АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАГРЕВА ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ В ВОДОНАГРЕВАТЕЛЯХ

Задачей автоматического регулирования является поддержание постоянной заданной температуры воды на выходе из водонагревателя независимо от изменения температуры греющей воды и интенсивности водоразбора. Обычно такое регулирование осуществляется с использованием гидравлических и электронных регуляторов изменением количества греющей воды. В Москве наиболее широкое распространение получили гидравлические регуляторы температуры воды прямого действия.

Регулятор температуры воды конструкции Теплосети Мосэнерго состоит из регулятора прямого действия типа РР (регулирующий клапан) и биметаллического реле типа ТРБ-2. Регулятор работает под действием давления воды из тепловой сети или из водопровода. Более стабильное давление обычно имеется в подающем трубопроводе тепловой сети. В этом случае отбор воды обычно производится до регулирующего клапана. На рис. 3.23 приведена типовая схема установки регулятора температуры, применяемая в Теплосети Мосэнерго.

Регулятор состоит из корпуса 1 с двумя крышками, однощельного клапана 6, соединенного штоком 5 с донником сильфона 4У и пружины 7 с натяжным приспособлением 5. Площадь сильфона примерно равна расчетной площади клапана, поэтому на него не воздействует давление воды перед регулятором. Давление воды после регулятора создает усилие на клапан, которое стремится поднять его вверх. Этому усилию противодействуют пружина 7 и давление, оказываемое рабочей жидкостью на сильфон. При максимальном давлении воды на сильфон клапан открыт, при сообщении надсильфонной камеры с атмосферным давлением — клапан закрыт.

Для увеличения или уменьшения расхода воды через клапан при установившихся давлениях за клапаном и действующих на сильфон, натягивают или ослабляют пружину, вращая натяжное приспособление соответственно по часовой стрелке или против часовой стрелки. Диаметр исполнительно-регулирующего устройства регулятора выбирают в зависимости от максимального расхода сетевой воды и допустимой потери давления в полностью открытом клапане по табл. 3.4.

Допустимые потери давления в клапане определяют в зависимости от разности напоров на тепловом пункте и схемы включения водонагревателя. Минимальные допустимые потери давления характерны для двухступенчатой последовательной схемы включения водонагревателей, максимальные — для параллельной и двухступенчатой смешанной схем. Если двухступенчатая установка горячего водоснабжения может работать как по последовательной, так и по смешанной схеме, то диаметр регуляторов выбирают из расчета их работы по последовательной схеме, т. е. на меньшую потерю давления в регулирующем клапане.

Пример 6. Двухступенчатый воднагреватель горячего водоснабжения включен по последовательной схеме. Максимум расхода сетевой воды на горячее водоснабжение составляет 20т/ч, при этом потери давления в водонагревателе равны 0,04 МПа. Действительный перепад давлений на тепловом пункте 0,26 МПа, требуемый перепад перед элеватором 0,2 МПа. Допустимые потери давления в клапане 0,26—0,2—0,04 =0,02 МПа. По табл. 3.4 выбираем регулятор РР-80.

Реле ТРБ-2 (см. рис. 3.23) состоит из пучка биметаллических пластин 13, вставленных в герметическую латунную гильзу, которую помещают в поток нагреваемой воды. Одним концом пластины впаяны в дно гильзы, другим соединены с металлической пластиной, на конце которой размещен клапан 14. Рабочая вода поступает по трубке 9 через сопло 11. Расстояние между соплом и клапаном регулируется маховиком 10. Рабочая вода, подаваемая по трубке 9 в биметаллическое реле, забирается из подающего трубопровода и последовательно проходит через охладитель 12, устанавливаемый на трубопроводе, подводящем холодную воду в водонагреватель, фильтр 2 и ограничительную шайбу 3.

Повышение температуры воды после водонагревателя по сравнению с заданной вызывает прогиб биметаллических пластин термореле, вследствие чего клапан 14 отходит от сопла 11 и увеличивается слив воды из импульсной трубки. При увеличении слива воды снижается давление в импульсной линии (на участке после шайбы 3) и надсильфонной камере регулятора расхода, что ведет к его прикрытию и, следовательно, к сокращению расхода сетевой воды. При снижении температуры нагреваемой воды по сравнению с заданной клапан реле постепенно закрывает сопло, давление в надсильфонной камере регулятора повышается, отодвигая клапан от седла и увеличивая расход сетевой воды.

