ООО Свой Мастер & PoliStyle

Статьи:

Элеваторный узел

Схема элеватора

1. сопло;
2. камера подмешивания;
3. камера смешения;
4. диффузор

Для жилых зданий температура теплоносителя, поступающего в нагревательные приборы по санитарным нормам не должна превышать 95°С, а в магистралях тепловых сетей может подаваться перегретая вода температурой 130-150°С. Следовательно необходимо понижение температуры теплоносителя до требуемой величины. Достигается это с помощью элеватора, установленного в узле управления системой отопления здания. Принцип действия элеватора заключается в следующем: перегретая вода из подающей магистрали поступает в конусное съемное сопло, где скорость движения воды резко возрастает, в результате чего струя воды выходящая из сопла в камеру смешивания, подсасывает охлажденную воду из обратного трубопровода через перемычку в о внутреннюю полость элеватора. При этом в элеваторе происходит смешение перегретой и охлажденной воды, поступающей из системы отопления. Таким образом, вода требуемой температуры поступает в нагревательные приборы системы отопления. Что бы защитить элеватор от попадания крупных частиц в конус, что может частично или полностью прекратить его работу, перед элеватором обязательно устанавливают грязевик.

Широкое распространение элеваторов вызвано их постоянной устойчивой работой при изменении теплового и гидравлического режима в тепловых сетях. Так же элеваторы не требуют постоянного наблюдения, а регулировка его производительности заключается лишь в выборе правильного диаметра сопла. Подбор размеров и диаметров труб элеваторного узла, а так же выбор диаметра сопла должен осуществляться только в проектном бюро, имеющем соответствующую компетенцию.

Схема элеваторного узла

1 — подющий теплопровод; 2 — обратный теплопровод; 3 — задвижки; 4 — водомер; 5 — грязевики; 6 — манометры; 7 — термометры; 8 — элеватор; 9 — нагревательные приборы системы отопления.

Рассмотрим подробнее принцип действия элеватора:

1 – сопло; 2 – камера всасывания; 3 – камера смешения; 4 – диффузор.

Сетевая вода поступает в суживающееся сопло и на выходе приобретает значительную скорость, благодаря срабатыванию перепада давления в сопле от Р₁ до Р₀. В результате давление в камере всасывания становится ниже Р₂, и рабочая струя захватывает пассивные массы окружающей воды, передавая им часть своей энергии. Таким образом, происходит подсос воды из обратной линии. В камере смешения скорость потока выравнивается с некоторым возрастанием давления к концу камеры (примем это давление условно постоянным ввиду незначительности его повышения). В диффузоре поток тормозится, скорость снижается, а давление возрастает до Р₃.

Основной характеристикой элеватора является коэффициент смешения (инжекции) – отношение количества инжектируемой воды G₂ к количеству воды, поступающей из тепловой сети G₁:

Чаще применяется другое соотношение, выводимое из уравнения теплового баланса элеватора:

Если тепловая сеть работает по графику 150 – 70 0 С, а система отопления по графику 95 — 70 0 С, то коэффициент смешения элеватора должен быть

U = (150 — 95)/(95 — 70) = 2,2.

Это означает, что на каждую единицу массы высокотемпературной сетевой воды должно приходиться при смешении 2,2 массы охлажденной обратной воды после системы отопления.

Схемы с элеватором уже не отвечают возросшим условиям надежности, качества и повышения экономичности систем теплоснабжения в целом. Кроме того, ограничивается возможность автоматического регулирования систем отопления.

Если для надежной работы элеватора перепад давлений между подающей и обратной линиями на абонентском вводе недостаточен, то применяют смесительные насосы. Они снизят температуру воды, подаваемой в систему отопления, и обеспечат циркуляцию.

Как работает элеваторный узел в схеме централизованного теплоснабжения

Элеваторные узлы применяются в тепловых пунктах многоквартирных домов с середины прошлого века, отдельные экземпляры продолжают успешно работать до сих пор. Жильцы не торопятся менять морально устаревшие элементы на новую арматуру, оборудованную современной автоматикой, причем это нежелание вполне обосновано. Для прояснения сути вопроса предлагаем разобраться, что такое элеватор, его устройство и основные функции в системе отопления.

