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.

Что такое индивидуальный тепловой пункт

Создание оптимального микроклимата в помещении и обеспечение комфортных условий для проживания и работы – не только требование санитарных норм, но и залог здоровья людей. При этом важно учитывать и экономический фактор, чтобы обогрев здания и обеспечение горячего водоснабжения удавалось обеспечить с минимальными финансовыми затратами. Для того чтобы экономить теплоноситель, осуществлять гибкую регулировку параметров микроклимата в помещениях и учет тепла устанавливаются индивидуальные тепловые пункты (чаще используется аббревиатура, расшифровка — ИТП).

Что такое ИТП? Это комплекс, состоящий из элементов тепловых установок, обеспечивающий распределение теплоносителя между потребителями с возможностью регулировки его параметров (температуры, режимов подачи и пр.) и учета. Данный комплекс размещается в обособленном техническом помещении, а тепловые установки подключаются к теплосети (центральному ТП, ТЭЦ либо котельной). При помощи ИТП может обеспечиваться отопление, горячее водоснабжение (далее — ГВС) и вентиляция. В многоквартирных жилых домах ИТП чаще всего размещаются в подвалах, также возможен монтаж оборудования в пристройках к зданиям либо в отдельно стоящих технических сооружениях (практикуется на промышленных предприятиях).

В настоящее время новые дома все чаще проектируются с учетом необходимости установки ИТП, в зданиях старой постройки проводятся процедуры модернизации теплосетей, позволяющие устанавливать тепловые пункты (ТП). Такая популярность объясняется преимуществами, которые обеспечивает конечным потребителям ИТП, среди них:

• Существенное (до -40%) снижение расхода теплоносителя и затрат потребителей на отопление и ГВС.
• Защита внутренних сетей от повышения температуры или давления теплоносителя.
• Обеспечение безопасности эксплуатации и низкая аварийность.
• Обеспечение учета количества потребленного теплоносителя.
• Полная автоматизация управления ИТП с возможностью дистанционного регулирования режимов подачи теплоносителя (может учитываться наружный температурный режим, сезонность, время суток и пр.).
• Возможность монтажа ИТП различных типов практически в любом здании.

Принцип работы

Принцип работы ИТП в любом здании зависит от источника теплоносителя. Обычно им служит автономная котельная или тепловая электростанция, теплоэнергоцентраль — ТЭЦ. Источник тепла соединяется с тепловым пунктом посредством магистральной теплосети, а ТП с конечными потребителями – посредством разводящих вторичных теплосетей. Отдав тепло потребителям, т.е. обеспечив работу системы горячего водоснабжения, отопительной системы, теплоноситель по обратной магистрали возвращается на теплопоставляющее предприятие. Там осуществляется подпитка и подогрев его до заданной температуры, после чего он вновь поступает по магистральным теплосетям к тепловому пункту и затем – распределяется между потребителями.

Если в качестве источника тепла выступает теплоэнергоцентраль, то температура теплоносителя, подаваемого к тепловому пункту, у крупных поставщиков составляет, как правило, 150-70 o С, 130-70 o С, 115-70 o С (две цифры — температура подаваемого теплоносителя и температура обратки). Для того чтобы понизить температуру подаваемого теплоносителя до приемлемого для потребителей уровня, существует 2 варианта:

• При независимом соединении применяются пластинчатые теплообменники (ТО) – теплоноситель (вода) из теплосети циркулирует через них, нагревая внутреннюю замкнутую сеть.
• При зависимом присоединении (такой тип считается морально устаревшим) устанавливаются элеваторные узлы либо используются насосы, подмешивающие теплоноситель из обратной магистрали в подающую.

Циркуляция теплоносителя обеспечивается за счет циркуляционных насосов. Защиту комплекса от аварийного повышения давления в сети обеспечивают регуляторы давления. Заданная температура подаваемого потребителям теплоносителя в современных ТП обеспечивается при помощи автоматики: оператор теплопункта задает необходимые значения либо выбирает режим работы ИТП (к примеру, с понижением температуры в ночное время).

Обязательный элемент любого теплопункта – узел учета тепла. С его помощью фиксируется количество потребленного теплоносителя. За счет наличия счетчика потребитель получает возможность платить только за фактически потребляемый им ресурс: при проведенной модернизации теплосети и рациональном расходовании тепла суммы в платежках за тепло существенно уменьшаются.

Виды ТП

Существует 3 вида тепловых пунктов – в зависимости от количества обслуживаемых зданий и способа монтажа.

ИТП для единственного здания

Предназначены для обслуживания одного жилого дома, административного здания, промышленного помещения. При проектировании ИТП могут использоваться готовые блочные тепловые пункты.

ЦТП — центральный ТП

Проектируются для обеспечения отопления и ГВС микрорайонов, нескольких зданий, крупных промышленных предприятий. При создании ЦТП могут использоваться блочные тепловые пункты. К ЦТП могут подключаться дома и здания с установленными в них ИТП.

