Гидравлика систем отопления и охлаждения

Шумообразование системы обеспечения микроклимата

Источником шумообразования системы обеспечения микроклима­та с переменным гидравлическим режимом может быть любой ее эле­мент, в том числе и сам насос. Производители решают эту проблему, по­стоянно совершенствуя конструкцию насоса. Так, насосы с мокрым ро­тором практически не шумят и могут устанавливаться вблизи обслужи­ваемых помещений и даже в них. Однако такие насосы пока не перекры­вают весь необходимый диапазон гидравлических параметров систем инженерного обеспечения зданий и, кроме того, имеют меньший коэф­фициент полезного действия, чем насосы с сухим ротором. Насосы с су­хим ротором создают больше шума, поэтому их устанавливают за пре­делами обслуживаемых помещений и даже зданий. Подсоединяют такие насосы к трубо­проводам систем через гибкие вибровставки, которые показаны на рис. 8.1. Эти вставки предотвращают передачу механической виб­рации по трубопроводам, устраняют распро­странение шума, в пределах собственной де­формации компенсируют линейное тепловое удлинение трубопроводов, являются элек­трическим изолятором. Выполняют их из по - лихлоропреновой резины в виде гофрирован­ного патрубка с чугунными муфтами либо стальными фланцами на торцах.

Шумообразование насосов возникает также при неконтролирован - ном изменении гидравлических параметров системы, происходящем из-за неправильного подбора оборудования, в том числе терморегуля­торов и других клапанов.

На рис. 8.2 представлены характеристики нерегулируемого насоса: характеристика насоса АРН=/(Ї), кавитационная характеристика NPSH

(Net Positive Suction Head — абсолютный напор на вхо­де), характеристика мощно­сти Р2 =f(V) и коэффициент полезного действия, указан­ный в процентах. Все они за­висят от расхода теплоноси­теля, который изменяется в процессе работы терморегу­ляторов, а при проектирова­нии системы его рассматри­вают как постоянный пара­метр. Подбирают насос по номинальному расходу и по­терям давления в системе. Проектным условиям соот­ветствует рабочая точка А на пересечении характеристик насоса 1 и системы 2, при этом насос работает с макси­мальным коэффициентом полезного действия, равным примерно 72 %.

В процессе открывания терморегуляторов изменяет­ся характеристика системы. Она занимает положение, соответствующее кривой 3. Если терморегуляторы были

запроектированы с общим авторитетом a* = 0,7, то ожидаемое увеличе­ние потока на 50 % (см. верхнюю часть рисунка) до точки В не будет до­стигнуто из-за кривизны характеристики насоса 1. Реальное увеличе­ние расхода теплоносителя соответствует точке С. Приближение к точ­ке В происходит в системах с автоматическими регуляторами перепада давления на стояках (приборных ветках). И лишь при установке этих регуляторов в узлах обвязки теплообменных приборов увеличивается расход до точки В. Приблизиться к этой точке можно также при исполь­зовании насоса с более плоской характеристикой.

Положение кривой 3 соответствует эксплуатационной работе систе­мы, которую, как правило, не рассматривают при проектировании. Ее сле­дует определять по общему авторитету терморегуляторов. Ограничение

общего авторитета терморегуляторов до 0,7 предотвращает работу насо­са за пределами его рабочей характеристики и исключает появление кавитации, дает возможность определения максимальной скорости теплоносителя в трубопроводах и остальных элементах системы для

Закрывание терморе­гуляторов приводит к воз­растанию перепада давле­ния на них до точки D (рис. 8.2). Этот перепад не должен создавать шум в терморегуляторах и дру­гих клапанах. Предельные значения перепада давле­ния, при котором создает­ся шум, указаны в техни­ческом описании терморе­гуляторов. Так, у RTD-N15 он ограничен пунктирной

4 5 7 10 20 30 40 50 70 100 200 зоо 500 600 700 с, кг/ч лИНИЄЙ На ГИДрЭВЛИЧеСКИХ

Рис. 8.3. Характеристика терморегулятора характеристиках (рис. 8.3) RTD-N1 5 по шумообразованию 11 зависит от предваритель­ной настройки дросселя. С ее увеличением уменьшаются допустимые перепады давления.

Проектировать системы обеспечения микроклимата следует с пере­падом давления на терморегуляторах, не превышающим минимальную границу. Минимальная граница для терморегуляторов с предваритель­ной настройкой, как правило, соответствует настройке N. Не допускает­ся завышать эту границу за счет неиспользования верхних значений на­стройки, т. к. в процессе наладки системы они могут быть востребованы.

