответствовать температуре теплогенератора. Но при этом необходима общая температура потока к потребителю.

Термогидравлическим распределителем называют гидравлическую развязку между контурами производства и потребления тепла - не путать с разделением системы как при установке водяного теплообменника. Термогидравлический распределитель рекомендуется непременно использовать для систем с несколькими теплогенераторами, которые соединены друг с другом котловым контуром, а также иногда насосом контура котла. Термогидравлический распределитель компенсирует разницу давлений между контурами производства и потребления.

Таким образом, на каждом производственном этапе объемы потока в контурах производства и потребления могут различаться, не мешая друг другу - как раз это важно для приборов с низкой нагрузкой.

Другие достоинства термогидравлического распределителя:

• • Накопитель загружается при всех режимах, таким образом обеспечивается оптимальное регулирование котла;
• • Количество циркулирующей воды в теплогенераторе не зависит от количества воды в контуре потребления;
• • Простая настройка насоса котлового контура и котла отопительного контура.

Советы по настройке/установке:

• • Объем термогидравлического распределителя = Общему объему потока для всех потребителей х 3;
• • Скорость потока < 0,3 м/с;
• • Насосы котлового контура должны подавать объем потока, примерно в 1,1 раза превышающий максимальный объем контура потребления.

Статью «Wegweiser für das Heizungswasser» можно прочитать в оригинале на немецком языке, перейдя по ссылке: http://www.profactor.de/wegweiser-fur-das-heizungswasser/

Пресс-служба компании PROFACTOR Armaturen GmbH