Таким образом, если при заниженной температуре воды имеется слив рабочей жидкости, сопло неплотно закрыто клапаном. Причинами неплотного прижатия клапана к соплу может быть износ резиновой прокладки клапана или потеря упругости пучком биметаллических пластин. Последнее происходит из-за неправильной наладки термореле, когда клапан был перемещен соплом слишком глубоко в термореле. При повышении температуры клапан отходит от сопла и биметаллические пластины подвергаются деформации. В этом случае термореле подлежит замене. Низкая температура нагреваемой в водонагревателях воды при отсутствии слива рабочей воды из термореле может свидетельствовать о недостаточной пропускной способности регулятора, вследствие того, что он прикрыт пружиной или из-за малого напора на клапане. Для стабильной работы термореле перед наладкой регулятора температуры следует тщательно очистить от грязи импульсные трубки, сопло термореле и дроссельную шайбу. При засоре сопла или шайбы прекращается слив воды, давление на сильфон клапана регулятора возрастает, увеличивая пропуск теплоносителя и вызывая перегрев воды в водонагревателе. Перегрев воды возможен и при нарушении герметичности сильфона. Исправность сильфона проверяют закрытием вентиля 15. Если при закрытом вентиле продолжается истечение воды через термореле, значит сильфон негерметичен и клапан подлежит замене.

Поскольку наладку регулятора температуры обычно проводят днем, когда нагрузка водонагревателя значительно ниже расчетной, то регулирующий клапан натяжением пружины, а термореле вращением маховика устанавливают в такое положение, чтобы давление на сильфон клапана составляло примерно половину абсолютного давления в месте отбора рабочей жидкости. При возрастании нагрузки водонагревателя клапан термореле приближается к соплу, давление повышается, увеличивается пропускная способность регулятора температуры. В часы максимального водоразбора температура воды не должна снижаться ниже заданной. Если такое снижение отмечено, открывают клапан регулятора, увеличив натяжение пружины.

При двухступенчатой последовательной и предвключенной схемах присоединения водонагревателей пропускная способность регулятора температуры зависит от правильной работы регулятора расхода, установленного на перемычке вокруг водонагревателя II ступени. Последний должен поддерживать неизменный расход сетевой воды на ввод не только при изменении напора во внешней сети, но и при изменении расхода сетевой воды на II ступень водонагревателя, вызванного работой регулятора температуры. При увеличении расхода сетевой воды «а II ступень количество ее через регулятор расхода должно уменьшаться таким образом, чтобы суммарный расход на вводе не превышал имеющегося при закрытом клапане регулятора температуры.

При применении регулятора прямого действия суммарный расход сетевой воды при открывании регулятора температуры возрастает. Согласно исследованиям, проведенным лабораторией Теплосети Мосэнерго, при параллельной работе регулятора расхода на перемычке и регулятора температуры клапан первого полностью закрывается из-за большой неравномерности при повышении регулируемой разности давлений на 0,06— 0,07 МПа.

В тепловых пунктах, где давление на вводе менее 0,25—0,3 МПа, полного закрывания клапана регулятора расхода не происходит, и, несмотря на то, что клапан регулятора температуры полностью открыт, часть воды поступает через регулятор расхода по перемычке, минуя водонагреватель II ступени. Это может явиться причиной недогрева горячей воды в часы максимального водоразбора. На графиках (рис. 3.24) показано, что в течение ночи и днем температура горячей воды поддерживалась на заданном уровне 57±1,5°С. Однако вечером, когда водоразбор более чем вдвое превысил среднесуточный (в воскресный день, когда температура воды в подающем трубопроводе теплосети составляла около 80 °С), клапан регулятора расхода не закрылся и температура горячей воды снизилась. Судить о неполном закрывании клапана регулятора расхода можно сопоставлением температур сетевой воды после водонагревателя II ступени и поступающей во внутриквартальную сеть отопления: если последняя температура выше первой — имеется пропуск сетевой воды по перемычке.