Допустимые уровни звука по шуму LA, dB(A), нормируются для каждого типа помещения и могут незначительно отличаться в разных государствах. В табл. 8.1 приведены эти значения для помещений граж­данских и промышленных зданий, которые рекомендуются ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers Inc.). Приведенные показатели выше примерно на 5 dB(A) от указанных в нормативе [37] для аналогичных помещений. Сравнивая эти нормативы для жилых зданий и сопоставляя с характеристиками терморегуляторов по шумообразованию, приходим к выводу, что пере­пад давления на терморегуляторах в процессе их работы должен быть ограничен примерно 25 кПа.

Таблица 8.1. Уровни шума в помещениях (по ASHRAE)

Читальные залы Театры

Концертные залы

Квартиры

Офисы

Классы

Помещения для встреч Гостиничные номера Кинотеатры Библиотеки Церкви

Гимназии

Кухни

Прачечные

Вестибюли и коридоры школ Холлы для отдыха Столовые Билетные кассы Оранжереи гвоздик и т. п.

Г аражи

Большие магазины Закрытые плавательные бассейны

Вестибюли и коридоры гостиниц

Вестибюли и коридоры больниц

Школьные лаборатории Лаборатории больниц Холлы гражданских офисов

Центры обработки данных Магазины Рестораны

Столярные цеха Цеха с легкой техникой Обрабатывающие цеха

Цеха со средней и легкой техникой

Полиграфические цеха

Цеха с тяжелой техникой Цеха испытания двигателей Автомастерские Текстильные цеха Прессовочные цеха, магазины

Предотвращают шумообразование систем обеспечения микрокли­мата с переменным гидравлическим режимом различными способами. Самый простой — установка перемычки возле насоса (см. рис. 3.3,а и 3.3,в) в небольших системах. При этом происходит срезка верхней час­ти характеристики насоса (см. рис. 5.5), что в некоторой степени огра­ничивает возрастание давления в системе. Гораздо лучший способ — применение насосов с функцией контроля давления. Характеристики таких насосов показаны на рис. 8.4.

Максимальные перепады давления, возникающие в системе, обоз­начены точкой D на рис. 8.4. Они не должны превышать максимально допустимого перепада давления на терморегуляторе, исходя из условий бесшумной работы.

В насосах со ступенчатым регулированием частоты вращения про­исходит ступенчатое изменение внешнего авторитета терморегуляторов и регулирующих клапанов [24]. С уменьшением частоты увеличивается

внешний авторитет, т. е. потокораспределение терморегулятора стре­мится к пропорциям, заложенным производителем терморегуляторов. Однако возникает скачкообразное перераспределение потоков между регулируемыми участками, что не лучшим образом отражается на гид­равлическом режиме системы, поэтому такие насосы применяют в не­больших системах.

Гораздо лучшее взаимодействие с терморегуляторами у насосов с автоматическим бесступенчатым управлением перепада давления. Они поддерживают постоянный напор насоса (рис. 8.4,6), уменьшают его либо наполовину по пропорциональному закону (рис. 8.4,в), либо на одну четверть по постоянно-пропорциональному закону (получаемому совмещением законов по рис. 8.4,6 и 8.4,в), либо параллельно характе­ристике системы (рис. 8.4,г). Изменение внешних авторитетов терморе­гуляторов и регулирующих клапанов при этом происходит плавно либо остается на прежнем уровне.

Установку способа регулирования осуществляют на панели управ­ления клеммной коробки насоса. При этом задают номинальное значе­ние напора насоса, равное потерям давления в системе.

Кроме указанных способов регулирования, применяют еще автома­тическое регулирование напора насоса, учитывающее температуру воды. Его реализуют в системах с переменным гидравлическим режимом при скользящей температуре на входе и в системах с постоянным расходом.

Насосы с автоматическим бесступенчатым регулированием эконо­мят до 50 % электроэнергии. Дополнительный эффект до 25 % получа­ют оптимизацией потребляемой насосом электроэнергии при малой нагрузке системы, например, при снижении нагрузки регулятором с учетом погодных условий.

Автоматическое регулирование насосами осуществляют частотными преобразователями. У небольших насосов они расположены на корпусе.

У больших — выполнены в виде отдельных блоков. Реализуемый мик­ропроцессором способ регулирования распространяется на систему обеспечения микроклимата в целом и может не совпадать с действием отдельных терморегуляторов, поэтому самым лучшим способом управ­ления давлением в системе является автоматическое регулирование на­сосом всей системы совместно с автоматическими регуляторами прямо­го действия, устанавливаемыми на стояках (приборных ветках), либо узлах обвязки теплообменных приборов.

