ТЕПЛОВОЙ ПУНКТ: ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 62

Р.Г. Журавлев

ТЕПЛОВОЙ ПУНКТ: ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ

В предлагаемой статье рассмотрен вопрос наиболее эффективного и рационального подключения систем вентиляции абонентов к системе централизованного теплоснабжения.

Ключевые слова: тепловой пункт, закрытая схема, калорифер, регулирование, регулирующая арматура, двухходовой клапан, трехходовой клапан.

Тепловой пункт (ТП) - сооружение с комплектом оборудования, позволяющее изменить температурный и гидравлический режимы теплоносителя, обеспечить учет и регулирование расхода тепловой энергии и теплоносителя.

Теплоснабжение системы вентиляции осуществляют по закрытой схеме через калорифер. При этом применяют различные схемы обвязки калориферов. Преимущество отдают схеме с постоянным гидравлическим режимом, создавая постоянный поток теплоносителя через калорифер и уменьшая таким образом опасность его замораживания, а также обеспечивая лучшие условия контроля температуры воздуха.

При необходимости перед калорифером снижают температуру теплоносителя: •для предотвращения разрушения калорифера, если его рабочая температура ниже температуры теплоносителя в теплосети;

•для уменьшения погрешности регулирования температуры воздуха вследствие неравномерности прогрева калорифера.

Снижают температуру теплоносителя регулятором теплового потока, например, ЕСЬ, воспринимающим температуру от датчиков температуры воздуха за калорифером, а также внутри помещения и воздействующим на двухходовой или трехходовой клапан. Главная задача обоих проектных решений заключается в обеспечении линейности регулирования тепловым потоком калорифера, т. е. чтобы этот поток изменялся пропорционально ходу штока клапана регулятора теплового потока. Чаще всего достигают такого результата применением у калорифера: •дополнительного насоса;

•дополнительного автоматического регулятора гидравлических параметров (регулятор перепада давления либо регулятор расхода, либо комбинированный клапан).

Такими проектными решениями создают обособленные регулируемые участки с индивидуальными гидравлическими режимами, в пределах которых выбирают приемлемое решение по регулированию калорифером за счет соответствующего искривления расходной характеристики клапана регулятора теплового потока. Схемы присоединения калориферов с использованием трехходовых клапанов показаны на рис. 1. Схему на рис. 1а применяют для снабжения калорифера 1 постоянным расходом теплоносителя VAB. Общий расход теплоносителя VAB в трехходовом клапане 2 равен сумме расходов в прямом VA и перпендикулярном УВ каналах. Регулирование теплового потока калорифера при этом осуществляют качественно: изменением температуры подаваемого теплоносителя. Требуемую температуру теплоносителя перед калорифером достигают путем перемещения штока трехходового клапана. В зависимости от расхода УА сетевой воды и подмешиваемой воды с расходом УВ после калорифера изменяют пропорцию и температуру смеси теплоносителя. Расход УА изменяется от нуля до УАВ. Если по условиям эксплуатации источника теплоты необходимо поддерживать расход в магистральном трубопроводе на постоянном уровне, то устанавливают трехходовой клапан по схеме на рис. 1б. В этом случае клапан работает на разделение потоков, а расход теплоносителя УВ в калорифере будет изменяться от нуля до УАВ. Постоянный расход в магистрали обеспечивают также с использованием смешивающего трехходового клапана, установленного по схемам на рис. 1в и 1г, если допустимо повышать температуру обратки. Эти схемы имеют некоторое преимущество, заключающееся в предпочтительной работе клапанов на обрат-

© Журавлев Р.Г., 2016.

Научный руководитель: Мельников Владимир Михайлович - кандидат технических наук, доцент, Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.

ном трубопроводе с охлажденным теплоносителем. С этой же целью на обратном трубопроводе могут устанавливать и насосы.

