ИТП выполняют функции учёта тепла, регулирования температуры подающегося в систему отопления теплоносителя в зависимости от параметров системы отопления и наружной температуры, а также нагрев и циркуляцию горячей бытовой воды по двухступенчатой схеме. Для обеспечения простоты и высокой надёжности и эффективности модули отопления ИТП целесообразно оснащать регулируемыми элеваторами. Виды элеваторных узлов На сегодняшний день качественное р егулирование температуры сетевой воды в подающем трубопроводе в зависимости от температуры наружного воздуха чаще всего производится централизовано у источников тепла – на ТЭЦ или в районных котельных. Для обеспечения температуры горячей воды на выходе из ЦТП на уровне 55-60 °C необходимо иметь температуру сетевой воды в распределительных сетях не ниже 70 °C (летняя температура до точки излома температурного графика). Снижение температуры сетевой воды, поступающей в систему отопления домов при зависимой схеме, до требуемых значений осуществляется с помощью подмешивающих устройств, называемых элеваторами (рис. 1, а). Для обеспечения различных тепловых нагрузок существует типовой ряд таких устройств. Для учёта разных гидравлических условий в тепловых сетях и у абонентов для надлежащего распределения сетевой воды по подключённым к распределительным сетям домам на их абононентских вводах перед элеваторами устанавливают специально рассчитанные дроссельные шайбы (типоряд имеет размерные шаги, а шайба настраивает на конкретный случай). Главной задачей нормальной работы элеваторных узлов является обеспечение постоянного значения коэффициента смешения (инжекции). Для достижения этой задачи и, тем самым, обеспечения заданной температуры воздуха в отапливаемых помещениях необходимо иметь неизменные напор сетевой воды на вводе и гидравлическое сопротивление системы отопления. Также необходимо, чтобы соблюдался температурный график в подающем трубопроводе . На рис. 1, б показана схема с установкой магнитного клапана перед стационарным элеватором. Выход электромагнитного клапана из строя или временное отсутствие электроэнергии приводит к прекращению подачи воды в систему отопления [1]. Электромагнитный клапан не влияет на коэффициент смешения стационарного элеватора и, соответственно на температуру воды, поступающей в систему отопления. Элеватор имеет определенную гидравлическую инерционность, называемую «растапливанием», то есть после открытия магнитного клапана элеватор входит в режим смешения спустя только нескольких минут. До этого в систему отопления подаётся горячая сетевая вода, которая частично уходит через «сапог» в обратный трубопровод теплосети. Его придумали [1] для отключения отопления, но регулировать с ним невозможно. Поэтому эта схема почти безполезна. Использование насоса смешения (рис. 1, в) обеспечивает поддержание заданного гидравлического режима [2]. Но насос дополнительно подмешивает к элеватору охлажденную обратную воду, при этом еще больше снижая температуру воды, подаваемую в систему отопления. Поэтому насос должен быть отключен при низких температурах наружного воздуха (ниже точки излома), а также в периоды недогрева теплоносителя на теплоисточнике. Расход перекачиваемой насосом воды должен составлять до 70-80 % потребляемой элеватором сетевой воды. При этом создаваемый насосом напор должен соответствовать расчетному напору элеватора. Широко начинает применяться, так называемая «схема впрыскивания» (рис. 2).


При такой схеме насос работает в течение всего отопительного сезона, перекачивая весь циркулирующий теплоноситель и преодолевая при этом гидравлическое сопротивление в системе. Сетевая вода из подающего трубопровода добавляется (впрыскивается) клапаном по мере остывания теплоносителя во внутреннем контуре. Избыток напора сетевой воды на вводе «уничтожается» на дроссельной шайбе или на регуляторе давления. На рис. 3 графически показано потребление электроэнергии насосом в зависимости от тепловой мощности и гидравлического сопротивления в системе. Часто это техническое решение, широко используемое на западе, просто копируется, не учитывая при этом местные условия: дефицит электроэнергии; временные отключения электроэнергии в жилищном фонде; частая загрязненность сетевой воды; невысокая квалификация обслуживающего персонала.
Применение регулируемых элеваторов в ИТП Идея применения регулируемых элеваторов (рис. 4) в тепловых пунктах при центральном теплоснабжении (ЦТ) не нова. Их использование предусматривается действующими нормативными документами [3]. Регулируемые элеваторы используют потенциал давления в тепловых сетях, подмешивая воду из обратного трубопровода. Вспомогательная энергия используется только на передвижение регулирующей иглы элеватора. В случае отключения электроэнергии элеватор продолжает свою работу. К сожалению, широкого применения, не смотря на их системные достоинства, регулируемые элеваторы до недавнего времени не получили. Причинами этому были их следующие недостатки: Несовершенство формы проточной части приводил к возникновению шума в системе. Ненадежность блоков автоматики вызывал большое число отказов изделий в работе, при этом точность регулирования температуры в подающем трубопроводе отопления не превышала 5-7 °C [2]. На сегодняшний день местные потребители имеют доступ к регулируемым элеваторам, производимым разными, например немецкими производителями, которые лишены подобных недостатков. Несмотря на их более высокую стоимость по сравнению с насосами с электроприводом, установка таких регулируемых элеваторов дает следующие преимущества: q по сравнению со «схемой впрыскивания» регулируемый элеватор в состоянии заменить не только насос, но и регулирующий вентиль, обратный клапан и регулятор давления или дроссельную шайбу; правильный выбор сечения сопла элеватора ограничивает максимальный расход сетевой воды и не позволяет перегревать здание потребителя в течение всего года; q регулирование температуры и с этим связанное изменение расхода воды, поступающей в систему отопления, дает экономию тепла и снижение температуры в обратном трубопроводе в переходное время года; q простота в конструкции, модульность – легко заменяются элементы элеватора (игла и сопло), в том числе на другие размеры; изготовление деталей из трудно изнашиваемых материалов; q временное потребление электроэнергии, связанное с непостоянным передвижением деталей. Кроме этого, использование зависимой схемы присоединения системы отопления вместо независимой позволяет обойтись без дополнительных теплообменников, разделяющих контуры. А со стороны внутренней системы отопления также без расширительных сосудов, систем подпитки и предохранительных клапанов. Все вышеперечисленные преимущества «говорят о том», что использование регулируемых элеваторов является наиболее надежным и экономичным способом обеспечения циркуляции и смешения воды системы отопления. Регулируемый элеватор может быть снабжён и с термостатическим приводом, у которого имеются два датчика: температуры воды в подающем трубопроводе и температуры наружного воздуха (рис. 5).


