Автоматика погодного регулирования со смесительным клапаном.

Погодозависимая автоматика со смесительным трехходовым краном (клапаном) и циркуляционным насосом. В данной статье мы продолжаем разбор возможных вариантов схематических решений для реализации устройства погодозависимой автоматики в индивидуальном тепловом пункте (ИТП) или рамке управления многоэтажных жилых домов. На этот раз перед нами схема погодозависимой автоматики со смесительным трехходовым краном (клапаном) и циркуляционным насосом.

Принцип действия погодозависимой автоматики со смесительным трехходовым краном (клапаном) и циркуляционным насосом.

В данной схеме, регулирование температуры в системе отопления происходит за счет изменения (ограничения) расхода теплоносителя через трехходовой клапан и одновременно забора (подмеса) возвращаемой из системы отопления жилого дома сетевой воды при помощи сетевого или как его еще называют циркуляционного насоса и подачи уже разбавленной воды снова в систему отопления квартир. Главных элементов в данной схеме уже три – трехходовой клапан, насос и контроллер – компьютер. Именно контроллер постоянно, через определенные интервалы времени опрашивает датчики температуры теплоносителя, наружного воздуха и воздуха внутри квартир жилого дома (если они имеются), обрабатывает принятую информацию и в соответствии с введенной в него программой (в данном случае температурным графиком) формирует сигнал, дающий команду механизму трехходового клапана на открытие или закрытие.

Данное влияние контроллера корректирует величину открытия или закрытия проходного сечения клапана регулировки. Если в данной системе погодозависимого регулирования отсутствует датчик воздуха внутри квартир, то погодное регулирование осуществляется в соответствии с температурным графиком.

Погодозависимая автоматика с запорно-регулирующим клапаном и циркуляционным насосом.

И, наконец, последняя разновидность автоматики для поддержания температуры в квартирах жилых домов в зависимости от температуры на улице это погодозависимая автоматика с запорно-регулирующим клапаном и циркуляционным насосом.

Разберем принцип действия данной автоматики поддержания температуры в квартире, а вернее сказать во всем многоквартирном жилом доме.

Здесь регулирование температуры в отопительной системе происходит за счет изменения пропускной способности клапана и также как и в предыдущей схеме подмеса возвращаемой (обратной) сетевой воды из жилого дома при помощи циркуляционного насоса, установленного теперь уже на обратном трубопроводе отопительной системы. Принципиально, где будет установлен сетевой или циркуляционный насос, вообще то неважно, просто для двухходового клапана такая схема все-таки предпочтительнее из-за его конструктивных особенностей.

В процессе регулирования контроллер также периодически опрашивает датчики температуры теплоносителя в отопительной системе дома, датчики воздуха в помещении (если они установлены) и датчик наружного воздуха. После обработки полученной информации контроллер формирует выходной управляющий сигнал, на открытие или закрытие исполнительного механизма двухходового клапана, при этом соответственно изменяется величина открытия или закрытия проходного сечения регулирующего клапана. При отсутствии датчика воздуха внутри помещения главным приоритетом регулирования также является поддержание температуры в помещении квартир по температурному графику.

Недостаток у схем регулирования с клапанами один – пропадание электроэнергии, подробнее о достоинствах и недостатках погодозависимых автоматик смотрите в статье о погодном регулировании с регулирующим элеватором .
Преимуществом схем погодного регулирования с клапанами перед регулирующим элеватором обычно называют глубину регулирования, хотя по нашему мнению такое преимущество спорное и может легко превратиться в недостаток, если например в ИТП имеется узел учета тепловой энергии, и его пределы измерения хуже пределов работы автоматики погодного регулирования. После установки автоматики погодного регулирования без согласования с энергоснабжающей организацией, такой УУТЭ на законных основаниях может быть признан некоммерческим, а значит, вместо экономии вы опять получите начисление оплаты за тепло по нормативу.

• недостаточное давление на вводе в ИТП, менее 0,07 мПа
• завышенное сопротивление внутренней системы отопления дома, более 5 м.вод.ст.
• установка на отопительных приборах и стояках автоматической регулирующей арматуры, например фирмы «Danfoss»
• использование независимой системы отопления через теплообменники.

Хочется также предостеречь жильцов, особо радеющих за экономию, схемы погодозависимой автоматики со смесительными клапанами нельзя использовать без насоса или с выключенным насосом. В режиме работы с выключенным насосом резко уменьшается прокачка теплоносителя через отопительные приборы, разница в температурах между температурами в отопительных приборах разных квартир порою достигает 45 градусов, вместо рекомендованных для экономичного режима работы погодозависимой автоматики двенадцати. И главное из-за отсутствия смешения в морозы температура в отопительных приборах первых по ходу квартир может достигнуть 115 и более градусов, что неминуемо, приведет к выходу из строя современных полипропиленовых труб, а также ожогам при случайных прикосновениях к отопительным приборам – это как минимум. При этом жильцы последних по ходу теплоносителя квартир будут сидеть в холоде.

