Принцип работы теплового пункта (ИТП)

ИТП подключенного по независимой схеме

В тепловом пункте подключённом по независимой схеме гидравлический контур системы отопления отделён от гидравлического контура источника тепла теплообменным аппаратом. Теплоноситель циркулирующий в системе отопления контактирует с горячей водой поступающей от источника тепла только через теплообменные поверхности, не смешиваясь.

Управляет работой теплового пункта электронный программируемый контроллер, оснащённый датчиком температуры наружного воздуха, датчиком температуры теплоносителя поступающего в систему отопления и регулирующим клапаном с электрическим приводом способным частично или полностью перекрыть подачу теплоносителя на вводе от источника.

В контроллер вносится таблица зависимости температуры воды поступающей в систему отопления от температуры наружного воздуха, называемая температурным графиком. Программе можно задать температуру снижения на которую контроллер понизит температуру теплоносителя по температурному графику в зависимости от дня недели и времени суток, что часто используется зданиями с фиксированным графиком эксплуатации, например, школами, офисными и производственными помещениями.

Контроллер с определённой периодичностью замеряет температуру наружного воздуха, определяет соответствующую ей температуру теплоносителя на входе в систему отопления и сравнивает с фактическим значением этой температуры по сигналу соответствующего датчика. Если температура воды поступающей в систему отопления превышает заданную – контроллер подаёт управляющий сигнал электрическому приводу на закрытие регулирующего клапана и перекрывает подачу греющего теплоносителя к теплообменному аппарату. Если температура ниже заданной – на привод регулирующего клапана идёт открывающий сигнал.

Если поток греющего теплоносителя перекрыт полностью, вода отобранная из обратного трубопровода системы отопления проходит через теплообменник не нагреваясь и с той же температурой поступает назад в систему. Чем сильнее открыт регулирующий клапан, тем больше греющего теплоносителя поступает в теплообменник и тем сильнее нагревается теплоноситель поступающий в систему отопления.

Циркуляцию в контуре системы отопления обеспечивают два циркуляционных насоса один из которых резервный.

На вводе тепловой сети перед регулирующим клапаном установлен регулятор перепада давления стабилизирующий располагаемый напор на вводе и используемый для ограничения расхода теплоносителя.

Прирост объёма воды образующийся при её нагреве в замкнутом контуре системы отопления принимают расширительные баки, которые при последующем охлаждении вернут саккумулированную во время нагрева воду — назад в систему.

Для защиты системы отопления и оборудования теплового пункта от превышения давления выше допустимых значений — в ИТП предусматривается установка предохранительного клапана.

Заполнение и подпитка замкнутого контура системы отопления в случае утечки осуществляется через подпиточную линию в ручном или автоматическом режиме. Если давление на вводе от источника тепла достаточно для заполнения системы – на линии подпитки применяют соленоидный клапан или регулятор давления «после себя», а в случае недостаточного давления на вводе – блок подпиточных насосов.

Преимущества независимого подключения ИТП:

1 Защитит систему отопления от высокого давления на вводе тепловых сетей источника тепла.

2 Позволит создать желаемый гидравлический режим в контуре системы отопления.

3 Исключит опустошение системы отопления при дренировании трубопроводов источника тепла и при низком давлении на вводе.

4 Обеспечит защиту элементов системы отопления от шлама поступающего с потоком теплоносителя от источника тепла.

Недостатки независимых схем подключения ИТП

1 Температура теплоносителя поступающего в систему отопления всегда будет, как минимум на 10°C ниже температуры теплоносителя пришедшего из тепловой сети. В скоростном теплообменном аппарате, температура нагреваемой воды не может достичь температуры греющей.

2 Более высокая стоимость блочного теплового пункта с независимым подключением превышающая стоимость модульного ИТП аналогичной мощности, но с зависимым подключением примерно в 2-2,5 раза.

3 Давление в системе отопления колеблется при нагреве и охлаждении теплоносителя. При минимальной (расчётной) температуре наружного воздуха – давление в системе отопления, достигает принятого при расчёте максимального значения, а в тёплые дни отопительного периода – соответственно – минимального давления, которое равно статическому давлению системы отопления с небольшим избытком.

4 Более сложный пуск, настройка и техническое обслуживание, по сравнению с тепловыми пунктами подключёнными по зависимой схеме.

5 Циркуляция воды в системе отопления прекратится в случае обесточивания насосов.

Работа теплового пункта подключенного по зависимой схеме

Работой теплового пункта управляет программируемый контроллер к которому подключены электропривод клапана влияющего на отбор теплоносителя из тепловой сети, датчик температуры наружного воздуха и датчик температуры теплоносителя поступающего в систему отопления.