Недогрев воды возможен при пропуске теплоносителя мимо водонагревателя II ступени из-за неплотно закрытой задвижки 10 (рис. 1.11). При этом вода из подающего трубопровода теплосети через задвижки 9 и 10 будет сбрасываться в обратный трубопровод, а в водонагреватель II ступени сетевая вода поступать не будет. На практике такие случаи встречаются довольно часто. Обнаружить эту неисправность можно, сопоставив температуры сетевой воды в подающем трубопроводе на входе в тепловой пункт и на выходе из II ступени водонагревателя. При наличии неисправности эти температуры будут одинаковыми.

Другой причиной недогрева воды, направляемой в систему горячего водоснабжения, может быть неправильное подключение импульсных линий регулятора расхода на перемычке. Схема присоединения импульсных трубок регулятора расхода зависит от перепада давления р — р2 (см. рис. 3.23). Номинальный регулируемый перепад давления для регуляторов всех типоразмеров составляет 0,2 МПа, что соответствует среднему расходу воды через них. При повышенных расходах воды (для регулятора РР-50 более 8 т/ч, РР-80 более 26 т/ч, РР-100 более 45 т/ч) перепад снижается на 10—20 %. В связи с этим надсильфонную камеру соединяют импульсной линией с обратным трубопроводом, если требуемый перепад давления менее 0,2 МПа, с подающим и обратным трубопроводами, если более 0,2 МПа. В последнем случае требуемый перепад давления обеспечивается подбором дроссельных шайб 16 и 17, устанавливаемых в крестовине, связывающей импульсные линии с надсильфонной камерой регулятора со стороны подающего трубопровода 17 (диаметр отверстия dm). Диаметры отверстий шайб в зависимости от регулируемого перепада давлений приведены в табл. 3.5.

Поскольку диаметры отверстий дроссельных шайб очень малы, импульсные трубки выполняют из нержавеющих сплавов и защищают фильтром 13. Это позволяет исключить возможность засорения их отверстий продуктами коррозии.

Наладку регуляторов РР проводят после продувки импульсных линий от грязи при открытых задвижках на подающем трубопроводе ввода и вентилях на импульсных трубках. Заданный расход воды устанавливают, регулируя натяжение пружины. Затем проверяют работу регулятора. Для этого при полностью открытой задвижке на подающем трубопроводе записывают давление воды перед регулятором Рп (см. рис. 3.23), после регулятора Pi и в обратном трубопроводе Р2. Постепенно закрывая задвижку, доводят разность давления Pm — Р2 до разности давлений Р1— Р2, имеющейся при полностью открытой задвижке. Расход воды через регулятор при таком изменении не должен снижаться более, чем на 10 %. Недостаток описанных гидравлических регуляторов расхода и температуры заключается в том, что не видно, в каком положении находится клапан. Из-за этого затрудняется их настройка. Малые диаметры отверстий дроссельных шайб в регуляторе расхода, ограничительной шайбы и сопла в регуляторе температуры и постоянного контроля со стороны обслуживающего персонала.

Обследование многих тепловых пунктов Москвы показало, что на практике довольно часто дроссельные шайбы в импульсных линиях регулятора расхода не устанавливают, а импульсную трубку обратного трубопровода закрывают. В результате давление на клапан за регулятором уравновешивается давлением на сильфон со стороны импульсной трубки, и регулятор работает, как шайба с постоянным сопротивлением, определяемым натяжением пружины. В этом случае через регулятор проходит вода (даже при полностью открытом регуляторе температуры), что снижает температуру горячей воды на выходе из водонагревателя в часы наибольшего водоразбора. Было выявлено также, что при параллельной установке двух регуляторов расхода из-за недостаточной пропускной способности каждого нередко применяют неправильную начальную схему присоединения импульсных трубок к регулятору. Как правило, один из регуляторов соединяют импульсными трубками с подающим и обратным трубопроводами, другой — только с подающим, что также приводит к указанным выше последствиям.

