ТЕПЛОВОЙ ПУНКТ: ЗАВИСИМОЕ ПРИСОЕДИНЕНИЕ АБОНЕНТОВ К ТЕПЛОВЫМ СЕТЯМ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 62

Р.Г. Журавлев

ТЕПЛОВОЙ ПУНКТ: ЗАВИСИМОЕ ПРИСОЕДИНЕНИЕ АБОНЕНТОВ К ТЕПЛОВЫМ СЕТЯМ

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

Ключевые слова: тепловой пункт, зависимая схема, насос, узел смешения, регулирующая арматура.

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

Зависимое присоединение, при котором теплоноситель из теплосети без снижения температуры (без смешения) подают потребителю, является наиболее простым и удобным в эксплуатации. Применяют его при совпадении температур теплоносителя в системе отопления здания (Т11) 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 промпредприя-тия либо небольшого населенного пункта.

Подавляющее большинство зданий присоединены по зависимой схеме со смешением теплоносителя до температуры Т11 < Т1. Ранее для смешения воды устанавливали водоструйные насосы (гидроэлеваторы), нерегулируемые и регулируемые. Вследствие неработоспособности первых и неэффективности вторых в двухтрубных системах отопления с терморегуляторами широкое распространение получили схемы с насосным смешением воды.

Насос в схеме присоединения абонента позволяет применить наиболее энергосберегающие автоматизированные решения по регулированию систем абонента, учитывая погодные факторы по датчику температуры наружного воздуха, тепловые характеристики здания и теплогидравлические характеристики систем. Появляется возможность не только качественного, но и качественно-количественного регулирования системы отопления практически в любом диапазоне, учитывая специфику теплового режима здания и помещения при одновременном сокращении потребляемого теплоносителя.

Благодаря появлению малошумных бесфундаментных ступенчатых либо автоматически-регулируемых насосов эти схемы повсеместно вытесняют схемы с гидроэлеваторами. Насосы, за счет универсальности и гибкости управления, позволяют решать любые задачи регулирования систем абонента. Соответственно под эти задачи выбирают место установки насоса. Насос располагают на перемычке между подающим и обратным трубопроводом при давлении в трубопроводах теплосети на вводе, 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. Следовательно, применяется меньший насос и меньше потребляется электроэнергии. Однако при таком расположении насоса на работу системы отопления влияют колебания давления в теплосети. Устраняют эти колебания дополнительным регулирующим клапаном стабилизации расхода в 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 устраняется вероятность недополучения необходимого количества сетевой воды у потребителя. Кроме того, расход на перемычке изменяется в зависимости от работы регулятора теплового потока, что требует применение насоса с регулируемой частотой вращения. Поэтому данная схема не рекомендуется к применению. Указанные недостатки исключаются при установке насоса на подающем либо обратном трубопроводе, где достигаемая надежность системы превалирует над незначительным увеличением мощности насоса. Необходимая температура теплоносителя в системе отопления устанавливается электронным регулятором типа ЕСЬ по заданному темпе-

© Журавлев Р.Г., 2016.

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

ратурному графику путем воздействия на трехходовой либо двухходовой клапан регулятора теплового потока (РТ). Чаще используют двухходовой клапан вследствие лучшего обеспечения требуемого расхода теплоносителя в системе отопления с необходимой температурой. Трехходовой смешивающий клапан выбирают по большему значению пропускной способности из результатов расчета на входе и на выходе, поскольку различны температуры теплоносителя, а, следовательно, различны и расходы теплоносителя при равенстве переносимой тепловой энергии. При централизованном теплоснабжении клапан выбирают по расходу в системе отопления. Результатом такого выбора смесительного трехходового клапана является неудовлетворительная их работа по стороне теплосети. Устраняют этот недостаток применением трехходового разделительного клапана на обратном трубопроводе. Но в том и в другом случаях при неправильном обеспечении внешних авторитетов клапана по обоим контурам циркуляции теплоносителя могут образовываться значительные отклонения от требуемого расхода, ухудшающие линейность регулирования температуры теплоносителя. Значительно лучших результатов регулирования достигают при использовании 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 обратный трубопровод. Клапан работает в более благоприятных условиях.

