Что такое элеватор отопления

При централизованном теплоснабжении горячая вода, прежде чем попасть в радиаторы отопления многоквартирных домов, проходит через тепловой пункт. Там она доводится до необходимой температуры с помощью специального оборудования. С этой целью в подавляющем большинстве домовых тепловых пунктов, построенных во времена СССР, установлен такой элемент, как элеватор отопления. Рассказать, что он собой представляет и какие задачи выполняет, призвана данная статья.

Назначение элеватора в системе отопления

Теплоноситель, выходящий из котельной или ТЭЦ, имеет высокую температуру – от 105 до 150 °С. Естественно, что подавать в систему отопления воду с такой температурой недопустимо.

Нормативными документами эта температура ограничена пределом 95 °С и вот почему:

• в целях безопасности: можно получить ожоги от прикосновения к батареям;
• не всякие радиаторы могут функционировать при высоких температурных режимах, не говоря уже о полимерных трубах.

Снизить температуру сетевой воды до нормируемого уровня позволяет работа элеватора отопления. Вы спросите – а почему нельзя сразу направить в дома воду с требуемыми параметрами? Ответ лежит в плоскости экономической целесообразности, подача перегретого теплоносителя позволяет передать с одним и тем же объемом воды гораздо большее количество тепла. Если температуру снизить, то придется увеличить расход теплоносителя, а следом существенно вырастут диаметры трубопроводов тепловых сетей.

Итак, работа элеваторного узла, установленного в тепловом пункте, состоит в снижении температуры воды путем подмешивания в подающий трубопровод остывший теплоноситель из обратки. Следует отметить, что данный элемент считается устаревшим, хотя до сих пор повсеместно используется. Сейчас при устройстве тепловых пунктов применяются смешивающие узлы с трехходовыми клапанами либо пластинчатые теплообменники.

Как функционирует элеватор?

Если говорить простыми словами, то элеватор в системе отопления – это водяной насос, не требующий подведения энергии извне. Благодаря этому, да еще простой конструкции и низкой стоимости, элемент нашел свое место практически во всех тепловых пунктах, что строились в советское время. Но для его надежной работы нужны определенные условия, о чем будет сказано ниже.

Чтобы понять устройство элеватора системы отопления, следует изучить схему, представленную выше на рисунке. Агрегат чем-то напоминает обычный тройник и устанавливается на подающем трубопроводе, своим боковым отводом он присоединяется к обратной магистрали. Только через простой тройник вода из сети проходила бы сразу в обратный трубопровод и прямо в систему отопления без снижения температуры, что недопустимо.

Стандартный элеватор состоит из подающей трубы (предкамеры) со встроенным соплом расчетного диаметра и смесительной камеры, куда подводится остывший теплоноситель из обратки. На выходе из узла патрубок расширяется, образуя диффузор. Агрегат действует следующим образом:

• теплоноситель из сети с высокой температурой направляется в сопло;
• при прохождении через отверстие малого диаметра скорость потока возрастает, из-за чего за соплом возникает зона разрежения;
• разрежение вызывает подсасывание воды из обратного трубопровода;
• потоки смешиваются в камере и выходят в систему отопления через диффузор.

Как происходит описанный процесс, наглядно показывает схема элеваторного узла, где все потоки обозначены разными цветами:

Непременное условие устойчивой работы узла заключается в том, чтобы величина перепада давления между подающей и обратной магистралью сети теплоснабжения было больше, чем гидравлическое сопротивление отопительной системы.

Наряду с явными преимуществами данный смесительный узел обладает одним существенным недостатком. Дело в том, что принцип работы элеватора отопления не позволяет регулировать температуру смеси на выходе. Ведь что для этого нужно? Изменять при необходимости количество перегретого теплоносителя из сети и подсасываемой воды из обратки. Например, чтобы температуру снизить, надо уменьшить расход на подаче и увеличить поступление теплоносителя через перемычку. Этого можно добиться только уменьшением диаметра сопла, что невозможно.

Проблему качественного регулирования помогают решить элеваторы с электроприводом. В них посредством механического привода, вращаемого электродвигателем, увеличивается или уменьшается диаметр сопла. Это реализовано за счет дроссельной иглы конусной формы, входящей в сопло изнутри на определенное расстояние. Ниже изображена схема элеватора отопления с возможностью управления температурой смеси:

1 – сопло; 2 – дроссельная игла; 3 – корпус исполнительного механизма с направляющими; 4 – вал с зубчатым приводом.

Примечание. Вал привода может снабжаться как рукояткой для управления вручную, так и электродвигателем, включаемым дистанционно.

