Гидравлика систем отопления и охлаждения

АВТОМАТИЧЕСКАЯ БАААНСИРОВКА СИСТЕМ КОМБИНИРОВАННЫМИ КААПАНАМИ

Все предыдущие разделы книги посвящены рассмотрению тепло - гидравлических задач, возникающих при регулировании теплообмен­ных приборов, от проектирования систем обеспечения микроклимата до наладки. Решают эти задачи, применяя различные клапаны. Однако, эф­фективное решение достигаются лишь при внешних авторитетах клапа­нов, равных единице, что обеспечивает контролируемое управление по­токами теплоносителя и приближает его к идеальному регулированию теплообменными приборами. Получить такие внешние авторитеты до­вольно сложно как технически, так и финансово, поскольку следовало бы у каждого клапана устанавливать автоматические регуляторы пере­пада давления (см. рис. 3.4,6). На практике идут на компромисс между стоимостью системы и допустимостью нежелательных перетоков в теп­лообменных приборах, что не лучшим образом отражается на регулиру­емости системы и ее энергоэффективности. В лучшем случае внешние авторитеты регулирующих клапанов поддерживают в пределах 0,5... 1,0 автоматическими регуляторами перепада давления на стояках либо по­квартирных приборных ветках. В худшем — игнорируют внешние авто­ритеты и увязывают циркуляционные кольца ручными балансировоч­ными клапанами. И первый, и второй случаи — вынужденные проектные решения, так как ранее отсутствовали регулирующие клапаны, пропус­кающие точно заданный расход теплоносителя при изменяющихся гид-

Наивысшее достижение со­временной технической мыс­ли — автоматический комбини­рованный балансировочный клапан AB-QM (рис. 11.1). Ос­новным его преимуществом яв­ляется то, что внешний автори­тет клапана равен примерно единице и остается постоянным при любых гидравлических ус­ловиях. Клапан единолично яв­ляется регулируемым участ­ком. Для этого реализовано единственно возможное част­ное решение уравнения (3.12), при котором сопротивление

регулируемого участка АР равно сопротивлению клапана APvs. Тогда

АР АР

а = =^- = =^ = . (11.1)

АР АР„

Данный подход позволяет изменить традиционную методику гид­равлических расчетов систем. Исключается необходимость столь слож­ной процедуры увязывания циркуляционных колец, осуществляемой проектировщиками и затем реализуемой наладчиками. Все, что проис­ходит за пределами регулируемых участков, т. е. за пределами клапанов AB-QM, не влияет на их работу. Клапаны изначально автоматически на­страивают сопротивление циркуляционных колец и затем автоматичес­ки перенастраивают их при изменившихся гидравлических условиях.

Клапан AB-QM предназначен как для систем отопления (с теплоно­сителем до 120 °С), так и систем охлаждения (с холодоносителем не ниже минус 10 °С). Он сочетает функции регулятора перепада давления и регу­лирующего клапана, создавая идеальные условия управления теплооб­менным прибором. Этот клапан имеет два исполнения. Первое — для ста­билизации расхода в точном соответствии с номинально установленным значением (рис. 11.1,а). Второе — для точного регулирования расхода в теплообменном приборе (рис. 11.1,6) при помощи термоприводов TVA-Z, ABNM-Z или электроприводов AMV, АМЕ. В обоих исполнениях клапа­ны устраняют влияние давления теплоносителя в системе на проходящий через них расход теплоносителя. В результате предотвращаются перетоки теплоносителя между теплообменными приборами, устраняются откло­нения параметров микроклимата в помещении и достигаются наилучшие показатели энергоэффективности системы.

Комбинированный балансировочный клапан — это два регулятора в одном корпусе (рис. 11.2), условно разделенные на рисунке штрих - пунктирной линией на балансировочную (светло-серый оттенок) и на контролирующую (темно-серый оттенок) части. Каждая часть содер­жит регулирующее отверстие. Балансировочная часть клапана — это регулятор перепада давления прямого действия мембранного типа. Регулирующее отверстие этой части управляется мембраной по пере­паду давления (Р2 - Р2) на регулирующем отверстии контролирующей части клапана. Контролирующая часть — это клапан, который задает расход теплоносителя. Чтобы избежать влияния колебания давления теплоносителя (Рj - Р2) на этот расход, на регулирующей части клапа­на поддерживается постоянный перепад давления (Р2 - Р2). Для этого статическое давление Р2 перед контролирующей частью клапана передается в надмембранное пространство балансировочной части. Статическое давление Р2 из контролирующей части передается через

импульсный канал в подмем - бранное пространство балан­сировочной части. Изменение этих давлений активизирует мембрану. Она перемещает трубчатый шток относительно регулирующего отверстия балансировочной части, ком­пенсируя гидравлическое со­противление, обратное разни­це (Р2 - Р3).