Рис. 1. Установка трехходовых клапанов:

а - на смешивание в подающем трубопроводе; б - на разделение в подающем трубопроводе; в, г - на смешивание в обратном трубопроводе

Гидравлическую увязку ответвлений к калориферам осуществляют регулятором перепада давления 3, гася им избыточное давление перед трехходовым клапаном. Либо регулятором расхода 4. В этих случаях необходимость в ручном клапане 6 отпадает, т. к. ответвления будут уравновешены автоматически. Уравновешивание гидравлического сопротивления циркуляционных колец через калорифер и через обводной участок осуществляют либо изменением диаметра трубопроводов, либо регулирующим клапаном 5, устанавливаемым на обводном участке. Возможен также вариант с установкой такого клапана и в циркуляционном кольце калорифера. Этим клапаном, при необходимости, подстраивают расходную характеристику трехходового клапана (для потока через калорифер) под характеристику калорифера для обеспечения линейности регулирования его тепловым потоком, а клапаном на обводном участке подстраивают расходную характеристику (для потока через обводной участок) трехходового клапана для обеспечения постоянства расхода теплоносителя во всем узле. Иначе, без балансировки обводного участка, гидравлическое сопротивление всей ветви и расход в ней могут быть переменными, а не постоянными. При корректировании расходной характеристики трехходового клапана следует учитывать, что внешние авторитеты клапана относительно его каждого прохода соотносят к разным регулируемым участкам. Если перед калорифером нет регулятора перепада давления или регулятора расхода, то регулируемым участком с одной стороны является вся теплосеть, и трехходовой клапан работает как двухпози-ционный. В этом случае при прохождении штока клапана через среднее положение возникают значительные отклонения (до 2-х раз) суммарного расхода теплоносителя в узле обвязки калорифера. Предотвращают такую неэффективную работу трехходового клапана регулятором перепада давления 3 либо регулятором расхода 4, который устанавливают на ответвлении к калориферу. Основным требованием стабилизации суммарного расхода при работе трехходового клапана является обеспечение в обоих циркуляционных контурах, проходящих через него, примерно равных гидравлических условий. Улучшение стабильности теплоснабжения калорифера получают в схемах на рис. 2 с разделением циркуляционных контуров при помощи замыкающего участка: на первичный контур (обозначен пунктирной линией) с источником теплоты и на вторичный контур (обозначен штрихпунктирной линией) с калорифером. Сопротивление замыкающего участка создают как можно меньшим. Однако даже в этом случае достигают лишь примерно постоянного гидравлического режима циркуляционного кольца, проходящего через калорифер. Применяя эти схемы, следует иметь ввиду, что участок обратного трубопровода, который расположен между обводным и замыкающим участками, подвержен насосному влиянию от первичного и вторичного контуров при перекрытии трехходового клапана на проход к калориферу. В таком случае преобладающее влияние на циркуляцию теплоносителя в рассматриваемом участке оказывает гравитационное давление, образующее нежелательное возвратное течение, оказывающее отрицательное влияние на регулирование температуры теплоносителя. Устраняют это влияние двумя способами: увеличением

расстояния между замыкающим и обводным участками (рис. 2б)], либо образованием гидравлической петли (рис. 2в). И в том, и в другом случаях создают гидравлическое сопротивление трубопроводов в противовес гравитационному давлению. По аналогичным схемам на рис. 1 и 2 устанавливают трехходовые поворотные клапаны. Безусловно, при таком проектном решении идеальное регулирование тепловым потоком калорифера недостижимо. Поэтому трехходовой поворотный клапан применяют лишь в системе, к которой требование по регулированию тепловым потоком калорифера не является определяющим, и у которой допускается незначительная протечка теплоносителя через клапан. К такой системе относят, например, систему теплоснабжения калорифера тепловой завесы. В традиционной отечественной практике проектирования применение циркуляционного насоса в системе теплоснабжения калорифера является новым подходом, который не всегда воспринимается, как энергоэффективный. Поэтому осуществляют поиск более дешевого варианта с устранением возможного шумообразования и снижением затрат электроэнергии на насос. Так, предложено использование гидроэлеватора. Однако при этом не рассмотрена совместная работа системы теплоснабжения калорифера, имеющей постоянный гидравлический режим, и системы отопления, имеющей переменный гидравлический режим. Для совмещения этих режимов перед гидроэлеватором необходимо дополнительно устанавливать регулятор расхода, стоимость которого сопоставима со стоимостью циркуляционного насоса. Кроме того, наличие гидроэлеватора заставляет поддерживать повышенный перепад давления в теплосети, затрачивая ту же электроэнергию на работу сетевых насосов. В итоге, происходит перенос затрат электроэнергии с теплового пункта на теплосеть, что с учетом потерь энергии при транспортировке теплоносителя делает предлагаемое проектное решение экономически неоправданным.

