Установка циркуляционного насоса

Смесительная установка водяного отопления

При проектировании теплоснабжения зданий часто необходима установка теплового узла со смесительной установкой для снижения температуры воды поступающей из тепловой сети. Смесительная установка используется для качественного регулирования системы отопления, дополнения центральное регулирование.

При местном регулировании, автоматическое изменение температуры воды по заданному температурному графику в обогреваемом здании поддерживается оптимальная температура. Исключается перегрев помещений в осенний и весенний периоды отопительного сезона. Как следствие уменьшается расход тепловой энергии.

Под давлением в наружном теплопроводе, созданным сетевым циркуляционным насосом на ТЭЦ, высокотемпературная вода подается в точку смешения. При известной тепловой мощности системы отопления Q_c количество высокотемпературной воды G₁ будет тем меньше, чем выше температура t₁.

где t₁ — температура воды в наружном подающем теплопроводе, °С.

Поток обратной охлажденной воды из системы отопления, делится на два: первый G₀ направляется к точке смешения, второй в g₀ в обратный теплопровод тепловой сети. Соотношение масс двух потоков воды: охлажденной G₀ и высокотемпературной g₁ называют коэффициентом смешения.

Через температуру воды можно выразить коэффициент смешения:

Например, при температуре воды t₁ = 150°С, t_г = 95°С и t₀ =70°С коэффициент смешения смесительной установки u = (150-95)/(95-70) = 2,2.

Это означает, что на каждую единицу объёма высокотемпературной воды должно подмешиваться 2,2 единицы охлажденной воды.

Смешение происходит в результате совместного действия циркуляционного сетевого насоса на тепловой станции и смесительной установки (насоса или водоструйного элеватора).

Куда устанавливать смесительный насос?

Смесительный насос можно включать в систему отопления тремя способами:

1. в перемычку между обратной и подающей магистралями (а)
2. в обратную (б)
3. подающую магистраль (в)

Схемы смесительной установки с насосом

1А. Насос на перемычке между магистралями

1Б. Насос на обратной магистрали

2В. Насос на подающей магистрали

Условные обозначение:

1 — насос; 2 — регулятор температуры; 3 — регулятор расхода воды в системе отопления;

Смесительный насос, остановленный в перемычку, подает воду в точку А, увеличиваяя ее давление до давления высокотемпературной воды. Таким образом, в точку смешения А поступают 2 потока воды в результате действия двух насосов: сетевого (на теплоисточнике) и местного (смесительного), включенных параллельно. Насос на перемычке работает в благоприятных температурных условиях (при температуре t₀ Опубликовано: 17 июня 2016 г. Автор: Rudic Рубрики: Статьи -> Отопление
Метки: Циркуляционный_насос Просмотров: 14363 Обсудить Подписаться на RSS

Насосно-смесительные узлы для водяного теплого пола

Требуемый расход теплоносителя в любой системе водяного отопления подсчитывается по следующей формуле:

где Q — тепловая мощность системы, Вт; с — удельная теплоёмкость теплоносителя, Дж/кг °С; ∆Т — разность температур между прямым и обратным теплоносителем, °С.

В системах радиаторного отопления перепад температур ∆Т обычно составляет порядка 20 °С, а в системах напольного отопления ∆Т = 5–10 °С.

Это значит, что для переноса одного и того же количества теплоты тёплые полы требуют расхода теплоносителя в 2–4 раза больше.

Максимальная температура теплоносителя в системах тёплого пола, как правило, не превышает 55 °С, рабочее значение этого параметра обычно лежит в пределах 35–45 °С.

В радиаторном же отоплении теплоноситель обычно подаётся с температурой 80–90 °С.

В связи с этими двумя факторами неизменным атрибутом системы напольного отопления является узел смешения.

Насосно-смесительный узел системы тёплого пола должен выполнять следующие основные функции:
• поддерживать во вторичном контуре температуру теплоносителя ниже температуры первичного контура;
• обеспечивать расчётный расход теплоносителя через вторичный контур;
• обеспечивать гидравлическую увязку между первичным и вторичным контурами.

