Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика. Пырков В.В. , 2005. Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика
 Скачать 10.16 Mb.
|
|
CFR /напольное отопление/ ABN+ распределитель СFE Электроволновой комнатный терморе гулятор, применяемый с CFM(CFS); диапазон температурной настройки 5…35 °С; режимы работы: комфортная постоянная температура, постоянная пониженная температура; регулирова ние по таймеру (при наличии CFZ); электропитание от батарейки 1,5 В Продолжение таблицы 4.1 Тип /система/ совместимость с клапанами Конструктивные особенности Общий вид Общий вид 97 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 96 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА CFM(CFS) /напольное отопление/ ABN+ распределитель СFE Зональный регулятор; беспроводная связь с электроволновыми комнатными терморегуляторами CFR; управление приводами; защита от замерзания при 6 °С; управление насосом; управле ние от 1 до 24 контурами отопления; сигнал аварийного состояния; напряже ние электропитания 230 В; напряжение на термоприводы 24 В или 230 В EDA /панельное охлаждение/ ABN Электронный сигнализатор точки росы с выносным датчиком; электропитание на 24 В или 230 В Окончание таблицы 4.1 Тип /система/ совместимость с клапанами Конструктивные особенности Последовательное управление отоплением и охлаждением в помеще нии 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 пре делах установленного отклонения (нейтральной зоны) от 0,5 до 2,5 °С, регулятор удерживает клапаны в закрытом состоянии. Как только тем пература воздуха выходит за пределы нейтральной зоны, регулятор че рез капиллярные трубки приоткрывает соответствующий клапан либо системы отопления, либо системы охлаждения. На этих клапанах уста новлены адаптеры с сильфонами. Адаптер системы отопления открыва ет клапан при понижении температуры воздуха. Адаптер системы ох лаждения является реверсивным, т. е. открывает клапан при превыше нии заданной температуры. Если применяется только система охлаждения, то используют регу лятор 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 исполь зуют термоприводы ABN. Наиболее простое регулирование — двухпозиционное (рис. 4.4). Клапан либо полностью открыт, либо закрыт. Для изменения положе ния 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 кла пана (П составляющая на рис. 4.4) и способность интегрального регу лятора (И составляющая) колебательным перемещением штока возоб новлять температуру воздуха в помещении без остаточной неравно мерности. Скорость перемещения штока клапана с таким регулятором пропорциональна скорости изменения температуры воздуха. Пропорционально интегральные регуляторы получили свое назва ние потому, что их регулирующее воздействие пропорционально от клонению температуры воздуха и интегралу времени этого отклоне ния. Эти регуляторы при отклонении температуры воздуха вначале действуют как пропорциональные, перемещая шток клапана в зависи мости от величины рассогласования (разности между заданным и те кущим значением температуры воздуха). Затем астатически воздей ствуют на шток, ликвидируя образовавшуюся неравномерность. В итоге перемещение штока h осуществляется по результирующей кри вой (рис 4.4). При этом происходит лишь незначительное отклонение температуры воздуха t в начале изменения теплового баланса помеще ния. Такие способности регулятора достигаются применением гибкой (упругой) обратной связи между регулируемым параметром и регули рующим клапаном, поэтому для своевременного реагирования на из менение теплового режима в помещении электронные регуляторы Данфосс начинают управлять термоприводами при отклонении температуры воздуха на 0,15 °С. Пропорционально интегральное регулирование имеет преимуще ство 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 Общий вид предназначены для двухтрубных систем с насосной циркуляцией тепло носителя. Они характеризуются повышенным гидравлическим сопро тивлением, имеют встроенную предварительную настройку дросселем для увязывания гидравлических колец. Условный диаметр клапанов: 10; 15; 20 и 25 мм. Прямоточные и угловые конструкции позволяют реализо вать всевозможные способы подключения отопительных приборов к тру бопроводам. Отличительной