Назначение и функции узла

Вода в сетях централизованного теплоснабжения достигает температуры 150 °С и движется по наружным магистралям под давлением 6—10 Бар. Зачем поддерживаются столь высокие параметры теплоносителя:

1. Чтобы высокотемпературные котлы либо другое теплосиловое оборудование функционировало с максимальным КПД.
2. Для доставки нагретой воды в районы, отдаленные от котельной или ТЭЦ, сетевые насосы должны создавать приличный напор. Тогда на тепловых вводах близлежащих зданий давление достигает 10 Бар (опрессовка – 12 Бар).
3. Транспортировка перегретого теплоносителя выгодна экономически. Тонна воды, доведенная до 150 градусов, содержит значительно больше тепловой энергии, нежели аналогичный объем при 90 °С.

Справка. Теплоноситель в трубах не обращается в пар, поскольку находится под давлением, удерживающим воду в жидком агрегатном состоянии.

Согласно действующим нормативным документам, температура теплоносителя, подаваемого в систему водяного отопления жилого либо административного здания, не должна превышать 95 °С. Да и напор 8—10 атмосфер слишком велик для внутридомовой теплосети. Значит, указанные параметры воды нужно подкорректировать в меньшую сторону.

Элеватор — это энергонезависимое устройство, понижающее давление и температуру входящего теплоносителя путем подмешивания охлажденной воды, поступающей из системы отопления. Показанный выше на фото элемент входит в состав схемы теплового узла, устанавливается между подающим и обратным трубопроводом.

Третья функция элеватора – обеспечить циркуляцию воды в домовом контуре (как правило, однотрубной системы). Вот почему данный элемент представляет интерес – при внешней простоте он совмещает 3 устройства – регулятор давления, смесительный узел и водоструйный циркуляционный насос.

Элеваторный элемент со сменным соплом

Принцип работы элеватора

Внешне конструкция напоминает большой тройник из металлических труб с присоединительными фланцами на концах. Как устроен элеватор внутри:

• левый патрубок (смотри чертеж) представляет собой сужающееся сопло расчетного диаметра;
• за соплом располагается смесительная камера цилиндрической формы;
• нижний патрубок служит для присоединения обратной магистрали к смешивающей камере;
• правый патрубок – это расширяющийся диффузор, направляющий теплоноситель в отопительную сеть многоэтажного дома.

На чертеже патрубок эжектируемого потока условно показан сверху, хотя обычно он располагается снизу

Примечание. В классическом исполнении элеватор не требует подключения к домовой электросети. Обновленный вариант изделия с регулируемым соплом и электроприводом присоединяется к внешнему источнику питания.

Стальной элеваторный узел подключается левым патрубком к подающей магистрали централизованной тепловой сети, нижним – к обратному трубопроводу. С обеих сторон элемента ставятся отсекающие задвижки, плюс сетчатый фильтр – отстойник (иначе – грязевик) на подаче. Традиционная схема теплового пункта с элеватором также включает манометры, термометры (на обеих линиях) и прибор учета потребленной энергии.

Теперь рассмотрим, как работает элеваторная перемычка:

1. Перегретая вода из сети теплоснабжения проходит через левый патрубок к соплу.
2. В момент прохождения сквозь узкое сечение сопла под высоким давлением течение потока ускоряется согласно закону Бернулли. Начинает действовать эффект водоструйного насоса, обеспечивающего циркуляцию теплоносителя в системе.
3. В зоне смесительной камеры напор воды снижается до нормы.
4. Струя, движущаяся с высокой скоростью в диффузор, создает разрежение в камере смешивания. Возникает эффект эжекции – поток жидкости с более высоким давлением увлекает через перемычку теплоноситель, возвращающийся из отопительной сети.
5. В камере элеватора отопления происходит перемешивание охлажденной воды с перегретой, на выходе из диффузора получаем теплоноситель нужной температуры (до 95 °С).

Уточнение. Стоит отметить, что элеваторный узел также использует в работе принцип инжекции – смешивание двух струй с одновременной передачей энергии. Напор результирующего потока становится меньше, чем первоначального, но больше подсасываемого из обратки. Более понятно процесс показан на видео:

Главное условие нормальной работы элеватора – достаточный перепад давлений между магистральной подачей и обратной линией. Указанной разницы должно хватить на преодоление гидравлического сопротивления домового отопления и самого инжектора. Обратите внимание: вертикальная перемычка врезается в обратку под углом 45° для лучшего разделения потоков.