Насос на подающем трубопроводе после подмешивающей перемычки устанавливают при статическом давлении системы, равном либо превышающем давление в подающем трубопроводе тепловой сети, а также при необходимости увеличения располагаемого давления для системы. В последнем случае насос выполняет смесительно-циркуляционную и повысительную функции. Однако, следует иметь ввиду, что такие функции были присущи насосу в системе отопления без регулятора теплового потока. Поэтому ранее при необходимости повышения давления подбирали насос по разности между потерей давления в системе отопления и перепадом давления на вводе теплосети, а также расходу теплоносителя в системе отопления. В современной 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 расположения необходимо обеспечивать перед ним достаточное избыточное давление в соответствии с кавита-ционной характеристикой NPSH. 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 проектировщиков и эксплуатационников. Размещением насоса на подающем трубопроводе уменьшают, например, вероятность засорения при заполнении эксплуатации системы отопления. В то же время, при пропадании электроэнергии в насос попадает высокотемпературный теплоноситель за счет незначительной циркуляции через него под разностью давлений в подающем и обратном трубопроводе теплосети, поскольку не всегда выполняются рекомендации о необходимости отсечения местной системы отопления в таких ситуациях. При расположении насоса на обратном трубопроводе, устраняют влияние повышенного давления в обратной магистрали теплосети, часто наблюдаемое в концевых участках теплосети, и создают более благоприятные температурные условия для его работы. Эпизодические отключения электроэнергии требуют прогнозированного обеспечения поведения системы местных систем и разработки мерзащиты от пагубных последствий. С этой целью на подмешивающей перемычке устанавливают обратный клапан, предотвращающий попадание теплоносителя из подающего в обратный трубопровод теплосети. Кроме того, учитывают пропуск теплоносителя через обесточенный насос. Пропускаемый расход зависит от этого перепада и от сопротивления системы отопления. Двухтрубные системы отопления, имея большее гидравлическое 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 теплоносителя в теплосети над расчетной температурой теплоносителя в системе отопления. Поэтому общим требованием является необходимость предусмотре-ния защиты местных систем от аварийного повышения параметров теплоносителя, например, применением регулятора теплового потока, закрывающегося при пропадании электричества. Полное отсечение системы отопления современных зданий, имеющих большую тепловую инерцию, не приводит к ее замораживанию в течение нескольких дней. Более незащищенными являются системы отопления малоинерционных и неутепленных зданий.

Рис. 1. Принципиальная схема теплового пункта с зависимым подключением (с узлом смешения)

Место установки грязевиков - на подводящем трубопроводе при вводе в тепловой пункт; на обратном трубопроводе перед регулирующими устройствами и приборами учета расходов воды и тепловых 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 системы, осуществляемом с обратной магистрали теплосети, защита от попадания загрязнения в оборудование отсутствует. Поэтому и возникает целесообразность размещения всего оборудования, в том числе и насосов, на подающем трубопроводе. Тогда грязевик 2 на обратном трубопроводе в паре с развернутым фильтром 3 (обозначено пунктиром) вполне справляется с очисткой теплоносителя при заполнении системы. Развернутый фильтр - это обыкновенный фильтр, установленный навстречу движению теплоносителя. Применение развернутых фильтров в отечественной 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 трубопроводе и фильтра с обратным клапаном на врезке. В режиме заполнения системы (при закрытом отключающем клапане 1 на подающем трубопроводе) закрывается обратный клапан на основном трубопроводе и открывается обратный клапан на врезке, пропуская теплоноситель через фильтр. Врезку осуществляют трубопроводом меньшего диаметра, исходя из времени заполнения системы отопления. Фильтр и обратный клапан выбирают по принятому диаметру врезки. В целом, такой узел является предпочтительнее с экономической и эксплуатационной точек зрения по сравнению с размещением развернутого фильтра на основном трубопроводе. 4 - расходомер. Место установки расходомера зависит от требований 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 теплоснабжающих организаций зачастую необходимо устанавливать расходомер на подающем и на обратном трубопроводах одновременно. 5 - тепловычисли-тель. Рассчитывает потребление тепловой энергии, основываясь на измеренном расходе расходомером 4 (расходомерами) и разности температур от пары датчиков 6. 6 - датчик температуры теплоносителя. Представляет собой термометр сопротивления, обеспечивающий изменение сопротивления пропорционально температуре теплоносителя. Достигают этого использованием 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 заполняют либо теплопроводной пастой, либо маслом. При диаметре трубопровода 65 мм и выше устанавливают только погружные датчики. 7 - регулятор перепада давления. Защищает теплосеть от гидравлического разрегулирования. Защищает систему отопления от колебания давления в теплосети. Поддерживает постоянный перепад давления и постоянный внешний авторитет на клапане регулятора теплового потока 8, создавая наилучшие условия регулирования. Ограничивает совместно с 8 максимальный расход теплоносителя у абонента. Обеспечивает механическую работоспособность электропривода клапана 8, т. к. поддерживает постоянный перепад давления на за-

