Регулирование тепловой мощности системы отопления является наиболее важным для повышения эффективности работы системы отопления, а также создания оптимальных климатических условий в помещении. Гидравлическая увязка системы отопления, повышение теплозащиты здания, оптимальный расчет системы отопления — все это направленно в первую очередь на экономию энергии. Если в здании средняя температура всех помещений повысится лишь на 1°С, то тепловая мощность системы отопления должна увеличится на 6-10%. Отсюда видно, что регулирование системы отопления, а как следствие температуры в помещении в пределах единиц градусов, позволяет существенно экономить энергию при эксплуатации системы отопления. Регулирование тепловой мощности осуществляется: в котельной установке, где происходит получение тепла и его распределение по помещениям; в помещении с использованием термостатической арматуры для создания необходимых температурных условий; в стояках отдельных контуров отопления для их совместной балансировки. Современная котельная установка — это сочетание системы регулирования и гидравлической схемы направленной на рациональное использование тепловой мощности. Практически все устройства регулирования являются погодозависимыми, то есть изменяют температуру на выходе котельной установки, а, следовательно, и мощность, в зависимости от температуры наружного воздуха. Гидравлическая схема такой установки построена таким образом, что температура теплоносителя в любом контуре системы отопления изменяется в зависимости от изменения температуры наружного воздуха. Применение таких современных устройств, как трехходовые, термостатические и обычные вентили, циркуляционные насосы с электронным управлением, гидравлические разделители, позволяют контролировать и дозировать подачу теплоносителя конечным потребителям, то есть источникам тепла в помещении. В тоже время при разветвленной сети трубопроводов, с разным гидравлическим сопротивлением, различных по мощности радиаторов, возникает проблема равномерного распределения тепла в соответствии с нагрузкой отапливаемого помещения. По принципу наименьшего сопротивления теплоноситель протекает по кратчайшему пути от котельной установки к отопительному прибору. Поэтому радиаторы расположенные далеко от котельной установки и, соответственно, от циркуляционного насоса, снабжаются теплоносителем в меньшей степени. Отсюда в отдельных помещениях нельзя достичь необходимой температуры. Потребители, расположенные в более выгодном, с гидравлической точки зрения, положении получат избыточное количество тепловой энергии. Часто эта проблема решается с изменением элементов котельной установки — увеличивается мощность котла, завышается температура подающей линии, изменяется настройка котельной установки, устанавливается насос с большей производительностью. Все это приводит к неравномерному теплоснабжению помещений, увеличению потребления тепла, к гидравлическому шуму в системе и, что самое главное, к перерасходу тепловой мощности и уменьшению эффективности системы отопления. Решить эту проблему можно только с помощью гидравлической увязки, которая позволяет установить одинаковые гидравлические сопротивления и, соответственно, расходы для всех отопительных приборов и, следовательно, одинаковые температурные условия в различных помещениях. Выполнение гидравлической увязки позволит создать экономную и комфортную систему отопления. Так немецкими нормами по проведению строительных работ предписывается: « Циркуляционные насосы, арматуру и трубопроводы следует увязать между собой таким образом, чтобы при изменяющихся условиях работы достаточное количество теплоносителя было гарантировано всем потребителям. Допустимый уровень шумов в системе отопления не должен быть превышен». Гидравлическая увязка системы отопления зависит от многих факторов и может осуществляться только через расчет тепловой нагрузки и гидравлических сопротивлений сети трубопроводов. Включает в себя следующие этапы:
- определение тепловой нагрузки помещений;
- расчет отопительных приборов с учетом количества потребляемого ими теплоносителя;
- расчет трубопроводной сети, исходя из расхода теплоносителя по отдельным отопительным приборам.