На подаче из теплосети давление самое высокое, при выходе из диффузора – среднее, в обратной магистрали — наиболее низкое. То же самое в элеваторе происходит с температурой воды

Технические характеристики стандартных изделий

Линейка элеваторов заводского изготовления состоит из 7 типоразмеров, каждому присвоен номер. При подборе учитывается 2 основных параметра – диаметр горловины (камеры смешения) и рабочего сопла. Последнее представляет собой съемный конус, который при необходимости меняется.

Размеры составных элементов изделия смотрите ниже в таблице

Замена сопла производится в двух случаях:

1. Когда проходное сечение детали увеличивается в результате естественного износа. Причина выработки – трение абразивных частиц, содержащихся в теплоносителе.
2. Если необходимо изменить коэффициент смешивания – повысить либо снизить температуру воды, подающейся в домовую систему теплоснабжения.

Номера стандартных элеваторов и основные размеры приведены в таблице (сопоставляйте с обозначениями на чертеже).

Обратите внимание: в технических характеристиках не указывается проходное сечение сопла, поскольку этот диаметр рассчитывается отдельно. Чтобы подобрать номер готового элеваторного тройника под конкретную отопительную систему, необходимо также вычислить потребный размер смесительно-инжекционной камеры.

Расчет и подбор элеватора по номеру

Сразу уточним порядок действий: первым делом рассчитывается диаметр смешивающей камеры и выбирается подходящий номер элеватора, затем определяется размер рабочего сопла. Диаметр инжекционной камеры (в сантиметрах) вычисляется по формуле:

Участвующий в формуле показатель Gпр – это реальный расход теплоносителя в системе многоквартирного дома с учетом ее гидравлического сопротивления. Величина рассчитывается так:

• Q – количество теплоты, расходуемое на обогрев здания, ккал/ч;
• Тсм – температура смеси на выходе из элеваторного тройника;
• Т2о – температура воды в обратной линии;
• h – сопротивление всей разводки отопления вместе с радиаторами, выраженное в метрах водного столба.

Справка. Чтобы вставить в формулу непонятные килокалории, нужно знакомые ватты умножить на коэффициент 0.86. Метры водного столба преобразуются в более распространенные единицы: 10.2 м вод. ст. = 1 Бар.

Пример подбора номера элеватора. Мы выяснили, что реальный расход Gпр составит 10 тонн смешанной воды за 1 час. Тогда диаметр смесительной камеры равен 0.874 √10 = 2.76 см. Логично взять смеситель №4 с камерой 30 мм.

Теперь выясняем диаметр узкой части сопла (в миллиметрах) по следующей формуле:

• Dr – определенный ранее размер инжекторной камеры, см;
• u – коэффициент смешивания;
• Gпр – наш расход готового теплоносителя на подаче в систему.

Хотя внешне формула кажется громоздкой, но в действительности расчеты не слишком сложные. Остается неизвестным один параметр – коэффициент инжекции, вычисляемый так:

Все обозначения из данной формулы мы расшифровали, кроме параметра Т1 – температуры горячей воды на входе в элеватор. Если предположить, что ее величина составляет 150 градусов, а температура подачи и обратки 90 и 70 °С соответственно, искомый размер Dc выйдет 8.5 мм (при расходе 10 т/ч воды).

Когда известна величина напора Нр на входе в элеватор со стороны централи, можно воспользоваться альтернативной формулой определения диаметра:

Замечание. Результат вычисления по последней формуле выражается в сантиметрах.

В заключение о недостатках элеваторных смесителей

Положительные моменты использования элеваторов в домовых теплопунктах мы выяснили ранее – энергонезависимость, простота, надежность в работе и долговечность. Теперь о недостатках:

1. Для нормального функционирования системы нужно обеспечить значительный перепад напора воды между обраткой и подачей.
2. Требуется индивидуальный подбор узла к конкретной отопительной сети, основанный на расчете.
3. Чтобы изменить параметры выходящего теплоносителя, нужно пересчитать диаметр отверстия форсунки под новые условия и заменить сопло.
4. Плавная регулировка температуры на элеваторе не предусмотрена.
5. Узел не может применяться в качестве циркуляционного насоса локальной схемы (например, в частном доме).

