Гидравлика систем отопления и охлаждения

ТЕРМОРЕГУЛЯТОРЫ

4.1. Конструкции

Терморегулятор системы обеспечения микроклимата здания (со­кращенно терморегулятор или термостат) — запорно-регулирующая арматура автоматического регулирования тепловым потоком теплооб­менного прибора на уровне, соответствующем установленной пользо­вателем температуре воздуха в помещении. Он автоматически поддер­живает заданную температуру путем количественного регулирования теплоносителя, поступающего в теплообменный прибор. Его отличи­тельной чертой в сравнении с вентилем и краном ручного (пассивного) регулирования являются стабильность и точность поддержания тем­пературы воздуха на уровне теплового комфорта в соответствии с рис. 1.2. Это достигается техническими характеристиками терморегу­лятора и обеспечением на стадии проектирования системы оптималь­ных условий его эффективной работы.

_ Технические параметры терморегуля-

торов систем отопления регламентирова - ны стандартом EN 215 [16]. Терморегуля - торы, отвечающие данной норме, имеют Щ Щ знак соответствия, изображенный на

■ ■ рис. 4.1. Его изображают на термостатиче-

1 Ш ской головке и на термостатическом

клапане.

Терморегулятор состоит из двух со-

Рис. 4.1 Знак соответствия

единенных воедино частей — термостати-

нормам CEN

г ческой головки и термостатического кла­

пана, которые разграничены соответственно стрелками а и б на рис. 4.2.

Основным элементом термостатической головки является датчик. Он отслеживает температуру воздуха в помещении и реагирует на ее из­менения. Представляет собой замкнутую тонкостенную цилиндрическую оболочку с продольной гофрированной боковой поверхностью, называе­мую сильфоном. Сильфон заполнен эксклюзивным веществом. Реагируя на изменение температуры воздуха, он расширяется и сжимается (подоб­но пружине). Через нажимной штифт воздействует на шток и затвор клапана. Затвор перекрывает проход теплоносителю, осуществляя коли­чественное регулирование тепловым потоком теплообменного прибора.

Отличительной особенностью терморегуляторов Данфосс является то, что сильфон заполнен газоконденсатной смесью. Т. к. теплоемкость газа ниже, чем веществ в ином агрегатном состоянии, это делает термо­регулятор с непревзойденной реакцией на изменение температурной

Рис. 4.2. Терморегулятор а - регулятор (термостатическая

со встроенным головка):

датчиком: 1 - ограничительные кольца;

2 - термостатический латчик (сенсор);

3 - сильфон;

4 - шкала настройки;

5 - пружина настройки;

6 - нажимной штифт;

7 - уплотнительное кольцо;

б - термостатический клапан:

8 - шток;

9 - лроссель;

10 - конус клапана (затвор);

11 - корпус клапана;

12 - стабилизатор потока;

13 - накилная гайка;

14 - патрубок (хвостовик)

обстановки. Давление газоконденсатной смеси внутри сильфона выве­рено при заполнении и сбалансировано силой упругости настроечной пружины. При увеличении температуры воздуха вокруг датчика кон­денсат переходит в газоподобное состояние. Увеличивается давление в сильфоне, и он перемещает шток. При снижении температуры воздуха сильфон сжимается и шток поднимается.

Терморегуляторы Данфосс комплектуют регуляторами различных конструкций. Выбор осуществляют в зависимости от типа помещения, места установки теплообменного прибора, вида системы обеспечения микроклимата и степени ее автоматизации. Основные типы терморегу­ляторов представлены на рис. 4.3.

На рис. 4.3,а показан терморегулятор со встроенным датчиком. В корпусе термостатической головки расположены регулятор температу­ры (пружина настройки) и сильфон, выполняющий также роль датчика температуры воздуха. Применяют такой регулятор в том случае, если термостатическую головку свободно обтекает поток воздуха и она не подвержена тепловому облучению от торцевой части теплообменного прибора (радиатора), а также действию конвективных потоков от труб.

Рис. 4.3. Тип терморегулятора: а - со встроенным латчиком; 6-е выносным латчиком; в - с выносным регулятором темпе­ратуры; г-с выносным латчиком и регулятором температуры; л - с программатором и термо - приволом; е - комбинированный электромеха­нический; ж - с листанционным волновым уп­равлением; з - с листанционным компьютерным управлением

Терморегулятор со встроенным регулято­ром температуры и выносным датчиком изо­бражен на рис. 4.3,6. В термостатической го­ловке расположены регулятор температуры и сильфон. Датчик температуры отдален от сильфона и сообщен с ним передаточным зве­ном (капиллярной трубкой). Датчик выполнен в виде цилиндра, объём которого сообщен с объёмом сильфона через капиллярную трубку. Датчик воспринимает температурные условия в месте установки и передает возникающие объемные изменения вещества, которым он за­полнен, через капиллярную трубку в сильфон. Эту конструкцию применяют при различных температурных условиях в помещении и в зоне установки терморегулятора, которые возника­ют при расположении теплообменного прибо­ра за занавесками, в углублении стен (нишах) и т. д.