особенностью клапана RTD N UK является расположение штока вдоль оси хвостовика, что позволяет подводить тру бопровод к отопительному прибору как от пола, так и от стен. Клапаны поставляют с колпачками красного цвета. Клапаны RTD G предназначены для однотрубных систем отопле ния с насосной циркуляцией. Допускается также их применение в двух трубных системах отопления с естественной циркуляцией. Клапаны об ладают повышенной пропускной способностью. Условный диаметр при соединения: 10; 15; 20 и 25 мм. Поставляют с колпачками серого цвета. Встраиваемые терморегуляторы предназначены для компакт радиаторов. Комплектацию этими клапанами осуществляют на заводе изготовителе отопительных приборов. Применяют в двухтрубных и однотрубных системах отопления. Для упрощения монтажа насосных систем отопления с горизон тальными приборными ветками применяют узлы присоединения к отопительным приборам (рис. 4.6). Узел состоит из терморегулятора с отводом на 90°, подводящей трубки длиной 650 либо 950 мм, соеди нительно распределительного элемента с запорным клапаном, фитингов. 99 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА обстановки, выбор пропорцио нального либо пропорционально интегрального метода регулирова ния не дает существенного отли чия. Однако в таких помещениях, но с нестационарным тепловым режимом (режимом выходного дня, ночным режимом…), электрон ное регулирование программатора ми (табл. 4.1) позволяет получить экономический эффект за счет сво евременного обеспечения теплово го комфорта. Электронные программато ры позволяют быстрее и точ нее управлять тепловым ком фортом в помещении по срав нению с регуляторами прямого действия, обеспечивая допол нительный эффект в энерго сбережении. 4.1.2. Термостатические клапаны Термостатические клапаны Дан фосс охватывают любые системы обеспечения микроклимата. При этом они имеют конструктивные от личия, вызванные особенностями системы и применяемыми в ней теп лообменными приборами. Термоста тические клапаны представлены на рис. 4.5…4.8. На рис. 4.5 показаны термоста тические клапаны, которые уста навливают непосредственно на ра диаторы либо конвекторы систем отопления. Клапаны серии RTD N 98 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА - - + – + – + – t h - - + – + – t h + – + – + – + – t h Q Q Q Рис. 4.4. Регулирование температуры воздуха системой отопления RTD N прямой RTD N угловой RTD N UK RTD G прямой Рис. 4.5. Термостатические клапаны для радиаторов и конвекторов систем отопления RTD G угловой Встроенный Они предназначены для систем в небольших помещениях (до 10 м 2 ). Для б ó льших систем используют клапаны VMT, RAV, VMA диаметром 15; 20; 25 мм, либо седельные регулирующие клапаны VMV. Термостатические клапаны FHV являются новым поколением, пред назначенным для напольного и совмещенного (радиаторно напольного) отопления. Их устанавливают на плоскости стен во внутренних короб ках. В клапанах предусмотрены воздуховыпускники. Клапан FHV A имеет встроенный дроссель для предварительной настройки гидравличе ского сопротивления. Его применяют совместно с регулятором RA2000 на подающем трубопроводе. Клапан FHV R обеспечивает регулировку температуры обратной воды. Он совместим с регулятором типа FJVR. Объединение контуров напольного отопления и управление ими осу ществляют в распределителе потока теплоносителя CFD. Распредели тель состоит из подающего и сборного коллекторов, предназначенных для одновременного подсоединения до двенадцати контуров. В сборном коллекторе встроены термостатические клапаны для каждого контура. В подающем коллекторе встроены регулирующие клапаны для гидравли ческой увязки каждого контура. Подающий и сборный коллекторы осна щены торцевыми секциями со спускными кранами и автоматическими воздухоотводчиками. 