Наладка и регулировка систем водяного отопления
В статье приведён принцип работы систем водяного отопления. Рассмотрены методы регулировки систем водяного двухтрубного отопления, которые осуществляются при наладке. Выделены преимущества и недостатки приведённых методов.
Системы отопления, вентиляции и кондиционирования предназначены для создания и поддержания комфортных условий микроклимата для эффективной и плодотворной жизнедеятельности человека. Эффективная работа систем ОВиК во многом зависит от грамотно выполненного проекта, качественного монтажа и правильной эксплуатации. Отсюда также следует, что грамотный проект, качественный монтаж и правильная эксплуатация систем ОВиК возможна только при наличии соответствующих знаний и навыков у проектировщика.
Данная статья посвящена вопросу регулировки систем отопления (СО).
Система отопления предназначена для поддержания в помещении комфортной (требуемой) температуры воздуха. Также можно сказать, что работа системы отопления направлена на компенсацию теплопотерь в помещении. Достигается это возвратом в него требуемого количества тепла. Последнее генерируется источником тепла (котлом, котельной, тепловым насосом и др.) транспортируется теплоносителем (вода, воздух, пар и т.п.) по теплопроводам (трубопроводы, воздуховоды) к потребителю (отопительному прибору, тёплому полу, теплообменнику, калориферу и т.п.). В целом систему отопления можно представить следующим образом — рис. 1.
Основываясь на основной задаче системы отопления — обеспечении потребителя требуемым количеством тепла — можно говорить об эффективности работы системы отопления. Оценивать эффективность можно по температуре в помещении, температуре и давлению теплоносителя, наличию его утечек, а также по равномерности распределения тепла по объекту. При этом эффективность работы системы отопления нас интересует как при вводе в эксплуатацию, так и в ходе использования.
Системы водяного отопления с принудительной циркуляцией в обязательном порядке включают в себя следующие элементы:
- источник тепла (котёл);
- отопительный прибор;
- циркуляционный насос;
- расширительный бак;
- трубопроводы, фитинги и трубопроводную арматуру (вентили, краны, воздухоотводчики, предохранительные клапаны и т.п.);
- контрольно-измерительные приборы и система автоматизации.
Отсутствие любого из этих элементов делает систему неработоспособной — полностью или частично. Нет расширительного бака — не будет происходить компенсация температурного расширения теплоносителя, но появится статическое давление. Это, в свою очередь, приведёт к наличию течей в системе, её нестабильной работе, сбоям в автоматике, если она есть. Нет насоса — практически полностью остановится циркуляция теплоносителя, к потребителю не дойдёт нужное количество тепла, и он замёрзнет. Нет котла — нет тепла. Нет отопительного прибора — мало тепла (функцию отопительных приборов могут выполнять трубопроводы системы).
Наладка
Наладка — это подготовка к использованию. Синонимы слова наладка: настройка, отлаживание, починка, регулировка, проверка, поправление. Антонимы: разборка, поломка, авария.
Итак, система отопления заполнена и опрессована. Самое время приступить к регулировке, тепловым испытаниям и вводу её в эксплуатации. Перед регулировкой должны быть выполнены следующие работы:
- смонтирована система отопления;
- произведена проверка её соответствия проекту;
- система промыта и заполнена водой;
- произведена пусконаладка основного оборудования.
В процессе пусконаладки предстоит сделать следующее:
- включить основное оборудование;
- внимательно прислушаться и присмотреться к происходящему вокруг — посторонние шумы, вибрации, наличие утечки воды, запах гари, яркие вспышки и многое другое должны насторожить.
Может быть, пора бежать отсюда? Или необходимо открыть закрытый вентиль у насоса? А может, после нажатия кнопки «Вкл» ничего не изменилось, потому что забыли включить штекер в розетку или не открыли вентиль подачи газа на котёл?
Ситуации бывают разные и, чтобы быть готовыми ко всему, прежде всего нужно понимать и представлять устройство системы отопления, наладку которой осуществляется.
