В настоящее время в современных проектах систем отопления гражданских зданий имеется значительное количество различного вида арматуры и оборудования. В отечественной практике стали чаще использоваться балансировочные клапаны, терморегуляторы, узлы регулирования, регуляторы перепада давлений и расхода различных конструкций. Но одним из самых основных элементов, предназначенных для регулирования системы и для достижения максимально комфортных условий для людей в помещении, является терморегулятор.
Важно заметить, что он позволяет не только обеспечить необходимое количество теплоты, отдаваемое отопительным прибором, но и воздействовать на гидравлику системы, автоматически регулируя ее. Современной проблемой создания новых проектов является разрешение спора о том, какую регулирующую арматуру необходимо устанавливать в системах отопления, в каком количестве и на каких участках.
Конечной целью расчета системы отопления и подбора ее оборудования является обеспечение необходимого значения теплового потока от отопительного прибора, для компенсации теплопотерь здания в целом и достижения комфортных условий для пребывания людей в здании на протяжении всего отопительного периода. Существуют два радикально разных способа обеспечения этих условий: отечественный и западный.
Первый метод заключается в максимально возможном увязывании колец системы диаметрами участков и установки наименьшего количества регулирующей арматуры. Второй метод пришел в отечественную практику вместе с новыми видами арматуры из Западной Европы. Мы видим, что при различном разрегулировочном воздействии на систему отопления происходит изменение характеристики сопротивления системы. Однако клапаны вполне могут «отрегулировать» системы так, чтобы в каждый прибор поступало необходимое количество теплоносителя.
Такое регулирование имеет определенные рамки, связанные с перепадом давлений на клапане и фиксированным диапазоном его пропускной способности. Вот если бы каждый стояк состоял не из трех, а из десяти приборов, и мы отключили бы первый стояк, то возможно, что пропускная способность клапанов второго стояка должна была упасть до минимальных значений, при этом резко повысился бы перепад давления на них. Но этот факт необходимо доказать расчетом для конкретной системы.
А если таких стояков было бы не три, а двадцать, то отключение одного стояка слабо бы воздействовало на гидравлику всей системы отопления. Этот фактор также обусловлен характеристикой насоса. Рассмотрим второй случай. На подающем теплопроводе установлен балансировочный клапан. В таком случае общая характеристика сопротивления, а вместе с ней и потери давления в системе значительно увеличиться из-за того, что балансировочный клапан имеет значительные потери давления в своей конструкции.
Следовательно, насос на такой системе будет более мощный. В расчетных условиях (все приборы работают) пропускные способности клапанов у приборов будут в диапазоне от 0,23 до 0,43 (м3/ч)/бар0,5, а перепады давлений от 1097 до 2574 Па. Пропускная способность балансировочного клапана будет иметь значение 0,95 (м3/ч)/бар0,5, а перепад давления составит 12 262 Па. Проведем те же операции по разрегулировке системы, что и в первом случае.
При отключении стояка или одного отопительного прибора мы можем отрегулировать систему. Однако одного балансировочного вентиля будет недостаточно, так как он не будет влиять на коэффициенты затекания воды в стояки и приборы, а будет изменять только общую характеристику сопротивления всей системы. Важно отметить, что при отключении первого прибора пропускные способности клапанов у приборов будут в диапазоне от 0,21 до 0,49 (м3/ч)/ бар0,5, а при отключении стояка в диапазоне от 0,2 до 0,39 (м3/ч)/бар0,5.
Эти цифры показывают, что отклонение расчетных значений пропускных способностей клапанов меньше относительно первого случая (без применения балансировочного клапана). Наконец, рассмотрим третий случай. На каждом стояке стоит пара балансировочных клапанов (регулирующий и дублер) соединенных между собой импульсной трубкой, с помощью которой поддерживаться постоянный перепад давления на стояке.
Принцип работы заключается в том, что данная пара клапанов поддерживает постоянный расход на стояке при постоянном перепаде давления. Грубо говоря, регулирующий клапан изменяет свою пропускную способность в зависимости от считываемого значения перепада давления на стояке, тем самым поддерживая постоянный расход. Однако, если учитывать, что характеристика насоса не является линейной (для стандартных насосов), то при одном и том же перепаде давления на стояке расход может быть абсолютно различным.
Исследуем эту схему аналогично предыдущим. Вторая система хороша тем, что часть регулирующего воздействия на себя берет балансировочный клапан, а точность регулировки составляет от 7 до 9 %. Сложность регулировки заключается в том, что балансировочный клапан будет обслуживать специалист, хорошо знакомый с гидравликой данной системы, который будет знать, насколько надо увеличить сопротивление на клапане в случае отключения элементов системы отопления.
Третья система очень хороша в плане автоматической регулировки. Почти всю регулирующую способность на себя берут балансировочные клапаны, и точность регулировки достигла в наших исследованиях 1–5 %. Однако стоимость такой системы будет значительна и будут велики затраты на сервисное обслуживание клапанов.
Выводы
Выбор количества и типа арматуры зависит во многом от назначения здания и вида его эксплуатации. Например, если это жилое или административное здание, в котором не предусматривается полное длительное отключение целых стояков или ветвей (только в аварийных случаях), то вполне можно применить классический отечественный метод увязки колец диаметрами труб. Следуя требованиям энергоэффективности, желательно у каждого прибора установить термоклапаны (с термостатической головкой, датчиком или дешевым ручным регулятором).
Это обеспечит и автоматическую регулировку системы при необходимости, и поддержание комфортных условий в каждом помещении. Если провести качественный гидравлический расчет системы, то можно обойтись и без регуляторов. Нужно просто установить клапаны с определенной пропускной способностью и зафиксировать ее. Тогда комфорт будет достигнуть тогда, когда вся система отопления полностью эксплуатируется.
Если проектируется система отопления в здании, например гостиницы, где регулирование теплоотдачи прибора является одной из важных составляющих достижения комфорта, или фитнес-центры, где не все помещения находятся в постоянной эксплуатации, то очень важно учесть разрегулировочное воздействии системы. Могут отключаться не только отдельные приборы в отдельных помещениях, но и целые стояки, ветви, корпуса. Здесь можно предложить два способа регулирования.
Первый способ если этажность и протяженность здания довольно велика, здание имеет много крыльев корпусов, а регулирования невозможно достичь только за счет клапанов у приборов, то можно установить достаточное количество регулирующей арматуры и автоматики на всей системе отопления. При любом разрегулировочном воздействии на систему будет восстановлен необходимый расход на каждом приборе.
Первый способ имеет ряд положительных качеств, таких как упрощенный гидравлический расчет, точное регулирование системы при различных воздействиях, пониженный расход металла и возможность организовать один мощный тепловой пункт в большом здании, а систему отопления протяженной. Минусы первого способа будут существенными: завышенный расход электроэнергии, необходимость обслуживания системы, меньшая надежность всех элементов, капитальные затраты на саму регулирующую арматуру.
Второй способ предлагает разбить систему отопления на несколько систем, провести качественный гидравлический расчет и обеспечить регулирование только за счет клапанов у приборов. Таким образов при необходимости можно отключить целую систему отопления, что никаким образом не повлияет на остальные системы.