Не менее важным является регулирование системы отопления при вводе ее в эксплуатацию. Для выполнения гидравлической увязки и соответственно регулирования мощности отопительной системы необходима соответствующая регулирующая арматура, позволяющая выполнить эти операции с высокой эффективностью, с тем, чтобы получить энергосберегающую и комфортную систему отопления. Термостатические вентили и вентили на обратную подводку, регулирующие вентили, регуляторы расхода и перепада давления фирмы Oventrop позволяют быстро и эффективно гидравлически увязать как автономную систему отопления индивидуального дома, так и центральные однотрубные и двухтрубные системы отопления, имеющие большое количество отопительных приборов, распределенных по стоякам. Применение термостатических вентилей и термостатов уже позволит сбалансировать любую систему отопления и сделать ее эффективной. Рассмотрим основные конструктивные особенности этой арматуры, а также основные приемы выполнения гидравлической увязки системы отопления с использованием этих устройств. Фирма Oventrop предлагает различные термостатические вентили, а также вентили на обратную подводку, которые дают возможность установить необходимый расход на отопительном приборе. Вентили Oventrop серии «A» всех диаметров имеют одинаковую величину пропуска, применяются для двухтрубных и однотрубных систем. Регулирование тепловой мощности радиатора осуществляется с помощью вентилей на обратную подводку, применяемых совместно с вентилями серии «A». Вентили серии «AZ» идентичны вентилям серии «A» , но имеют большую величину пропуска — kv-1,1. Вентили серии «AV6» позволяют регулировать пропуск теплоносителя в соответствии с потребностью в тепле благодаря настраиваемой вентильной вставки. Максимальный ход вентиля 3,5 мм, ход при изменении температуры на 2 К составляет 0,44 мм, коэффициент пропуска теплоносителя — kv-0,65. Вентили серии «F» позволяют производить точную предварительную настройку; применяются в системах с большим перепадом температур или в системах с малыми расходами. Преимущество заключается в высокой точности пропуска теплоносителя через радиатор. Серия «ADV6» позволяет также регулировать пропуск теплоносителя в соответствии с потребностью в тепле благодаря настройке вентильной вставки. В конструкции вентиля предусмотрена возможность автоматического перехода вентиля на величину пропуска 5% от расчетной при снятии или отказе термостата. Для присоединения радиаторов к обратному трубопроводу применяются вентили Combi 2,3,4, которые обладают функцией точной пропорциональной настройки, при применении их в автономных системах отопления. Они позволяют настроить величину пропуска теплоносителя, отключить отопительный прибор от системы, слить и залить теплоноситель в радиатор без его демонтажа. Таким образом, они предназначены для выполнения «микробалансировки» в пределах одного отопительного прибора. Диаграмма, связывающая перепад давления на вентиле с расходом теплоносителя на нем позволяет выбрать оптимальный тип вентиля, исходя из конкретной системы отопления и отопительных приборов применяемых в ней. При расходе теплоносителя 300 л/ч целесообразно выбрать вентиль серии «А», при 215 л/ч — вентиль серии «AV6» , а при расходе 105 л/ч вентиль серии «F». Кроме этого, диаграммы для конкретных вентилей позволяют выбрать его предварительную настройку, исходя из расхода теплоносителя через радиатор. Так, например, для вентиля серии «AV6» перепад давления составляет около 100 мбар, эта величина перепада давления определяется тем, что при перепаде давления выше 150-250 мбар в системе могут возникнуть шумы, а минимальный перепад давления для обеспечения точности регулировки составляет 50 мбар. При расходе теплоносителя через отопительный прибор 17 л/ч вентиль необходимо настроить на положение «1», с увеличением расхода до 215 л/ч настройка вентиля должна соответствовать положению «6». Аналогичным образом происходит настройка и других вентилей фирмы Oventrop. Таким образом, термостатические вентили Oventrop оптимальным образом регулируют пропуск теплоносителя, что позволяет достичь наилучших показателей теплоотдачи каждого отопительного прибора. Предварительно настроенный термостатический вентиль пропускает строго определенное количество теплоносителя. В то же время величина поступлений тепла в помещение зависит от множества факторов, таких как объем помещения, ориентация его оконных проемов, число установленных в помещении электроприборов, количество людей, находящихся в помещении. Следовательно, количество теплоносителя, проходящего через радиатор, должно изменяться в зависимости от температуры помещения. Таким образом, каждый термостатический вентиль должен быть оснащен датчиком-термостатом, который реагирует на температуру помещения, а затем воздействует на термостатический вентиль, открывая или закрывая его, и тем самым регулирует количество теплоносителя, проходящего через отопительный прибор и, следовательно, температуру его поверхности. Термостатический вентиль с термостатом является пропорциональным регулятором, который функционирует без использования дополнительной энергии. При изменении температуры воздуха изменяются условия теплоотдачи на температурном датчике. При этом изменение внутренней энергии датчика используется для управления вентилем. Термостатические вентили с термостатами должны удовлетворять ряду требований как по качеству регулирования, так и по воздействию на них механических и термических нагрузок. К требованиям по качеству регулирования относятся:
- гистерезис,
- влияние температуры теплоносителя,
- влияние перепада давления,
- динамика работы термостатического вентиля. К требованиям по воздействию механических и термических нагрузок относятся:
- прочность на изгиб,
- удар, скручивание,
- способность выдерживать тепловые нагрузки.