- внимательно проконтролировать показания всех имеющихся контрольноизмерительных приборов;
- настроить и отрегулировать различные контуры системы отопления;
- не забыть подписать приёмо-сдаточный акт.
В общем случае процесс наладки можно разделить на несколько этапов, каждый из которых отвечает за настройку и регулировку определённой группы узлов системы:
- наладка котельного агрегата или теплового пункта;
- гидравлическая и тепловая регулировка системы отопления.
Гидравлическая и тепловая регулировка системы отопления
Регулировка систем осуществляется для обеспечения распределения проектных расходов теплоносителя по всем циркуляционным кольцам. Теплоотдачу СО можно регулировать двумя способами: качественно и количественно (рис. 2).
Качественное регулирование — это изменение теплоотдачи за счёт изменения температуры теплоносителя t1 и t2 [°C] и, соответственно, температурного напора отопительного оборудования Δt [°C].
Качественное регулирование осуществляется в котельной, индивидуальном тепловом пункте и смесительном узле. В котельной температура теплоносителя изменяется за счёт изменения количества сжигаемого топлива или смешивания теплоносителей; в ИТП при закрытой схеме — за счёт изменения расхода греющего теплоносителя; в ИТП при открытой схеме присоединения системы отопления и в узлах смешивания — смешиванием подающего и обратного теплоносителя.
Количественное регулирование — это изменение теплоотдачи за счёт изменения расхода теплоносителя G [кг/ч].
Количественное регулирование в первую очередь направлено на гидравлическую увязку системы, то есть настройку распределения потоков между циркуляционными кольцами.
Настройка системы отопление заключается в обеспечении равномерности прогрева системы отопления и равномерности распределения теплоносителя. В практике наладки и эксплуатации систем отопления применяются оба способа одновременно.
Итак, приступим к наладке небольшой двухтрубной системы отопления (рис. 3). Наша цель — обеспечить равномерное, требуемое распределение тепла.
Без регулировки системы отопления в системе наступит равновесие (то есть Δр1 = Δр2 = Δр3 = рразрег) и расход теплоносителя распределится так, как ему будет удобней и основной объём воды пойдёт по пути наименьшего сопротивления. Последнее объясняется тем, что данный путь будет пролегать через отопительный прибор №1, то есть G1 > G2 (G1ф > G1тр, G2ф (0) (11746) (6)
Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика. Пырков В.В. , 2005
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
Рис. 3.2. Определение внешнего авторитета клапана в системе обеспе чения микроклимата: а при расчетных условиях; б при частичном закрывании терморегулятора; в и г то же, с уче том влияния соответственно перепускного клапана и регуля тора перепада давления; 1 характеристика сопротивления регулируемого участка без учета сопротивления терморегуля тора и регулирующего клапана; 2 характеристика регулиру емого участка без учета сопротивления терморегулятора; 3 характеристика сопротивления регулируемого участка при расчетных условиях; 4 характеристика сопротивления регу лируемого участка при частичном закрывании терморегулято ра; 5 характеристика нерегулируемого насоса; 6 характе ристика перепускного клапана; 7 характеристика автомати ческого регулятора перепада давления
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
при установке регулятора перепада давления вместо перепускного кла пана, что показано на рис. 3.2,г, либо клапана автоматического регулиро вания расхода. Но даже в этих случаях не обеспечивается в полной мере стабилизация внешних авторитетов клапанов во всем диапазоне гидрав лических колебаний системы. Так, при открывании терморегуляторов, характеризуемом приближением кривой 4 к кривой 2, рабочая точка си стемы выходит за пределы прямых 6 и 7 и перемещается по кривой 5. Для обеспечения проектных значений внешних авторитетов клапанов во всем диапазоне гидравлического воздействия терморегуляторов, т. е. их открывании и закрывании, необходимо осуществить следующий шаг ав томатизации системы: установить автоматические клапаны (перепуск ные клапаны, автоматические регуляторы расхода, стабилизаторы рас хода, автоматические регуляторы перепада давления) на стояках либо приборных ветках системы. Подробнее о совместной работе этого регу лирующего оборудования см. в соответствующих разделах книги.
