Рис. 1. Узел регулирования с обычным регулирующим клапаном
Табл. 1. Комплектация узла регулирования (к рис. 1)
Автоматический комбинированный балансировочный клапан Danfoss AB-QM
Рис. 2. Узел регулирования с комбинированным балансировочным клапаном AB-QM
Табл. 2. Комплектация узла регулирования (к рис. 2)
Поэтапный ввод потребителей (1 — комбинированный клапан AB-QM; 2 — шаровой запорный полнопроходной кран)
Рис. 4. Количество клапанов в системе
Особенно актуальна эта проблема для больших современных офисных, гостиничных и жилых комплексов с большим числом автономных потребителей, каждому из которых нужно предоставить возможность самостоятельного управления температурой в помещениях, обеспечив при этом стабильную работу системы в масштабах всего здания. Наиболее эффективным способом решения подобной задачи является использование универсальных автоматических балансировочных клапанов.
Проблема балансировки отопительных систем зданий, особенно жилых многоквартирных, специалистам российского ЖКХ хорошо знакома. С ее решением напрямую связаны показатели комфортности жилья и эффективности использования тепловой энергии. В наши дни, когда регулируемое потребление тепла стало для коммунальной отрасли стандартом по умолчанию, а расходы в системах отопления — переменными, балансировка системы, например, при помощи шайб, уже невозможна в принципе. Получить эффективный и постоянный во времени результат позволяют только автоматические балансировочные клапаны.
С другой стороны, все чаще возникает потребность в комплексном решении вопросов холодоснабжения. Произошедший за последние годы климатический сдвиг, а также возросшая опасность таких природных катаклизмов, как лесные пожары, перевели вопрос организации кондиционирования жилых и офисных помещений в разряд системных практически на всей территории России, включая те регионы, где в недалеком прошлом спокойно обходились вообще без кондиционеров.
До сих пор проблема решалась в основном за счет использования бытовых сплит-систем, самостоятельно устанавливаемых владельцами помещений. Это привело к лавинообразному росту спроса на рынке кондиционеров. В 2011 году, согласно результатам исследования Discovery Research Group, их продажи в России составили 3,97 млн шт., что привело к дефициту: летом 2011 года в крупных российских городах купить сплит-систему было практически невозможно. В 2012 году рынок насытился и продажи сократились примерно на 30 %, составив 2,82 млн кондиционеров. Однако в целом спрос остается высоким, и, по прогнозам аналитиков, в ближайшие годы Россия будет оставаться самым крупным потребителем бытовых сплит-систем.
Данная тенденция чревата весьма серьезными последствиями для отечественного ЖКХ. Повальное оснащение квартир и офисов бытовыми кондиционерами нередко становится причиной перегрузок в электрических сетях зданий. Потребители несут значительные расходы, оплачивая огромные счета за электроэнергию. Не менее актуальна проблема массовых нарушений при монтаже сплит-систем, особенно внешних блоков. В некоторых городах, например, в Санкт-Петербурге, вопрос является вообще практически неразрешимым, поскольку размещать дополнительное оборудование на фасадах зданий в исторических районах запрещено на законодательном уровне. В итоге, в летнюю жару учащаются случаи обострения сердечно-сосудистых заболеваний, офисы не могут нормально функционировать, а недвижимость падает в цене.
Решением проблемы является внедрение технологий централизованного холодоснабжения при строительстве новых и реконструкции существующих зданий. При этом для сектора жилой, офисной и гостиничной недвижимости оптимальным вариантом являются системы комбинированного теплои холодоснабжения с использованием в качестве конечных устройств двухили четырехтрубных фанкойлов (в зависимости от проекта и бюджета строительства). В этом случае проблема балансировки становится еще шире — теперь ее нужно решать как для отопительного контура здания, так и для контура холодоснабжения (в случае с двухтрубными фанкойлами они объединены).
Универсальное решение
Существуют различные способы гидравлической балансировки системы теплои холодоснабжения с фанкойлами. При использовании для управления температурой в помещении регулирующих устройств (двухходовых регулирующих клапанов, термостатических регуляторов прямого действия) в обвязке вентиляторного доводчика устанавливается до трех ручных балансировочных клапанов (рис. 1). Возможен также вариант с использованием регуляторов перепада давления прямого действия, устанавливаемых на ветке (стояке) системы.
Эти решения имеют ряд недостатков. Первый и наиболее очевидный — трудоемкость гидравлического расчета системы, посредством которого определяются диаметры и настройки балансировочной и регулирующей арматуры. Например, при использовании в узлах управления системы двухходовых регулирующих клапанов нужно подобрать два элемента системы — собственно, сам регулирующий клапан и балансировочный клапан. Для этого всегда требуется два параметра — это величина расхода теплоносителя и перепада давления на соответствующем элементе. Нужно учитывать перепад давления на теплообменном устройстве, соблюдая авторитет регулирующего клапана по отношению к нему, а также определить влияние других потребителей в системе при подборе настройки балансировочного клапана. Если речь идет, например, об офисном здании, то при его сдаче, в том случае, когда к арендаторам делается выпуск и устанавливается ручной балансировочный клапан, наладка системы без подключения конечных потребителей будет неверной. В итоге переналадка потребуется при подключении каждого нового потребителя.