Уточнение. Существуют усовершенствованные модели элеваторов с регулируемым проходным сечением. Внутри предкамеры установлен конус, перемещаемый шестеренчатой передачей, привод – ручной либо электрический. Правда, теряется главное преимущество узла – независимость от электроэнергии.

Домовые однотрубные системы, действующие совместно с элеваторами, довольно сложно запускать в работу. Нужно сначала выдавить воздух из обратного стояка, затем из подающего, постепенно открывая магистральную задвижку. Подробнее об инжекционных узлах и способе запуска расскажет мастер – сантехник в видеосюжете:

7 Replies to “Как работает элеваторный узел в схеме централизованного теплоснабжения”

Всё очень понятно изложено. Парочка вопросов только:
1. Каким образом в системе водоснабжения многоквартирного дома происходит разделение на отопительную систему и систему горячего водоснабжения ту, что из крана течет?
2. Существуют ли нормы и правила подачи горячей воды в полотенцесушители (ПС) — от чего зависит их температура? От отопления или разборной горячей воды?

Отвечаю по пунктам:
1. Горячее водоснабжение в многоквартирных домах может обеспечиваться двумя способами. Первый — прямой отбор теплоносителя на нужды ГВС, так называемая открытая система теплоснабжения, она и раньше применялась нечасто. Второй — нагрев холодной воды через теплообменник, установленный в теплопункте, котельной или прямо в доме (закрытая система).
2. Насчет норм точно не скажу, но полотенцесушитель должен греть круглогодично. Для этого полотенцесушители подключались к общей линии рециркуляции ГВС. Сейчас реализуются разные схемы — от ГВС либо отопления, в одних домах обогреватели летом холодные, в других функционируют круглый год, в третьих вообще никогда 😊. Соответственно, максимальная температура зависит от схемы подключения — 55…60 градусов на ГВС или 90°С от отопления.

Все перемешали, ГВС и отопление. Проснитесь, Господа, в каком веке живете, а МКД построен в 1975 г. Входит в нее 4 трубопровода: ХВС, ГВС, прямая и обратка отоп. воды. Где тут подогрев. Какой- то детский лепет. На вид не скажешь,что дилетанты. Сравните составы ГВС и отоп воды. Если все вас устраивает, можете попробовать на вкус.. Успехов.

Уважаемый Марат, окститесь. В статье рассказывается о принципе работы элеваторного узла отопления, ни слова о горячем водоснабжении. Попробуйте перечитать более внимательно 🙂

Если же Вы писали свой глубокомысленный ответ для предыдущего комментария, то советую почитать матчасть. Вы видите только 4 входящих трубы и не очень понимаете, откуда берется вода для горячего водоснабжения.

Отличная статья. Грамотные ответы на вопросы. Господину Марату — в школу, желательно с самого начала.

Совершенно не понятна фраза в справке «Чтобы вставить в формулу непонятные килокалории, нужно знакомые ватты умножить на коэффициент 0,86». Как раз-таки килокалории всем понятны кроме автора этой статьи, т.к.. величину тепловой энергии , потреблённую. МКД за месяц , указывает управляющая компания в своих ежемесячных счетах, которые она представляет жителям дома. А вот о каких «знакомых» ваттах идёт речь вообще не понятно никому кроме автора. Непонятно откуда брать размер величины h — сопротивление всей разводки вместе с батареями отопительной системы .дома. И самое главное нет примера расчёта всех параметров и выбора элеватора по его номеру. Тогда было бы понятно откуда брать ту или иную величину. В общем эта статья написана дилетантом.

Подскажите пожалуйста у нас непростая ситуация в доме. У нас 4х подъездный 5ти эт.дом , элеватор стоит в 4 подъезде, получается, что первые два подъезда очень холодные зимой, а 3 и 4 й подъезд очень жаркие , температура на входе 51 градус, обратка 35 , расход воды до 8 тонн. Подскажите в чем может быть причина, может ли это быть из за элеватора? Гарячей воды нет давно.Очень надеюсь на ваш ответ