Появившийся относительно недавно регулируемый элеватор отопления позволяет производить модернизацию тепловых пунктов без кардинальной замены оборудования. Учитывая, сколько еще подобных узлов функционирует на просторах СНГ, подобные агрегаты приобретают все большую актуальность.

Расчет элеватора отопления

Следует отметить, что расчет водоструйного насоса, коим является элеватор, считается довольно громоздким, мы постараемся подать его в доступной форме. Итак, для подбора агрегата нам важны две главных характеристики элеваторов – внутренний размер смесительной камеры и проходной диаметр сопла. Размер камеры определяется по формуле:

• dr – искомый диаметр, см;
• Gпр – приведенное количество смешанной воды, т/ч.

В свою очередь, приведенный расход вычисляется таким образом:

• τсм – температура смеси, идущей на отопление, °С;
• τ20 – температура остывшего теплоносителя в обратке, °С;
• h2 – сопротивление отопительной системы, м. вод. ст.;
• Q – потребный расход тепла, ккал/ч.

Чтобы подобрать элеваторный узел системы отопления по размеру сопла, надо его рассчитать по формуле:

• dr – диаметр смесительной камеры, см;
• Gпр – приведенный расход смешанной воды, т/ч;
• u – безразмерный коэффициент инжекции (смешивания).

Первые 2 параметра уже известны, остается только отыскать значение коэффициента смешивания:

• τ1 – температура перегретого теплоносителя на входе в элеватор;
• τсм, τ20 – то же, что и в предыдущих формулах.

Примечание. Для расчета сопла надо взять коэффициент u, равный 1.15u’.

Опираясь на полученные результаты, осуществляется подбор агрегата по двум основным характеристикам. Стандартные размеры элеваторов обозначены номерами от 1 до 7, принимать надо тот, что ближе всего к расчетным параметрам.

Заключение

Поскольку реконструкции всех тепловых пунктов произойдут нескоро, элеваторы еще долго будут служить там в качестве смесителей. Поэтому знание их устройства и принципа действия будет полезным определенному кругу людей.

Элеваторный узел системы отопления — назначение, виды, монтаж

Нагретая ТЭЦ вода в силу высоких напорных характеристик и температур не может быть непосредственно использована в сетях обогрева различного типа зданий, индивидуальных, коммунальных домов. Поэтому для приведения физических параметров теплового носителя к приемлемым и безопасным характеристикам перед контурами отопления размещают элеваторный узел системы отопления.

Элеваторные распределители применяются в отопительных системах десятки лет и в настоящее время являются морально устаревшими. Однако их до сих выпускают промышленные предприятия и используют в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП) в силу простоты конструкции, невысокой стоимости, эффективной работе при стабильных параметрах теплового носителя.

Рис. 1 Элеваторный узел системы отопления — примеры размещения в теплосетях

Назначение и принцип работы элеватора в системе отопления

Тепловые станции или крупные котельные способны обеспечивать горячим теплоносителем территории большой площади. В связи с этим протяженность теплосетей может достигать десятков километров, что вызывает значительные потери тепла в магистрали. Поэтому начальная температура теплоносителя от станций и котельных выбирается с учетом этих теплопотерь. Нормативными документами установлены несколько режимов температурных параметров подачи и обратки теплосетей, основные из них – 150 / 70, 130 / 70, 95 / 70.

Так как в целях безопасности и снижения потерь температура в радиаторных теплообменниках зданий не должна быть больше 95 °С, многим потребителям тепловой энергии зданий, находящихся на небольшом расстоянии от теплостанций, приходится решать проблему частичного охлаждения нагретой до температур около 150 или 130 °С воды.

Этого можно достичь единственным методом, смешивая входящий и охлажденный обратный поток в тройниковом узле. Однако если производить смешение в обычном тройнике, в нем будет отсутствовать ток воды и соответственно движение теплового носителя по трубопроводу остановится. Поэтому в смесительном узле на пути потока подачи делают узкое сопло. Это приводит к увеличению скорости водного потока и соответственно снижению его давления в области сопла, которое напрямую связано с диаметром трубопровода. В результате турбулентный поток увлекает за собой водные массы из обратки, обеспечивая таким способом движение теплового носителя по контуру.

Тройник с внутренним зауженным соплом и является тем типом арматуры, которая получила название элеваторный узел.

Следует отметить, что элеватор одновременно выполняет функции смесителя и циркуляционного насоса, проталкивающего тепловой носитель по отопительному контуру. К перечисленным работам можно добавить его функционирование в качестве редуктора, понижающего давление, и термостата, уменьшающего температуру до требуемых параметров.