В контроллер вносится зависимость температуры теплоносителя на входе в систему отопления от температуры наружного воздуха, дня недели и времени суток. Контроллер с определённой периодичностью замеряет температуру наружного воздуха и сравнивает фактически замеренную температуру теплоносителя с заданным для текущих условий значением. Если температура ниже заданной – на регулирующий клапана поступает открывающий сигнал, а если выше – закрывающий.

В подающий трубопровод системы отопления поступает смесь двух потоков теплоносителя. Один поток «горячий» поступает из подающего трубопровода тепловой сети пропущенный регулятором, а второй поток «охлаждённый» подмешивается через перемычку из обратного трубопровода.

Независимо от того открыт регулирующий клапан, или закрыт – в системе циркулирует постоянный объёмный расход теплоносителя, а от степени закрытия зависит лишь пропорции «горячего» и «холодного» потоков в этом объёме. То есть, если отбор из тепловой сети полностью перекрыт – в систему будет поступать только вода отобранная из обратного трубопровода, через перемычку.

Стабильную циркуляцию в системе отопления и смешение создают два бесшумных насоса с мокрым ротором, один из которых всегда работает, а второй находится в резерве на случай выхода из строя рабочего.

Преимущества зависимого подключения ИТП

1 Более низкая по сравнению с независимым подключением стоимость блока.

2 Возможность автоматического программного управления режимом работы системы отопления.

3 Давление в системе отопления стабильно и равно давлению в обратном трубопроводе источника тепла.

4 Простой пуск и настройка модуля теплового пункта.

5 Возможность подать в систему теплоноситель с температурой равной температуре теплоносителя в подающем трубопроводе тепловой сети (только в случае применения трёхходового клапана).

Недостатки зависимого подключения ИТП

1 Система отопления опустошится в случае дренажа теплотрассы.

2 Циркуляция воды в системе отопления прекратится в случае обесточивания насосов.

Как работает тепловой пункт с элеваторным узлом смешения

Элеваторные узлы смешения устанавливают в тепловых пунктах зданий, которые подключены к тепловой сети работающей в режиме с качественным регулированием на «перегретой» воде.

Качественное регулирование предполагает изменение температуры воды поступающей в систему отопления в зависимости от температуры наружного воздуха, при постоянном расходе воды циркулирующей в ней.

«Перегретой» вода считается, если она поступает из тепловой сети с температурой, превышающей необходимую для подачи в систему отопления.

Например, тепловая сеть может работать по графику 150/70, 130/70 или 110/70, а система отопления рассчитана на график 95/70. Температурный график 150/70 предполагает, что при расчётной температуре наружного воздуха (для Киева это -22°С) температура на вводе тепловых сетей в дом должна быть равной 150°C, а уйти в тепловую сеть должна с температурой 70°C, при этом в дом рассчитанный на график 95/70 эта вода должна попасть с температурой 95°C.

Элеваторный узел смешивает поток воды из подачи тепловой сети с температурой 150°C и поток воды вышедший из системы отопления с температурой 70°C, — в результате смешения на выходе из элеватора получается поток с температурой 95°C, который подаётся в систему отопления.

Как происходит смешение

В камере смешения элеваторного узла расположен конфузор «сопло / конус» разгоняющий поток перегретой воды. При повышении скорости потока давление в нём понижается (это свойство описано законом Бернулли) на столько, что становится несколько ниже давления в обратном трубопроводе. Разница давлений между камерой смешения и обратным трубопроводом приводит к перетеканию теплоносителя через перемычку «сапог элеватора» из обрата в подачу.

В камере смешения образуется смесь двух потоков с уже требуемой температурой, но давлением ниже давления обратного трубопровода. Смесь поступает в диффузор элеватора, в котором скорость потока понижается, а давление повышается над давлением обратного трубопровода. Повышение давления составляет не более 1,5 м.вод.ст, что и накладывает на элеваторные узлы ограничения в применении для систем отопления с высоким гидравлическим сопротивлением.

Достоинства тепловых пунктов с элеваторными узлами

1 Дешёвый и простой

2 Не требует обслуживания

3 Не зависит от электрической сети

Недостатки элеваторных узлов смешения

1 Не совместим с автоматическими регуляторами, поэтому нормативно запрещена их совместная установка.

2 Создаёт располагаемый напор на вводе в систему отопления не более 1,5м.вод.ст., что исключает установку элеваторных тепловых пунктов в зданиях системы отопления которых оборудованы радиаторными термостатическими клапанами.