Вот такая экономия, а по приборам будет все ОК. И главное если откажет обратный клапан на перемычке между прямым и обратным трубопроводом не только ваш дом, но и весь район может остаться без тепла. Теплоноситель не пойдет в квартиры, а вернется назад в котельную.

Мы разобрали возможные варианты схематических решений для реализации устройства погодозависимой автоматики в рамке управления многоэтажных жилых домов. В любом случае решение о выборе той или иной схемы погодозависимого регулирования температуры в квартирах жилого дома, и главное подбор оборудования следует поручить специалистам. Вам, как жильцам свое слово стоит сказать только при выборе проектирующей организации и типе оборудования – отечественное или импортное. Цена зависит именно от этого.

Все о ценах на проектные работы, приобретаемое оборудование и монтаж и наладку автоматики погодного регулирования в квартирах жилых домов на следующей странице.

Для чего нужна погодозависимая автоматика

В настоящей публикации на основе требований к микроклимату отапливаемых помещений жилых зданий, полученных ранее экспериментальных данных, а также известных законов физики, показана необходимость использования погодозависимой автоматики регулирования температуры теплоносителя в контуре системы отопления дома, находящегося на юго-востоке Московской области; приводится упрощённый расчёт и построение погодозависимой кривой отопления в сравнении с практическими значениями температуры теплоносителя.

Что содержит и как работает погодозависимая автоматика контура системы отопления

В простейшем случае погодозависмая автоматика контура системы отопления содержит:

• Специальный терморегулятор цифровой [погодозависимый контроллер];
• Датчики температуры уличного воздуха и температуры теплоносителя (воды);
• Трехходовой смесительный кран (клапан) с электрическим сервоприводом — исполнительное устройство;

Термодатчики для замера температур уличного воздуха и воды в контуре системе отопления подключаются к контроллеру, который управляет электрическим сервоприводом трехходового смесительного крана по определённому алгоритму. В целом алгоритм температурного регулирования заключается в корректировке температуры теплоносителя при изменении температуры воздуха на улице: с понижением последней температура теплоносителя повышается и наборот. Улучшенные цифровые терморегуляторы могут учитывать тепловую инерционность здания и системы отопления, устанавливаемые в настройках этого устройства. Более сложная погодозависимая автоматика может включать другие дополнительные датчики и исполнительные устройства, используя продвинутую программную логику.

Преимущества погодозависимой автоматики

Инженерно-технические специалисты осознают преимущества такой автоматики в экономии:

человеческих временных затрат

практически полностью отпадает необходимость по несколько раз за сутки вручную регулировать температуру воды в контуре системы отопления при изменении погодных условий;

топлива [природный газ, сжиженный газ, уголь или дрова, пеллеты и т.п.] или электрической энергии;

рациональное терморегулирование теплоносителя способствует сокращению потребления топлива и более рациональному использованию тепловой энергии, в особенности, при значительных перепадах суточних дневных и ночных температур уличного воздуха, что характерно весной и осенью;

денежных средств и затрат времени на содержание, ремонт и обслуживание контура системы отопления;

автоматика не допускает излишнего нагрева и, тем более, перегрева деталей и узлов контура системы отопления, позволяя продлить их срок службы, который, как известно, возрастает по экспоненциальной зависимости с падением рабочей температуры.

Недостатки погодозависимой автоматики

Недостатки могут проявляться только в основных показателях качества продукции:

• в функциональном назначении;
• в надежности;
• технологичности;
• безопасности и т.п.

Однако в подавляющем большинстве практических случаев после установки (монтажа) и настройки параметров качественного терморегулятора никакое его периодическое обслуживание не требуется. Для примера погодозависимая автоматика, содержащая трёхходовой смесительный кран и его сервопривод компании MUT, успешно выполняет своё функциональное назначение с 2015 года: вначале с терморегулятором ТРЦ-03 и теперь с МАПК ТРЦ-04 без затрат на периодическое обслуживание.

Необходимость регулирования температуры теплоносителя

В соответствии с п. 4.16.2 ГОСТ Р 51617-2000 в отапливаемых помещениях жилых зданий, коммунальных гостиниц и прочих коммунальных мест проживания должна быть обеспечена температура воздуха в соответствии с требованиями СНиП 2.08.01. Согласно этим документам оптимальнными показателями микроклимата помещений являются: темпертаура воздуха в жилых комнатах +18. +20 градусов Цельсия; в кухнях, гардеробных и коридорах +18 градусов Цельсия, при обеспечении необходимого воздухообмена в этих помещениях.

