Зависимая и независимая система отопления

Случается, что частные дома, находящиеся в черте города, расположены рядом с проложенными сетями центрального теплоснабжения, а некоторые даже подключены к ним. Конечно, в нынешнее время в приоритете – отопление индивидуальное, а централизованное постепенно уходит в прошлое. Но если дом уже подключен к сети либо есть проблемы с автономной системой, то надо пользоваться тем, что есть в наличии. Для совместной работы источника тепла с потребителями используется зависимая и независимая система отопления. Что они собой представляют, а также плюсы и минусы обеих схем будут изложены в данном материале.

Зависимая (открытая) система теплоснабжения

Главная особенность зависимой системы заключается в том, что теплоноситель, протекающий по магистральным сетям, напрямую поступает в дом. Открытой ее называют потому, что из подающего трубопровода производится отбор теплоносителя для обеспечения дома горячей водой. Чаще всего такая схема применяется при подсоединении к тепловым сетям многоквартирных жилых домов, административных и прочих зданий общего пользования. Работа схемы зависимой системы отопления изображена на рисунке:

При температуре теплоносителя в подающем трубопроводе до 95 ºС он может быть направлен непосредственно в отопительные приборы. Если же температура выше и достигает 105 ºС, то на вводе в дом устанавливается смесительный элеваторный узел, чьей задачей является воду, поступающую из радиаторов, подмешивать в горячий теплоноситель с целью понижения его температуры.

Для справки. Централизованная зависимая система отопления имеет расчетный и реальный температурный график. Расчетный график характеризует максимальную температуру воды и в открытой системе бывает 105 / 70 ºС или 95 / 70 ºС. Реальный график зависит от погодных условий и может изменяться ежедневно, он поддерживается в центральном тепловом пункте. Когда на улице нет сильных морозов, температура теплоносителя значительно ниже расчетной.

Схема была очень популярна во времена СССР, когда расходом энергоносителей мало кто озабочивался. Дело в том, что зависимое подключение с элеваторными узлами смешения работает достаточно надежно и практически не требует присмотра, а работы по монтажу и затраты на материалы обходятся достаточно дешево. Опять же, не нужно прокладывать дополнительные трубы для подачи в дома горячей воды, когда ее можно успешно отбирать из тепловой магистрали.

Но на этом позитивные стороны зависимой схемы заканчиваются. А негативных гораздо больше:

• грязь, окалина и ржавчина из магистральных трубопроводов благополучно попадает во все батареи потребителей. Старым чугунным радиаторам и стальным конвекторам этакие мелочи были нипочем, а вот современным алюминиевым и прочим отопительным приборам точно несдобровать;
• вследствие уменьшения водоразбора, проведения ремонтных работ и прочих причин часто возникает перепад давления в зависимой системе отопления, а то и гидроудары. Это грозит последствиями для современных батарей и полимерных трубопроводов;
• качество теплоносителя оставляет желать лучшего, а ведь он напрямую идет на водоснабжение. И, хотя в котельной вода проходит все этапы очистки и обессоливания, километры старых ржавых магистралей дают о себе знать;
• регулировать температуру в помещениях непросто. Даже полнопроходные термостатические вентили быстро выходят из строя из-за плохого качества теплоносителя.

Независимая (закрытая) система отопления

В настоящее время при устройстве новых котельных стала чаще применяться независимая схема присоединения системы отопления. В ней имеют место основной и дополнительный контур циркуляции, гидравлически разделенные теплообменником. То есть теплоноситель от котельной или ТЭЦ идет до центрального теплового пункта, где попадает в теплообменник, это и есть главный контур. Дополнительный контур – это система отопления дома, теплоноситель в нем циркулирует через этот же теплообменник, получая тепло от сетевой воды из котельной. Схема работы независимой системы показана на рисунке:

Для справки. Раньше в подобных системах устанавливались громоздкие кожухотрубные теплообменники, занимавшие много места. Это было главной трудностью, но с появлением скоростных пластинчатых теплообменников данная проблема перестала существовать.

А как же быть с централизованной подачей горячей воды, ведь теперь брать ее из магистрали нельзя, там слишком высокая температура (от 105 до 150 ºС)? Все просто: независимая схема подключения допускает установку любого количества пластинчатых теплообменников, присоединенных к магистральным трубопроводам. Один будет обеспечивать теплом отопительную систему дома, а второй может готовить воду для хозяйственных нужд. Как это реализуется, показано ниже:

Чтобы горячая вода поступала всегда одинаковой температуры, контур ГВС делается замкнутым с организацией автоматической подпитки в обратном трубопроводе. В многоквартирных домах циркуляционную обратную линию ГВС можно увидеть в ванной комнате, к ней подсоединяются полотенцесушители.