Каждый термостатический вентиль состоит из подвижных и неподвижных частей. В результате взаимодействия этих частей вентиль и термостат будут по-разному реагировать на температуру в помещении, следовательно, по-разному регулировать расход теплоносителя через отопительный прибор. При ограниченном изменении температуры воздуха в помещении расход теплоносителя или совсем не изменится, или изменится незначительно. Результатом этого является тот факт, что при изменении температуры воздуха в помещении на определенную величину термостатический вентиль с термостатом не изменят поток теплоносителя и, следовательно, теплоотдачу отопительного прибора. Этот диапазон температур называется гистерезисом. За счет теплопроводности в корпусе вентиля, а также за счет излучения при неправильном или неблагоприятном расположении термостата, температурный датчик будет регистрировать завышенное значение температуры и, следовательно, изменять тепловой поток через радиатор. Это будет сказываться наиболее существенно для вентилей с непосредственно закрепленным на нем термостате. Поэтому влияние температуры теплоносителя на процесс измерения температуры датчиком является важным показателем качества регулирования. Перепады давления с одной и другой стороны термостатического вентиля оказывают также влияние на проход теплоносителя через него, особенно это сказывается при превышении значения выше граничного, определенного для каждого вентиля. На поступление тепла в помещение термостатический вентиль среагирует только тогда, когда термостат под воздействием внешней температуры воздействует на привод вентиля. Если этот процесс будет сильно растянут во времени, это может привести к превышению температуры в помещении. Поэтому термостатический вентиль с термостатом должны иметь оптимальную временную константу. Хорошее обтекание термостата воздухом помещения является обязательным условием для его быстрого срабатывания. Динамическая характеристика отопительного прибора является определяющим фактором для экономии энергии, поэтому необходимо применять регуляторы с высокой быстротой срабатывания, а отопительные приборы с быстро изменяющейся теплоотдачей. Всем вышеперечисленным требованиям по качеству регулирования обладают термостатические вентили и термостаты фирмы Oventrop. Так гистерезис имеет значение 0,2 К; воздействие температуры теплоносителя 0,37 — 0,65/30K; устойчивость к перепаду давления 0,4 K/0,5 бар. Они также обладают и высокими прочностными характеристиками: прочность на изгиб 815 Н; прочность на скручивание 25,8 Нм. Конструктивно термостатический вентиль с термостатом фирмы Oventrop состоит из термобаллона (2), вентильной вставки (6), предохранителя (3), сальника (5), условной шкалы настройки (4), мемо-шайбы (1), резьбового соединения (7). Чувствительный элемент — термобаллон, заполненный жидкостью с высоким коэффициентом объемного расширения. Под воздействием температуры воздуха происходит сжатие или расширение сильфона термобаллона, который воздействует на шток, открывая или закрывая вентиль. Фирма Oventrop выпускает термостаты со встроенными и выносными датчиками, с дистанционным регулированием. Термостаты серии «Uni LH, CH, XH, XD» имеют современный дизайн и подходят ко всем типам радиаторов различных фирм. Применение совместно с термостатами устройств для повременного регулирования температуры помещения, позволяет еще более повысить комфорт в помещении при увеличении эффективности и энергосбережении отопительного прибора. Правильно выбрав и рассчитав котельную установку, отопительные приборы, термостатические вентили и термостаты, немаловажно сбалансировать и гидравлически увязать уже готовую систему отопления, с тем, чтобы она была эффективной, энергосберегающей и комфортной. На примере автономной системы отопления с радиаторами разной мощности и термостатическими вентилями с предварительной настройкой «AV6» рассмотрим гидравлическую увязку такой системы. Общая потребность в тепле всех помещений составляет 6950 Вт, и она достаточно неравномерно распределяется по помещениям: от 320 Вт в туалете до 2160 Вт в жилой комнате. При температуре теплоносителя 90/75°С , перепаде давления на вентиле ∆р — 100 мбар, рассчитаем требуемый расход теплоносителя через отопительные приборы по формуле V= Q/C*∆t , где Q- теплопотребность помещения; ∆t — разность температур прямой и обратной линии; с — коэффициент теплоемкости — 1,163 В*ч/(л*К). Исходя из расхода по каждому отопительному прибору, используя диаграмму для настройки вентилей «AV6», определяем настройку каждого термостатирующего вентиля. Настроив таким образом все радиаторы, мы получаем гидравлически сбалансированную систему отопления. Применяя различные вентили, можно также более точно сбалансировать систему отопления и, что самое главное, добиться равномерного распределения тепловой мощности по отопительным приборам. Применяя вентили серии «А» без предварительной настройки, мы имеем практически не сбалансированную систему отопления, которая обладает лишь возможностью регулировать температуру в помещении. Отопительные приборы расположенные вблизи циркуляционного насоса имеют тепловую мощность 415% с расходом теплоносителя 190 л/час в отличие от самых удаленных — 26% и 12 л/час. Применение циркуляционного насоса с электронным регулированием позволяет достичь номинальной мощности самого удаленного радиатора до 100%, но при этом тепловая мощность и расход теплоносителя наиболее близкого радиатора возрастает до 817% и 374 л/час соответственно при этом возрастает и суммарный расход до 3424 л/час. Применение термостатических вентилей с предварительной настройкой «AV6» существенно выравнивает расход теплоносителя и тепловую мощность отопительных приборов при существенном снижении общего расхода до 1005 л/час. Использование термостатических вентилей с точной предварительной настройкой серии «F» позволяет получить номинальный расход на всех радиаторах и снизить общий расход до 921 л/час. Отсюда видно, что гидравлическая увязка необходима для того, чтобы при постоянной эксплуатации все потребители тепла обеспечивались теплоносителем в соответствии с их отопительной нагрузкой. Циркуляционные насосы, арматуру, трубопроводы необходимо согласовывать между собой так, чтобы при любых условиях обеспечить достаточное количество теплоносителя отопительным приборам. Таким образом, применение эффективной терморегулирующей арматуры с проведением последующей гидравлической увязки приводит к экономии энергии, снижению затрат, надежности в эксплуатации, высокому уровню комфорта. В статье использованы материалы, предоставленные представительством фирмы Oventrop в России.