Если наладка регуляторов расхода и температуры не обеспечила повышение температуры воды на выходе из водонагревателя в часы интенсивного водоразбора, то следует проверить по изложенной выше методике фактическую теплоотдачу водонагревательной установки, достаточность площади поверхности нагрева II ступени водонагревателя с учетом минимальной температуры воды в тепловой сети, объем сохраняющейся в часы максимального водоразбора циркуляции. В зависимости от полученных результатов рекомендуется выполнять одно из следующих мероприятий: добавить секции во II ступень, перейти на смешанную с ограничением максимального расхода сетевой воды схему присоединения водонагревателей, полностью заменить водонагреватели, снизить объем циркуляции или выключить ее в часы максимального водоразбора.

Термостатические смесители для систем водоснабжения

Thermostatic Mixers for Water Supply Systems

Keywords: sanitary-plumbing fittings, water conservation, thermostatic mixer

Water supply systems with thermostatic mixers provide for regulation and automatic maintaining of mixed water temperature at the preset level regardless of changes in such parameters as hot and cold water temperature, pressure and flowrate at the mixer inlet. These mixers are mainly used in apartments of residential buildings, preschool institutions, booths for people with limited mobility, retirement homes, asylums for handicapped people, in medical wards to prevent the risk of scalds from water temperature of pressure fluctuations, as well as sudden malfunctions in hot or cold water supply systems.

Системы водоснабжения с термостатическими смесителями обеспечивают регулирование и автоматическое поддержание температуры смешанной воды на заданном уровне независимо от изменения таких параметров, как температура горячей и холодной воды, их давление и расход на входе в смеситель. Данные смесители используются преимущественно в квартирах жилых зданий, дошкольных учреждениях, кабинах для маломобильных групп населения, домах престарелых, интернатах для людей с ограниченными возможностями, в палатах медицинских учреждений с целью предотвращения риска возникновения ожогов в результате колебания температуры или давления воды, а также внезапных сбоев в системе горячего или холодного водоснабжения.

Термостатические смесители для систем водоснабжения

Системы водоснабжения с термостатическими смесителями обеспечивают регулирование и автоматическое поддержание температуры смешанной воды на заданном уровне независимо от изменения таких параметров, как температура горячей и холодной воды, их давление и расход на входе в смеситель. Данные смесители используются преимущественно в квартирах жилых зданий, дошкольных учреждениях, кабинах для маломобильных групп населения, домах престарелых, интернатах для людей с ограниченными возможностями, в палатах медицинских учреждений с целью предотвращения риска возникновения ожогов в результате колебания температуры или давления воды, а также из-за внезапных сбоев в системе горячего или холодного водоснабжения.

Применение термостатических смесителей позволяет снизить расход питьевой воды и сократить потребление тепловой энергии, затрачиваемой на нагрев горячей воды в системе водоснабжения.

На рынке санитарно-технических приборов и водоразборной арматуры каждый год появляются новинки, анализ которых позволяет проследить основные тенденции и эволюцию изменений данного вида оборудования.

Использование инновационных материалов, подход к разработке дизайна с научной и инженерной точки зрения, переосмысление интерьерных решений ванных комнат и санузлов позволяет разработчикам и производителям создавать приборы нового поколения.

Современные смесители должны отвечать следующим критериям:

• высокая прочность, устойчивость к механическим воздействиям, износостойкость;
• высокие требования к гигиеничности, легкость в проведении чистки изделий при уборке;
• возможность использования для всех групп населения, включая маломобильные группы населения и детей;
• высокие водосберегающие показатели;
• наличие широкой линейки дизайнерских продуктов, позволяющей подобрать продукцию в соответствии с желанием покупателя и интерьерными решениями.

Смесители должны отвечать требованиям следующих нормативных документов: ГОСТ 19681–2016 «Арматура санитарно-техническая водоразборная. Общие технические условия», «СанПиН 2.1.4.2496–09 Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения. Изменение к СанПиН 2.1.4.1074–01», ГОСТ 25809–96 «Смесители и краны водоразборные. Типы и основные размеры».