творе клапана 8, равный расчетным условиям. Если регулятор 7 отсутствует, то колебания давления в теплосети передаются на привод регулятора 8, ухудшая его работоспособность. Наихудшим вариантом является превышение давления в трубопроводе над усилием привода. Если у привода отсутствует отключающая защита в этот момент, то он сгорает либо разрушается. При пропадании элекроэнергии привод закрывается для предотвращения разрушения системы отопления от избыточной температуры теплоносителя. Если отсутствует такая угроза, то применяют клапаны с нормально открытым затвором либо промежуточным расположением затвора при пропадании электричества. 8 - клапан регулятора теплового потока. Изменяет подачу теплоносителя из теплосети для подмешивания с охлажденным теплоносителем из обратного трубопровода, обеспечивая требуемую температуру теплоносителя на входе в систему отопления. Клапан регулируется электроприводом, 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 изменения 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 температурному графику путем сопоставления с показаниями температуры наружного воздуха t ext от датчика температуры наружного воздуха 11, а также по запрограммированному энергосберегающему режиму - ночному снижению энергопотребления системой отопления, снижению энергопотребления в выходные дни... Корректируют управление (дополнительные функции (опции) изображены пунктирными линиями) по температуре теплоносителя в обратном трубопроводе согласно показаниям датчика температуры 12 либо по температуре воздуха в помещении tin согласно показаниям датчика температуры внутреннего воздуха 13. При этом 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 20 в неотопительный период, периодически включая их на короткий промежуток времени (один раз в трое суток на одну минуту). Эти функции являются дополнительными опциями и реализуются при необходимости путем программирования электронного регулятора. Например, эпизодическое 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 описанию датчика 6. Датчик 10 необходимо устанавливать в малом циркуляционном кольце - между перемычками с обратным клапаном 22 и с перепускным клапаном 18. Это позволяет воспринимать температуру теплоносителя на входе в систему отопления во всех режимах ее работы. Дополнительные датчики способствуют более быстрому и точному регулированию. Устанавливая эти оба датчика, появляется возможность применения температурного метода наладки системы отопления без каких-либо дополнительных измерительных приборов, т. к. температура теплоносителя в трубопроводах отображается на дисплее электронного регулятора 9. Температурный метод наиболее достоверно показывает соответствие мощности системы отопления теплопотерям здания. Применяют погружные (ESMU) и накладные (ESM 11) датчики. Накладные - на трубопроводах малого диаметра. Такие датчики являются наиболее дешевыми и наименее инерционными. Однако они воспринимают температуру поверхности трубы, в то время как регулирование 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 погружных датчиков, например, на изгибе трубопровода, позволяющем вварить гильзу на всю длину. 11 - датчик температуры наружного воздуха (ESMT). Представляет собой термометр сопротивления, обеспечивающий изменение сопротивления пропорционально температуре наружного воздуха. Достигают этого использованием платиновых проводников, имеющих линейную зависимость, которая пренебрежимо мало изменяется от длины кабеля. Устанавливают на наружной стене здания с северной стороны, не допуская воздействия теплового потока от окон, дверей, газоходов...13 - датчик температуры внутреннего воздуха (ESMA10). Представляет собой термометр сопротивления, обеспечивающий изменение сопротивления пропорционально температуре внутреннего воздуха. Достигают этого использованием платиновых проводников, имеющих линейную 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 регуляторами 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 режи-

мом) этот клапан не устанавливают. Его функции выполняют указанные автоматические регуляторы. В небольших системах отопления, где наладка может быть осуществлена лишь регулирующими клапанами на стояках либо на приборных ветках, этот клапан также не устанавливают. Клапан размещают до перемычки с перепускным клапаном 18. Это способствует улучшению характеристик регулирования радиаторных терморегуляторов (повышению их внешнего авторитета), но требует установки отключающего клапана 16 на подающем трубопроводе. 15 - предохранительный клапан. Предназначен для защиты системы отопления от возможного превышения избыточного давления над рабочим давлением при несрабатывании автоматических клапанов. Предпочтительное расположение клапана - на обратном трубопроводе со стороны системы отопления до отключающей арматуры 16. При этом если происходит сброс теплоносителя, то - охлажденного. Сброс рекомендуется осуществлять в специальные накопительные емкости. В крайнем случае - в канализацию. 16 - отключающая арматура системы отопления. Предназначена для отключения системы отопления и предотвращения попадания загрязненного теплоносителя при промывке системы в оборудование теплового узла. 17 - спускные (дренажные) краны. Предназначены для опорожнения системы отопления. Применяют также для подключения компрессоров при промывке системы отопления, а в небольших системах - для гидравлического испытания. 18 - перепускной клапан. Обеспечивает циркуляцию теплоносителя по малому циркуляционному кольцу (через себя) при закрытых терморегуляторах двухтрубной системы отопления с переменным гидравлическим режимом. В этот момент клапан регулятора теплового потока 8 закрывается, т. к. температура в малом циркуляционном кольце будет постоянна и равна требуемому значению. Кроме того, данный клапан стабилизирует давление теплоносителя, частично улучшая работу терморегуляторов (только при их закрытии). Применяют при использовании автоматически нерегулируемых насосов, неспособных работать при нулевом расходе. В однотрубных и двухтрубных системах отопления с постоянным гидравлическим режимом не устанавливают. 19 - пусковой байпас с запорным краном, предназначен для заполнения системы отопления, осуществляемого из обратной магистрали теплосети. Его применение недопустимо, однако он встречается на практике для предотвращения загрязнения насосной группы при заполнении системы. При размещении на обратном трубопроводе грязевика 2 и фильтра 3 (изображены пунктирной линией) необходимость в пусковом байпасе отпадает. 20 - насосная группа.

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.