К вспомогательным функциям насосно-смесительного узла можно отнести следующие:
• индикация температуры (на входе и выходе);
• отсекание циркуляционного насоса шаровыми кранами для его замены или обслуживания;
• защита насоса от работы на «закрытую задвижку» с помощью перепускного клапана;
• аварийное отключение насоса при превышении максимально допустимой температуры теплоносителя;
• отведение воздуха из теплоносителя;
• дренирование узла.

Принцип работы простейшего насосно-смесительного узла можно объяснить по тепломеханической схеме на рис. 1.

Рис. 1. Тепломеханическая схема простейшего насосно-смесительного узла

Нагретый теплоноситель поступает на вход насосно-смесительного узла от котла или стояка радиаторной системы отопления с температурой T₁. На входе в узел установлен настраиваемый термостатический клапан 2, на приводе которого выставляется требуемая температура теплоносителя, поступающего в тёплый пол Т₁₁. Термочувствительный элемент 3 привода клапана располагается после насоса 1. При повышении температуры Т₁₁ выше настроечного значения, клапан 2 закрывается, а при понижении – открывается, пропуская горячий теплоноситель на вход насоса. Пройдя по петлям тёплого пола, теплоноситель остывает до температуры Т₂₁. Часть остывшего теплоносителя возвращается к котлу, а часть – через балансировочный клапан 4 поступает на вход насоса, смешиваясь с горячим теплоносителем.

Таким образом, в первичном (котловом) контуре температура теплоносителя снижается с Т₁ до Т₂₁ (∆Т_кк = Т₁ – Т₂₁). Температуру Т₂₁ задаёт пользователь. Перепад температур в петлях тёплого пола ∆Т_тп = Т₁₁ – Т₂₁ также задаётся на стадии расчётов. Зная эти данные, и требуемую тепловую мощность тёплого пола, можно определить соотношение расходов в узле:

Исходные данные:
• температура на входе в насосно-смесительный узел Т₁ = 90 °С;
• температура после насоса Т₁₁ = 35 °С;
• перепад температур в петлях тёплого пола ∆Т_тп = 5 °С;
• тепловая мощность тёплого пола Q = 12 кВт.

Решение:
1. Температура на выходе из петель тёплого пола: Т₂₁ = Т₁₁ – ∆Т_тп = 35 – 5 = 30 °С.
2. Перепад температур в первичном (котловом) контуре: ∆Т_кк = Т₁ – Т₂₁ = 90 – 30 = 60 °С.
3. Расход во вторичном контуре G₁₁ = Q/c⋅ ∆T_тп = 12000/4187⋅5 = 0,573 кг/с.
4. Расход в первичном (котловом) контуре G₁ = Q/c⋅ ∆T_тп = 12000/4187⋅60 = 0,048 кг/с.
5. Расход через байпас G₃ = G₁₁ – G₁ = 0,573 – 0,048 = 0,535 кг/с.

Таким образом, расход в контуре тёплого пола в данном примере должен быть в 12 раз выше, чем в котловом контуре.

Как правило, циркуляционный насос при проектировании выбирается с некоторым запасом, поэтому он может перекачивать через байпас большее количество теплоносителя, чем требуется по проекту. К тому же, и температура теплоносителя в первичном контуре может по факту оказаться меньше расчётной. Именно для корректировки этих расхождений с расчётными данными служит балансировочный клапан 4, которым можно ограничить расход через байпас.

Насосно-смесительные узлы VT.COMBI и VT.COMBI.S

В насосно-смесительных узлах VT.COMBI и VT.COMBI.S (рис. 2, 3) приготовление теплоносителя с пониженной температурой происходит при помощи двухходового термостатического клапана, управляемого либо термоголовкой с капиллярным термочувствительным элементом, установленном в линии подающего коллектора (модель VT.COMBI), либо аналоговым сервоприводом, который работает под управлением контроллера VT.К200.М (модель VT.COMBI.S). Контроллер с датчиками температуры теплоносителя и наружного воздуха не входит в комплект поставки насосно-смесительного узла и приобретается отдельно.

В линии подмеса узла установлен балансировочный клапан, который задаёт соотношение между количествами теплоносителя, поступающего из обратной линии вторичного контура и прямой линии первичного контура, а также уравнивает давление теплоносителя на выходе из контура тёплых полов с давлением после термостатического регулировочного клапана.