Регуляторы перепада давления обеспечивают постоянный перепад давления между точками D и D'npn всех режимах работы терморегуля­торов (на рис. 8.5 выделено затемненной зоной). При этом характерис­тика сопротивления стояка (обозначена пунктирной кривой) образует отдельную подсистему и изменяет свои параметры в относительной си­стеме координат АР' и V. Эта система координат дрейфует по характе­ристике насоса, уменьшенной на автоматически поддерживаемый регу­лятором перепад давления. Начало относительной системы координат расположено в точке пересечения суммарной характеристики системы (обозначенной линией из точек) и уменьшенной характеристики насо­са. При проектировании необходимо, чтобы перепад давления между точками D и D' не превышал допустимого перепада давления по шуму на терморегуляторах.

Рис. 8.5. Совместная работа автоматического регулятора перепада давления на стояке и головного насоса: а - со ступенчатым регулированием; 6-е постоянным перепалом лавления; в - с пропорциональным изменением лавления; г - с параллель­ным изменением лавления

Аналогичные подходы определения максимального давления, возникающего на терморегуляторах, применяют для суммарных харак­теристик параллельно либо последовательно соединенных насосов.

Пример 20. Проектируют систему отопления коттеджа. Гидрав­лический режим системы — переменный. Система вертикальная (со стояками). Коэффициент местного сопротивления любого элемента
стояка (тройника, отвода на 90°, компенсатора линейного удлинения, отопительного прибора, отключающего клапана стояка и т. д.) не пре­вышает значение 15. Перепад давления в системе равен 30 кПа и огра­ничивается перепускным клапаном на перемычке у насоса, установлен­ной по схеме на рис. 3.3,а. Тип применяемых терморегуляторов RTD-N15. Общий авторитет терморегуляторов а' = 0,3. Расчетные (номинальные) скорости теплоносителя на участках трубопроводов vn=0A...0,6m/c.

Необходимо проанализировать систему на бесшумность.

Решение. По нормативу (например, [37]) определяют допустимый уровень шума в жилых помещениях. Он равен 30 dB(A).

Проверяют систему на бесшумность терморегуляторов.

По характеристике терморегулятора RTD-N15 на бесшумность (рис. 8.3) при 30 dB(A) определяют допустимое минимальное предельное значение перепада давления. Оно соответствует настройке дросселя в положение N и равно примерно 27 кПа.

Полученное значение 27 кПа меньше перепада давления в системе, ограниченного перепускным клапаном на 30 кПа. Однако, при закрывании большей части терморегуляторов на оставшихся увеличивается пере­пад давления до 30 кПа и может возникнуть шум, превышающий допус­тимый уровень 30 dB(A). Значит, условие по бесшумности терморегуля­торов не выполнено.

Проверяют систему на шумообразование трубопроводов. Определяют максимально допустимое значение скорости теплоносителя в стояках. Эту скорость находят из уравнения общего авторитета терморегулятора (4.6) с учетом уравнения внутреннего авторитета терморегулятора (4.5), зсшеняя номинальный GN и максимальный Gmax расход соответственно на номинальную VN и максимальную итах скорость теплоносителя.

Из уравнения расхода следует, что потокораспределение стояка равно потокораспределению терморегуляторов. Потокораспределение всех терморегуляторов одинаковое, т. к. все циркуляционные кольца системы гидравлически увязаны, т. е. по мере удаления терморегуля­торов от насоса увеличивается их настройка (увеличивается внут­ренний авторитет), но при этом соответственно уменьшается внеш­ний авторитет. Произведение этих авторитетов одинаково для всех терморегуляторов и равно общему авторитету. Следовательно, мак­симальную скорость можно найти из уравнения общего авторитета для самого близкорасположенного к насосу (либо автоматическому регулятору перепада давления при его наличии) терморегулятора.

У этого терморегулятора внешний авторитет равен примерно единице. Тогда:

-1 I I 12м/с.

Сравнивают полученные значения с нормативной максимально допу­стимой скоростью теплоносителя. Так, например, по нормативу [35] при значении коэффициента местных сопротивлений до 15 и допусти­мом эквивалентном уровне звука по шуму 30 dB(A) допустимая скорость теплоносителя в трубопроводе при наличии на нем вентиля равна 1,0 м/с (табл. 7.1). Поскольку значение 1>тах меньше полученного, то условие бесшумности трубопроводов выполнено.

Таким образом, в системе не возникает шум при открывании термо­регуляторов и может возникнуть при их закрывании. Устраняют это снижением потерь давления в системе, либо установкой автоматичес­ких регуляторов перепада давления на стояках.

а’ = а. а = 1 —

Рассматривать систему обеспечения микроклимата по уровню шумообразования следует при закрытых и полностью открытых терморегуляторах.