Рис. 2 Формулы расчета элеватора

Конструкция и основные фрагменты элеватора

Типичный элеватор делают из литьевого чугуна или стали, для подсоединения к трубопроводу его оснащают фланцами с трех сторон. Для защиты от коррозии деталь покрывают порошковой эпоксидной краской синего или черного цветов.

Рассматривая, что такое элеваторный узел в системе отопления, его условно разбивают на следующие составляющие:

• Выходной и входные патрубки подачи входящего (прямого) и отходящего (обратного) потоков, оснащенные фланцами.
• Сопло. Бывает встроенным или сменным, последнее имеет форму стакана с буртиком и конусным зауженным концом.
• Смесительная камера. Располагается после сопла и на выходе патрубка обратного потока. В ней происходит смешивание потоков подачи и обратки, в результате чего понижается температура отопительной жидкости.
• Горловина. Это короткий или некоторой длины участок элеваторного узла небольшого диаметра. Так как давление в любом трубопроводе напрямую связано с размерами его проходного канала, относительно узкая горловина приводит к его понижению также, как и узкое сопло.
• Диффузор. Конусный фрагмент элеватора после горловины, расширяющийся к его торцу до диаметра, необходимого для подключения узла к трубопроводной магистрали. Конечный диаметр горловины элеваторного узла больше на один типоразмер проходного канала его входного патрубка и совпадает по размеру с канальным проходом обратки.
• В зависимости от размеров трубопроводов теплосетей, физических характеристик отопительной жидкости на их входе, промышленные предприятия выпускают стандартные элеваторные узлы 7 (8) типовых размеров, которым присваиваются номера от 1(0) до 7. Их входные патрубки имеют типоразмеры условных проходов Ду 25, 40, 50 и 80 мм. При этом соответствующие им выходной и патрубок обратки больше на один типоразмер и соответствуют цифровому ряду 32, 50, 80 и 100 мм.

Рис. 3 Конструктивное устройство элеватора

Труба ВГП – размеры, формы выпуска, особенности резьбового соединения. На нашем сайте есть отдельная статья посвященная обзору водогазопроводных труб ВГП, используемые при прокладке магистральных и внутренних систем отопления. Возможно, будет интересно.

Особенности элеваторных узлов

Элеваторные узлы лет 20 — 30 назад являлись основным видом арматуры, регулирующей давление и температурные параметры теплового носителя да входе отопительных контуров различных зданий и сооружений. В настоящее время их можно считать морально устаревшими, и они не столь популярны в силу приведенных ниже особенностей:

• Зависимость выходного напора от перепадов давления теплосети. Так как в простых элеваторных узлах нет обратной связи и каких-либо построечных регулировок, то чем выше давление на их входе, тем больше оно на выходе. В некоторых ситуациях расположенные рядом здания могут потреблять пиковое количество тепловой энергии (объем теплового носителя), что приводит к подсаживанию элеватора.
• Температура среды после элеватора напрямую связана с температурными параметрами теплоносителя, поступающего на его входной патрубок из теплосетей. Если вода на его входе не слишком горячая, то и на выходе ее температура будет пониженной, и наоборот.

Рис. 4 Номера элеваторов

• Корректное функционирование элеватора напрямую связано с качеством поступающей воды. При сильных загрязнениях узкое сопло (диаметр около 6 мм) может забиваться, что приведет к неправильной работе узла.
• Любые аварийные и критические ситуации в теплосетях оказывает непосредственное влияние на корректность функционирования элеваторного узла.
• Применение стандартного элеватора является экономически невыгодным, так как не позволяет оптимизировать энергозатраты из-за отсутствия каких-либо подстроек, связанных с температурными параметрами теплового носителя.
• Учитывая, что у элеватора отопления принцип работы основан на понижении давления, для его корректного функционирования необходим высокий напор рабочего тела на входе. Если входное давление слишком мало, выходного напора может не хватить для подачи отопительной жидкости на большие расстояния или высоты.

Рис. 5 Регулируемый узел и его особенности

• Принцип работы элеваторного узла в системе отопления и режим его функционирования несовместимы с переменным потреблением тепловой энергии. То есть если в радиаторах квартир многоэтажного дома установлены термостатические клапаны (а такие регулировки присутствуют практически во всех современных зданиях), то объемы протекающего по контуру теплоносителя будут постоянно меняться при корректировке настроек. Соответственно из обратки в смесительный узел будут поступать разные объемы жидкости, что вызовет скачки температуры и давления на выходе элеватора. Иными словами, элеватор эффективен в коммунальных домах старой постройки с чугунными радиаторами без подстроек или встроенными в панели теплообменниками.
• Ограниченный диапазон применения. Система отопления с элеваторным узлом не может функционировать в высотных зданиях, если давление на его входе невелико. Также его функционирование неэффективно при изменении графика подачи тепла на теплостанциях.
• Если используют регулируемые элеваторные узлы, то при снижении давления на входе падает напор в линии обратки, и соответственно ее температура.
• Нет возможности оптимально подобрать параметры элеваторного узла под определенный отопительный контур — все выпускаемые номера рассчитаны только на несколько типовых диаметров трубопроводов.