БТП — блочный тепловой пункт

БТП, или блочный тепловой пункт, является полностью готовым к вводу в эксплуатацию изделием, которое используется при создании ИТП или ЦТП. БТП поставляется в собранном виде и оперативно подсоединяется к теплосети при помощи фланцев. Чтобы существенно сократить расходы на проектирование и монтаж ИТП или ЦТП и упростить саму конструкцию теплового пункта достаточно купить блочный тепловой пункт в компании, специализирующейся на продаже и обслуживании теплообменников и БТП.

Принципиальная схема ИТП

При проектировании ИТП используется следующее оборудование:

• Циркуляционные насосы,
• датчики,
• контроллеры с датчиками t,
• регулирующие клапаны на электроприводах;
• блоки управления,
• запорная и регулирующая арматура, клапаны.

Самая простая принципиальная схема ИТП, спроектированного с использованием данного оборудования, выглядит следующим образом:

В зависимых и независимых схемах подключения отопительной системы к внешним магистралям теплопоставляющей организации используется разное оборудование.

Схема ИТП при зависимом присоединении отопительной системы здания к теплосетям ТЭЦ или котельной выглядит следующим образом:

Циркуляция воды обеспечивается за счет работы насосов, управляемых автоматически при помощи блока управления либо контролера. Заданный температурный режим поддерживается за счет управления регулирующим клапаном. В рассматриваемой схеме регулировать температурный режим циркулирующей воды можно при помощи перемычки с обратным клапаном. Она позволяет подмешивать к горячей воде остывший теплоноситель из обратки. Альтернативой может служить вариант с элеваторным узлом.

Схема ИТП с независимым типом присоединения изображена ниже:

Основная особенность – применение теплообменника и специальных фильтров для очистки и подготовки теплоносителя к поступлению в ТО и внутридомовую теплосеть. Циркуляция теплоносителя также осуществляется при помощи насосов, управляемых автоматически при помощи блока управления либо контролера.

Как устроен тепловой узел

Проект каждого теплоузла зависит от требований заказчика. На практике используется несколько схем:

• Тепловой узел на основе элеватора. Наиболее простая схема, которая считается морально устаревшей, основным недостатком которой является невозможность гибкого регулирования температуры теплоносителя, особенно при переходных температурных режимах (если на улице от +5 до минус 5С). Следовательно, и экономия теплоносителя также оказывается недоступной. В элеваторном узле теплоноситель из магистральной сети смешивается с водой из обратки, за счет чего достигается приемлемая для подачи потребителям температура. Смешение осуществляется по принципу эжекции за счет наличия в конструкции элеваторного узла сопла определенного диаметра.
• Тепловой узел на основе пластинчатого теплообменника. Современный и эффективный вариант схемы устройства теплового узла, при котором возможна реальная экономия теплоносителя и гибкая регулировка его температуры и давления. Такой ТП позволяет отделять теплоноситель, поступающий по тепловой магистрали, от теплоносителя, который движется по внутридомовым сетям. За счет такого разделения появляется возможность подготовить теплоноситель, добавив в него специальные присадки, и отфильтровав, как следствие, в домах можно смело устанавливать алюминиевые радиаторы. При такой схеме подмешивание теплоносителя осуществляется за счет работы термостатических клапанов. Аналогичным образом – т.е. через теплообменники – может быть подключена и ГВС.

Основные типы тепловых пунктов

Тепловые узлы, посредством которых отопительная система, система ГВС и вентиляция присоединяются к источнику тепловой энергии, бывают двух типов: одноконтурные и двухконтурные. Рассмотрим более подробно каждый из них.

Одноконтурный ТП

При этом отопительная система жилого дома, административного или промышленного здания напрямую соединяется с магистралью ГВС. Отличительная особенность этого типа тепловых пунктов – наличие элеваторного узла – трубопровода, соединяющего прямую и обратную магистрали. Именно одноконтурная схема ТП была рассмотрена нами выше, когда речь шла о тепловом узле на основе элеватора. Отметим, что такая схема может предусматривать монтаж дополнительного циркуляционного насоса либо же применяют особую форму магистральных труб – сначала идет резкий участок сужения, а затем – конусообразное расширение, в результате вода из обратки закачивается в сеть (работает принцип эжекции).

Двухконтурный тепловой пункт

Данная схема рассматривалась выше, когда речь шла о тепловом узле на основе ТО. Пластинчатый теплообменник — устройство, состоящее из ряда полых пластин, по одним из которых движется нагреваемая, а по другим – нагревающая жидкость (вода). За счет изменения количества взаимодействующих друг с другом пластин можно регулировать количество отбираемого тепла таким образом, чтобы не требовался дозабор из обратки. Теплообменники обладают высоким КПД, являются надежным и неприхотливым оборудованием.

Этапы установки

Чтобы ввести тепловой пункт в эксплуатацию, необходимо пройти несколько этапов:

• Подача заявки в специализированный компанию на проектирование ТП.
• Разработка техзадания.
• Получение технических условий (ТУ).
• Непосредственно проектирование ТП и утверждение проекта.
• Заключение договора с теплоснабжающей компанией.
• Испытание ТП.