Очевидно, что эксплуатация независимой системы отопления имеет массу преимуществ:

• домашний контур отопления не зависит от качества внешнего теплоносителя, состояния магистральных сетей и перепадов давления. Вся нагрузка ложится на пластинчатый теплообменник;
• есть возможность регулировать температуру в помещениях с помощью термостатических вентилей;
• теплоноситель в малом контуре можно отфильтровать и очистить от солей, главное, чтобы трубы были в хорошем состоянии;
• в системе ГВС будет вода питьевого качества, поступающая в дом по водопроводной магистрали.

Тем не менее из-за грязного теплоносителя низкого качества в центральной сети потребуется периодическая промывка независимой системы отопления, а точнее, — пластинчатого теплообменника. Благо, сделать это не так уж сложно. Еще из недостатков следует отметить более высокие затраты на приобретение оборудования, а именно: теплообменников, циркуляционных насосов и запорно — регулирующей арматуры. Зато закрытая система надежнее и безопаснее открытой, она больше отвечает современным требованиям и лучше адаптирована к новому оборудованию.

Заключение

Если в силу каких-то причин вам доведется выбирать схему подключения к централизованным сетям, то предпочтительнее независимая система отопления частного дома. Даже если температура в магистрали невысока, все равно не стоит подавать эту воду в свою систему, лучше гидравлически отделить ее от центральной. При условии, что такая возможность существует в материальном плане, а если нет – придется врезаться напрямую, по зависимой схеме.

Схемы теплового пункта системы отопления

Зависимая схема с двухходовым клапаном и насосами в подающем трубопроводе

Зависимая схема подключения теплового пункта системы отопления к тепловой сети с двухходовым клапаном регулятора теплового потока и циркуляционно-смесительными насосами в подающем трубопроводе системы отопления.

Схему применяют если:

1 Расчётный температурный график источника тепла превышает расчётный температурный график системы отопления (например, на вводе тепловой сети 120/70, а в системе отопления необходимо поддерживать 95/70).

2 Рабочее давление в обратном трубопроводе тепловой сети и статическое давление в тепловой сети — превышают статическое давление системы отопления, как минимум, на 5м.вод.ст.. Статическое давление системы отопления равняется высоте водяного столба в метрах от отметки расположения теплового пункта до отметки верхней точки системы отопления. Конвертер величин давлений в м.вод.ст. из исходных данных выданных теплоснабжающей организацией указанных в других единицах измерения (бар, МПа или кгс/м&sup2);.

3 Давление в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети, а также статическое давление в тепловых сетях не превышают максимально допустимого давления для системы отопления определяемого пределом прочности наиболее слабого её элемента (радиаторы, трубы).

4 В тепловом пункте необходимо реализовать автоматическое качественное управление температурой теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха и/или по суточному, недельному графику работы системы.

Описание схемы теплового пункта и принцип её работы:

Управляет работой теплового пункта программируемый контроллер, к которому подключены: датчик температуры наружного воздуха, датчик температуры теплоносителя поступающего в систему отопления и двухходовой регулирующий клапан (РК) с элктроприводом.

В контроллер вносят температурный график системы отопления отображающий зависимость температуры воды поступающей в систему от температуры наружного воздуха, дня недели и времени суток. Контроллер замеряет температуру наружного воздуха, определяет необходимую температуру воды на входе в систему отопления и сравнивает её с температурой замеренной датчиком t11, при отклонении — посылает закрывающий или открывающий сигнал регулирующему клапану на подающем трубопроводе тепловой сети.

Регулирующий клапан может как полностью открыть подачу теплоносителя, так и полностью закрыть подающий трубопровод. Подмес воды из обрата не прекращается даже при полном открытии регулирующего клапана так как вода приходящая из тепловой сети условно «перегрета», то есть с температурой превышающей необходимую температуру для системы отопления. В режиме полного перекрытия подающего трубопровода весь теплоноситель поступающий в систему отопления будет отбираться через перемычку из обратного трубопровода.

Независимо от степени закрытия регулирующего клапана объём воды, поступающий в систему отопления, стабилен и определяется характеристикой циркуляционного насоса, изменяются только пропорции двух потоков воды в смеси — потока отбираемого из обратного трубопровода и потока из подающего.

При выходе из строя рабочего насоса циркуляция воды в системе остановится, поэтому в схеме предусмотрено два насоса – рабочий и резервный (Н1 и H2).

Насосы к электрической сети подключаются через щит управления в котором предусмотрены следующие уровни защиты:

• Защита от сухого хода
• Защита от перекоса фазных напряжений
• Защита от обрыва фаз и коротких замыканий
• Тепловая защита от повышенных токовых нагрузок
• Автоматическое включение резервного насоса при выходе из строя рабочего

На вводе тепловой сети установлен регулятор перепада давления (РД) который стабилизирует перепад давлений, ограничивает максимальный расход теплоносителя отбираемого из тепловой сети и создаёт режим работы регулирующего клапана при котором перемещение штока плавно изменяет расход проходящей через него воды.

