Регулируемые элеваторы для систем отопления

Cкачать статью

От редакции: Предлагаем Вашему вниманию статью о таком энергосберегающем оборудовании, как регулируемые элеваторы. Несложное по конструкции оборудование вызывает противоречивые оценки у некоторых специалистов: как положительные, так и отрицательные. Например, в г. Хабаровске эти устройства не нашли широкого применения, т.к. наличие механических примесей в сетевой воде приводило к снижению их надежности, а недостаточный располагаемый перепад давления в системе теплоснабжения сопровождался небольшим диапазоном регулирования элеваторов (см. «НТ» № 11, 2005 г.). В то же время, установленные в тепловых узлах зданий некоторых других городов они продолжают работать, повышая эффективность систем отопления и снижая затраты на тепловую энергию у потребителей.

Водоструйный элеватор с регулируемым соплом

Ф.Н. Галаничев, генеральный директор, ООО НПК «Вертикаль», г. Санкт-Петербург

Снижение температуры сетевой воды, поступающей в систему отопления зданий при зависимой схеме теплоснабжения, до требуемых значений (в соответствии с температурой наружного воздуха) в большинстве случаев, как и раньше, в нашей стране осуществляется с помощью водоструйных элеваторов. Достоинства такого оборудования — простота и надежность, дешевизна, не требуется электропитание.

В то же время остается проблема перерасхода тепловой энергии для отопления общественных зданий в то время, когда люди в них отсутствуют. Это время может составлять от 40 до 70% продолжительности отопительного сезона. На производственных предприятиях, как правило, также нет ни ночного (в рабочие дни), ни суточного (в выходные и праздничные дни) регулирования температуры воздуха внутри помещений. Кроме того, ежегодно, как в жилых, так и в нежилых зданиях, осенью и весной отопительные системы с элеваторным подключением по зависимой схеме и с открытым водоразбором в течение 40-50 сут. работают с перетопом.

Обычные элеваторные узлы для решения данных проблем не подходят. Если для снижения теплопотребления попытаться уменьшить расход сетевой воды, то в такой же пропорции сократится расход воды в системе отопления, а это сразу приведет к разрегулировке системы отопления здания [1].

Одним из вариантов снижения затрат на отопление в таких случаях является замена элеваторов на регулируемые, например, на энергосберегающий водоструйный аппарат с регулируемым соплом (ВАРС), разработанный в г. Санкт-Петербурге на основе изобретения «Струйный аппарат» (Патент РФ № 2151918).

Особенности регулируемого элеватора

Модернизация водоструйного элеватора состоит в том, что на серийно выпускаемом нерегулируемом элеваторе устанавливается регулирующий исполнительный механизм. Он прост по устройству, не металлоемок. Конструкция этого механизма обеспечивает высокую устойчивость работы системы отопления при малых расходах сетевой воды.

Регулирующий исполнительный механизм (рис. 1) состоит из конусного сопла 1, в котором помещена регулирующая дроссельная игла 2. В конусном сопле также расположен направляющий аппарат 3, неподвижные лопатки которого выполнены таким образом, что по ходу движения воды струя закручивается, что повышает ин- жекционные характеристики элеватора в широком диапазоне регулирования расхода. Одновременно с функцией закручивания струи воды направляющий аппарат является кожухом для дроссельной иглы. При вращении зубчатого валика 4 (вручную или от электропривода) дроссельная игла перемещается в продольном направлении сопла, изменяя его эффективное сечение, благодаря чему и осуществляется регулировка расхода воды.

Возможно как увеличение расхода сетевой воды, проходящей через элеватор, на 10-20% от расчетного значения, так и уменьшение расхода сетевой воды в определенном диапазоне (почти до полного закрытия сопла — остается предохранительный зазор 0,8-1,2 мм между конусом и иглой).

При уменьшении рабочего сечения инжектирующего сопла скорость потока сетевой воды увеличивается и, соответственно, возрастает коэффициент смешения, а, следовательно, расход смешанной воды будет близок к расчетному значению [1]. В результате, при постоянном расходе и давлении воды после элеватора достигается снижение ее температуры. Чтобы диапазон сокращения расхода сетевой воды был как можно больше, требуется обеспечить разность давлений в подающем и обратном трубопроводе не менее 0,1-0,3 МПа. Кроме того, гидравлическое сопротивление системы отопления здания должно быть минимальным. Например, регулируемые элеваторы могут быть применены в системе отопления, где не используются радиаторные термостатические клапаны [1].

Реконструкция теплового узла на базе регулируемого элеватора обеспечивает снижение расходов на отопление до 30% без снижения комфортных условий для людей только за счет оптимизации отпуска тепла в ночное время, в нерабочие дни и осенне-весенний переходной отопительный период. При этом вся работа по реконструкции состоит в демонтаже существующего элеватора и замене его на регулируемый, рассчитанный на соответствующую тепловую нагрузку. Переделка подводящих трубопроводов не требуется. Эту работу слесарь-сантехник выполнит в течение часа.

В том случае, если устанавливается водоструйный элеватор с регулируемым соплом, электроприводом и автоматической системой управления, регулирование параметров системы отопления осуществляется по температуре наружного воздуха, что повышает эффективность работы элеватора. Предусмотрен переключатель для перехода в ручной режим и управления перемещением иглы при помощи специальной рукоятки.

Следует отметить особенность регулируемых элеваторов, которая состоит в том, что в переходное время года они регулируют отопительную мощность не только температурой подаваемого в систему отопления теплоносителя, но и уменьшением его расхода, т.е. они обеспечивают как качественное, так и количественное регулирование [2].

Основными достоинствами водоструйного аппарата с регулируемым соплом являются: низкая стоимость модернизации теплового узла здания благодаря минимальному объему работ; отсутствие дополнительного насоса и высокая надежность системы.

А. Иванов, председатель ЖСК № 3, Московский район, г. Санкт-Петербург.

В январе 2002 г. водоструйные аппараты с регулируемым соплом (ручное управление) были установлены в тепловом узле девятиэтажного многоквартирного дома взамен двух нерегулируемых элеваторов. Работы были произведены в течение двух часов. Уже 8 отопительных сезонов водоструйные аппараты работают без сбоев и ремонтов. До их установки в системе отопления дома расход тепловой энергии по показаниям теплосчетчика за сезон в среднем составлял около 2600 Гкал, а после замены элеваторов колебался от 2150 до 2250 Гкал (уменьшился на 1521%). Общая экономия средств за весь срок эксплуатации составила около 1,55 млн руб. Снизился расход сетевой воды на отопление, а также температура сетевой воды в обратном трубопроводе на 8-10 О С.

Г.Н. Семилетко, генеральный директор, ООО «Городские энергетические сети», г. Талнах, Красноярский край.

Система теплоснабжения г. Талнаха является зависимой с открытым водоразбором. Для решения проблемы наладки гидравлических и температурных режимов системы теплоснабжения (т.к. долгое время такие работы не проводились) в 2003 г. было создано специализированное предприятие. Финансирование данных работ по объектам жилого фонда взяла на себя администрация г. Норильска. Были установлены водоструйные элеваторы с регулируемым соплом в 115 тепловых узлах жилых домов и произведена их регулировка.

Установка таких элеваторов позволила:

• снизить температуру обратного теплоносителя системы теплоснабжения в целом по городу на 7-8 О С;
• сократить расход теплофикационной воды;
• улучшить гидравлические параметры теплоносителя на вводе жилых домов, удаленных от насосных станций города;
• уменьшить затраты на отопление (около 8,5 млн руб./мес. — расчетное значение на основе усредненных данных расхода теплой энергии по сериям домов).

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