Таким образом, для создания эффективной работы терморегуляторов, заключающейся в поддержании проектно заданных авторитетов клапа нов, в системах обеспечения микроклимата необходимо применять допол нительные автоматические регуляторы как возле насосов, так и на стояках либо горизонтальных приборных ветках. Определение внешних авторите тов при этом зависит от конкретной схемы. Общим подходом является расчет внешнего авторитета клапана по автоматически поддерживаемому давлению P ближайшим к регулируемому участку автоматическим регу лятором. Наиболее часто встречающиеся схемы представлены на рис. 3.3.
На рис. 3.3,а…е показаны некоторые принципиальные схемы приме нения автоматических клапанов для поддержания авторитетов термо регуляторов и регулирующих клапанов на необходимом уровне. Эти схемы применяют для головного насоса, установленного возле котлов, чиллеров и т. д. Выбор конкретной схемы зависит от необходимости поддержания минимального расхода теплоносителя через теплообмен ное оборудование или насосы.
Схему на рис. 3.3,а с автоматическим перепускным клапаном ис пользуют для небольших систем с терморегуляторами. Байпас с этим клапаном обеспечивает примерно постоянный расход теплоносителя через теплообменник и насос. Однако такой подход нежелателен для систем, в которых недопустимо повышение температуры теплоноси теля в обратном трубопроводе, например, при использовании конден сационных котлов. Основными недостатками схемы являются не обеспеченность проектных авторитетов клапанов при открывании терморегуляторов и примерная обеспеченность авторитетов при их закрывании (см. п.р. 5.1). Улучшение работы системы происходит при
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
настройке перепускного клапана на 10 % выше перепада давления в точках присоединения байпаса при полностью открытых терморегу ляторах, поскольку расчетный перепад давления соответствует час тично открытым терморегуляторам (см. п.п. 4.2.4.2). Окончатель ную настройку перепускного клапана осуществляют при наладке системы. Внешние авторитеты терморегуляторов и регулирующих клапанов при использовании данной схемы следует определять по максимальному перепаду давления P max в точках присоединения пе репускного клапана (см. рис. 3.2,в). Максимальный расход через пе репускной клапан устанавливают в зависимости от способа контроля системы: при температурном контроле — зачастую равным 60 % от максимального расхода системы; без температурного контроля — равным максимальному расходу системы.
Схему на рис. 3.3,б применяют так же, как и предыдущую, в неболь ших системах с терморегуляторами. Эту схему с постоянным расходом теплоносителя через бойлер называют антиконденсационным байпа сом. Стабилизатор расхода гарантирует минимальный расход теплоно сителя через байпас при закрытых терморегуляторах. Данный расход предназначен для срабатывания топливного клапана либо предохрани тельного клапана контроля температуры высокотемпературных источ ников теплоты, чтобы предотвратить перегрев теплоносителя от тепло вой инерции теплообменника. Стабилизатор расхода по сравнению с перепускным клапаном равномернее поддерживает давление в систе ме, улучшая тем самым работу терморегуляторов. Его, как и перепуск ной клапан, настраивают на 10 % выше перепада давления в системе при полностью открытых терморегуляторах.
Схему на рис. 3.3,в применяют также для небольших систем. Она обеспечивает примерно постоянный расход теплоносителя через насос и не допускает, в отличие от предыдущих схем, перетоков теплоносите ля из подающего трубопровода в обратный. Относительно обеспечения стабильности работы терморегуляторов данная схема имеет те же недо статки, что и схема на рис. 3.3,а.
Схемы на рис. 3.3,г…е предназначены для систем обеспечения мик роклимата любой сложности. Их выбор так же, как и предыдущих, зави сит от типа контроля системы. Но во всех случаях применение автома тических регуляторов перепада давления является наилучшим решени ем работоспособности системы. При этом параметры эффективного регулирования определяются при проектировании, а не при наладке системы, как с перепускным клапаном.