Для ограничения максимального расхода на регуляторе настраивают перепад давлений равный потере напора на регулирующем клапане в полностью открытом положении при прохождении максимального расхода теплоносителя.

Для настройки рабочей точки насоса в тепловом пункте предусмотрен ручной балансировочный клапан, который допускается не устанавливать если насосы оборудованы регулятором частоты вращения.

Кроме нового строительства данная схема применяется при реконструкции ИТП с заменой элеваторных узлов.

Особенности схемы

В рабочем режиме давление в обратном трубопроводе системы отопления равняется давлению в обратном трубопроводе тепловой сети на вводе, а давление в точке смешения потоков несколько ниже давления в обратном трубопроводе тепловой сети.

Даже при полном открытии регулирующего клапана на подающем трубопроводе к потоку поступающему в систему отопления будет подмешивать остывшая вода из обратного трубопровода.

Зависимая схема с двухходовым клапаном, насосами в подающем трубопроводе и регулятором подпора

Применяется в случаях когда статическое или рабочее давление в обратном трубопроводе тепловой сети, ниже чем статическое давление системы отопления + 5м.вод.ст.

Регулятор подпора устанавливают для защиты систем отопления от частичного или полного опорожнения.

Зависимая схема с двухходовым клапаном и насосами в обратном трубопроводе

Зависимая схема подключения ИТП системы отопления с автоматическим погодозависимым регулированием на базе программируемого контроллера с двухходовым клапаном и циркуляционно-смесительными насосами в обратном трубопроводе.

Схему применяют если:

1 Расчётный температурный график источника тепла превышает расчётный температурный график системы отопления.

2 Рабочее давление в обратном трубопроводе тепловой сети и статическое давление в тепловой сети — превышают статическое давление системы отопления, как минимум, на значение равное максимальному напору насоса + 5м.вод.ст..

3 Давление в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети, а также статическое давление в тепловых сетях не превышают максимально допустимого давления для системы отопления определяемого пределом прочности наиболее слабого её элемента (радиаторы, трубы).

4 В тепловом пункте необходимо реализовать автоматическое качественное управление температурой теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха и/или по суточному, недельному графику работы системы.

5 Температура в подающем трубопроводе системы отопления в рабочем режиме может превышать допустимую температуру для циркуляционного насоса.

Особенности схемы

Давление в обратном трубопроводе системы отопления всегда будет меньше давления в обратном трубопроводе тепловой сети на вводе в здание на величину напора насоса в рабочей точке.

Давление в подающем трубопроводе системы отопления будет несколько ниже давления в обратном трубопроводе тепловой сети.

Зависимая схема с трёхходовым клапаном и циркуляционными насосами

Зависимая схема подключения теплового пункта системы отопления к источнику тепла с трёхходовым клапаном регулятора теплового потока и циркуляционно-смесительными насосами в подающем трубопроводе системы отопления.

Данную схему в ИТП применяют при соблюдении условий:

1 Температурный график работы источника тепла (котельной) превышает либо равен температурному графику системы отопления. Тепловой пункт подключённый по данной принципиальной схеме может работать как с подмесом к подаче потока из обратного трубопровода, так и без него, то есть пустить теплоноситель из подающего трубопровода тепловой сети напрямую в систему отопления.

Например расчётный температурный график системы отопления 90/70°C, равен температурному графику источника, но источник независимо от внешних факторов всё время работает с температурой на выходе 90°C, а для системы отопления подавать теплоноситель с температурой в 90°C нужно лишь при расчётной температуре наружного воздуха (для Киева -22°C). Таким образом в тепловом пункте к воде, поступающей от источника будет подмешиваться остывший теплоноситель из обратного трубопровода пока температура наружного воздуха не опустится до расчётного значения.

2 Подключение теплового пункта выполнено к безнапорному коллектору, гидравлической стрелке или теплотрассе с разницей давлений между подающим и обратным трубопроводом не более 3м.вод.ст..

3 Давление в обратном трубопроводе источника тепла в статическом и динамическом режимах превышает как минимум на 5м.вод.ст высоту от места подключения теплового пункта до верхней точки системы отопления (статику здания).

4 Давление в подающем и обратном трубопроводе источника тепла, а также статическое давление в тепловых сетях не превышают максимально допустимого давления для системы отопления здания подключённой к данному ИТП.

5 Схема подключения теплового пункта должна обеспечивать автоматическое качественное регулирование системой отопления по температурному или временному графику.

Описание работы схемы ИТП с трёхходовым клапаном

Принцип работы данной схемы схож с работой первой схемы за исключением того, что трёхходовым клапаном может быть полностью перекрыт отбор из обратного трубопровода, при котором весь теплоноситель, поступающий от источника тепла без подмеса будет подан в систему отопления.