Такой подход обеспечива­ет внешний авторитет регули­рующего отверстия контроли­рующей части клапана, рав­ный единице, поскольку дан­ное отверстие является един­ственным элементом регули­руемого участка с автомати­чески поддерживаемым по­стоянным перепадом давле­ния. В этом случае рабочая расходная характеристика клапана близка к идеальной, т. е. не происходит ни ее базо­вого искажения, вызываемого гидравлическим сопротивле­нием пути протекания теплоносителя внутри клапана, ни ее дальней­шей деформацией под воздействием гидравлического сопротивления циркуляционного кольца системы. Таким образом, при любых коле­баниях давления в системе расходная характеристика клапана остает­ся постоянной и такой, какой ее задал производитель.

Для регулирования расхода теплоносителя в контролирующей час­ти клапана AB-QM использована линейная расходная характеристика, что позволило применить новый тип линейной шкалы настройки с про­центным указанием расхода (рис. 11.3). Требуемый расход на клапане дается в процентном отношении от максимального расхода. Так, если максимальный расход клапана 450 л/ч, а необходим расход 270 л/ч, то на шкале совмещают значение 100(270/450) = 60 % с красной чертой. Следует обратить внимание на то, что при установке расхода на 100 % видно красное кольцо, которое скрывается под шкалой при ее повороте
к 10%. Рекомендуемый диапазон установки клапана 20...100 %. В

этом диапазоне клапан имеет наилучшие гид­равлические характери­стики регулирования.

Подтверждением высокой точности регу­лирования является диаграмма, полученная при лабораторном тести- р о в а н и и клапана AB-QM (рис. 11.4). Из нее следует, что изменение разницы давления (Рj - Р2) в значительных пределах не вызывает отклонений давления на затворе клапана (Р2 — Р$) и, соответственно, установленного расхода V, т. е. (Р2 - Р2) = const и 1 =const. Кривые, характеризующие эти параметры, практически (в пре­делах допустимой незначительной погрешности) горизонтальны. Ка­кой бы расход ни был установлен на клапане, он будет постоянен и не­зависим от изменения давления в системе. Внешний авторитет клапана

остается так же стабильным и примерно равным единице. Таким ав­торитетом обладают абсолютно все клапаны AB-QM в системе, благо­даря чему они работают эффективно в циркуляционных кольцах лю­бой протяженности. В системе с ручными балансировочными клапа­нами и терморегуляторами такого результата, безусловно, достичь невозможно.

Имеющиеся в начале графиков наклонные участки (слева от пунк­тирной вертикальной линии на рис. 11.4) соответствуют нерегулируе­мой зоне клапана. В ней (Р2 - Р3) = var и V= var. Для вывода клапана в рабочее состояние необходимо при проектировании предусмотреть запас давления (Рг - Р3) ^ 16 кПа (dv= 15; 20) либо 20 кПа (dv= 25; 32).

Указанный запас давления (ІД - Р3) теряется на клапане и предна­значен для обеспечения эффективной работы: установки мембраны в рабочее положение. Его минимальное значение вполне сопоставимо с минимальными потерями в системе с регуляторами перепада давления (10 кПа на терморегуляторе плюс 10 кПа на регуляторе перепада давле­ния) либо с ручными балансировочными клапанами (10 кПа на термо­регуляторе плюс 3 кПа на балансировочном клапане стояка или при­борной ветки и плюс 3 кПа на регулирующем клапане всей системы). Максимальный запас давления составляет 400 кПа. Он дает возмож­ность применения клапанов в системах со значительно удаленными друг от друга теплообменными приборами как по высоте, так и по дли­не здания, не беспокоясь об усложнении наладки системы.

Клапаны AB-QM имеют уникальные гидравлические характерис­тики. В клапанах реализованы оригинальные конструкторские реше­ния. Эти клапаны малогабаритны. Имеют наименьшие размеры среди существующих автоматических клапанов. Следовательно, способству­ют более компактному размещению оборудования в шкафах, у стен и т. д. Они многофункциональны. Кроме автоматического поддержания заданного расхода, ими можно перекрывать поток теплоносителя, опо­рожнять отключаемый участок, выпускать воздух, отбирать давление для диагностики системы. Все это значительно упрощает конструиро­вание системы.

В системе с постоянным гидравлическим режимом (рис. 11.5,а, б) клапан AB-QM автоматически поддерживает заданный расход теплоно­сителя на стояке либо в узле обвязки теплообменного прибора, при этом внешний авторитет терморегулятора также близок к единице и обеспечивает эффективное регулирование. В данной схеме клапан AB-QM выполняет ту же основную функцию, что и клапаны ASV-Q или AQ, — поддержание заданного расхода теплоносителя. Однако делает это значительно точнее. Он удобнее в настройке и обслуживании
по сравнению с клапаном AQ: не требует дополнительных отключаю­щих клапанов и спуска воды при перенастройке на другой расход. Кро­ме того, имеет наименьший типоразмер 10 мм (у ASV-Q и AQ — 15 мм), что позволяет использовать его для регулирования небольших тепло­обменных приборов.

В двухтрубных системах с переменным гидравлическим режи­мом (рис. 11.5,в) данный клапан является единственно необходимым регулирующим устройством циркуляционного кольца. Отпадает по­требность в применении каких-либо дополнительных ручных либо автоматических балансировочных клапанов на стояках и ветках. Система становится дешевле и надежней. Уменьшается общее коли­чество запорно-регулирующей арматуры и, соответственно, умень­шается количество соединений. Снижаются затраты на ее монтаж и обслуживание.