101 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Трубки при необходимости укорачивают в зависимости от размера отопительного прибора. Это позволяет использовать узлы присоедине ния для любых типоразмеров отопительных приборов. Соединительно распределительный элемент изготавливают для подключения к трубопроводам или со стороны пола, или со стороны стены. Внутри него встроен запорный клапан, что позволяет отсоеди нять отопительный прибор при работающей системе отопления. Кроме того, для узлов, применяемых в однотрубных системах, внутри этого элемента предусмотрено перепускное отверстие, которым установлен коэффициент затекания теплоносителя в отопительный прибор. Узел RTD K предназначен для двухтрубных систем, поскольку об ладает повышенным гидравлическим сопротивлением. Имеет встроен ную предварительную настройку дросселем. Поставляется с колпачком красного цвета. Узел RTD KE предназначен для однотрубных систем. Обладает повы шенной пропускной способностью. Поставляется с колпачком серого цвета. В системах напольного отопления применяют терморегуляторы, показанные на рис. 4.7. Они отличаются пропускной способностью, способом присоединения к трубопроводам, местом установки (на пода ющем либо обратном трубопроводе)… Клапаны FJVR изготавливают прямыми и угловыми с условным диаметром присоединения 10 мм. 100 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА RTD K Подключение снизу RTD K Подключение сбоку RTD KE Подключение снизу RTD KE Подключение сбоку Рис. 4.6. Узлы присоединения к отопительным приборам FGVR VMT VMA RAV FHV R FHV A CFD Рис. 4.7. Термостатические клапаны для систем напольного отопления Характеристики терморегуляторов, по которым их выбирают при проекти ровании, разделяют на механические (прочностные) и рабочие (эксплуата ционные). Превышение характеристик терморегулятора над минимальными требованиями EN 215 определяет степень его совершенства. 4.2.1. Механические характеристики Механические характеристики терморегулятора получают при стен довых испытаниях под влиянием внешних факторов: сопротивляемости давлению и течеустойчивости при превышении давления на 6 10 5 Па над номинальным давлением в 10 6 Па; течеустойчивости прокладки штока при P 20 кПа; сопротивляемости термостатического клапана на изгиб (рис. 4.9) при использовании стальной трубы с приложенной к ней силой F 80 Н ( d y = 8 мм), 100 Н ( d y = 10 мм), 120 Н ( d y = 15 мм), 180 Н ( d y = 20 мм), 220 Н ( d y = 25 мм), медной — 20 Н ( d y = 15 мм); сопро тивляемости регулятора вращательному моменту (рис. 4.9) при М 8 Нм; сопротивляемости регулятора изгибающему моменту (рис. 4.9) при F 250 Н. ≤ ≤ ≤ ≤ Δ ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Новым поколением термостатических клапа нов для систем обеспече ния микроклимата явля ется серия RA (рис. 4.8). Клапаны RA C предна значены для систем охлаж дения и отопления, а кла паны RA N — только для систем отопления. Эти клапаны имеют предварительную настройку для гидравлического увязывания циркуляционных колец. Отличаются от кла панов RTD наружной резьбой с обеих сторон, что удобно для присоедине ния к климатконвекторам, потолочным панелям охлаждения и многим другим теплообменным приборам. Клапан RA C15 обладает повышен ным гидравлическим сопротивлением и может применяться для сис тем отопления и охлаждения. Клапан RA C20 имеет повышенную про пускную способность, что позволяет устанавливать его в системах ох лаждения с малыми перепадами температуры холодоносителя, напри мер, с потолочными охлаждающими панелями, в которых для того, чтобы не допустить образования конденсации, температура охлаждаю щей воды не превышает 14…16 °С. Клапаны RA C поставляют с кол пачками синего цвета. Термостатические клапаны с пониженным гидравлическим сопротив лением предназначены для однотрубных систем обеспечения микро климата. Термостатические клапаны с повышенным гидравлическим сопротив лением предназначены для двухтрубных систем обеспечения микро климата с переменным гидравлическим режимом. 4.2. Характеристики терморегуляторов Срок эксплуатации зданий с современными системами обеспечения микроклимата исчисляется десятками лет. На протяжении этого периода терморегуляторы должны оставаться работоспособными и реализовывать возложенные на них задачи: поддерживать тепловой комфорт в помещении и экономить тепловую энергию. Поэтому конструктивно воплощенные вы сокие характеристики терморегулятора свидетельствует о его техническом совершенстве и преимуществах при технико экономическом сравнении. 