3 Элеваторный узел обладает постоянным коэффициентом смешения, что не позволяет подать в систему отопления теплоноситель необходимой температуры, при недогреве в тепловой сети.

4 Слишком высокая чувствительность к располагаемому напору на вводе тепловой сети. Снижение располагаемого напора относительно расчётного значения ведёт к снижению объёмного расхода воды циркулирующего в системе отопления, что в свою очередь приводит к разбалансировке системы и останове дальних стояков/ветвей.

5 Для работы элеватора разница давлений между подающим и обратным трубопроводом должна превышать 15 м.вод.ст.

Где установлены тепловые пункты с элеваторными узлами?

Практически все системы отопления введённые в эксплуатацию до 2000 года оборудованы тепловыми пунктами с элеваторными узлами.

Где можно применять элеваторные ИТП?

В настоящее время для всех проектируемых и реконструируемых жилых и административных зданий, обязательно применение автоматического регулирования в тепловом пункте. Применение же элеваторных узлов совместно с автоматическими регуляторами запрещено нормативно.

Элеваторные узлы могут устанавливаться лишь на объектах где нет необходимости в автоматическом управлении системой отопления, располагаемый напор (разница давлений между подающим и обратным трубопроводом) на вводе стабилен и превышает 15 м.вод.ст, для работы подключённой системы отопления достаточно перепада давлений между подачей и обратом в 1,5м.вод.ст, а система отопления работает с постоянным расходом и не оборудована автоматическими регуляторами.

ООО Свой Мастер & PoliStyle

Статьи:

Присоединение систем отопления к тепловой сети

Схемы присоединения систем отопления бывают зависимыми и независимыми. В зависимых схемах теплоноситель в отопительные приборы поступает непосредственно из тепловой сети. Один и тот же теплоноситель циркулирует как в тепловой сети, так и в системе отопления, поэтому давление в системах отопления определяется давлением в тепловой сети. В независимых схемах теплоноситель из тепловой сети поступает в подогреватель, в котором нагревает воду, циркулирующую в системе отопления. Система отопления и тепловая сеть разделены поверхностью нагрева теплообменника и, таким образом, гидравлически изолированы друг от друга.

Могут применяться любые схемы, но следует правильно выбирать вид присоединения систем отопления, чтобы обеспечить надежную их работу.

Независимая схема присоединения систем отопления

Применяется в следующих случаях:

1. для подключения высоких зданий (более 12 этажей), когда давления в тепловой сети недостаточно для заполнения отопительных приборов на верхних этажах;
2. для зданий, требующих повышенной надежности работы систем отопления (музеи, архивы, библиотеки, больницы);
3. здания, имеющие помещения, куда нежелателен доступ постороннего обслуживающего персонала;
4. если давление в обратном трубопроводе тепловой сети выше допустимого давления для систем отопления (больше 60 м.вод.ст. или 0,6 МПа).

РС – расширительный сосуд, РД – регулятор давления, РТ – регулятор температуры: ОК – обратный клапан.

Сетевая вода из подающей линии поступает в теплообменник и нагревает воду местной отопительной системы. Циркуляция в системе отопления осуществляется циркуляционным насосом, который обеспечивает постоянный расход воды через нагревательные приборы. Система отопления может иметь расширительный сосуд, в котором содержится запас воды для восполнения утечек из системы. Он обычно устанавливается в верхней точке и подключается к обратной линии на всас циркуляционного насоса. При нормальной работе системы отопления утечки незначительны, что дает возможность заполнять расширительный бак раз в неделю. Подпитка производится из обратной линии по перемычке, выполняемой для надежности с двумя кранами и сливом между ними, или с помощью подпиточного насоса, если давления в обратной линии недостаточно для заполнения расширительного сосуда. Расходомер на линии подпитки позволяет учитывать водоразбор из тепловой сети и правильно производить оплату. Наличие подогревателя позволяет осуществлять наиболее рациональный режим регулирования. Это особенно эффективно при плюсовых температурах наружного воздуха и при центральном качественном регулировании в зоне излома температурного графика.

Наличие в схеме подогревателей, насоса, расширительного бака увеличивает стоимость оборудования и монтажа, и увеличивает размеры теплового пункта, а также требует дополнительных затрат на обслуживание и ремонт. Использование теплообменника увеличивает удельный расход сетевой воды на тепловой пункт и вызывает повышение температуры обратной сетевой воды на 3÷4ºС в среднем за отопительный сезон.