От настроечного значения Kvb этого клапана и установленного скоростного режима насоса зависит тепловая мощность смесительного узла.

Узел адаптирован для присоединения к нему коллекторных блоков с межосевым расстоянием 200 мм и горизонтальным смещением между осями коллекторов 32 мм. При этом коллекторные блоки могут присоединяться как на входе, так и на выходе насосно-смесительного узла. Это позволяет использовать этот узел в комбинированных системах отопления (рис. 4), где отопление тёплым полом совмещается с радиаторным отоплением.

Рис. 4. Узел VT.COMBI.S в комбинированной системе отопления

Насосно-смесительный узел VT.DUAL

Насосно-смесительный узел VT.DUAL (рис. 5 и 6) состоит из двух модулей (насосного и термостатического), между которыми монтируется коллекторный блок контура тёплого пола. Для смешения используется трехходовой термостатический клапан, управляемый термоголовкой с капиллярным термочувствительным элементом, установленным на обратный коллектор вторичного контура.

Рис. 5. Насосно-смесительный узел VT.DUAL

Предохранительный термостат подающего коллектора останавливает насос в случае превышения настроечного значения температуры, прекращая циркуляцию в петлях тёплого пола.

Рис. 6. Узел VT.DUAL с коллекторным блоком (подключение справа)

Конструкция узла предусматривает перепускной контур с балансировочным клапаном, сохраняющим неизменным расход теплоносителя в первичном контуре при перекрытии петель тёплого пола.

Элементы узла устанавливаются не вертикально, а под углом 9°, что вызвано горизонтальным смещением осей коллекторного блока. Это позволяет подключать узел к подводящим трубопроводам как справа, так и слева.

Насосно-смесительный узел VT.VALMIX

Насосно-смесительный узел VT.VALMIX (рис. 7) отличается от узла VT.COMBI меньшей монтажной длиной и отсутствием перепускного клапана. Узел рассчитан на установку циркуляционного насоса монтажной длиной 130 мм. Ручной воздухоотводчик узла расположен на регулировочной втулке балансировочного клапана вторичного контура.

Узел поставляется с термоголовкой VT.3011, имеющей диапазон настройки температур от 20 до 62 °С. Вместо термоголовки может быть установлен аналоговый термоэлектрический сервопривод VT.TE3061, работающий под управлением контроллера VT.K200.М. Узел поставляется без циркуляционного насоса.

Рис. 7. Насосно-смесительный узел VT.VALMIX

Насосно-смесительный узел VT.TECHNOMIX

Так же как узел VT.VALMIX, узел VT.TECHNOMIX (рис. 8) рассчитан на установку циркуляционного насоса длиной 130 мм, но имеет несколько большую монтажную длину.

Кроме того, входные и выходные патрубки узла находятся в одной плоскости, поэтому узел монтируется к коллекторному блоку под углом 9°, и может устанавливаться как справа от обслуживаемого коллекторного блока, так и слева от него.

Узел поставляется с термоголовкой VT.5011, имеющей диапазон настройки температур от 20 до 60 °С.

Вместо термоголовки может быть установлен аналоговый термоэлектрический сервопривод VT.TE3061, работающий под управлением контроллера VT.K200.М. Узел поставляется без циркуляционного насоса.

Сравнение насосно-смесительных узлов VALTEC

Таблица 1. Сравнительная таблица насосно-смесительных узлов VALTEC

Смесительная установка

Смесительная установка (смесительный насос или водоструйный элеватор) применяется в местной системе отопления для понижения температуры воды в наружном подающем теплопроводе до температуры, допустимой в системе, t_г. Понижение температуры происходит при смешении высокотемпературной воды t₁ с обратной (охлажденной) водой t₀ местной системы отопления.

Смесительная установка используется не только для понижения температуры, но и для местного регулирования теплопередачи отопительных приборов, дополняющего центральное регулирование на тепловой станции.

Смесительный насос 1 можно устанавливать на перемычке Б-А между обратной и подающей магистралями и на обратной или подающей магистрали местной системы отопления.