Наладка системы с клапанами AB-QM осуществляется автоматиче­ски. Для ограничения расхода необходимо лишь установить на них необходимое значение. Дополнительные существенные возможности при наладке системы позволяют получить клапаны AB-QM со встроен­ными измерительными ниппелями. К ним относятся:

• определение расхода теплоносителя;

• оптимизация работы системы.

В первом случае для проверки соответствия расхода требуемому значе­нию проверяют достаточность потерь давления на измерительных ниппелях клапана AB-QM, например, прибором PFM 3000. С учетом того, что отбор

Во втором случае решают важную задачу энергосбережения: оптими­зацию работы системы по минимальному энергопотреблению насоса. Для этого на клапане AB-QM основного циркуляционного кольца системы до­стигают требуемых потерь давления (Р2 - РР) в соответствии с табл. 11.1 при минимально возможном напоре насоса. Требуемые потери давления (Р2 - РР) зависят от диаметра клапана и установленного на нем расхода.

Если работа клапана основного циркуляционного кольца оптими­зирована (достигнут минимум сопротивления системы), то и работа
всех остальных клапанов также будет оптимизирована, поскольку перед ними всегда будет избыток давления. Этот избыток увеличивается по мере приближения к источнику теплоты (холода) вследствие уменьше­ния потерь давления АР в циркуляционных кольцах (без учета потерь давления в AB-QM) и компенсируется потерей давления (Рj - Р2) на клапанах AB-QM в пределах оптимизированного напора насоса (рис. 11.6), поэтому диапазон потерь давления (Рj - Р2) на клапанах AB-QM от минимального до максимального значения в системе обеспе­чения микроклимата характеризует зону оптимизации работы насоса (рис. 11.4).

Процедуру оптимизации работы системы, имеющей насос с управ­ляемым давлением, осуществляют следующим образом:

1. Устанавливают на всех клапанах AB-QM расчетные расходы;

2. Выставляют частотным регулятором максимальный напор насоса;

3. Определяют основное циркуляционное кольцо (имеющее наи­большее гидравлическое сопротивление). Соединяют ниппели клапана AB-QM, расположенного в этом кольце, с измеритель­ным устройством, например, PFM 3000;

4. Частотным регулятором пошагово, например, 90, 80, 70 % и т. д., уменьшают напор насоса АРн и одновременно измеряют потери давления на клапане AB-QM (Р2 - Р2) основного циркуляционно­го кольца. При колебаниях перепада давления принимают сред­ние значения;

5. Строят график, аналогичный рис. 11.7, и определяют точку опти­мизации на изломе кривой (обозначена жирной точкой);

6. Устанавливают перепад давления на насосе в соответствии с точ­кой оптимизации.

Эта процедура может осуществляться одним наладчиком. При нали­чии двух наладчиков с мобильной связью эту процедуру упрощают, исклю­чая п. 5 и 6. Синхронное взаимо­действие наладчика, уменьшаю­щего частоту вращения насоса, с наладчиком, мгновенно опреде­ляющим перепад давления на клапане AB-QM, позволяет оп­ределить точку оптимизации по показаниям измерительного прибора на этом клапане.

Если в системе применены клапаны AB-QM без измери­тельных ниппелей, указанную
процедуру оптимизации системы можно осуществить по потерям дав - ления на любом элементе концевого участка основного циркуляцион­ного кольца, имеющего измерительные ниппели. Это может быть расхо­домерная шайба, балансировочный клапан, теплообменник и т. д.

Значительно упрощает наладку также новая шкала клапана AB-QM. Она дает возможность наладчику визуально определить результат про­изводимой им настройки, облегчая регулировку и теплообменного прибора, и системы в целом. Для этого не нужен высококвалифициро­ванный персонал. Кроме того, не требуются сложные методы наладки и привлечение нескольких человек и нескольких измерительных приборов.

Клапан AB-QMреализует все гидравлические требования, предъяв­ляемые к проектированию и эксплуатации современной системы обеспечения микроклимата:

• пропускает расход теплоносителя в строгом соответствии с потребностью;

• создает идеальные условия регулирования теплообменным прибо­ром;

• устраняет перетоки теплоносителя между теплообменными приборами, вызываемые любыми факторами: естественным давлением, конструктивным видоизменением системы, процес­сами регулирования;

• не требует расчетов по гидравлическому увязыванию циркуля­ционных колец;

• стабилизирует работу системы в течение длительного време­ни эксплуатации путем компенсации возрастания гидравличес­кого сопротивления элементов системы от коррозии и накипи;

• упрощает монтаж и обслуживание системы путем совмещения функций перекрытия регулируемого участка, спуска теплоно­сителя, спуска воздуха, компьютерной диагностики;

• упрощает наладку системы и оптимизацию ее работы; не требует высококвалифицированных наладчиков и применения процедур балансировки системы.