Когда температура воздуха внутри жилых помещений здания превышает температуру уличного воздуха, вследствие второго закона термодинамики происходит передача тепловой энергии от горячего источника к более холодному до наступления термодинамического равновесия, суммарное количество теплоты, переданное в окружающую среду, описывается основным уравнением теплопередачи:

которое представляет собой сумму тепловых потерь от всех i-х наружных поверхностей жилого здания: стены, окна (стеклопакеты), чердачные и подвальные помещения и т.п. В этой формуле площади наружных поверхностей здания, т.е. поверхности теплообмена S_i — константы. Осреднённый коэффициент теплопередачи K_i вдоль поверхности теплообмена S_i зависит от физических свойств и температур воздуха внутри жилых помещений и на улице, скорости ветра, физических свойств материалов перегородок и их геометрических размеров [ стены / стеклопакеты / утеплитель ] и т.п.

Закон Ньютона при охлаждении позволяет оценить количество тепла, отведённого с суммарной площади S_r радиаторов системы отопления при известном коэффициенте теплоотдачи α_{air_inside} и разности между осреднёнными температурами теплоносителя t_wd и воздуха t_{air_inside} внутри помещений.

Экспериментальные данные в виде точек и функциональная зависимость в качестве штрих пунктирной кривой, полученная при их обработке, показаны на графике суммарных тепловых потерь здания в зависимости от средней суточной температуры уличного воздуха для скорости ветра до

5,0 метров в секунду и при условии поддержания температуры воздуха внутри отапливаемых помещений на уровне +20 градусов Цельсия.

Характер изменения тепловых потерь хорошо аппроксимируется с помощью квадратичной степенной зависимости. Принимается практическое условие: при +20 градусах Цельсия погодозависимая автоматика не работает и тепловые потери здания отсутствуют; при нуле градусов они возрастают до 6,8 киловатт за час, с падением температуры уличного воздуха до -20 градусов дом теряет примерно 11 киловатт тепловой энергии за тот же промежуток времени.

Погодозависимая кривая отопления

Функциональную зависимость необходимого изменения температуры теплоносителя в системе отопления от температуры уличного воздуха будем называть погодозависимой кривой отопления . При вполне определённых суммарных тепловых потерях здания можно оценочно определить значения необходимой температуры теплоносителя и, тем самым, рассчитать по приведенным ниже формулам и впоследствии построить погодозависимую кривую отопления. Для этого запишем следующие выражения и принятые значения параметров:

Первое уравнение представляет баланс между суммарными теплопотерями здания в окружающую среду, и подводимой тепловой энергией от системы отопления при условии обеспечения постоянства температуры воздуха внутри помещений t_{air_inside} на уровне около +20 градусов Цельсия за одинаковый промежуток времени. Следующая зависимость является аппроксимацией экспериментальных данных суммарных тепловых потерь нашего дома в виде квадратичной функции. Общая площадь теплоотводящей поверхности S_r рассчитывается исходя из 136 шт. радиаторных секций, каждая из которых имеет площадь поверхности 0,435 м 2 [расчёт радиаторной системы отопления]. Коэффициент теплоотдачи α_{air_inside} оценивается по известной эмпирической зависимости для радиаторов RIFAR ALUM 500. Последняя формула * получена из первой при подстановке всех слагаемых, коэффициенты a, b и c — входят в квадратичную зависимость суммарных теплопотерь.

Расчёт и построение погодозависимой кривой

Для расчёта и построения погодозависимой кривой отопления воспользуемся последней формулой при варьировании температуры уличного воздуха t_{air_outside} от +20 до -20 градусов Цельсия. На графике ниже в виде точек — прямоугольников показаны экспериментальные данные температур воды при работе погодозависимого контроллера ТРЦ-03 с альтернативной кривой отопления номер 5.

Полученная расчётный путём погодозависимая кривая отопления имеет выраженный наклонный характер. Для обеспечения комфортных условий и микроклимата с температурой воздуха +20 градусов Цельсия в жилых помещениях рассматриваемого жилого дома с радиаторной системой отопления: при нулевой температуре уличного воздуха температура теплоносителя должна быть около +45 градусов Цельсия, с падением температуры воздуха на улице до -20 градусов Цельсия температура воды должна быть повышена до +58 градусов Цельсия, т.е., как минимум, на 13 градусов.