Смесительный насос на перемычке действует в более благоприятных температурных условиях (при температуре t₀) и перемещает меньшее количество воды, чем насос на обратной или подающей магистрали:

Принципиальная схема смесительной установки с насосом

а — на перемычке; б — на подающей магистрали; 1 — смесительный насос, 2 — регулятор температуры, 3 — регулятор расхода воды в системе отопления.

Количество высокотемпературной воды G₁, кг/ч, при тепловой мощности системы отопления Q_с, Вт, определяется по формуле:

Высокотемпературная вода подается в точку смешения А под давлением в точке В наружного теплопровода, созданным центральным циркуляционным насосом на тепловой станции.

Поток охлажденной воды, возвращающейся из местной системы отопления, делится в точке Б на два: первый в количестве G₀ направляется ко всасывающему патрубку смесительного насоса, второй в количестве G₁ — в наружный обратный теплопровод.

Смесительный насос подает в точку смешения А воду, повышая ее давление до давления высокотемпературной воды. Таким образом, в точку А поступают два потока воды при равном давлении в результате действия двух различных насосов — центрального и местного, включенных параллельно.

Отношение двух потоков воды

носит название коэффициента смешения. Коэффициент смешения может быть выражен через температуру воды.

Для водо-водяной смесительной установки коэффициент смешения редко бывает больше трех. Например, при температуре воды t₁=150°, t_г=95° и t_о=70°С u=(150-95):(95-70)=2,2. Это означает, что на каждую единицу высокотемпературной воды при смешении должно приходиться 2,2 единицы охлажденной.

Давление, развиваемое смесительным насосом на перемычке, ограничено: оно не может быть больше разности давления в точках В и Г наружных теплопроводов (иначе не будет обеспечено смешение в точке А). Это условие, в свою очередь, ограничивает (в этом недостаток установки смесительного насоса на перемычке) величину циркуляционного давления для местной системы отопления.

Смесительный насос на обратной или подающей магистрали перемещает всю воду, циркулирующую в системе [G_н=G_с], при температуре t₀ или t_г. Несмотря на эти недостатки — увеличение расхода и температуры воды (в подающей магистрали), — включение смесительного насоса в главную магистраль местной системы позволяет увеличить циркуляционное давление в ней до необходимой величины независимо от разности давления в наружных теплопроводах. В этом существенное преимущество такой схемы смесительной установки.

Условия смешения двух количеств воды G₁ и G₀ аналогичны рассмотренным для насоса на перемычке. В точку А поступают два потока воды при равном давлении также в результате действия двух насосов — центрального и местного — с той лишь разницей, что насосы включаются последовательно.

На рисунке показаны также регуляторы температуры 2 и расхода воды 3 для местного качественно-количественного регулирования этих параметров в течение отопительного сезона. Смесительных насосов, как и циркуляционных, устанавливают два с параллельным включением в теплопровод действует всегда один из насосов при другом резервном и сменном.

Смешение воды может осуществляться и без местного насоса; в этом случае смесительная установка оборудуется водоструйным элеватором.

Принципиальная схема водоструйного элеватора

1 — сопло, 2 — камера всасывания; 3 — смесительный конус; 4 — горловина, 5 — диффузор.

Водоструйный элеватор получил распространение как дешевый, простой и нетребовательный в эксплуатации аппарат. Благодаря своей конструкции он подсасывает охлажденную воду для смешения с высокотемпературной водой и частично передает давление, создаваемое центральным насосом на тепловой станции, в местную систему отопления для усиления циркуляции воды.

Водоструйный элеватор состоит из конусообразного сопла 1, через которое со значительной скоростью вытекает высокотемпературная вода с температурой t1 в количестве G1, камеры всасывания 2, куда поступает охлажденная вода с температурой t0 в количестве G0; смесительного конуса 3 и горловины 4, где происходит смешение воды, и диффузора 5.

Вокруг струи воды, вытекающей из отверстия сопла, создается зона пониженного давления, благодаря чему охлажденная вода перемещается из обратной магистрали системы отопления в камеру всасывания. В горловине струя смешанной воды, двигаясь с меньшей, чем в отверстии сопла, но еще с высокой скоростью, обладает значительным запасом кинетической энергии. В диффузоре при постепенном увеличении площади его поперечного сечения кинетическая энергия преобразуется в потенциальную: по его длине гидродинамическое давление падает, а гидростатическое — нарастает. За счет разности гидростатического давления в конце диффузора и в камере всасывания элеватора создается давление для циркуляции воды в системе отопления.