В случае полного перекрытия подающего трубопровода источника тепла, как и в первой схеме, в систему отопления будет подаваться только вышедший из неё теплоноситель, отбираемый из обрата.

Зависимая схема с трёхходовым клапаном, циркуляционными насосами и регулятором перепада давления.

Применяется при перепаде давления в месте подключения ИТП к тепловой сети превышающем 3м.вод.ст.. Регулятор перепада давления в данном случае подбирается для дросселирования и стабилизации располагаемого напора на вводе.

Независимая схема индивидуального теплового пункта

Независимая схема подключения теплового пункта с двухходовым клапаном регулятора перепада давления, циркуляционными насосами, закрытым расширительным баком и автоматизированной линией подпитки.

Независимую схему подключеня ИТП применяют при:

1 Статическое давление и/или давление в подающем и/или обратном трубопроводе тепловой сети превышают допустимое давление в системе отопления.

2 Температурный график источника тепла превышает температурный график системы отопления. Например, температурный график источника тепла 110/70, а у подключаемой по независимой схеме системы отопления 90/70.

3 В отапливаемом здании 12 или более этажей (согласно ДБН В. 2.5-67:2013).

4 Располагаемый напор на вводе тепловой сети превышает 4 м.вод.ст. (из условия преодоления гидравлического сопротивления теплообменника и регулирующей арматуры).

5 Независимая схема подключения регламентируется техническими условиями теплоснабжающей организации или техническим заданием заказчика.

Принцип работы теплового пункта подключенного по независимой схеме

Горячий теплоноситель поступающий от источника тепла попадает в пластинчатый теплообменник где остывая нагревает воду циркулирующую в системе отопления.

Применение пластинчатого теплообменника позволяет защитить систему отопления от изменений гидравлического режима источника тепла / тепловой сети, то есть сделать её независимой.

В отличие от зависимых схем, в которых вода отобранная из подающего трубопровода тепловой сети поступает в систему отопления, при независимом подключении теплового пункта вода из наружных сетей попадает в с систему едино разово при заполнении и в незначительных количествах во время подпитки компенсирующей утечки теплоносителя в системе. Независимое подключение системы отопления сокращает влияние на трубопроводы и элементы системы отопления не осевших в сетчатых фильтрах взвешенных частиц присутствующих в теплоносителе отобранном из наружных сетей.

Управляет тепловым пунктом электронный контроллер, снабжённый датчиком температуры наружного воздуха, и датчиком температуры теплоносителя поступающего в систему отопления. К контролеру также подключён электропривод регулирующего клапана установленного на подающем трубопроводе источника тепла.

Контроллеру задана зависимость температуры воды поступающей в систему отопления от температуры наружного воздуха, соответствие которой он с определённой периодичностью проверяет. Если по результатам опроса датчиков контроллер выяснил, что теплоноситель поступает в систему отопления с недостаточной температурой, — он посылает открывающий сигнал регулирующему клапану на подающем трубопроводе тепловой сети, при превышении температуры над заданной, контроллер прикрывает клапан вплоть до полного перекрытия подачи.

Ограничение расхода теплоносителя выполнено на базе регулятора перепада давления, так же как и в первой схеме (см. выше).

Циркуляцию теплоносителя в системе отопления создают два бесшумных насоса, один из которых резервный. Пара циркуляционных насосов оборудована щитом автоматизации с перечнем функций описанных в описании первой схемы.

Вода при нагреве увеличивает свой объём, а при охлаждении, соответственно, уменьшает. Так как вода – жидкость практически несжимаемая, то при её нагреве в замкнутом контуре системы отопления резко повысится давление, что приведёт к разрушению наиболее слабого элемента системы отопления.

Чтобы исключить разрушающее действие нагреваемой воды в замкнутом контуре системы отопления, в него добавляют расширительный бак (БР) рассчитанный на приём прироста объёма нагреваемой жидкости. Полость расширительного бака разделена на две части эластичной мембраной способной растягиваться принимая внутрь полости весь прирост объёма нагреваемой воды и сжиматься во время снижения температуры воды в системе отопления – вытесняя обратно в систему полученный ранее объём воды.

На случай защиты системы отопления от аварийного повышения давления в ней, предусматривают установку предохранительных клапанов (ПК) в количестве не менее двух, один из которых резервный.

Подпитка системы отопления осуществляется регулятором давления (РД) в автоматическом режиме, как только давление в нагреваемом контуре опустится ниже давления настройки регулятора.

Независимая схема ИТП с блоком подпиточных насосов

Схему применяют если давление в подающем трубопроводе на вводе от источника тепла ниже статического давления системы отопления. Схема не обязательна, но рекомендуется к применению если давление в обратном трубопроводе тепловой сети, либо статическое давление источника тепла ниже статического давления системы отопления.