Для температурного графика отопительной системы, например, 95/70 °C температура меняется в подающем или обратном трубопроводе в зависимости от наружной температуры. Датчик наружной температуры связан с термостатом с помощью капиллярной трубки, максимальная длина которой составляет 15-25 м. Имеется возможность, в определенных пределах параллельно перенести кривую регулирования, как в положительную, так и в отрицательную область. Рис. 5. Схема регулируемого элеватора с термостатическим приводом. Таким образом, регулируемый элеватор с термостатическим приводом позволяет создавать ИТП вообще без потребления электроэнергии, при этом отсутствует кабельный подвод, отдельный счетчик электроэнергии, щит управления и т.д. Из рис. 6 можно легко видеть , какова экономия электроэнергии при использовании регулируемых элеваторов по сравнению с циркуляционными насосами, потребляющих электроэнергию.


Бытует мнение о том, что регулируемые элеваторы требуют больших перепадов давления на вводе, не преодолевая больших сопротивлений в системе отопления, но это не так. Ориентируясь на минимальном перепаде давлений на тепловом вводе – 2,0 бар, который обычно встречается на практике, элеватор преодолевает от 0,5 до 1,2 бар сопротивления в системе отопления. Бóльшие перепады на тепловом вводе снижаются выбором подходящего размера сопла элеватора, меньшие сопротивления в системе отопления корректируются частично вентилем регулирования, который является составной частью всех ИТП с регулируемым элеватором. Остается отметить, что и регулируемый элеватор «не резиновый». Лучше всего выбирать элеватор оптимальных размеров под реально существующие параметры. Например, при выборе элеватора меньших размеров регулятор перепада давления и дроссельная шайба могут стать лишними. Большое отклонение от расчетных параметров как давлений, так и температур может привести к необходимости замены не только иглы и сопла, но и типоразмера элеватора. Постоянные колебания параметров теплоносителя в сети могут нарушать нормальную работу регулируемого элеватора. Но это может также случиться и с устройствами при других схемных решениях. Как отмечалось выше , особенность регулируемых элеваторов состоит в том, что в переходное время года они регулируют отопительную мощность не только температурой подаваемого в систему отопления теплоносителя, но и уменьшением его расхода, то есть они обеспечивают как качественное, так и количественное регулирование. Для предупреждения «гидравлического разрегулирования» всей отопительной системы требуется соответствующее выполнение стояков и их подключение к распределительным трубопроводам по «системе Тихельмана» – необходимость прокладки равных длин подающих и обратных трубопроводов для всех потребителей (стояков). Иногда при несоблюдении или невозможности выполнения этого правила необходимо в каждом стояке устанавливать балансирующий регулятор перепада давления или температуры воздуха в помещениях – последних в стояке (при верхней разводке – в самых нижних помещениях). Последнее решение требует для установки специальных терморегуляторов доступа ко всем нижним помещениям, однако, является более дешевым и позволяет выравнивать расходы теплоносителя по стоякам, обеспечивая возможность пофасадного регулирования, тем самым, поддерживая комфортные условия в квартирах без установки термостатических вентилей на каждом отопительном приборе. В следующей статье автор пишет о новых решениях в двухступенчатом горячем водоснабжении.

Литература:

1. Энергосбережение в зданиях, № 11 (№ 2-2000), КиевЗНИИЭП, 2000.

2. Зингер Н.М., Бестолченко В.Г., Жидков А.А. Повышение эффективности работы тепловых пунктов – М.: Стройиздат, 1990. – 188 с.

3. СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция, кондиционирование».

Журнал «Новости теплоснабжения», www .ntsn .ru

С сайта http://www.rosteplo.ru/