Терморегулятор с выносным регулятором температуры и датчиком в одном корпусе представлен на рис. 4.3,в. Выносной регулятор соединен через капиллярную трубку с сильфо - ном на термостатическом клапане. Такую кон­струкцию используют при отсутствии свобод­ного доступа к термостатическому клапану. Это возникает при скрытой установке теплооб­менных приборов за декоративными панелями, в строительных конструкциях, например, охла­дительных панелей либо фенкойлов в подвес­ном потолке. Размещают их в доступном месте:

на стене, передней панели напольных фенкойлов с декоративно закры­тыми подводящими трубопроводами и т. п.

Терморегулятор с разделенным выносным датчиком и регулято­ром температуры показан на рис. 4.3,г. Датчик и регулятор соединены капиллярными трубками с сильфоном в термостатической головке. Применяют этот терморегулятор при ограниченности доступа к тер­мостатическому клапану, либо при необходимости расположения ре­гулятора в другом помещении, а также для создания удобства пользо­вания регулятором в нехарактерной температурной зоне помещения.

Повышения удобств пользования терморегулятором и получения до­полнительного энергосберегающего эффекта достигают использованием электронного управления тепловым комфортом в помещении. Для этого применяют терморегуляторы, показанные на рис. 4.3,д...4.3,з. Электронный программатор, прикрепленный стационарно к стене, дистанционно воздей­ствует на термопривод (Т) либо микромотор (М), которые перемещают шток клапана. Управление ими осуществляется либо по проводам (рис. 4.3,д), либо электромагнитными волнами (рис. 4.3,ж). У терморегуля­тора, показанного на рис. 4.3,е, программатор съемный, что удобно для про­граммирования теплового режима помещения, например, сидя в кресле.

При централизованном управлении тепловым режимом помещения (рис. 4.3,з) применяют терморегуляторы с термоприводами. Термопри­вод представляет собой сильфон, заполненный парафином. Встроенный электронагреватель разогревает парафин. При этом происходит расши­рение сильфона. Термоприводы изготавливают нормально открытыми либо нормально закрытыми. Электропитание осуществляют от сети по­стоянного либо переменного тока напряжением с 10 до 230 В в зависи­мости от модификации. Управление термоприводом выполняет цент­ральный компьютер по датчику температуры воздуха в помещении и по заданной программе регулирования системы обеспечения микроклима­та. Компьютеры управляют либо по кабельным коммуникациям, либо по радиомодемам. В обоих случаях значительно упрощается эксплуатация систем обеспечения микроклимата здания за счет сокращения обслужи­вающего персонала и своевременного реагирования на изменение тепло­вой обстановки в помещениях.

Терморегулятор — неотъемлемый элемент современной системы обеспечения микроклимата, предназначенный для поддержания теплового комфорта в помещении и экономии энергоресурсов.

Каждая конструкция терморегулятора соответствует применяемой степени автоматизации системы обеспечения микроклимата.

4.1.1. Регуляторы

Регуляторы предназначены для поддержания заданной пользовате­лем температуры воздуха в помещении путем воздействия на термоста­тический клапан. Данфосс производит два типа регуляторов температу­ры для систем обеспечения микроклимата (табл. 4.1):

• регуляторы прямого действия;

• электронные регуляторы.

Регуляторы прямого действия воздействуют на термостатический клапан пропорционально изменению температуры воздуха в помеще­нии, т. е. между перемещением штока клапана и превышением темпера­туры воздуха установлена однозначная зависимость, называемая жест­кой обратной связью. Такими регуляторами являются RTD, FTS, FJVR, RA 2000, FED, FEK, FEV. Их называют пропорциональными регулято­рами (статическими; П-регуляторами).

П-регуляторы запаздывают с реагированием на изменение теплопос - туплений Q в помещении, обозначенных знаком "+" на рис. 4.4, и теплопо - терь, — знаком Возникающее запаздывание перемещения штока h (знак "+" означает открывание термостатического клапана; знак " — его закрывание) вызывает незначительное колебание температуры воздуха/(знак "+" означает повышение; знак " — понижение). Рассогла­сование между заданным и текущим значениями температуры воздуха не должно превышать допустимого отклонения, определяемого условиями теплового комфорта по рис. 1.2. Для этого необходимо конструктивно уменьшать время запаздывания т. Запаздывание для регуляторов Дан­фосс не превышает примерно 12 мин, что в три раза меньше допустимого значения в 40 мин по EN 215 [16]. При необходимости, в пропорциональ­ных регуляторах Данфосс можно установить рассогласование температу­ры воздуха от 0,5 °С до 2,5 °С. Чем ниже отклонение, тем выше гидравли­ческое сопротивление клапана и стоимость перекачивания теплоносите­ля. Поэтому для большинства помещений принимают отклонение в 2 °С.

Преимуществами регуляторов прямого действия являются:

• надежность конструкции;

• простота монтажа и эксплуатации;

• независимость от источников электропитания;

• дешевизна.