Смесители европейских производителей изготавливаются в соответствии с требованиями, изложенными в EN1111–2017 «Смесители – термостатических смесительных клапанов (PN10) – общая техническая спецификация». Согласно этому документу основными характеристиками работы термостатических смесителей являются следующие:

• расход;
• чувствительность;
• точность работы (дополнительная характеристика);
• безопасность;
• стабильность температуры как функции в зависимости от изменения таких параметров, как давление нагнетания, температура горячей воды, и от дополнительной характеристики – изменение расхода;
• точность температурных показаний (дополнительная характеристика).

Термостатический смеситель обеспечивает регулирование и автоматическое поддержание на заданном уровне температуры воды в месте водоразбора (независимо от изменения таких параметров, как температура горячей и холодной воды, их давление и расход на входе в смеситель) путем смешения горячей и холодной воды системы внутреннего водоснабжения.

Температура питьевой горячей воды может регулироваться как на выходе из устройства для нагрева горячей воды, так и в точках водоразбора. Возможен двухступенчатый контроль воды, например, на выходе из устройства для нагрева воды для обеспечения безопасности и в точках водоразбора для поддержания комфортной температуры.

Применение термостатических смесителей позволяет:

• сократить потребление питьевой воды за счет регулирования и автоматического поддержания на заданном уровне температуры смешанной воды;
• сократить потребление тепловой энергии, затрачиваемой на нагрев воды в системе горячего водоснабжения, за счет регулирования и автоматического поддержания на заданном уровне температуры смешанной воды;
• сократить время, затрачиваемое пользователями для настройки необходимой температуры воды;
• исключить дискомфорт и возможность получения ожога в результате внезапных скачков температуры или давления воды во внутренней системе водопровода за счет регулирования и автоматического поддержания на заданном уровне температуры смешанной воды и установки ограничения максимальной температуры смешанной воды на выходе из излива термостатического смесителя.

По способу регулирования температуры и расхода смешанной воды согласно EN1111 термостатические смесители подразделяют на:

• термостатический смеситель с устройством для регулирования и автоматического поддержания на заданном уровне температуры смешанной воды и устройством для регулирования расхода;
• термостатический смеситель с устройством для последовательного регулирования и автоматического поддержания на заданном уровне температуры и регулирования расхода смешанной воды в соответствии с заранее заданными параметрами регулирования;
• термостатический смеситель без устройства для регулирования расхода пользователем;
• термостатический смеситель без возможности регулирования пользователем температуры и расхода смешанной воды, т. е. температура и расход смешанной воды поддерживаются в соответствии с заранее установленными параметрами.

По способу управление термостатические смесители делятся на два вида:

В механическом варианте прибор управляется рукояткой, вентилем или рычажком с разным дизайном. Электронная модель оборудована жидкокристаллическим экраном и имеет сенсорное или кнопочное управление. Для работы электронным моделям необходим источник питания – батарейка или сетевой адаптер.

Отличительной конструктивной особенностью термостатических смесителей является наличие устройства для регулирования и автоматического поддержания на заданном уровне температуры смешанной воды – термостатического картриджа. Устройство термостатического картриджа представлено на рисунке.

Конструкция рукоятки для регулирования температуры смешанной воды на выходе из излива термостатического смесителя может быть предусмотрена с устройством ограничителя, который не позволяет установить значение температуры воды выше требуемого.

Данный ограничитель может быть использован для обеспечения требований безопасности, например, в помещениях детских дошкольных учреждений, для которых имеются ограничения к максимальному значению температуры смешанной воды.

Основные характеристики термостатических смесителей могут быть определены по ГОСТ 25809–96 для оборудования российских производителей или в соответствии с EN1111 – зарубежных производителей.

С целью обеспечения корректной работы термостатического картриджа конструкция термостатического смесителя в большинстве случаев предполагает левое подключение горячей воды и правое подключение холодной воды. В настоящее время на рынке появились смесители, конструкция которых позволяет корректно поддерживать температуру воды независимо от того, справа или слева подключается горячая вода.

Материалы, из которых изготовлены детали термостатических смесителей, должны иметь разрешение соответствующих органов Министерства здравоохранения РФ для применения на питьевом водопроводе, а также обладать коррозионной стойкостью, необходимой механической прочностью и устойчивостью к электрохимической коррозии, согласно ГОСТ 19681–94.