Автоматическая стабилизация гидравлических параметров тепло носителя возле насоса не всегда является достаточным условием
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
∆ P 
Рис. 3.3. Схемы к определению внешних авторитетов регулирующих клапанов и терморегуляторов
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
бесшумности системы. Если автоматически поддерживаемый перепад давления превышает максимально допустимое значение по условию бесшумности терморегуляторов, то обязательно устанавливают автома тические регуляторы на стояках или горизонтальных ветках по схемам на рис. 3.3,ж…к. Если не превышает, то применение таких схем является не обязательным, но полезным, так как при этом устраняются перетоки теплоносителя между стояками и ветками при характерной для термо регуляторов несинхронной работе. Для решения этих задач применяют также насосы на стояках и ветках, создавая индивидуальные централи зованные системы обогрева (CIC — Сhauffage Individual Centralise), в которых обеспечивается независимость вторичного циркуляционного контура от первичного. В любом случае внешние авторитеты клапанов определяют уже относительно перепадов давления, поддерживаемых на стояках либо горизонтальных ветках.
Схемы на рис. 3.3,ж,з с перепускными клапанами являются самым простым проектным решением по обеспечению бесшумности терморе гуляторов. Выбор первой или второй схемы зависит от допустимости подмешивания теплоносителя из подающего трубопровода в обратный. Такие схемы приемлемы для систем с незначительным перепадом температур теплоносителя. Их применяют для зданий до семи этажей. Основным недостатком схем является приблизительное поддержание стабильности давления на регулируемом участке. Колебания происхо дят в диапазоне между перепадом давления стояка или приборной вет ки с полностью открытыми терморегуляторами и перепадом давления при полностью открытом перепускном клапане. При этом сверхноми нальное давление должно быть полностью редуцировано на перепуск ном клапане. Настраивают его на 10 % выше перепада давления в точках определяемого при наладке системы присоединения байпаса при пол ностью открытых терморегуляторах (см. пояснение к рис. 3.3,а). Из за колебания давления на регулируемых участках таких систем изменяют ся и авторитеты терморегуляторов.
Улучшения авторитетов достигают установкой стабилизатора рас хода на стояке или приборной ветке по схеме на рис. 3.3,и. Настраивают его на 10 % выше перепада давления в точках присоединения.
Самым эффективным проектным решением обеспечения работо способности терморегуляторов во всех режимах регулирования являет ся автоматический регулятор перепада давления. Схемы его установки на стояках или горизонтальных ветках показаны на рис. 3.3,й,к. Отли чие последней схемы от предыдущей заключается в применении регу лирующего клапана спутника на подающем трубопроводе с отбором импульса давления перед собой для активизации мембраны клапана
ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
перепада давления. Этим клапаном корректируют внешние авторитеты терморегуляторов, ограничивая максимальный расход теплоносителя на регулируемом участке. Две последние схемы наиболее целесообраз ны в системах со значительными перепадами температур теплоносите ля. Они обеспечивают стабильное поддержание давления в стояках и приборных ветках различной степени сложности. Применение автома тических регулирующих клапанов на стояках и приборных ветках в зна чительной мере улучшает работу системы обеспечения микроклимата. Однако даже в этих случаях не устраняются нежелательные перетоки теплоносителя между теплообменными приборами стояка и ветки. Са мых высоких результатов работоспособности терморегуляторов дости гают в системах при установке у каждого радиатора, конвектора, фен койла и т. п. подобных стабилизаторов расхода (в системах с постоян ным гидравлическим режимом) либо автоматических регуляторов пе репада давления (в системах с переменным гидравлическим режимом) по схемам на рис. 3.4. В таких случаях внешние авторитеты терморегу ляторов определяют по стабилизируемым давлениям этими регулято рами. Идеальным проектным решением является схема на рис. 3.4,б, в которой регулируемым участком является сам терморегулятор.