Рис. 2. Разделение системы теплоснабжения калориферов на гидравлические контуры:

а - с трехходовым клапаном во вторичном контуре; б и в - с трехходовым клапаном в первичном контуре

В зарубежной практике проектирования снижение затрат электроэнергии на работу насоса получают в системе теплоснабжения калорифера с переменным гидравлическим режимом. При этом используют автоматически регулируемый насос, поскольку он работает на полную мощность кратковременно: лишь в самые холодные дни отопительного периода. Однако система с переменным гидравлическим режимом имеет один основной недостаток, ограничивающий ее применение. Он заключается в риске замораживания калорифера при отсутствии циркуляции теплоносителя, т. е. при закрытом клапане регулятора теплового потока. Поэтому такие системы теплоснабжения калориферов применяют в системах воздушного отопления с полной либо частичной рециркуляцией внутреннего воздуха, либо других системах при обеспечении температуры смеси с наружным воздухом перед калорифером выше температуры кристаллизации теплоносителя в нем. Наиболее простые и надежные проектные решения узлов обвязки калориферов в системах с переменным гидравлическим режимом, представлены на рис. 3. Недостатком схемы на рис. 3а является незащищенность клапана регулятора теплового потока от влияния переменного гидравлического режима системы отопления. При перекрытии терморегуляторов на отопительных приборах системы отопления либо регулятора теплового потока по погодным условиям в тепловом пункте возрастает развиваемое давление насоса и изменяется внешний авторитет клапана регулятора

теплового потока перед калорифером, что требует соответствующей автоматической корректировки положения его штока. Полного устранения влияния колебания давления теплоносителя перед калорифером достигают в схемах на рис. 3б,в. В схеме на рис. 3б регулятором перепада давления обеспечивают внешний авторитет клапана регулятора теплового потока, равный единице. В этих условиях клапан регулятора теплового потока поддерживает расходную характеристику в любом положении штока, соответствующую данным производителя. Кроме того, регулятор перепада давления совместно с регулятором теплового потока выполняют функцию ограничения максимального расхода теплоносителя через калорифер. Для этого автоматически поддерживаемый регулятором перепад давления должен соответствовать потерям давления на регуляторе теплового потока при расчетном расходе теплоносителя.

Рис. 3. Обвязка калориферов в системе с переменным гидравлическим режимом:

а - двухходовым клапаном; б - двухходовым клапаном и регулятором перепада давления;

в - комбинированным клапаном

Конструктивным упрощением схемы на рис. 3б с выполнением тех же функций является схема на рис. 3в с использованием комбинированного клапана, например, АВ^М, который объединяет функции регулирующего клапана и балансировочного клапана (регулятора перепада давления). Такая схема в настоящее время за рубежом наиболее предпочитаема, т. к. в большинстве случаев обеспечивает эффективную работоспособность системы, невзирая на огрехи в проектировании, монтаже и эксплуатации, что предает уверенности проектировщику в правильности принятого решения.

Библиографический список:

¡.Федеральный закон Российской Федерации от 27 июля 2010 г. N 190-ФЗ «О теплоснабжении»;

2.Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»;

3.РД 34.09.102 «Правила учета тепловой энергии и теплоносителя»;

4.СП 124.13330.2012 «Тепловые сети»;

5.СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов»;

6.СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, тепловые сети».

ЖУРАВЛЕВ Роман Григорьевич - магистрант архитектурно-строительного факультета, Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.