102 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА RA C 15 RA C 20 Рис. 4.8. Термостатические клапаны для систем охлаждения и отопления M F F F Рис. 4.9. Схемы тестирования ме ханических характеристик термо регулятора: а ñ сопротивляемости термостати ческого клапана изгибающей нагрузке; б ñ сопротивляемости термостати ческой головки вращательному моменту; в ñ сопротивляемости термостати ческой головки изгибающему моменту а 1м 1м б в 103 температуре внутреннего и наружного воздуха расчетные гидравличес кие параметры системы не совпадают с реальными. Расход теплоносите ля через клапан будет меньше от номинального расхода, а затвор клапа на будет расположен на высоте (рис. 4.11,б), которая ниже расчетной h v При понижении температуры воздуха в помещении затвор клапана поднимается, его максимальное положение характеризуется высотой h vs (рис. 4.11,в). С увеличением температуры воздуха в помещении выше зоны пропорциональности (подробнее см. далее) затвор клапана опус кается, пока не перекроет проход теплоносителю (рис. 4.11,г). Таким образом, реальное гидравлическое состояние системы с терморегулято рами никогда не соответствует расчетным условиям. Полностью открытый клапан пропускает максимально возмож ный поток теплоносителя, которому соответствует параметр k vs . Дан ная величина потока теплоносителя возникает в процессе эксплуата ции системы при недостаточном количестве теплоты (в системах охлаждения — холода), получаемой от теплообменного прибора для до стижения заданной на регуляторе температуры воздуха в помещении. Для терморегуляторов данный параметр не применяют в гидравличес ких расчетах. В то же время для другой арматуры, например, шаровых кранов, этот параметр является расчетным. Характеристическая пропускная способность k vs — величина, размер которой отображает объем воды в м 3 плотностью 1000 кг/м 3 , проходящей через полностью открытый термостатический клапан за час при перепаде давления на нем 10 5 Па (1 бар). Движение затвора клапана с максимально открытого в максималь но закрытое положение вызывает гидравлическое перераспределение потоков теплоносителя во всех циркуляционных кольцах, что приводит к изменению перепада давления и расхода теплоносителя в системе. ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Механической характеристикой является также возможность замены уплотнительной прокладки термоста тического клапана без перекрытия трубопровода, на котором он установ лен. Для этого применяют специаль ное сервисное устройство шлюзового принципа действия, показанное на рис. 4.10. Эксплуатационные потери теплоносителя при замене уплотнителя равны внутреннему объему его шлюза. 4.2.2. Рабочие характеристики Рабочие характеристики — совокупность параметров, определяю щих надежную и точную работу терморегулятора на протяжении длительного срока эксплуатации. Основной гидравлической характеристикой терморегулятора явля ется номинальная пропускная способность k v . Гидравлическая суть этого параметра рассмотрена в п.р. 3.2. Номинальную пропускную способ ность терморегулятора определяют при начальном промежуточном рас положении затвора клапана на высоте h v от седла, что показано на рис. 4.11,а. Такое состояние терморегулятора является расчетным при проектировании системы обеспечения микроклимата, однако оно не учитывает того, что терморегулятор устанавливают на теплообменный прибор с завышенной поверхностью теплообмена для обеспечения авторитета теплоты в помещении (см. п.р. 6.3). Если рассматривать работу терморегулятора с учетом такого подхода, то при расчетной 104 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА а б в г Рис. 4.11. Взаимосвязь пропускной способности терморегулятора без предварительной настройки от высоты подъема затвора клапана: а ñ затвор клапана в расчетном положении; б ñ затвор клапана при расчетных температурных условиях в рабочем положении; в ñ клапан полностью открыт; г ñ клапан закрыт; 1 ñ регулятор; 2 ñ сильфон; 3 ñ термостати ческий клапан; 4 ñ шток; 5 ñ затвор а б в Рис. 4.12. Взаимосвязь пропускной способности терморегулятора с предварительной настройкой от положения дросселя: а ñ минимальное открытие дросселя (настройка 1); б ñ сред нее открытие дросселя (настройка 4.5); в ñ максимальное открытие дросселя (настройка N); 1...5 ñ см. обозначения к рис. 4.11; 6 ñ дроссель 105 Рис. 4.10. Сервисное устройство |