Если речь идет об ИТП в многоквартирном доме, то самый первый этап – получение согласия владельцев квартир данного дома на установку оборудования (вопрос может выноситься на общее собрание). В контролирующие инстанции подается следующий пакет документов:

• ТУ на подключение;
• справка от теплоснабжающей организации;
• согласованный проект;
• паспорт устанавливаемого ИТП;
• справка о факте заключения договора с теплоснабжающей организацией;
• акт разрешения ввода в эксплуатацию установок;
• прочие документы (полный перечень может отличаться в каждом из регионов).

ИТП многоквартирного дома

Схема работы ИТП жилой многоэтажки не отличается от стандартной схемы для единственного здания. Иногда вместо ИТП встречается аббревиатура АИТП – автоматизированный тепловой пункт, предполагается, что в нем параметры теплоносителя, режим работы и пр. могут регулироваться при помощи электроники.

ИТП многоквартирного дома подключается к магистральной теплосети. Тепло к ИТП поступает от котельной, центрального ТП или от ТЭЦ. ИТП распределяет его между системой отопления, ГВС и вентиляции (если она подключена к ИТП).

При установке ИТП в жилом доме жильцы получают главное преимущество – экономию на оплате ЖКХ. За счет регулировки температуры и количества потребляемого теплоносителя с учетом температуры наружного воздуха и даже времени суток (ночью, во время сна, можно незначительно снижать температуру) можно снизить расходы на оплату услуг теплоснабжающих компаний.

Следует отметить, что практически все ИТП, которые монтируются сейчас в многоквартирных домах, являются автоматизированными и работают на теплообменниках, за счет чего обеспечивается максимальная точность регулировки температуры теплоносителя и практически 40% экономия.

Что лучше: ИТП или ЦТП?

ЦТП устанавливается там, где необходимо обеспечить теплом сразу несколько зданий. ИТП рассчитан на теплоснабжение одного здания либо жилого дома. Отсюда и основные отличия между ними. ИТП проектируется для решения конкретной узкой задачи, поэтому, как и любое индивидуальное решение, имеет больше преимуществ. К ним относятся:

• Возможность установки конкретного температурного режима обогрева для каждого здания. Если речь идет о ЦТП, то чаще всего те здания, которые расположены ближе к котельной, оказываются перегретыми, а те, которые дальше – напротив, недополучают тепла.
• Исключение потерь тепла в трубопроводах системы ГВС и теплосети (теплообменник находится в том же здании). При подключении к ЦТП нескольких зданий такие потери неизбежны.
• Снижение рисков аварийного отключения. При поломке на ЦТП без тепла и горячей воды оказываются жители или работники всех подключенных зданий.
• Простота ТО и профилактических ремонтов.

Таким образом, ЦТП и ИТП рассчитаны на решение различных задач, однако за счет меньшего количества подключенных зданий и абонентов ИТП является более гибкой системой, обеспечивающей максимальные возможности для экономии.

Безопасность эксплуатации

Современные АИТП обеспечивают максимальную безопасность и обслуживаемому их персоналу, и потребителям. Главное условие: теплопункт должен обслуживаться работниками, которые прошли специальное обучение и имеют соответствующие допуски. Их следует ознакомить с правилами эксплуатации конкретного ИТП и технической документацией.

Основное правило, которое следует соблюдать для безопасной эксплуатации ИТП: насосное оборудование и автоматику запрещено запускать при отсутствии теплоносителя и при перекрытой запорной арматуре на входе. Кроме того, лица, обслуживающие ИТП, должны контролировать:

• Уровни давления на манометрах, которые устанавливаются на трубопроводах.
• Показатели шума и вибрации (они должны быть в пределах нормы).
• Нагрев электродвигателей установок.
• Промывку систем перед запуском теплопункта.

Важно помнить, что при наличии давления в системе разборка регуляторов запрещена и также не допускается применение чрезмерного усилия при ручном управлении клапаном.

Заключение

Резюмируя, можно сказать, что индивидуальный тепловой пункт — это комплекс современных установок и оборудования, обеспечивающих возможность экономии теплоносителя и создания оптимального микроклимата внутри зданий и помещений. Эксплуатационные затраты при установке ИТП могут снизиться на 40, а в некоторых случаях – на 60%, также минимизируются потери тепловой энергии, сокращается общее потребление теплоносителя. Современные ТП компактные и бесшумные, за счет этого их можно устанавливать даже в малогабаритных и подвальных помещениях. Автоматизация ИТП позволяет минимизировать влияние человеческого фактора: контролировать и регулировать основные параметры можно удаленно, при помощи установленного на смартфоне оператора ИТП приложения. Таким образом, данное оборудование обеспечивает климатический комфорт в помещениях и снижение потребления тепловой энергии при сравнительно коротком сроке окупаемости.