Зависимые схемы присоединения систем отопления.

В этом случае системы отопления работают под давлением, близким к давлению в обратном трубопроводе тепловой сети. Циркуляция обеспечивается за счет перепада давлений в подающем и обратном трубопроводах. Этот перепад ∆Р должен быть достаточен для преодоления сопротивления системы отопления и теплового узла.

Если давление в подающем трубопроводе превышает необходимое, то оно должно быть снижено регулятором давления или дроссельной шайбой.

Достоинства зависимых схем по сравнению с независимой:

• проще и дешевле оборудование абонентского ввода;
• может быть получен больший перепад температур в системе отопления;
• сокращен расход теплоносителя,
• меньше диаметры трубопроводов,
• снижаются эксплуатационные расходы.

Недостатки зависимых схем:

• жесткая гидравлическая связь тепловой сети и систем отопления и, как следствие, пониженная надежность;
• повышенная сложность эксплуатации.

Различают следующие способы зависимого подключения:

Схема непосредственного присоединения систем отопления

Она является простейшей схемой и применяется, когда температура и давление теплоносителя совпадают с параметрами системы отопления. Для присоединения жилых зданий на абонентском вводе должна быть температура сетевой воды не более 95ºС, для производственных зданий – не более 150ºС).

Эта схема может применяться для подключения промышленных зданий и жилого сектора к котельным с чугунными водогрейными котлами, работающими с максимальными температурами 95 – 105ºС или после ЦТП.

Здания присоединяются непосредственно, без смешения. Достаточно иметь задвижки на подающем и обратном трубопроводах системы отопления и необходимые КИП. Давление в тепловой сети в точке присоединения должно быть меньше допустимого. Наименьшей прочностью обладают чугунные радиаторы, для которых давление не должно превышать 60 м.вод.ст. Иногда устанавливают регуляторы расхода.

Схема с элеватором

Применяется, когда требуется снизить температуру теплоносителя для систем отопления по санитарно-гигиеническим показателям (например, со 150ºС до 95ºС). Для этого применяют водоструйные насосы (элеваторы). Кроме того, элеватор является побудителем циркуляции.

По этой схеме присоединяется большинство жилых и общественных зданий. Преимуществом этой схемы является ее низкая стоимость и, что особенно важно, высокая степень надежности элеватора.

РДДС – регулятор давления до себя; СПТ – теплосчетчик, состоящий из расходомера, двух термометров сопротивления и электронного вычислительного блока.

• простота и надежность работы;
• нет движущихся частей;
• не требуется постоянное наблюдение;
• производительность легко регулируется подбором диаметра сменного сопла;
• большой срок службы;
• постоянный коэффициент смешения при колебаниях перепада давления в тепловой сети (в определенных пределах);
• вследствие большого сопротивления элеватора повышается гидравлическая устойчивость тепловой сети.

• низкий КПД, равный 0,25÷0,3, поэтому для создания перепада давления в системе отопления надо иметь до элеватора располагаемый напор в 8÷10 раз больший;
• постоянство коэффициента смешения элеватора, что приводит к перегреву помещений в теплый период отопительного сезона, т.к. нельзя изменить соотношение между количествами сетевой воды и подмешиваемой;
• зависимость давлений в системе отопления от давлений в тепловой сети;
• при аварийном отключении тепловой сети прекращается циркуляция воды в отопительной установке, в результате чего создается опасность замерзания воды в системе отопления.

Схема с насосом на перемычке

1. при недостаточном перепаде давлений на абонентском вводе ;
2. при достаточном перепаде давлений, но если давление в обратном трубопроводе превышает статическое давление системы отопления не более чем на 5 м вод. ст.;
3. требуемая мощность теплового узла велика (более 0,8МВт) и выходит за пределы мощности выпускаемых элеваторов.

При аварийном отключении тепловой сети насос осуществляет циркуляцию воды в отопительной установке, что предотвращает ее размораживание в течение относительно длительного периода (8 — 12часов). Такая схема установки насоса обеспечивает наименьший расход электроэнергии на перекачку, т.к. насос подбирается по расходу подмешиваемой воды.

При установке смесительных насосов в жилых и общественных зданиях рекомендуется применять бесшумные бесфундаментные насосы типа ЦВЦ производительностью от 2,5 до 25 т/час. Более высокой надежностью обладают насосы импортного производства, которые в настоящее время начинают использоваться на тепловых пунктах.

Замена элеваторов насосами является прогрессивным решением, т.к. позволяет примерно на 10% снизить расход сетевой воды и уменьшить диаметр трубопроводов.