Иная ситуация складывается при использовании автоматических балансировочных клапанов. «Комбинированный балансировочный клапан АВ-QM сочетает в себе одновременно два важнейший элемента гидравлической системы — регулирующий клапан и автоматический балансировочный клапан», — объясняет Александр Дубняков, руководитель направления «Балансировочные клапаны» компании «Данфосс», ведущего мирового производителя энергосберегающего оборудования. Поэтому, по словам специалиста, при использовании такого решения нужно подобрать только один элемент, для чего достаточно знать только расход (рис. 2).
Если в процессе проектирования приходится менять разводку систем вследствие изменения архитектуры здания или изменять нагрузки вследствие пересмотра назначения помещений, то необходимо произвести новый гидравлический расчет для определения настроек балансировочных клапанов. Применение AB-QM существенно упрощает этот процесс, поскольку требуется знать только расход. Основное условие в данном случае — это соблюдение минимального перепада давлений для соответствующего номинала клапанов. Многообразие приводов (аналоговые, импульсные, термоэлектрические), применяемых с клапаном AB-QM, позволяет интегрировать его в любые схемы автоматизации, обеспечивая даже на малых расходах высокое качество регулирования при динамическом режиме работы системы.
Использование автоматических балансировочных клапанов позволяет строить системы регулирования различной сложности. Например, это могут быть простые системы, в которых управление расходом осуществляется непосредственно с комнатного термостата (контроллера), установленного в том же помещении, где располагается и фанкойл. Подобный вариант может использоваться и в жилых зданиях. Другая возможная реализация — это система с централизованной диспетчеризацией, где контроль и управление температурой воздуха осуществляются оператором или автоматикой. Это целесообразно, например, при необходимости регулирования температуры воздуха в нежилых помещениях с периодическим пребыванием людей. Такое решение дает возможность минимизировать энергопотребление здания в часы отсутствия людей в помещениях, при этом позволяет поддерживать комфортный температурный режим в рабочие часы.
Наконец, возможно сочетание, при котором регулировать температуру можно непосредственно в помещении, но при этом диспетчер может централизованно контролировать работу всех узлов системы и при необходимости корректировать ее. Реализовать данную схему позволяет использование приводов с управляющим сигналом. Данный вариант может быть востребован в гостиничных или офисных комплексах.
Эффективность
Рассмотрим основные преимущества систем теплои холодоснабжения с автоматической балансировкой. Если говорить об эксплуатации, то здесь применение клапанов AB-QM позволяет существенно снизить затраты на электроэнергию, потребляемую насосами в системах с переменным расходом. За рубежом, где практика использования климатических систем с фанкойлами уже давно стала повсеместной, этот фактор является одним из определяющих при проектировании инженерных систем зданий.
«Как показала практика, применение автоматических балансировочных клапанов Danfoss позволяет достичь значительной экономии расходуемых зданием энергоресурсов, — делится опытом Эдвард Квэй (Edward Quay), главный инженер компании ACR Engineering (США, Сингапур). — Например, благодаря установке клапанов AB-QM в зданиях крупного торгового центра удалось на 14–15 процентов сократить потребление электроэнергии насосами системы».
Впрочем, указанная экономия — далеко не предел. Практика показывает, что в некоторых случаях экономия потребляемой насосами электроэнергии может превышать 30 %. При этом использование AB-QM дает 20 % запаса по расходу теплоносителя на случай ошибки проектирования или изменения требуемой нагрузки в ходе эксплуатации системы: при необходимости возможна реальная настройка клапана на 120 %.
Как уже было сказано выше, клапан AB-QM станет оптимальным решением при поэтапном вводе здания в эксплуатацию или при подключении новых арендаторов, поскольку его настройка при этом не меняется, в отличие от ручных балансировочных клапанов, требующих переналадки при подключении каждого нового потребителя (рис. 3). При использовании на конечных потребителях клапанов AB-QM нет необходимости в дополнительных балансировочных клапанах на ветках (стояках) системы (рис. 4). Наконец, автоматическая балансировка позволяет проводить ремонтные работы без изменений в функционирующей части системы.
Описанные выше преимущества не только упрощают эксплуатацию системы, но и позволяют сократить капитальные затраты, поскольку в случае применения AB-QM одно устройство заменяет несколько — автоматический ограничитель расхода, регулирующий клапан, запорный вентиль. Меньше места и времени требует монтаж, проще и быстрее установить оборудование. Простота настройки клапанов AB-QM (требующей около одной минуты) позволяет существенно сократить время наладки системы и ее ввода в эксплуатацию.
«При проведении сравнительного расчета стоимости балансировки и регулирования систем отопления и холодоснабжения фанкойлами для реконструированного здания гостиницы “Москва” выяснилось, что схема с использованием автоматических балансировочных клапанов AB-QM оказывается дешевле на 27 процентов», — добавляет Александр Дубняков.
Без сомнения, использование автоматических балансировочных клапанов — одно из наиболее прогрессивных решений в области проектирования современных систем теплои холодоснабжения. В России, где системы централизованного управления микроклиматом в зданиях лишь начинают находить широкое применение, эта технология будет особенно востребована по всей стране.