Несмотря на бурное развитие электронных регуляторов, регулято­ры прямого действия в силу своих преимуществ не потеряли привлека­тельности. Данфосс разработал новое поколение таких регуляторов для систем отопления и охлаждения — FED, FEK, FEV. Это дало возмож­ность управлять системами раздельно, совместно и последовательно.

Продолжение таблицы 4.1

Продолжение таблицы 4.1

Продолжение таблицы 4.1

Последовательное управление отоплением и охлаждением в помеще­нии является предпочтительным, т. к. способствует экономии энерго - ресурсов.

В двух- и четырехтрубных системах обеспечения микроклимата, предназначенных для отопления и охлаждения, лучше всего применять единый регулятор FED. Он обеспечивает последовательное включение необходимого режима автоматическим переключателем "зима-лето". Если температура воздуха соответствует комфортным условиям в пре­делах установленного отклонения (нейтральной зоны) от 0,5 до 2,5 °С, регулятор удерживает клапаны в закрытом состоянии. Как только тем­пература воздуха выходит за пределы нейтральной зоны, регулятор че­рез капиллярные трубки приоткрывает соответствующий клапан либо системы отопления, либо системы охлаждения. Е1а этих клапанах уста­новлены адаптеры с сильфонами. Адаптер системы отопления открыва­ет клапан при понижении температуры воздуха. Адаптер системы ох­лаждения является реверсивным, т. е. открывает клапан при превыше­нии заданной температуры.

Если применяется только система охлаждения, то используют регу­лятор FEK. Для систем отопления — FEV.

Электронные регуляторы являются альтернативой регуляторам прямого действия. В них управление системой осуществляется по иным законам и другими исполнительными устройствами, для этого исполь­зуют термоприводы ABN.

Наиболее простое регулирование — двухпозиционное (рис. 4.4). Клапан либо полностью открыт, либо закрыт. Для изменения положе­ния клапана необходимо 3...5 мин, чтобы обеспечить тепловой комфорт в пределах нормируемого отклонения температуры воздуха. Более быстрое открывание и закрывание клапана приводит к значительной гидравлической нестабильности системы, что повышает вероятность шумообразования.

Пропорционально-интегральный закон регулирования (ПИ-регу - лирование) сочетает положительные качества пропорционального (П-регулирование) и интегрального регулирования (И-регулирова - ние), т. е. используется способность пропорционального регулятора обеспечивать лучший процесс перехода в новое положение штока кла­пана (П-составляюгцая на рис. 4.4) и способность интегрального регу­лятора (И-составляюгцая) колебательным перемещением штока возоб­новлять температуру воздуха в помещении без остаточной неравно­мерности. Скорость перемещения штока клапана с таким регулятором пропорциональна скорости изменения температуры воздуха.

Пропорционально-интегральные регуляторы получили свое назва­ние потому, что их регулирующее воздействие пропорционально от­клонению температуры воздуха и интегралу времени этого отклоне­ния. Эти регуляторы при отклонении температуры воздуха вначале действуют как пропорциональные, перемещая шток клапана в зависи­мости от величины рассогласования (разности между заданным и те­кущим значением температуры воздуха). Затем астатически воздей­ствуют на шток, ликвидируя образовавшуюся неравномерность. В итоге перемещение штока h осуществляется по результирующей кри­вой (рис 4.4). При этом происходит лишь незначительное отклонение температуры воздуха t в начале изменения теплового баланса помеще­ния. Такие способности регулятора достигаются применением гибкой (упругой) обратной связи между регулируемым параметром и регули­рующим клапаном, поэтому для своевременного реагирования на из­менение теплового режима в помещении электронные регуляторы Данфосс начинают управлять термоприводами при отклонении температуры воздуха на 0,15 °С.

Пропорционально-интегральное регулирование имеет преимуще­ство в помещениях с быстро и резко изменяющейся температурной обстановкой как с самовыравниванием температуры воздуха за счет тепловой инерции строительных конструкций, так и без самовырав - нивания. В помещениях с ограждающими конструкциями, которые имеют большую тепловую инерцию и незначительное запаздывание реагирования температуры воздуха на изменение температурной

Теплопоступление

Теплопотери

П-регулирование

Теплопоступление

Теплопотери

fbTirmjiiiiinnmuir^

VAA/W4/V^4;

Двухпозиционное регулирование

обстановки, выбор пропорцио­нального либо пропорционально­интегрального метода регулирова­ния не дает существенного отли­чия. Однако в таких помещениях, но с нестационарным тепловым режимом (режимом выходного дня, ночным режимом...), электрон­ное регулирование программатора­ми (табл. 4.1) позволяет получить экономический эффект за счет сво­евременного обеспечения теплово­го комфорта.

Электронные программато­ры позволяют быстрее и точ­нее управлять тепловым ком­фортом в помещении по срав­нению с регуляторами прямого действия, обеспечивая допол­нительный эффект в энерго­сбережении.

Теплопотери

П-составляющая

-<V-

И-составляющая

Результирующая

-Л~

---------- 7—

ПИ-регулирование

Рис. 4.4. Регулирование

температуры воздуха системой отопления