Недостаток – шум насосов (фундаментных) и необходимость их обслуживания.

Схема широко применяется для ЦТП.

Схема с насосом на подающей линии.

Данная схема применяется при недостаточном давлении в подающей магистрали, т.е. когда это давление ниже статического давления системы отопления (в зданиях повышенной этажности).

Расчетный напор насоса должен соответствовать недостающему напору, а производительность выбирается равной полному расходу воды в отопительнойустановке. Залив системы отопления обеспечивается регулятором подпора РД, причем разность напоров между подающей и обратной линиями дросселируется в регулировочном клапане на перемычке (ДК – дроссельный регулировочный клапан). С его помощью устанавливается необходимый коэффициент подмешивания. При нестабильном гидравлическом режиме тепловой сети обратный клапан на подающей линии заменяют регулятором давления после себя (РДПС), на который подается импульс при остановке подкачивающих насосов.

Схема с насосом на обратной линии

Данная схема применяется при недопустимо высоком давлении в обратной линии. Наиболее часто применяется на концевых участках, когда давление в обратке повышено, а перепад недостаточен. Насосы работают в режиме «подмешивание-подкачка», при этом снижается давление в обратной линии и увеличивается перепад между подающим и обратным трубопроводами. Регулятор подпора на обратной лини необходим при статическом режиме, когда насосы работают в качестве циркуляционных. В этом случае регуляторы давления на подающей и обратной линиях принудительно закрываются, и происходит отсечка абонентского ввода от тепловой сети. Для регулирования сниженного давления в обратной линии на перемычке устанавливается дроссельный регулировочный клапан (ДК), с помощью которого регулируется коэффициент подмешивания.

При использовании насосного смешения на тепловых пунктах наряду с рабочим насосом необходимо устанавливать резервный. Кроме того, требуется повышенная надежность в электроснабжении, так как отключение насоса приводит к поступлению перегретой воды из тепловой сети в местную отопительную систему, что может привести к ее повреждению. В случае аварии в тепловой сети, чтобы сохранить воду в местной системе отопления дополнительно устанавливаются обратный клапан на подающей линии и регулятор давления на обратном трубопроводе.

Схемы с насосом и элеватором

Отмеченные недостатки устраняются в схемах с элеватором и центробежным насосом. В этом случае выход из строя центробежного насоса приводит к снижению коэффициента смешения элеватора, но не снизит его до нуля, как при чисто насосном смешении. Эти схемы применимы если разность напоров перед элеватором не может обеспечить необходимого коэффициента смешения, т.е. она меньше 10÷15 м вод. ст., но больше 5 м вод. ст. В действующих тепловых сетях такие зоны обширны. Схемы позволяют вести ступенчатое температурное регулирование в зоне высоких температур наружного воздуха. Установка центробежного насоса с нормально работающим элеватором при включении насоса позволяет увеличить коэффициент смешения и снизить температуру воды, подаваемой в систему отопления.

Возможны 3 схемы включения насоса по отношению к элеватору:

Схема 1.

Схема 1 применяется, если потери напора в остановленном насосе невелики и не могут заметно снизить коэффициент смешения элеватора. Если это условие не выполняется, применяют схему 2.

Схема 2

При малых перепадах давления необходимо прикрывать задвижку 1 в схеме 3.

Схема 3

Другой схемой, которая может обеспечить двухступенчатое регулирование в зоне высоких температур наружного воздуха, является схема с двумя элеваторами.

Схема 4

Отключение одного элеватора ведет к снижению расхода сетевой воды и повышению коэффициента смешения. Каждый элеватор может быть рассчитан на 50% расхода воды, либо один на 30-40%, а другой на 70-60%.

Разработаны элеваторы с регулируемым соплом. Путем введения иглы изменяется сечение сопла и соответственно коэффициент смешения. Это позволяет в теплый период снизить расход сетевой воды и увеличить коэффициент смешения, сохраняя постоянным расход в системе отопления. Как бы ни была совершенна конструкция элеватора, погрешность и маневренность при зависимом присоединении от этого не повысятся. В последние годы в связи с увеличением строительства зданий повышенной этажности растет использование независимых схем присоединения систем отопления через водо-водяные подогреватели. Переход на независимые схемы позволяет широко применять автоматизацию и повысить надежность теплоснабжения. Целесообразно применять независимое присоединение систем отопления в сетях с непосредственным водоразбором, что позволяет ликвидировать основной недостаток этих систем, а именно, низкое качество воды, идущей на горячее водоснабжение.