Рис. 6 Узлы с автоматикой регулировки

Элеваторный узел системы отопления с регулировкой

Расширить возможности обычного элеватора и сделать его более гибким позволяет применение в нем регулирующих элементов. Основной принцип работы подобных устройств заключается в изменении сечения проходного канала сопла, для чего в него вводят иглу конусной формы. Механизм ввода может быть ручным или автоматическим при помощи электроприводного механизма.

В элеваторах, регулируемых механическим методом, иглу перемещает расположенный перпендикулярно относительно ее оси зубчатый шток. Ось поворачивают рукояткой, которая лежит на диске с делениями, фиксирующими положение рычага и определенные параметры настройки.

При автоматической регулировке электропривод располагается на одной оси с иглой, обеспечивая ее возвратное или поступательные движение. При этом сам элеватор состоит из двух фрагментов — непосредственно самого узла с форсункой, и предшествующей ему камеры, в которую поступают подающий (сверху) и обратный (снизу) потоки, а внутри передвигается игла, входящая через герметично закрытый торец по центральной оси.

Рис. 7 Схема монтажа и комплектация

Оцинкованная изоляция труб ППУ и инженерных коммуникаций — характеристики, монтаж. Возможно, будет интересно почитать про оцинкованную изоляцию труб, применяемых для прокладки систем отопления и ГВС.

Элеватор в системе отопления — схема монтажа

Элеваторы обычно устанавливают в индивидуальные тепловые пункты зданий по определенной типовой схеме подключения.

При размещении прибора в обычной системе отопления схема его обвязки помимо самого смесительного узла со вставным соплом включает в себя:

Запорную арматуру. Стандартный вариант — применение четырех клиновых задвижек: в общей линии подачи перед элеватором и в обратке теплосетей (отсекают сеть), а также после смесительного узла и в обратке до подсоединительного отвода (отсекают дом).

Грязевые фильтры. Обязательно присутствие одного прибора до элеваторного узла, иногда второй устанавливают в линию обратки.

Манометры. Схема подключения может содержать около четырех (обычно три) манометров, устанавливаемых до и после фильтра (позволяют отследить степень его загрязнения), а также в общую линию обратки теплосетей до и после задвижки.

Термометры. Располагаются аналогично манометрам, часто находятся рядом с ними.

Трехходовые шаровые краны. Схема подключения может содержать около 10 трехходовых кранов, служащих для технических целей — забора воды, заполнения системы, подключения через них манометров, спуска жидкости из грязевого фильтра.

Рис. 8 Примеры исполнения тепловых элеваторных узлов

Узлы тепловые элеваторные (УТЭ)

Как видно из представленной выше схемы, установка элеватора сопровождается монтажом широкого ряда дополнительной арматуры и контрольно-измерительных приборов.

Для облегчения этой процедуры производители отопительного оборудования выпускают готовые тепловые элеваторные узлы (УТЭ), включающие в себя всю необходимую арматуру и приборы.

Насчитывается 7 модификаций типовых тепловых элеваторных узлов от УТЭ 1 до УТЭ 7, которые монтируются на едином трубном каркасе. Их условные (внутренние, номинальные) диаметры проходных каналов при подключении к теплосетям для УТЭ1 – УТЭ4 — 50 мм, а на выходе прямой подачи и обратки — 80 мм. У моделей УТЭ 6,7 данные размерные параметры соответственно равны 80 и 100 мм.

Тепловые элеваторные узлы могут иметь различную комплектацию, основными элементами которой являются:

• элеваторный узел со вставным соплом;
• четыре клиновые задвижки (две чугунные в обратке и две стальные в подаче);
• один или два грязевых фильтра;
• термометры вместе с оправками для их ставки (до 4 штук);
• минимум три манометра;
• шаровые краны (до 10 штук) и отводы для них.

Рис. 9 Параметры и схема УТЭ

Хотя элеваторные узлы в силу отсутствия связанных с температурными и напорными характеристиками теплового носителя настройками являются морально устаревшими, их применение до сих пор рационально в коммунальных домах старой постройки. Принцип работы элеваторного узла системы отопления требует для его эффективной эксплуатации стабильного давления и температуры воды в теплосетях, а также неизменного объема проходящего через него жидкостного потока.