Одним из недостатков водоструйного элеватора является его низкий коэффициент полезного действия (к. п. д.), который зависит от коэффициента смешения. Достигая наивысшего значения при малом коэффициенте смешения и особой форме камеры всасывания, к. п. д. стандартного элеватора практически при высокотемпературной воде не превышает 10%. Следовательно, в этом случае циркуляционное давление на вводе наружных теплопроводов в здание должно не менее чем в 10 раз превышать насосное циркуляционное давление Δpн для местной системы отопления. Это условие настолько ограничивает Δp_н, передаваемое через водоструйный элеватор в систему из наружной тепловой сети, что при использовании элеваторной смесительной установки и t_г≤95°С часто устанавливается верхний предел циркуляционного давления.

Δp_н=1,2*104 Па (1,2*10 3 кгс/м2).

Другим недостатком водоструйного элеватора является постоянство коэффициента смешения, исключающее местное качественное регулирование теплопередачи отопительных приборов. Понятно, что при постоянном соотношении в элеваторе между G₀ и G₁ температура t_г, с которой вода поступает в местную систему отопления, определяется уровнем температуры t₁, поддерживаемым на тепловой станции для системы теплоснабжения в целом, который может не соответствовать теплопотребности конкретного здания.

Водоструйные элеваторы различаются по диаметру горловины d_r. Для использования одного и того же корпуса элеватора при различных давлении и расходе воды сопло 1 делается сменным. Устанавливая сопло с различным диаметром отверстия, можно изменять общее количество воды G_с, поступающей из элеватора в систему отопления, при неизменном коэффициенте смешения.

Диаметр горловины, мм, водоструйного элеватора вычисляется по формуле:

где G_с — расход воды в системе отопления, т/ч;

Δp_н — насосное.давлейие, передаваемое через элеватор в систему отопления (при подставке в формулу выражается в м вод. ст.).

После выбора стандартного элеватора, имеющего диаметр горловины, ближайший к полученному по расчету, определяется диаметр сопла по следующей приближенной зависимости:

где u — коэффициент смешения.

При известном диаметре сопла находится разность давления в наружных теплопроводах на вводе в здание, выраженная в м вод. ст.:

где G₁ — расход высокотемпературной воды, т/ч;

d_с — диаметр сопла, см.

Из последней формулы видно, что вслед за изменением по какой-либо причине Δp₁ в наружной тепловой сети изменяется и G₁, а также G_с, связанный с G₁ через коэффициент смешения:

Как известно, изменение давления и расхода в процессе эксплуатации, не предусмотренное расчетом, вызывает тепловое разрегулирование системы отопления. Это нежелательное явление, возникающее в системе отопления, непосредственно соединенной с разветвленной сетью наружных теплопроводов, возможно и в системе с водоструйным элеватором.

Принципиальная схема местного теплового пункта системы отопления с водоструйным элеватором и ответвлениями к системам вентиляции и кондиционирования воздуха

1 — задвижка, 2 — термометр; 3 — манометр, 4 — регулятор расхода; 5 — обратный клапан; 6 — грязевик; 7 — тепломер: 8 — регулятор давления; 9 — водоструйный элеватор; 10 — ответвления.

Для устранения теплового разрегулирования системы отопления перед водоструйным элеватором 9, изображенным в схеме, устанавливают регулятор расхода 4. На этом же рисунке показаны основные контрольно-измерительные и другие приборы, характерные для местного теплового пункта здания, имеющего системы приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. Для теплоснабжения этих систем используется высокотемпературная вода, отводимая до водоструйного элеватора.

Учитывая отмеченные недостатки водоструйного элеватора, предпочтительно использование насосной смесительной установки. Некоторое увеличение капитальных и эксплуатационных затрат, обусловленное применением смесительного насоса в системе отопления здания, компенсируется повышением теплового комфорта помещений и экономией топлива, расходуемого на отопление.